]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/include/llvm/Analysis/ValueTracking.h
Merge llvm, clang, lld, lldb, compiler-rt and libc++ r302069, and update
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm / include / llvm / Analysis / ValueTracking.h
1 //===- llvm/Analysis/ValueTracking.h - Walk computations --------*- C++ -*-===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file contains routines that help analyze properties that chains of
11 // computations have.
12 //
13 //===----------------------------------------------------------------------===//
14
15 #ifndef LLVM_ANALYSIS_VALUETRACKING_H
16 #define LLVM_ANALYSIS_VALUETRACKING_H
17
18 #include "llvm/IR/CallSite.h"
19 #include "llvm/IR/Instruction.h"
20 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
21 #include "llvm/Support/DataTypes.h"
22
23 namespace llvm {
24 template <typename T> class ArrayRef;
25   class APInt;
26   class AddOperator;
27   class AssumptionCache;
28   class DataLayout;
29   class DominatorTree;
30   class GEPOperator;
31   class Instruction;
32   struct KnownBits;
33   class Loop;
34   class LoopInfo;
35   class OptimizationRemarkEmitter;
36   class MDNode;
37   class StringRef;
38   class TargetLibraryInfo;
39   class Value;
40
41   namespace Intrinsic {
42   enum ID : unsigned;
43   }
44
45   /// Determine which bits of V are known to be either zero or one and return
46   /// them in the KnownZero/KnownOne bit sets.
47   ///
48   /// This function is defined on values with integer type, values with pointer
49   /// type, and vectors of integers.  In the case
50   /// where V is a vector, the known zero and known one values are the
51   /// same width as the vector element, and the bit is set only if it is true
52   /// for all of the elements in the vector.
53   void computeKnownBits(const Value *V, KnownBits &Known,
54                         const DataLayout &DL, unsigned Depth = 0,
55                         AssumptionCache *AC = nullptr,
56                         const Instruction *CxtI = nullptr,
57                         const DominatorTree *DT = nullptr,
58                         OptimizationRemarkEmitter *ORE = nullptr);
59   /// Compute known bits from the range metadata.
60   /// \p KnownZero the set of bits that are known to be zero
61   /// \p KnownOne the set of bits that are known to be one
62   void computeKnownBitsFromRangeMetadata(const MDNode &Ranges,
63                                          KnownBits &Known);
64   /// Return true if LHS and RHS have no common bits set.
65   bool haveNoCommonBitsSet(const Value *LHS, const Value *RHS,
66                            const DataLayout &DL,
67                            AssumptionCache *AC = nullptr,
68                            const Instruction *CxtI = nullptr,
69                            const DominatorTree *DT = nullptr);
70
71   /// Determine whether the sign bit is known to be zero or one. Convenience
72   /// wrapper around computeKnownBits.
73   void ComputeSignBit(const Value *V, bool &KnownZero, bool &KnownOne,
74                       const DataLayout &DL, unsigned Depth = 0,
75                       AssumptionCache *AC = nullptr,
76                       const Instruction *CxtI = nullptr,
77                       const DominatorTree *DT = nullptr);
78
79   /// Return true if the given value is known to have exactly one bit set when
80   /// defined. For vectors return true if every element is known to be a power
81   /// of two when defined. Supports values with integer or pointer type and
82   /// vectors of integers. If 'OrZero' is set, then return true if the given
83   /// value is either a power of two or zero.
84   bool isKnownToBeAPowerOfTwo(const Value *V, const DataLayout &DL,
85                               bool OrZero = false, unsigned Depth = 0,
86                               AssumptionCache *AC = nullptr,
87                               const Instruction *CxtI = nullptr,
88                               const DominatorTree *DT = nullptr);
89
90   /// Return true if the given value is known to be non-zero when defined. For
91   /// vectors, return true if every element is known to be non-zero when
92   /// defined. For pointers, if the context instruction and dominator tree are
93   /// specified, perform context-sensitive analysis and return true if the
94   /// pointer couldn't possibly be null at the specified instruction.
95   /// Supports values with integer or pointer type and vectors of integers.
96   bool isKnownNonZero(const Value *V, const DataLayout &DL, unsigned Depth = 0,
97                       AssumptionCache *AC = nullptr,
98                       const Instruction *CxtI = nullptr,
99                       const DominatorTree *DT = nullptr);
100
101   /// Returns true if the give value is known to be non-negative.
102   bool isKnownNonNegative(const Value *V, const DataLayout &DL,
103                           unsigned Depth = 0,
104                           AssumptionCache *AC = nullptr,
105                           const Instruction *CxtI = nullptr,
106                           const DominatorTree *DT = nullptr);
107
108   /// Returns true if the given value is known be positive (i.e. non-negative
109   /// and non-zero).
110   bool isKnownPositive(const Value *V, const DataLayout &DL, unsigned Depth = 0,
111                        AssumptionCache *AC = nullptr,
112                        const Instruction *CxtI = nullptr,
113                        const DominatorTree *DT = nullptr);
114
115   /// Returns true if the given value is known be negative (i.e. non-positive
116   /// and non-zero).
117   bool isKnownNegative(const Value *V, const DataLayout &DL, unsigned Depth = 0,
118                        AssumptionCache *AC = nullptr,
119                        const Instruction *CxtI = nullptr,
120                        const DominatorTree *DT = nullptr);
121
122   /// Return true if the given values are known to be non-equal when defined.
123   /// Supports scalar integer types only.
124   bool isKnownNonEqual(const Value *V1, const Value *V2, const DataLayout &DL,
125                       AssumptionCache *AC = nullptr,
126                       const Instruction *CxtI = nullptr,
127                       const DominatorTree *DT = nullptr);
128
129   /// Return true if 'V & Mask' is known to be zero. We use this predicate to
130   /// simplify operations downstream. Mask is known to be zero for bits that V
131   /// cannot have.
132   ///
133   /// This function is defined on values with integer type, values with pointer
134   /// type, and vectors of integers.  In the case
135   /// where V is a vector, the mask, known zero, and known one values are the
136   /// same width as the vector element, and the bit is set only if it is true
137   /// for all of the elements in the vector.
138   bool MaskedValueIsZero(const Value *V, const APInt &Mask,
139                          const DataLayout &DL,
140                          unsigned Depth = 0, AssumptionCache *AC = nullptr,
141                          const Instruction *CxtI = nullptr,
142                          const DominatorTree *DT = nullptr);
143
144   /// Return the number of times the sign bit of the register is replicated into
145   /// the other bits. We know that at least 1 bit is always equal to the sign
146   /// bit (itself), but other cases can give us information. For example,
147   /// immediately after an "ashr X, 2", we know that the top 3 bits are all
148   /// equal to each other, so we return 3. For vectors, return the number of
149   /// sign bits for the vector element with the mininum number of known sign
150   /// bits.
151   unsigned ComputeNumSignBits(const Value *Op, const DataLayout &DL,
152                               unsigned Depth = 0, AssumptionCache *AC = nullptr,
153                               const Instruction *CxtI = nullptr,
154                               const DominatorTree *DT = nullptr);
155
156   /// This function computes the integer multiple of Base that equals V. If
157   /// successful, it returns true and returns the multiple in Multiple. If
158   /// unsuccessful, it returns false. Also, if V can be simplified to an
159   /// integer, then the simplified V is returned in Val. Look through sext only
160   /// if LookThroughSExt=true.
161   bool ComputeMultiple(Value *V, unsigned Base, Value *&Multiple,
162                        bool LookThroughSExt = false,
163                        unsigned Depth = 0);
164
165   /// Map a call instruction to an intrinsic ID.  Libcalls which have equivalent
166   /// intrinsics are treated as-if they were intrinsics.
167   Intrinsic::ID getIntrinsicForCallSite(ImmutableCallSite ICS,
168                                         const TargetLibraryInfo *TLI);
169
170   /// Return true if we can prove that the specified FP value is never equal to
171   /// -0.0.
172   bool CannotBeNegativeZero(const Value *V, const TargetLibraryInfo *TLI,
173                             unsigned Depth = 0);
174
175   /// Return true if we can prove that the specified FP value is either NaN or
176   /// never less than -0.0.
177   ///
178   ///      NaN --> true
179   ///       +0 --> true
180   ///       -0 --> true
181   ///   x > +0 --> true
182   ///   x < -0 --> false
183   ///
184   bool CannotBeOrderedLessThanZero(const Value *V, const TargetLibraryInfo *TLI);
185
186   /// Return true if we can prove that the specified FP value's sign bit is 0.
187   ///
188   ///      NaN --> true/false (depending on the NaN's sign bit)
189   ///       +0 --> true
190   ///       -0 --> false
191   ///   x > +0 --> true
192   ///   x < -0 --> false
193   ///
194   bool SignBitMustBeZero(const Value *V, const TargetLibraryInfo *TLI);
195
196   /// If the specified value can be set by repeating the same byte in memory,
197   /// return the i8 value that it is represented with. This is true for all i8
198   /// values obviously, but is also true for i32 0, i32 -1, i16 0xF0F0, double
199   /// 0.0 etc. If the value can't be handled with a repeated byte store (e.g.
200   /// i16 0x1234), return null.
201   Value *isBytewiseValue(Value *V);
202
203   /// Given an aggregrate and an sequence of indices, see if the scalar value
204   /// indexed is already around as a register, for example if it were inserted
205   /// directly into the aggregrate.
206   ///
207   /// If InsertBefore is not null, this function will duplicate (modified)
208   /// insertvalues when a part of a nested struct is extracted.
209   Value *FindInsertedValue(Value *V,
210                            ArrayRef<unsigned> idx_range,
211                            Instruction *InsertBefore = nullptr);
212
213   /// Analyze the specified pointer to see if it can be expressed as a base
214   /// pointer plus a constant offset. Return the base and offset to the caller.
215   Value *GetPointerBaseWithConstantOffset(Value *Ptr, int64_t &Offset,
216                                           const DataLayout &DL);
217   static inline const Value *
218   GetPointerBaseWithConstantOffset(const Value *Ptr, int64_t &Offset,
219                                    const DataLayout &DL) {
220     return GetPointerBaseWithConstantOffset(const_cast<Value *>(Ptr), Offset,
221                                             DL);
222   }
223
224   /// Returns true if the GEP is based on a pointer to a string (array of i8), 
225   /// and is indexing into this string.
226   bool isGEPBasedOnPointerToString(const GEPOperator *GEP);
227
228   /// This function computes the length of a null-terminated C string pointed to
229   /// by V. If successful, it returns true and returns the string in Str. If
230   /// unsuccessful, it returns false. This does not include the trailing null
231   /// character by default. If TrimAtNul is set to false, then this returns any
232   /// trailing null characters as well as any other characters that come after
233   /// it.
234   bool getConstantStringInfo(const Value *V, StringRef &Str,
235                              uint64_t Offset = 0, bool TrimAtNul = true);
236
237   /// If we can compute the length of the string pointed to by the specified
238   /// pointer, return 'len+1'.  If we can't, return 0.
239   uint64_t GetStringLength(const Value *V);
240
241   /// This method strips off any GEP address adjustments and pointer casts from
242   /// the specified value, returning the original object being addressed. Note
243   /// that the returned value has pointer type if the specified value does. If
244   /// the MaxLookup value is non-zero, it limits the number of instructions to
245   /// be stripped off.
246   Value *GetUnderlyingObject(Value *V, const DataLayout &DL,
247                              unsigned MaxLookup = 6);
248   static inline const Value *GetUnderlyingObject(const Value *V,
249                                                  const DataLayout &DL,
250                                                  unsigned MaxLookup = 6) {
251     return GetUnderlyingObject(const_cast<Value *>(V), DL, MaxLookup);
252   }
253
254   /// \brief This method is similar to GetUnderlyingObject except that it can
255   /// look through phi and select instructions and return multiple objects.
256   ///
257   /// If LoopInfo is passed, loop phis are further analyzed.  If a pointer
258   /// accesses different objects in each iteration, we don't look through the
259   /// phi node. E.g. consider this loop nest:
260   ///
261   ///   int **A;
262   ///   for (i)
263   ///     for (j) {
264   ///        A[i][j] = A[i-1][j] * B[j]
265   ///     }
266   ///
267   /// This is transformed by Load-PRE to stash away A[i] for the next iteration
268   /// of the outer loop:
269   ///
270   ///   Curr = A[0];          // Prev_0
271   ///   for (i: 1..N) {
272   ///     Prev = Curr;        // Prev = PHI (Prev_0, Curr)
273   ///     Curr = A[i];
274   ///     for (j: 0..N) {
275   ///        Curr[j] = Prev[j] * B[j]
276   ///     }
277   ///   }
278   ///
279   /// Since A[i] and A[i-1] are independent pointers, getUnderlyingObjects
280   /// should not assume that Curr and Prev share the same underlying object thus
281   /// it shouldn't look through the phi above.
282   void GetUnderlyingObjects(Value *V, SmallVectorImpl<Value *> &Objects,
283                             const DataLayout &DL, LoopInfo *LI = nullptr,
284                             unsigned MaxLookup = 6);
285
286   /// Return true if the only users of this pointer are lifetime markers.
287   bool onlyUsedByLifetimeMarkers(const Value *V);
288
289   /// Return true if the instruction does not have any effects besides
290   /// calculating the result and does not have undefined behavior.
291   ///
292   /// This method never returns true for an instruction that returns true for
293   /// mayHaveSideEffects; however, this method also does some other checks in
294   /// addition. It checks for undefined behavior, like dividing by zero or
295   /// loading from an invalid pointer (but not for undefined results, like a
296   /// shift with a shift amount larger than the width of the result). It checks
297   /// for malloc and alloca because speculatively executing them might cause a
298   /// memory leak. It also returns false for instructions related to control
299   /// flow, specifically terminators and PHI nodes.
300   ///
301   /// If the CtxI is specified this method performs context-sensitive analysis
302   /// and returns true if it is safe to execute the instruction immediately
303   /// before the CtxI.
304   ///
305   /// If the CtxI is NOT specified this method only looks at the instruction
306   /// itself and its operands, so if this method returns true, it is safe to
307   /// move the instruction as long as the correct dominance relationships for
308   /// the operands and users hold.
309   ///
310   /// This method can return true for instructions that read memory;
311   /// for such instructions, moving them may change the resulting value.
312   bool isSafeToSpeculativelyExecute(const Value *V,
313                                     const Instruction *CtxI = nullptr,
314                                     const DominatorTree *DT = nullptr);
315
316   /// Returns true if the result or effects of the given instructions \p I
317   /// depend on or influence global memory.
318   /// Memory dependence arises for example if the instruction reads from
319   /// memory or may produce effects or undefined behaviour. Memory dependent
320   /// instructions generally cannot be reorderd with respect to other memory
321   /// dependent instructions or moved into non-dominated basic blocks.
322   /// Instructions which just compute a value based on the values of their
323   /// operands are not memory dependent.
324   bool mayBeMemoryDependent(const Instruction &I);
325
326   /// Return true if this pointer couldn't possibly be null by its definition.
327   /// This returns true for allocas, non-extern-weak globals, and byval
328   /// arguments.
329   bool isKnownNonNull(const Value *V);
330
331   /// Return true if this pointer couldn't possibly be null. If the context
332   /// instruction and dominator tree are specified, perform context-sensitive
333   /// analysis and return true if the pointer couldn't possibly be null at the
334   /// specified instruction.
335   bool isKnownNonNullAt(const Value *V,
336                         const Instruction *CtxI = nullptr,
337                         const DominatorTree *DT = nullptr);
338
339   /// Return true if it is valid to use the assumptions provided by an
340   /// assume intrinsic, I, at the point in the control-flow identified by the
341   /// context instruction, CxtI.
342   bool isValidAssumeForContext(const Instruction *I, const Instruction *CxtI,
343                                const DominatorTree *DT = nullptr);
344
345   enum class OverflowResult { AlwaysOverflows, MayOverflow, NeverOverflows };
346   OverflowResult computeOverflowForUnsignedMul(const Value *LHS,
347                                                const Value *RHS,
348                                                const DataLayout &DL,
349                                                AssumptionCache *AC,
350                                                const Instruction *CxtI,
351                                                const DominatorTree *DT);
352   OverflowResult computeOverflowForUnsignedAdd(const Value *LHS,
353                                                const Value *RHS,
354                                                const DataLayout &DL,
355                                                AssumptionCache *AC,
356                                                const Instruction *CxtI,
357                                                const DominatorTree *DT);
358   OverflowResult computeOverflowForSignedAdd(const Value *LHS, const Value *RHS,
359                                              const DataLayout &DL,
360                                              AssumptionCache *AC = nullptr,
361                                              const Instruction *CxtI = nullptr,
362                                              const DominatorTree *DT = nullptr);
363   /// This version also leverages the sign bit of Add if known.
364   OverflowResult computeOverflowForSignedAdd(const AddOperator *Add,
365                                              const DataLayout &DL,
366                                              AssumptionCache *AC = nullptr,
367                                              const Instruction *CxtI = nullptr,
368                                              const DominatorTree *DT = nullptr);
369
370   /// Returns true if the arithmetic part of the \p II 's result is
371   /// used only along the paths control dependent on the computation
372   /// not overflowing, \p II being an <op>.with.overflow intrinsic.
373   bool isOverflowIntrinsicNoWrap(const IntrinsicInst *II,
374                                  const DominatorTree &DT);
375
376   /// Return true if this function can prove that the instruction I will
377   /// always transfer execution to one of its successors (including the next
378   /// instruction that follows within a basic block). E.g. this is not
379   /// guaranteed for function calls that could loop infinitely.
380   ///
381   /// In other words, this function returns false for instructions that may
382   /// transfer execution or fail to transfer execution in a way that is not
383   /// captured in the CFG nor in the sequence of instructions within a basic
384   /// block.
385   ///
386   /// Undefined behavior is assumed not to happen, so e.g. division is
387   /// guaranteed to transfer execution to the following instruction even
388   /// though division by zero might cause undefined behavior.
389   bool isGuaranteedToTransferExecutionToSuccessor(const Instruction *I);
390
391   /// Return true if this function can prove that the instruction I
392   /// is executed for every iteration of the loop L.
393   ///
394   /// Note that this currently only considers the loop header.
395   bool isGuaranteedToExecuteForEveryIteration(const Instruction *I,
396                                               const Loop *L);
397
398   /// Return true if this function can prove that I is guaranteed to yield
399   /// full-poison (all bits poison) if at least one of its operands are
400   /// full-poison (all bits poison).
401   ///
402   /// The exact rules for how poison propagates through instructions have
403   /// not been settled as of 2015-07-10, so this function is conservative
404   /// and only considers poison to be propagated in uncontroversial
405   /// cases. There is no attempt to track values that may be only partially
406   /// poison.
407   bool propagatesFullPoison(const Instruction *I);
408
409   /// Return either nullptr or an operand of I such that I will trigger
410   /// undefined behavior if I is executed and that operand has a full-poison
411   /// value (all bits poison).
412   const Value *getGuaranteedNonFullPoisonOp(const Instruction *I);
413
414   /// Return true if this function can prove that if PoisonI is executed
415   /// and yields a full-poison value (all bits poison), then that will
416   /// trigger undefined behavior.
417   ///
418   /// Note that this currently only considers the basic block that is
419   /// the parent of I.
420   bool programUndefinedIfFullPoison(const Instruction *PoisonI);
421
422   /// \brief Specific patterns of select instructions we can match.
423   enum SelectPatternFlavor {
424     SPF_UNKNOWN = 0,
425     SPF_SMIN,                   /// Signed minimum
426     SPF_UMIN,                   /// Unsigned minimum
427     SPF_SMAX,                   /// Signed maximum
428     SPF_UMAX,                   /// Unsigned maximum
429     SPF_FMINNUM,                /// Floating point minnum
430     SPF_FMAXNUM,                /// Floating point maxnum
431     SPF_ABS,                    /// Absolute value
432     SPF_NABS                    /// Negated absolute value
433   };
434   /// \brief Behavior when a floating point min/max is given one NaN and one
435   /// non-NaN as input.
436   enum SelectPatternNaNBehavior {
437     SPNB_NA = 0,                /// NaN behavior not applicable.
438     SPNB_RETURNS_NAN,           /// Given one NaN input, returns the NaN.
439     SPNB_RETURNS_OTHER,         /// Given one NaN input, returns the non-NaN.
440     SPNB_RETURNS_ANY            /// Given one NaN input, can return either (or
441                                 /// it has been determined that no operands can
442                                 /// be NaN).
443   };
444   struct SelectPatternResult {
445     SelectPatternFlavor Flavor;
446     SelectPatternNaNBehavior NaNBehavior; /// Only applicable if Flavor is
447                                           /// SPF_FMINNUM or SPF_FMAXNUM.
448     bool Ordered;               /// When implementing this min/max pattern as
449                                 /// fcmp; select, does the fcmp have to be
450                                 /// ordered?
451
452     /// \brief Return true if \p SPF is a min or a max pattern.
453     static bool isMinOrMax(SelectPatternFlavor SPF) {
454       return !(SPF == SPF_UNKNOWN || SPF == SPF_ABS || SPF == SPF_NABS);
455     }
456   };
457   /// Pattern match integer [SU]MIN, [SU]MAX and ABS idioms, returning the kind
458   /// and providing the out parameter results if we successfully match.
459   ///
460   /// If CastOp is not nullptr, also match MIN/MAX idioms where the type does
461   /// not match that of the original select. If this is the case, the cast
462   /// operation (one of Trunc,SExt,Zext) that must be done to transform the
463   /// type of LHS and RHS into the type of V is returned in CastOp.
464   ///
465   /// For example:
466   ///   %1 = icmp slt i32 %a, i32 4
467   ///   %2 = sext i32 %a to i64
468   ///   %3 = select i1 %1, i64 %2, i64 4
469   ///
470   /// -> LHS = %a, RHS = i32 4, *CastOp = Instruction::SExt
471   ///
472   SelectPatternResult matchSelectPattern(Value *V, Value *&LHS, Value *&RHS,
473                                          Instruction::CastOps *CastOp = nullptr);
474   static inline SelectPatternResult
475   matchSelectPattern(const Value *V, const Value *&LHS, const Value *&RHS,
476                      Instruction::CastOps *CastOp = nullptr) {
477     Value *L = const_cast<Value*>(LHS);
478     Value *R = const_cast<Value*>(RHS);
479     auto Result = matchSelectPattern(const_cast<Value*>(V), L, R);
480     LHS = L;
481     RHS = R;
482     return Result;
483   }
484
485   /// Return true if RHS is known to be implied true by LHS.  Return false if
486   /// RHS is known to be implied false by LHS.  Otherwise, return None if no
487   /// implication can be made.
488   /// A & B must be i1 (boolean) values or a vector of such values. Note that
489   /// the truth table for implication is the same as <=u on i1 values (but not
490   /// <=s!).  The truth table for both is:
491   ///    | T | F (B)
492   ///  T | T | F
493   ///  F | T | T
494   /// (A)
495   Optional<bool> isImpliedCondition(const Value *LHS, const Value *RHS,
496                                     const DataLayout &DL,
497                                     bool InvertAPred = false,
498                                     unsigned Depth = 0,
499                                     AssumptionCache *AC = nullptr,
500                                     const Instruction *CxtI = nullptr,
501                                     const DominatorTree *DT = nullptr);
502 } // end namespace llvm
503
504 #endif