]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/Analysis/ValueTracking.cpp
Merge from upstream at 4189ef5d from https://github.com/onetrueawk/awk.git
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm / lib / Analysis / ValueTracking.cpp
1 //===- ValueTracking.cpp - Walk computations to compute properties --------===//
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 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
16 #include "llvm/ADT/APFloat.h"
17 #include "llvm/ADT/APInt.h"
18 #include "llvm/ADT/ArrayRef.h"
19 #include "llvm/ADT/None.h"
20 #include "llvm/ADT/Optional.h"
21 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
22 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
23 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
24 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
25 #include "llvm/ADT/StringRef.h"
26 #include "llvm/ADT/iterator_range.h"
27 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
28 #include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
29 #include "llvm/Analysis/GuardUtils.h"
30 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
31 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
32 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
33 #include "llvm/Analysis/OptimizationRemarkEmitter.h"
34 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
35 #include "llvm/IR/Argument.h"
36 #include "llvm/IR/Attributes.h"
37 #include "llvm/IR/BasicBlock.h"
38 #include "llvm/IR/CallSite.h"
39 #include "llvm/IR/Constant.h"
40 #include "llvm/IR/ConstantRange.h"
41 #include "llvm/IR/Constants.h"
42 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
43 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
44 #include "llvm/IR/DiagnosticInfo.h"
45 #include "llvm/IR/Dominators.h"
46 #include "llvm/IR/Function.h"
47 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
48 #include "llvm/IR/GlobalAlias.h"
49 #include "llvm/IR/GlobalValue.h"
50 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
51 #include "llvm/IR/InstrTypes.h"
52 #include "llvm/IR/Instruction.h"
53 #include "llvm/IR/Instructions.h"
54 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
55 #include "llvm/IR/Intrinsics.h"
56 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
57 #include "llvm/IR/Metadata.h"
58 #include "llvm/IR/Module.h"
59 #include "llvm/IR/Operator.h"
60 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
61 #include "llvm/IR/Type.h"
62 #include "llvm/IR/User.h"
63 #include "llvm/IR/Value.h"
64 #include "llvm/Support/Casting.h"
65 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
66 #include "llvm/Support/Compiler.h"
67 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
68 #include "llvm/Support/KnownBits.h"
69 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
70 #include <algorithm>
71 #include <array>
72 #include <cassert>
73 #include <cstdint>
74 #include <iterator>
75 #include <utility>
76
77 using namespace llvm;
78 using namespace llvm::PatternMatch;
79
80 const unsigned MaxDepth = 6;
81
82 // Controls the number of uses of the value searched for possible
83 // dominating comparisons.
84 static cl::opt<unsigned> DomConditionsMaxUses("dom-conditions-max-uses",
85                                               cl::Hidden, cl::init(20));
86
87 /// Returns the bitwidth of the given scalar or pointer type. For vector types,
88 /// returns the element type's bitwidth.
89 static unsigned getBitWidth(Type *Ty, const DataLayout &DL) {
90   if (unsigned BitWidth = Ty->getScalarSizeInBits())
91     return BitWidth;
92
93   return DL.getIndexTypeSizeInBits(Ty);
94 }
95
96 namespace {
97
98 // Simplifying using an assume can only be done in a particular control-flow
99 // context (the context instruction provides that context). If an assume and
100 // the context instruction are not in the same block then the DT helps in
101 // figuring out if we can use it.
102 struct Query {
103   const DataLayout &DL;
104   AssumptionCache *AC;
105   const Instruction *CxtI;
106   const DominatorTree *DT;
107
108   // Unlike the other analyses, this may be a nullptr because not all clients
109   // provide it currently.
110   OptimizationRemarkEmitter *ORE;
111
112   /// Set of assumptions that should be excluded from further queries.
113   /// This is because of the potential for mutual recursion to cause
114   /// computeKnownBits to repeatedly visit the same assume intrinsic. The
115   /// classic case of this is assume(x = y), which will attempt to determine
116   /// bits in x from bits in y, which will attempt to determine bits in y from
117   /// bits in x, etc. Regarding the mutual recursion, computeKnownBits can call
118   /// isKnownNonZero, which calls computeKnownBits and isKnownToBeAPowerOfTwo
119   /// (all of which can call computeKnownBits), and so on.
120   std::array<const Value *, MaxDepth> Excluded;
121
122   /// If true, it is safe to use metadata during simplification.
123   InstrInfoQuery IIQ;
124
125   unsigned NumExcluded = 0;
126
127   Query(const DataLayout &DL, AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
128         const DominatorTree *DT, bool UseInstrInfo,
129         OptimizationRemarkEmitter *ORE = nullptr)
130       : DL(DL), AC(AC), CxtI(CxtI), DT(DT), ORE(ORE), IIQ(UseInstrInfo) {}
131
132   Query(const Query &Q, const Value *NewExcl)
133       : DL(Q.DL), AC(Q.AC), CxtI(Q.CxtI), DT(Q.DT), ORE(Q.ORE), IIQ(Q.IIQ),
134         NumExcluded(Q.NumExcluded) {
135     Excluded = Q.Excluded;
136     Excluded[NumExcluded++] = NewExcl;
137     assert(NumExcluded <= Excluded.size());
138   }
139
140   bool isExcluded(const Value *Value) const {
141     if (NumExcluded == 0)
142       return false;
143     auto End = Excluded.begin() + NumExcluded;
144     return std::find(Excluded.begin(), End, Value) != End;
145   }
146 };
147
148 } // end anonymous namespace
149
150 // Given the provided Value and, potentially, a context instruction, return
151 // the preferred context instruction (if any).
152 static const Instruction *safeCxtI(const Value *V, const Instruction *CxtI) {
153   // If we've been provided with a context instruction, then use that (provided
154   // it has been inserted).
155   if (CxtI && CxtI->getParent())
156     return CxtI;
157
158   // If the value is really an already-inserted instruction, then use that.
159   CxtI = dyn_cast<Instruction>(V);
160   if (CxtI && CxtI->getParent())
161     return CxtI;
162
163   return nullptr;
164 }
165
166 static void computeKnownBits(const Value *V, KnownBits &Known,
167                              unsigned Depth, const Query &Q);
168
169 void llvm::computeKnownBits(const Value *V, KnownBits &Known,
170                             const DataLayout &DL, unsigned Depth,
171                             AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
172                             const DominatorTree *DT,
173                             OptimizationRemarkEmitter *ORE, bool UseInstrInfo) {
174   ::computeKnownBits(V, Known, Depth,
175                      Query(DL, AC, safeCxtI(V, CxtI), DT, UseInstrInfo, ORE));
176 }
177
178 static KnownBits computeKnownBits(const Value *V, unsigned Depth,
179                                   const Query &Q);
180
181 KnownBits llvm::computeKnownBits(const Value *V, const DataLayout &DL,
182                                  unsigned Depth, AssumptionCache *AC,
183                                  const Instruction *CxtI,
184                                  const DominatorTree *DT,
185                                  OptimizationRemarkEmitter *ORE,
186                                  bool UseInstrInfo) {
187   return ::computeKnownBits(
188       V, Depth, Query(DL, AC, safeCxtI(V, CxtI), DT, UseInstrInfo, ORE));
189 }
190
191 bool llvm::haveNoCommonBitsSet(const Value *LHS, const Value *RHS,
192                                const DataLayout &DL, AssumptionCache *AC,
193                                const Instruction *CxtI, const DominatorTree *DT,
194                                bool UseInstrInfo) {
195   assert(LHS->getType() == RHS->getType() &&
196          "LHS and RHS should have the same type");
197   assert(LHS->getType()->isIntOrIntVectorTy() &&
198          "LHS and RHS should be integers");
199   // Look for an inverted mask: (X & ~M) op (Y & M).
200   Value *M;
201   if (match(LHS, m_c_And(m_Not(m_Value(M)), m_Value())) &&
202       match(RHS, m_c_And(m_Specific(M), m_Value())))
203     return true;
204   if (match(RHS, m_c_And(m_Not(m_Value(M)), m_Value())) &&
205       match(LHS, m_c_And(m_Specific(M), m_Value())))
206     return true;
207   IntegerType *IT = cast<IntegerType>(LHS->getType()->getScalarType());
208   KnownBits LHSKnown(IT->getBitWidth());
209   KnownBits RHSKnown(IT->getBitWidth());
210   computeKnownBits(LHS, LHSKnown, DL, 0, AC, CxtI, DT, nullptr, UseInstrInfo);
211   computeKnownBits(RHS, RHSKnown, DL, 0, AC, CxtI, DT, nullptr, UseInstrInfo);
212   return (LHSKnown.Zero | RHSKnown.Zero).isAllOnesValue();
213 }
214
215 bool llvm::isOnlyUsedInZeroEqualityComparison(const Instruction *CxtI) {
216   for (const User *U : CxtI->users()) {
217     if (const ICmpInst *IC = dyn_cast<ICmpInst>(U))
218       if (IC->isEquality())
219         if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(IC->getOperand(1)))
220           if (C->isNullValue())
221             continue;
222     return false;
223   }
224   return true;
225 }
226
227 static bool isKnownToBeAPowerOfTwo(const Value *V, bool OrZero, unsigned Depth,
228                                    const Query &Q);
229
230 bool llvm::isKnownToBeAPowerOfTwo(const Value *V, const DataLayout &DL,
231                                   bool OrZero, unsigned Depth,
232                                   AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
233                                   const DominatorTree *DT, bool UseInstrInfo) {
234   return ::isKnownToBeAPowerOfTwo(
235       V, OrZero, Depth, Query(DL, AC, safeCxtI(V, CxtI), DT, UseInstrInfo));
236 }
237
238 static bool isKnownNonZero(const Value *V, unsigned Depth, const Query &Q);
239
240 bool llvm::isKnownNonZero(const Value *V, const DataLayout &DL, unsigned Depth,
241                           AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
242                           const DominatorTree *DT, bool UseInstrInfo) {
243   return ::isKnownNonZero(V, Depth,
244                           Query(DL, AC, safeCxtI(V, CxtI), DT, UseInstrInfo));
245 }
246
247 bool llvm::isKnownNonNegative(const Value *V, const DataLayout &DL,
248                               unsigned Depth, AssumptionCache *AC,
249                               const Instruction *CxtI, const DominatorTree *DT,
250                               bool UseInstrInfo) {
251   KnownBits Known =
252       computeKnownBits(V, DL, Depth, AC, CxtI, DT, nullptr, UseInstrInfo);
253   return Known.isNonNegative();
254 }
255
256 bool llvm::isKnownPositive(const Value *V, const DataLayout &DL, unsigned Depth,
257                            AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
258                            const DominatorTree *DT, bool UseInstrInfo) {
259   if (auto *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V))
260     return CI->getValue().isStrictlyPositive();
261
262   // TODO: We'd doing two recursive queries here.  We should factor this such
263   // that only a single query is needed.
264   return isKnownNonNegative(V, DL, Depth, AC, CxtI, DT, UseInstrInfo) &&
265          isKnownNonZero(V, DL, Depth, AC, CxtI, DT, UseInstrInfo);
266 }
267
268 bool llvm::isKnownNegative(const Value *V, const DataLayout &DL, unsigned Depth,
269                            AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
270                            const DominatorTree *DT, bool UseInstrInfo) {
271   KnownBits Known =
272       computeKnownBits(V, DL, Depth, AC, CxtI, DT, nullptr, UseInstrInfo);
273   return Known.isNegative();
274 }
275
276 static bool isKnownNonEqual(const Value *V1, const Value *V2, const Query &Q);
277
278 bool llvm::isKnownNonEqual(const Value *V1, const Value *V2,
279                            const DataLayout &DL, AssumptionCache *AC,
280                            const Instruction *CxtI, const DominatorTree *DT,
281                            bool UseInstrInfo) {
282   return ::isKnownNonEqual(V1, V2,
283                            Query(DL, AC, safeCxtI(V1, safeCxtI(V2, CxtI)), DT,
284                                  UseInstrInfo, /*ORE=*/nullptr));
285 }
286
287 static bool MaskedValueIsZero(const Value *V, const APInt &Mask, unsigned Depth,
288                               const Query &Q);
289
290 bool llvm::MaskedValueIsZero(const Value *V, const APInt &Mask,
291                              const DataLayout &DL, unsigned Depth,
292                              AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
293                              const DominatorTree *DT, bool UseInstrInfo) {
294   return ::MaskedValueIsZero(
295       V, Mask, Depth, Query(DL, AC, safeCxtI(V, CxtI), DT, UseInstrInfo));
296 }
297
298 static unsigned ComputeNumSignBits(const Value *V, unsigned Depth,
299                                    const Query &Q);
300
301 unsigned llvm::ComputeNumSignBits(const Value *V, const DataLayout &DL,
302                                   unsigned Depth, AssumptionCache *AC,
303                                   const Instruction *CxtI,
304                                   const DominatorTree *DT, bool UseInstrInfo) {
305   return ::ComputeNumSignBits(
306       V, Depth, Query(DL, AC, safeCxtI(V, CxtI), DT, UseInstrInfo));
307 }
308
309 static void computeKnownBitsAddSub(bool Add, const Value *Op0, const Value *Op1,
310                                    bool NSW,
311                                    KnownBits &KnownOut, KnownBits &Known2,
312                                    unsigned Depth, const Query &Q) {
313   unsigned BitWidth = KnownOut.getBitWidth();
314
315   // If an initial sequence of bits in the result is not needed, the
316   // corresponding bits in the operands are not needed.
317   KnownBits LHSKnown(BitWidth);
318   computeKnownBits(Op0, LHSKnown, Depth + 1, Q);
319   computeKnownBits(Op1, Known2, Depth + 1, Q);
320
321   KnownOut = KnownBits::computeForAddSub(Add, NSW, LHSKnown, Known2);
322 }
323
324 static void computeKnownBitsMul(const Value *Op0, const Value *Op1, bool NSW,
325                                 KnownBits &Known, KnownBits &Known2,
326                                 unsigned Depth, const Query &Q) {
327   unsigned BitWidth = Known.getBitWidth();
328   computeKnownBits(Op1, Known, Depth + 1, Q);
329   computeKnownBits(Op0, Known2, Depth + 1, Q);
330
331   bool isKnownNegative = false;
332   bool isKnownNonNegative = false;
333   // If the multiplication is known not to overflow, compute the sign bit.
334   if (NSW) {
335     if (Op0 == Op1) {
336       // The product of a number with itself is non-negative.
337       isKnownNonNegative = true;
338     } else {
339       bool isKnownNonNegativeOp1 = Known.isNonNegative();
340       bool isKnownNonNegativeOp0 = Known2.isNonNegative();
341       bool isKnownNegativeOp1 = Known.isNegative();
342       bool isKnownNegativeOp0 = Known2.isNegative();
343       // The product of two numbers with the same sign is non-negative.
344       isKnownNonNegative = (isKnownNegativeOp1 && isKnownNegativeOp0) ||
345         (isKnownNonNegativeOp1 && isKnownNonNegativeOp0);
346       // The product of a negative number and a non-negative number is either
347       // negative or zero.
348       if (!isKnownNonNegative)
349         isKnownNegative = (isKnownNegativeOp1 && isKnownNonNegativeOp0 &&
350                            isKnownNonZero(Op0, Depth, Q)) ||
351                           (isKnownNegativeOp0 && isKnownNonNegativeOp1 &&
352                            isKnownNonZero(Op1, Depth, Q));
353     }
354   }
355
356   assert(!Known.hasConflict() && !Known2.hasConflict());
357   // Compute a conservative estimate for high known-0 bits.
358   unsigned LeadZ =  std::max(Known.countMinLeadingZeros() +
359                              Known2.countMinLeadingZeros(),
360                              BitWidth) - BitWidth;
361   LeadZ = std::min(LeadZ, BitWidth);
362
363   // The result of the bottom bits of an integer multiply can be
364   // inferred by looking at the bottom bits of both operands and
365   // multiplying them together.
366   // We can infer at least the minimum number of known trailing bits
367   // of both operands. Depending on number of trailing zeros, we can
368   // infer more bits, because (a*b) <=> ((a/m) * (b/n)) * (m*n) assuming
369   // a and b are divisible by m and n respectively.
370   // We then calculate how many of those bits are inferrable and set
371   // the output. For example, the i8 mul:
372   //  a = XXXX1100 (12)
373   //  b = XXXX1110 (14)
374   // We know the bottom 3 bits are zero since the first can be divided by
375   // 4 and the second by 2, thus having ((12/4) * (14/2)) * (2*4).
376   // Applying the multiplication to the trimmed arguments gets:
377   //    XX11 (3)
378   //    X111 (7)
379   // -------
380   //    XX11
381   //   XX11
382   //  XX11
383   // XX11
384   // -------
385   // XXXXX01
386   // Which allows us to infer the 2 LSBs. Since we're multiplying the result
387   // by 8, the bottom 3 bits will be 0, so we can infer a total of 5 bits.
388   // The proof for this can be described as:
389   // Pre: (C1 >= 0) && (C1 < (1 << C5)) && (C2 >= 0) && (C2 < (1 << C6)) &&
390   //      (C7 == (1 << (umin(countTrailingZeros(C1), C5) +
391   //                    umin(countTrailingZeros(C2), C6) +
392   //                    umin(C5 - umin(countTrailingZeros(C1), C5),
393   //                         C6 - umin(countTrailingZeros(C2), C6)))) - 1)
394   // %aa = shl i8 %a, C5
395   // %bb = shl i8 %b, C6
396   // %aaa = or i8 %aa, C1
397   // %bbb = or i8 %bb, C2
398   // %mul = mul i8 %aaa, %bbb
399   // %mask = and i8 %mul, C7
400   //   =>
401   // %mask = i8 ((C1*C2)&C7)
402   // Where C5, C6 describe the known bits of %a, %b
403   // C1, C2 describe the known bottom bits of %a, %b.
404   // C7 describes the mask of the known bits of the result.
405   APInt Bottom0 = Known.One;
406   APInt Bottom1 = Known2.One;
407
408   // How many times we'd be able to divide each argument by 2 (shr by 1).
409   // This gives us the number of trailing zeros on the multiplication result.
410   unsigned TrailBitsKnown0 = (Known.Zero | Known.One).countTrailingOnes();
411   unsigned TrailBitsKnown1 = (Known2.Zero | Known2.One).countTrailingOnes();
412   unsigned TrailZero0 = Known.countMinTrailingZeros();
413   unsigned TrailZero1 = Known2.countMinTrailingZeros();
414   unsigned TrailZ = TrailZero0 + TrailZero1;
415
416   // Figure out the fewest known-bits operand.
417   unsigned SmallestOperand = std::min(TrailBitsKnown0 - TrailZero0,
418                                       TrailBitsKnown1 - TrailZero1);
419   unsigned ResultBitsKnown = std::min(SmallestOperand + TrailZ, BitWidth);
420
421   APInt BottomKnown = Bottom0.getLoBits(TrailBitsKnown0) *
422                       Bottom1.getLoBits(TrailBitsKnown1);
423
424   Known.resetAll();
425   Known.Zero.setHighBits(LeadZ);
426   Known.Zero |= (~BottomKnown).getLoBits(ResultBitsKnown);
427   Known.One |= BottomKnown.getLoBits(ResultBitsKnown);
428
429   // Only make use of no-wrap flags if we failed to compute the sign bit
430   // directly.  This matters if the multiplication always overflows, in
431   // which case we prefer to follow the result of the direct computation,
432   // though as the program is invoking undefined behaviour we can choose
433   // whatever we like here.
434   if (isKnownNonNegative && !Known.isNegative())
435     Known.makeNonNegative();
436   else if (isKnownNegative && !Known.isNonNegative())
437     Known.makeNegative();
438 }
439
440 void llvm::computeKnownBitsFromRangeMetadata(const MDNode &Ranges,
441                                              KnownBits &Known) {
442   unsigned BitWidth = Known.getBitWidth();
443   unsigned NumRanges = Ranges.getNumOperands() / 2;
444   assert(NumRanges >= 1);
445
446   Known.Zero.setAllBits();
447   Known.One.setAllBits();
448
449   for (unsigned i = 0; i < NumRanges; ++i) {
450     ConstantInt *Lower =
451         mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges.getOperand(2 * i + 0));
452     ConstantInt *Upper =
453         mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges.getOperand(2 * i + 1));
454     ConstantRange Range(Lower->getValue(), Upper->getValue());
455
456     // The first CommonPrefixBits of all values in Range are equal.
457     unsigned CommonPrefixBits =
458         (Range.getUnsignedMax() ^ Range.getUnsignedMin()).countLeadingZeros();
459
460     APInt Mask = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, CommonPrefixBits);
461     Known.One &= Range.getUnsignedMax() & Mask;
462     Known.Zero &= ~Range.getUnsignedMax() & Mask;
463   }
464 }
465
466 static bool isEphemeralValueOf(const Instruction *I, const Value *E) {
467   SmallVector<const Value *, 16> WorkSet(1, I);
468   SmallPtrSet<const Value *, 32> Visited;
469   SmallPtrSet<const Value *, 16> EphValues;
470
471   // The instruction defining an assumption's condition itself is always
472   // considered ephemeral to that assumption (even if it has other
473   // non-ephemeral users). See r246696's test case for an example.
474   if (is_contained(I->operands(), E))
475     return true;
476
477   while (!WorkSet.empty()) {
478     const Value *V = WorkSet.pop_back_val();
479     if (!Visited.insert(V).second)
480       continue;
481
482     // If all uses of this value are ephemeral, then so is this value.
483     if (llvm::all_of(V->users(), [&](const User *U) {
484                                    return EphValues.count(U);
485                                  })) {
486       if (V == E)
487         return true;
488
489       if (V == I || isSafeToSpeculativelyExecute(V)) {
490        EphValues.insert(V);
491        if (const User *U = dyn_cast<User>(V))
492          for (User::const_op_iterator J = U->op_begin(), JE = U->op_end();
493               J != JE; ++J)
494            WorkSet.push_back(*J);
495       }
496     }
497   }
498
499   return false;
500 }
501
502 // Is this an intrinsic that cannot be speculated but also cannot trap?
503 bool llvm::isAssumeLikeIntrinsic(const Instruction *I) {
504   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
505     if (Function *F = CI->getCalledFunction())
506       switch (F->getIntrinsicID()) {
507       default: break;
508       // FIXME: This list is repeated from NoTTI::getIntrinsicCost.
509       case Intrinsic::assume:
510       case Intrinsic::sideeffect:
511       case Intrinsic::dbg_declare:
512       case Intrinsic::dbg_value:
513       case Intrinsic::dbg_label:
514       case Intrinsic::invariant_start:
515       case Intrinsic::invariant_end:
516       case Intrinsic::lifetime_start:
517       case Intrinsic::lifetime_end:
518       case Intrinsic::objectsize:
519       case Intrinsic::ptr_annotation:
520       case Intrinsic::var_annotation:
521         return true;
522       }
523
524   return false;
525 }
526
527 bool llvm::isValidAssumeForContext(const Instruction *Inv,
528                                    const Instruction *CxtI,
529                                    const DominatorTree *DT) {
530   // There are two restrictions on the use of an assume:
531   //  1. The assume must dominate the context (or the control flow must
532   //     reach the assume whenever it reaches the context).
533   //  2. The context must not be in the assume's set of ephemeral values
534   //     (otherwise we will use the assume to prove that the condition
535   //     feeding the assume is trivially true, thus causing the removal of
536   //     the assume).
537
538   if (DT) {
539     if (DT->dominates(Inv, CxtI))
540       return true;
541   } else if (Inv->getParent() == CxtI->getParent()->getSinglePredecessor()) {
542     // We don't have a DT, but this trivially dominates.
543     return true;
544   }
545
546   // With or without a DT, the only remaining case we will check is if the
547   // instructions are in the same BB.  Give up if that is not the case.
548   if (Inv->getParent() != CxtI->getParent())
549     return false;
550
551   // If we have a dom tree, then we now know that the assume doesn't dominate
552   // the other instruction.  If we don't have a dom tree then we can check if
553   // the assume is first in the BB.
554   if (!DT) {
555     // Search forward from the assume until we reach the context (or the end
556     // of the block); the common case is that the assume will come first.
557     for (auto I = std::next(BasicBlock::const_iterator(Inv)),
558          IE = Inv->getParent()->end(); I != IE; ++I)
559       if (&*I == CxtI)
560         return true;
561   }
562
563   // The context comes first, but they're both in the same block. Make sure
564   // there is nothing in between that might interrupt the control flow.
565   for (BasicBlock::const_iterator I =
566          std::next(BasicBlock::const_iterator(CxtI)), IE(Inv);
567        I != IE; ++I)
568     if (!isSafeToSpeculativelyExecute(&*I) && !isAssumeLikeIntrinsic(&*I))
569       return false;
570
571   return !isEphemeralValueOf(Inv, CxtI);
572 }
573
574 static void computeKnownBitsFromAssume(const Value *V, KnownBits &Known,
575                                        unsigned Depth, const Query &Q) {
576   // Use of assumptions is context-sensitive. If we don't have a context, we
577   // cannot use them!
578   if (!Q.AC || !Q.CxtI)
579     return;
580
581   unsigned BitWidth = Known.getBitWidth();
582
583   // Note that the patterns below need to be kept in sync with the code
584   // in AssumptionCache::updateAffectedValues.
585
586   for (auto &AssumeVH : Q.AC->assumptionsFor(V)) {
587     if (!AssumeVH)
588       continue;
589     CallInst *I = cast<CallInst>(AssumeVH);
590     assert(I->getParent()->getParent() == Q.CxtI->getParent()->getParent() &&
591            "Got assumption for the wrong function!");
592     if (Q.isExcluded(I))
593       continue;
594
595     // Warning: This loop can end up being somewhat performance sensitive.
596     // We're running this loop for once for each value queried resulting in a
597     // runtime of ~O(#assumes * #values).
598
599     assert(I->getCalledFunction()->getIntrinsicID() == Intrinsic::assume &&
600            "must be an assume intrinsic");
601
602     Value *Arg = I->getArgOperand(0);
603
604     if (Arg == V && isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
605       assert(BitWidth == 1 && "assume operand is not i1?");
606       Known.setAllOnes();
607       return;
608     }
609     if (match(Arg, m_Not(m_Specific(V))) &&
610         isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
611       assert(BitWidth == 1 && "assume operand is not i1?");
612       Known.setAllZero();
613       return;
614     }
615
616     // The remaining tests are all recursive, so bail out if we hit the limit.
617     if (Depth == MaxDepth)
618       continue;
619
620     Value *A, *B;
621     auto m_V = m_CombineOr(m_Specific(V),
622                            m_CombineOr(m_PtrToInt(m_Specific(V)),
623                            m_BitCast(m_Specific(V))));
624
625     CmpInst::Predicate Pred;
626     uint64_t C;
627     // assume(v = a)
628     if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
629         Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
630       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
631       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
632       Known.Zero |= RHSKnown.Zero;
633       Known.One  |= RHSKnown.One;
634     // assume(v & b = a)
635     } else if (match(Arg,
636                      m_c_ICmp(Pred, m_c_And(m_V, m_Value(B)), m_Value(A))) &&
637                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
638                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
639       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
640       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
641       KnownBits MaskKnown(BitWidth);
642       computeKnownBits(B, MaskKnown, Depth+1, Query(Q, I));
643
644       // For those bits in the mask that are known to be one, we can propagate
645       // known bits from the RHS to V.
646       Known.Zero |= RHSKnown.Zero & MaskKnown.One;
647       Known.One  |= RHSKnown.One  & MaskKnown.One;
648     // assume(~(v & b) = a)
649     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_c_And(m_V, m_Value(B))),
650                                    m_Value(A))) &&
651                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
652                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
653       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
654       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
655       KnownBits MaskKnown(BitWidth);
656       computeKnownBits(B, MaskKnown, Depth+1, Query(Q, I));
657
658       // For those bits in the mask that are known to be one, we can propagate
659       // inverted known bits from the RHS to V.
660       Known.Zero |= RHSKnown.One  & MaskKnown.One;
661       Known.One  |= RHSKnown.Zero & MaskKnown.One;
662     // assume(v | b = a)
663     } else if (match(Arg,
664                      m_c_ICmp(Pred, m_c_Or(m_V, m_Value(B)), m_Value(A))) &&
665                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
666                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
667       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
668       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
669       KnownBits BKnown(BitWidth);
670       computeKnownBits(B, BKnown, Depth+1, Query(Q, I));
671
672       // For those bits in B that are known to be zero, we can propagate known
673       // bits from the RHS to V.
674       Known.Zero |= RHSKnown.Zero & BKnown.Zero;
675       Known.One  |= RHSKnown.One  & BKnown.Zero;
676     // assume(~(v | b) = a)
677     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_c_Or(m_V, m_Value(B))),
678                                    m_Value(A))) &&
679                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
680                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
681       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
682       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
683       KnownBits BKnown(BitWidth);
684       computeKnownBits(B, BKnown, Depth+1, Query(Q, I));
685
686       // For those bits in B that are known to be zero, we can propagate
687       // inverted known bits from the RHS to V.
688       Known.Zero |= RHSKnown.One  & BKnown.Zero;
689       Known.One  |= RHSKnown.Zero & BKnown.Zero;
690     // assume(v ^ b = a)
691     } else if (match(Arg,
692                      m_c_ICmp(Pred, m_c_Xor(m_V, m_Value(B)), m_Value(A))) &&
693                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
694                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
695       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
696       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
697       KnownBits BKnown(BitWidth);
698       computeKnownBits(B, BKnown, Depth+1, Query(Q, I));
699
700       // For those bits in B that are known to be zero, we can propagate known
701       // bits from the RHS to V. For those bits in B that are known to be one,
702       // we can propagate inverted known bits from the RHS to V.
703       Known.Zero |= RHSKnown.Zero & BKnown.Zero;
704       Known.One  |= RHSKnown.One  & BKnown.Zero;
705       Known.Zero |= RHSKnown.One  & BKnown.One;
706       Known.One  |= RHSKnown.Zero & BKnown.One;
707     // assume(~(v ^ b) = a)
708     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_c_Xor(m_V, m_Value(B))),
709                                    m_Value(A))) &&
710                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
711                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
712       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
713       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
714       KnownBits BKnown(BitWidth);
715       computeKnownBits(B, BKnown, Depth+1, Query(Q, I));
716
717       // For those bits in B that are known to be zero, we can propagate
718       // inverted known bits from the RHS to V. For those bits in B that are
719       // known to be one, we can propagate known bits from the RHS to V.
720       Known.Zero |= RHSKnown.One  & BKnown.Zero;
721       Known.One  |= RHSKnown.Zero & BKnown.Zero;
722       Known.Zero |= RHSKnown.Zero & BKnown.One;
723       Known.One  |= RHSKnown.One  & BKnown.One;
724     // assume(v << c = a)
725     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Shl(m_V, m_ConstantInt(C)),
726                                    m_Value(A))) &&
727                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
728                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT) &&
729                C < BitWidth) {
730       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
731       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
732       // For those bits in RHS that are known, we can propagate them to known
733       // bits in V shifted to the right by C.
734       RHSKnown.Zero.lshrInPlace(C);
735       Known.Zero |= RHSKnown.Zero;
736       RHSKnown.One.lshrInPlace(C);
737       Known.One  |= RHSKnown.One;
738     // assume(~(v << c) = a)
739     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_Shl(m_V, m_ConstantInt(C))),
740                                    m_Value(A))) &&
741                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
742                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT) &&
743                C < BitWidth) {
744       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
745       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
746       // For those bits in RHS that are known, we can propagate them inverted
747       // to known bits in V shifted to the right by C.
748       RHSKnown.One.lshrInPlace(C);
749       Known.Zero |= RHSKnown.One;
750       RHSKnown.Zero.lshrInPlace(C);
751       Known.One  |= RHSKnown.Zero;
752     // assume(v >> c = a)
753     } else if (match(Arg,
754                      m_c_ICmp(Pred, m_Shr(m_V, m_ConstantInt(C)),
755                               m_Value(A))) &&
756                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
757                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT) &&
758                C < BitWidth) {
759       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
760       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
761       // For those bits in RHS that are known, we can propagate them to known
762       // bits in V shifted to the right by C.
763       Known.Zero |= RHSKnown.Zero << C;
764       Known.One  |= RHSKnown.One  << C;
765     // assume(~(v >> c) = a)
766     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_Shr(m_V, m_ConstantInt(C))),
767                                    m_Value(A))) &&
768                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
769                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT) &&
770                C < BitWidth) {
771       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
772       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
773       // For those bits in RHS that are known, we can propagate them inverted
774       // to known bits in V shifted to the right by C.
775       Known.Zero |= RHSKnown.One  << C;
776       Known.One  |= RHSKnown.Zero << C;
777     // assume(v >=_s c) where c is non-negative
778     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
779                Pred == ICmpInst::ICMP_SGE &&
780                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
781       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
782       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
783
784       if (RHSKnown.isNonNegative()) {
785         // We know that the sign bit is zero.
786         Known.makeNonNegative();
787       }
788     // assume(v >_s c) where c is at least -1.
789     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
790                Pred == ICmpInst::ICMP_SGT &&
791                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
792       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
793       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
794
795       if (RHSKnown.isAllOnes() || RHSKnown.isNonNegative()) {
796         // We know that the sign bit is zero.
797         Known.makeNonNegative();
798       }
799     // assume(v <=_s c) where c is negative
800     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
801                Pred == ICmpInst::ICMP_SLE &&
802                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
803       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
804       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
805
806       if (RHSKnown.isNegative()) {
807         // We know that the sign bit is one.
808         Known.makeNegative();
809       }
810     // assume(v <_s c) where c is non-positive
811     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
812                Pred == ICmpInst::ICMP_SLT &&
813                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
814       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
815       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
816
817       if (RHSKnown.isZero() || RHSKnown.isNegative()) {
818         // We know that the sign bit is one.
819         Known.makeNegative();
820       }
821     // assume(v <=_u c)
822     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
823                Pred == ICmpInst::ICMP_ULE &&
824                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
825       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
826       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
827
828       // Whatever high bits in c are zero are known to be zero.
829       Known.Zero.setHighBits(RHSKnown.countMinLeadingZeros());
830       // assume(v <_u c)
831     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
832                Pred == ICmpInst::ICMP_ULT &&
833                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
834       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
835       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
836
837       // If the RHS is known zero, then this assumption must be wrong (nothing
838       // is unsigned less than zero). Signal a conflict and get out of here.
839       if (RHSKnown.isZero()) {
840         Known.Zero.setAllBits();
841         Known.One.setAllBits();
842         break;
843       }
844
845       // Whatever high bits in c are zero are known to be zero (if c is a power
846       // of 2, then one more).
847       if (isKnownToBeAPowerOfTwo(A, false, Depth + 1, Query(Q, I)))
848         Known.Zero.setHighBits(RHSKnown.countMinLeadingZeros() + 1);
849       else
850         Known.Zero.setHighBits(RHSKnown.countMinLeadingZeros());
851     }
852   }
853
854   // If assumptions conflict with each other or previous known bits, then we
855   // have a logical fallacy. It's possible that the assumption is not reachable,
856   // so this isn't a real bug. On the other hand, the program may have undefined
857   // behavior, or we might have a bug in the compiler. We can't assert/crash, so
858   // clear out the known bits, try to warn the user, and hope for the best.
859   if (Known.Zero.intersects(Known.One)) {
860     Known.resetAll();
861
862     if (Q.ORE)
863       Q.ORE->emit([&]() {
864         auto *CxtI = const_cast<Instruction *>(Q.CxtI);
865         return OptimizationRemarkAnalysis("value-tracking", "BadAssumption",
866                                           CxtI)
867                << "Detected conflicting code assumptions. Program may "
868                   "have undefined behavior, or compiler may have "
869                   "internal error.";
870       });
871   }
872 }
873
874 /// Compute known bits from a shift operator, including those with a
875 /// non-constant shift amount. Known is the output of this function. Known2 is a
876 /// pre-allocated temporary with the same bit width as Known. KZF and KOF are
877 /// operator-specific functions that, given the known-zero or known-one bits
878 /// respectively, and a shift amount, compute the implied known-zero or
879 /// known-one bits of the shift operator's result respectively for that shift
880 /// amount. The results from calling KZF and KOF are conservatively combined for
881 /// all permitted shift amounts.
882 static void computeKnownBitsFromShiftOperator(
883     const Operator *I, KnownBits &Known, KnownBits &Known2,
884     unsigned Depth, const Query &Q,
885     function_ref<APInt(const APInt &, unsigned)> KZF,
886     function_ref<APInt(const APInt &, unsigned)> KOF) {
887   unsigned BitWidth = Known.getBitWidth();
888
889   if (auto *SA = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
890     unsigned ShiftAmt = SA->getLimitedValue(BitWidth-1);
891
892     computeKnownBits(I->getOperand(0), Known, Depth + 1, Q);
893     Known.Zero = KZF(Known.Zero, ShiftAmt);
894     Known.One  = KOF(Known.One, ShiftAmt);
895     // If the known bits conflict, this must be an overflowing left shift, so
896     // the shift result is poison. We can return anything we want. Choose 0 for
897     // the best folding opportunity.
898     if (Known.hasConflict())
899       Known.setAllZero();
900
901     return;
902   }
903
904   computeKnownBits(I->getOperand(1), Known, Depth + 1, Q);
905
906   // If the shift amount could be greater than or equal to the bit-width of the
907   // LHS, the value could be poison, but bail out because the check below is
908   // expensive. TODO: Should we just carry on?
909   if ((~Known.Zero).uge(BitWidth)) {
910     Known.resetAll();
911     return;
912   }
913
914   // Note: We cannot use Known.Zero.getLimitedValue() here, because if
915   // BitWidth > 64 and any upper bits are known, we'll end up returning the
916   // limit value (which implies all bits are known).
917   uint64_t ShiftAmtKZ = Known.Zero.zextOrTrunc(64).getZExtValue();
918   uint64_t ShiftAmtKO = Known.One.zextOrTrunc(64).getZExtValue();
919
920   // It would be more-clearly correct to use the two temporaries for this
921   // calculation. Reusing the APInts here to prevent unnecessary allocations.
922   Known.resetAll();
923
924   // If we know the shifter operand is nonzero, we can sometimes infer more
925   // known bits. However this is expensive to compute, so be lazy about it and
926   // only compute it when absolutely necessary.
927   Optional<bool> ShifterOperandIsNonZero;
928
929   // Early exit if we can't constrain any well-defined shift amount.
930   if (!(ShiftAmtKZ & (PowerOf2Ceil(BitWidth) - 1)) &&
931       !(ShiftAmtKO & (PowerOf2Ceil(BitWidth) - 1))) {
932     ShifterOperandIsNonZero = isKnownNonZero(I->getOperand(1), Depth + 1, Q);
933     if (!*ShifterOperandIsNonZero)
934       return;
935   }
936
937   computeKnownBits(I->getOperand(0), Known2, Depth + 1, Q);
938
939   Known.Zero.setAllBits();
940   Known.One.setAllBits();
941   for (unsigned ShiftAmt = 0; ShiftAmt < BitWidth; ++ShiftAmt) {
942     // Combine the shifted known input bits only for those shift amounts
943     // compatible with its known constraints.
944     if ((ShiftAmt & ~ShiftAmtKZ) != ShiftAmt)
945       continue;
946     if ((ShiftAmt | ShiftAmtKO) != ShiftAmt)
947       continue;
948     // If we know the shifter is nonzero, we may be able to infer more known
949     // bits. This check is sunk down as far as possible to avoid the expensive
950     // call to isKnownNonZero if the cheaper checks above fail.
951     if (ShiftAmt == 0) {
952       if (!ShifterOperandIsNonZero.hasValue())
953         ShifterOperandIsNonZero =
954             isKnownNonZero(I->getOperand(1), Depth + 1, Q);
955       if (*ShifterOperandIsNonZero)
956         continue;
957     }
958
959     Known.Zero &= KZF(Known2.Zero, ShiftAmt);
960     Known.One  &= KOF(Known2.One, ShiftAmt);
961   }
962
963   // If the known bits conflict, the result is poison. Return a 0 and hope the
964   // caller can further optimize that.
965   if (Known.hasConflict())
966     Known.setAllZero();
967 }
968
969 static void computeKnownBitsFromOperator(const Operator *I, KnownBits &Known,
970                                          unsigned Depth, const Query &Q) {
971   unsigned BitWidth = Known.getBitWidth();
972
973   KnownBits Known2(Known);
974   switch (I->getOpcode()) {
975   default: break;
976   case Instruction::Load:
977     if (MDNode *MD =
978             Q.IIQ.getMetadata(cast<LoadInst>(I), LLVMContext::MD_range))
979       computeKnownBitsFromRangeMetadata(*MD, Known);
980     break;
981   case Instruction::And: {
982     // If either the LHS or the RHS are Zero, the result is zero.
983     computeKnownBits(I->getOperand(1), Known, Depth + 1, Q);
984     computeKnownBits(I->getOperand(0), Known2, Depth + 1, Q);
985
986     // Output known-1 bits are only known if set in both the LHS & RHS.
987     Known.One &= Known2.One;
988     // Output known-0 are known to be clear if zero in either the LHS | RHS.
989     Known.Zero |= Known2.Zero;
990
991     // and(x, add (x, -1)) is a common idiom that always clears the low bit;
992     // here we handle the more general case of adding any odd number by
993     // matching the form add(x, add(x, y)) where y is odd.
994     // TODO: This could be generalized to clearing any bit set in y where the
995     // following bit is known to be unset in y.
996     Value *X = nullptr, *Y = nullptr;
997     if (!Known.Zero[0] && !Known.One[0] &&
998         match(I, m_c_BinOp(m_Value(X), m_Add(m_Deferred(X), m_Value(Y))))) {
999       Known2.resetAll();
1000       computeKnownBits(Y, Known2, Depth + 1, Q);
1001       if (Known2.countMinTrailingOnes() > 0)
1002         Known.Zero.setBit(0);
1003     }
1004     break;
1005   }
1006   case Instruction::Or:
1007     computeKnownBits(I->getOperand(1), Known, Depth + 1, Q);
1008     computeKnownBits(I->getOperand(0), Known2, Depth + 1, Q);
1009
1010     // Output known-0 bits are only known if clear in both the LHS & RHS.
1011     Known.Zero &= Known2.Zero;
1012     // Output known-1 are known to be set if set in either the LHS | RHS.
1013     Known.One |= Known2.One;
1014     break;
1015   case Instruction::Xor: {
1016     computeKnownBits(I->getOperand(1), Known, Depth + 1, Q);
1017     computeKnownBits(I->getOperand(0), Known2, Depth + 1, Q);
1018
1019     // Output known-0 bits are known if clear or set in both the LHS & RHS.
1020     APInt KnownZeroOut = (Known.Zero & Known2.Zero) | (Known.One & Known2.One);
1021     // Output known-1 are known to be set if set in only one of the LHS, RHS.
1022     Known.One = (Known.Zero & Known2.One) | (Known.One & Known2.Zero);
1023     Known.Zero = std::move(KnownZeroOut);
1024     break;
1025   }
1026   case Instruction::Mul: {
1027     bool NSW = Q.IIQ.hasNoSignedWrap(cast<OverflowingBinaryOperator>(I));
1028     computeKnownBitsMul(I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW, Known,
1029                         Known2, Depth, Q);
1030     break;
1031   }
1032   case Instruction::UDiv: {
1033     // For the purposes of computing leading zeros we can conservatively
1034     // treat a udiv as a logical right shift by the power of 2 known to
1035     // be less than the denominator.
1036     computeKnownBits(I->getOperand(0), Known2, Depth + 1, Q);
1037     unsigned LeadZ = Known2.countMinLeadingZeros();
1038
1039     Known2.resetAll();
1040     computeKnownBits(I->getOperand(1), Known2, Depth + 1, Q);
1041     unsigned RHSMaxLeadingZeros = Known2.countMaxLeadingZeros();
1042     if (RHSMaxLeadingZeros != BitWidth)
1043       LeadZ = std::min(BitWidth, LeadZ + BitWidth - RHSMaxLeadingZeros - 1);
1044
1045     Known.Zero.setHighBits(LeadZ);
1046     break;
1047   }
1048   case Instruction::Select: {
1049     const Value *LHS, *RHS;
1050     SelectPatternFlavor SPF = matchSelectPattern(I, LHS, RHS).Flavor;
1051     if (SelectPatternResult::isMinOrMax(SPF)) {
1052       computeKnownBits(RHS, Known, Depth + 1, Q);
1053       computeKnownBits(LHS, Known2, Depth + 1, Q);
1054     } else {
1055       computeKnownBits(I->getOperand(2), Known, Depth + 1, Q);
1056       computeKnownBits(I->getOperand(1), Known2, Depth + 1, Q);
1057     }
1058
1059     unsigned MaxHighOnes = 0;
1060     unsigned MaxHighZeros = 0;
1061     if (SPF == SPF_SMAX) {
1062       // If both sides are negative, the result is negative.
1063       if (Known.isNegative() && Known2.isNegative())
1064         // We can derive a lower bound on the result by taking the max of the
1065         // leading one bits.
1066         MaxHighOnes =
1067             std::max(Known.countMinLeadingOnes(), Known2.countMinLeadingOnes());
1068       // If either side is non-negative, the result is non-negative.
1069       else if (Known.isNonNegative() || Known2.isNonNegative())
1070         MaxHighZeros = 1;
1071     } else if (SPF == SPF_SMIN) {
1072       // If both sides are non-negative, the result is non-negative.
1073       if (Known.isNonNegative() && Known2.isNonNegative())
1074         // We can derive an upper bound on the result by taking the max of the
1075         // leading zero bits.
1076         MaxHighZeros = std::max(Known.countMinLeadingZeros(),
1077                                 Known2.countMinLeadingZeros());
1078       // If either side is negative, the result is negative.
1079       else if (Known.isNegative() || Known2.isNegative())
1080         MaxHighOnes = 1;
1081     } else if (SPF == SPF_UMAX) {
1082       // We can derive a lower bound on the result by taking the max of the
1083       // leading one bits.
1084       MaxHighOnes =
1085           std::max(Known.countMinLeadingOnes(), Known2.countMinLeadingOnes());
1086     } else if (SPF == SPF_UMIN) {
1087       // We can derive an upper bound on the result by taking the max of the
1088       // leading zero bits.
1089       MaxHighZeros =
1090           std::max(Known.countMinLeadingZeros(), Known2.countMinLeadingZeros());
1091     } else if (SPF == SPF_ABS) {
1092       // RHS from matchSelectPattern returns the negation part of abs pattern.
1093       // If the negate has an NSW flag we can assume the sign bit of the result
1094       // will be 0 because that makes abs(INT_MIN) undefined.
1095       if (Q.IIQ.hasNoSignedWrap(cast<Instruction>(RHS)))
1096         MaxHighZeros = 1;
1097     }
1098
1099     // Only known if known in both the LHS and RHS.
1100     Known.One &= Known2.One;
1101     Known.Zero &= Known2.Zero;
1102     if (MaxHighOnes > 0)
1103       Known.One.setHighBits(MaxHighOnes);
1104     if (MaxHighZeros > 0)
1105       Known.Zero.setHighBits(MaxHighZeros);
1106     break;
1107   }
1108   case Instruction::FPTrunc:
1109   case Instruction::FPExt:
1110   case Instruction::FPToUI:
1111   case Instruction::FPToSI:
1112   case Instruction::SIToFP:
1113   case Instruction::UIToFP:
1114     break; // Can't work with floating point.
1115   case Instruction::PtrToInt:
1116   case Instruction::IntToPtr:
1117     // Fall through and handle them the same as zext/trunc.
1118     LLVM_FALLTHROUGH;
1119   case Instruction::ZExt:
1120   case Instruction::Trunc: {
1121     Type *SrcTy = I->getOperand(0)->getType();
1122
1123     unsigned SrcBitWidth;
1124     // Note that we handle pointer operands here because of inttoptr/ptrtoint
1125     // which fall through here.
1126     Type *ScalarTy = SrcTy->getScalarType();
1127     SrcBitWidth = ScalarTy->isPointerTy() ?
1128       Q.DL.getIndexTypeSizeInBits(ScalarTy) :
1129       Q.DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy);
1130
1131     assert(SrcBitWidth && "SrcBitWidth can't be zero");
1132     Known = Known.zextOrTrunc(SrcBitWidth);
1133     computeKnownBits(I->getOperand(0), Known, Depth + 1, Q);
1134     Known = Known.zextOrTrunc(BitWidth);
1135     // Any top bits are known to be zero.
1136     if (BitWidth > SrcBitWidth)
1137       Known.Zero.setBitsFrom(SrcBitWidth);
1138     break;
1139   }
1140   case Instruction::BitCast: {
1141     Type *SrcTy = I->getOperand(0)->getType();
1142     if (SrcTy->isIntOrPtrTy() &&
1143         // TODO: For now, not handling conversions like:
1144         // (bitcast i64 %x to <2 x i32>)
1145         !I->getType()->isVectorTy()) {
1146       computeKnownBits(I->getOperand(0), Known, Depth + 1, Q);
1147       break;
1148     }
1149     break;
1150   }
1151   case Instruction::SExt: {
1152     // Compute the bits in the result that are not present in the input.
1153     unsigned SrcBitWidth = I->getOperand(0)->getType()->getScalarSizeInBits();
1154
1155     Known = Known.trunc(SrcBitWidth);
1156     computeKnownBits(I->getOperand(0), Known, Depth + 1, Q);
1157     // If the sign bit of the input is known set or clear, then we know the
1158     // top bits of the result.
1159     Known = Known.sext(BitWidth);
1160     break;
1161   }
1162   case Instruction::Shl: {
1163     // (shl X, C1) & C2 == 0   iff   (X & C2 >>u C1) == 0
1164     bool NSW = Q.IIQ.hasNoSignedWrap(cast<OverflowingBinaryOperator>(I));
1165     auto KZF = [NSW](const APInt &KnownZero, unsigned ShiftAmt) {
1166       APInt KZResult = KnownZero << ShiftAmt;
1167       KZResult.setLowBits(ShiftAmt); // Low bits known 0.
1168       // If this shift has "nsw" keyword, then the result is either a poison
1169       // value or has the same sign bit as the first operand.
1170       if (NSW && KnownZero.isSignBitSet())
1171         KZResult.setSignBit();
1172       return KZResult;
1173     };
1174
1175     auto KOF = [NSW](const APInt &KnownOne, unsigned ShiftAmt) {
1176       APInt KOResult = KnownOne << ShiftAmt;
1177       if (NSW && KnownOne.isSignBitSet())
1178         KOResult.setSignBit();
1179       return KOResult;
1180     };
1181
1182     computeKnownBitsFromShiftOperator(I, Known, Known2, Depth, Q, KZF, KOF);
1183     break;
1184   }
1185   case Instruction::LShr: {
1186     // (lshr X, C1) & C2 == 0   iff  (-1 >> C1) & C2 == 0
1187     auto KZF = [](const APInt &KnownZero, unsigned ShiftAmt) {
1188       APInt KZResult = KnownZero.lshr(ShiftAmt);
1189       // High bits known zero.
1190       KZResult.setHighBits(ShiftAmt);
1191       return KZResult;
1192     };
1193
1194     auto KOF = [](const APInt &KnownOne, unsigned ShiftAmt) {
1195       return KnownOne.lshr(ShiftAmt);
1196     };
1197
1198     computeKnownBitsFromShiftOperator(I, Known, Known2, Depth, Q, KZF, KOF);
1199     break;
1200   }
1201   case Instruction::AShr: {
1202     // (ashr X, C1) & C2 == 0   iff  (-1 >> C1) & C2 == 0
1203     auto KZF = [](const APInt &KnownZero, unsigned ShiftAmt) {
1204       return KnownZero.ashr(ShiftAmt);
1205     };
1206
1207     auto KOF = [](const APInt &KnownOne, unsigned ShiftAmt) {
1208       return KnownOne.ashr(ShiftAmt);
1209     };
1210
1211     computeKnownBitsFromShiftOperator(I, Known, Known2, Depth, Q, KZF, KOF);
1212     break;
1213   }
1214   case Instruction::Sub: {
1215     bool NSW = Q.IIQ.hasNoSignedWrap(cast<OverflowingBinaryOperator>(I));
1216     computeKnownBitsAddSub(false, I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW,
1217                            Known, Known2, Depth, Q);
1218     break;
1219   }
1220   case Instruction::Add: {
1221     bool NSW = Q.IIQ.hasNoSignedWrap(cast<OverflowingBinaryOperator>(I));
1222     computeKnownBitsAddSub(true, I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW,
1223                            Known, Known2, Depth, Q);
1224     break;
1225   }
1226   case Instruction::SRem:
1227     if (ConstantInt *Rem = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1228       APInt RA = Rem->getValue().abs();
1229       if (RA.isPowerOf2()) {
1230         APInt LowBits = RA - 1;
1231         computeKnownBits(I->getOperand(0), Known2, Depth + 1, Q);
1232
1233         // The low bits of the first operand are unchanged by the srem.
1234         Known.Zero = Known2.Zero & LowBits;
1235         Known.One = Known2.One & LowBits;
1236
1237         // If the first operand is non-negative or has all low bits zero, then
1238         // the upper bits are all zero.
1239         if (Known2.isNonNegative() || LowBits.isSubsetOf(Known2.Zero))
1240           Known.Zero |= ~LowBits;
1241
1242         // If the first operand is negative and not all low bits are zero, then
1243         // the upper bits are all one.
1244         if (Known2.isNegative() && LowBits.intersects(Known2.One))
1245           Known.One |= ~LowBits;
1246
1247         assert((Known.Zero & Known.One) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
1248         break;
1249       }
1250     }
1251
1252     // The sign bit is the LHS's sign bit, except when the result of the
1253     // remainder is zero.
1254     computeKnownBits(I->getOperand(0), Known2, Depth + 1, Q);
1255     // If it's known zero, our sign bit is also zero.
1256     if (Known2.isNonNegative())
1257       Known.makeNonNegative();
1258
1259     break;
1260   case Instruction::URem: {
1261     if (ConstantInt *Rem = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1262       const APInt &RA = Rem->getValue();
1263       if (RA.isPowerOf2()) {
1264         APInt LowBits = (RA - 1);
1265         computeKnownBits(I->getOperand(0), Known, Depth + 1, Q);
1266         Known.Zero |= ~LowBits;
1267         Known.One &= LowBits;
1268         break;
1269       }
1270     }
1271
1272     // Since the result is less than or equal to either operand, any leading
1273     // zero bits in either operand must also exist in the result.
1274     computeKnownBits(I->getOperand(0), Known, Depth + 1, Q);
1275     computeKnownBits(I->getOperand(1), Known2, Depth + 1, Q);
1276
1277     unsigned Leaders =
1278         std::max(Known.countMinLeadingZeros(), Known2.countMinLeadingZeros());
1279     Known.resetAll();
1280     Known.Zero.setHighBits(Leaders);
1281     break;
1282   }
1283
1284   case Instruction::Alloca: {
1285     const AllocaInst *AI = cast<AllocaInst>(I);
1286     unsigned Align = AI->getAlignment();
1287     if (Align == 0)
1288       Align = Q.DL.getABITypeAlignment(AI->getAllocatedType());
1289
1290     if (Align > 0)
1291       Known.Zero.setLowBits(countTrailingZeros(Align));
1292     break;
1293   }
1294   case Instruction::GetElementPtr: {
1295     // Analyze all of the subscripts of this getelementptr instruction
1296     // to determine if we can prove known low zero bits.
1297     KnownBits LocalKnown(BitWidth);
1298     computeKnownBits(I->getOperand(0), LocalKnown, Depth + 1, Q);
1299     unsigned TrailZ = LocalKnown.countMinTrailingZeros();
1300
1301     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(I);
1302     for (unsigned i = 1, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i, ++GTI) {
1303       Value *Index = I->getOperand(i);
1304       if (StructType *STy = GTI.getStructTypeOrNull()) {
1305         // Handle struct member offset arithmetic.
1306
1307         // Handle case when index is vector zeroinitializer
1308         Constant *CIndex = cast<Constant>(Index);
1309         if (CIndex->isZeroValue())
1310           continue;
1311
1312         if (CIndex->getType()->isVectorTy())
1313           Index = CIndex->getSplatValue();
1314
1315         unsigned Idx = cast<ConstantInt>(Index)->getZExtValue();
1316         const StructLayout *SL = Q.DL.getStructLayout(STy);
1317         uint64_t Offset = SL->getElementOffset(Idx);
1318         TrailZ = std::min<unsigned>(TrailZ,
1319                                     countTrailingZeros(Offset));
1320       } else {
1321         // Handle array index arithmetic.
1322         Type *IndexedTy = GTI.getIndexedType();
1323         if (!IndexedTy->isSized()) {
1324           TrailZ = 0;
1325           break;
1326         }
1327         unsigned GEPOpiBits = Index->getType()->getScalarSizeInBits();
1328         uint64_t TypeSize = Q.DL.getTypeAllocSize(IndexedTy);
1329         LocalKnown.Zero = LocalKnown.One = APInt(GEPOpiBits, 0);
1330         computeKnownBits(Index, LocalKnown, Depth + 1, Q);
1331         TrailZ = std::min(TrailZ,
1332                           unsigned(countTrailingZeros(TypeSize) +
1333                                    LocalKnown.countMinTrailingZeros()));
1334       }
1335     }
1336
1337     Known.Zero.setLowBits(TrailZ);
1338     break;
1339   }
1340   case Instruction::PHI: {
1341     const PHINode *P = cast<PHINode>(I);
1342     // Handle the case of a simple two-predecessor recurrence PHI.
1343     // There's a lot more that could theoretically be done here, but
1344     // this is sufficient to catch some interesting cases.
1345     if (P->getNumIncomingValues() == 2) {
1346       for (unsigned i = 0; i != 2; ++i) {
1347         Value *L = P->getIncomingValue(i);
1348         Value *R = P->getIncomingValue(!i);
1349         Operator *LU = dyn_cast<Operator>(L);
1350         if (!LU)
1351           continue;
1352         unsigned Opcode = LU->getOpcode();
1353         // Check for operations that have the property that if
1354         // both their operands have low zero bits, the result
1355         // will have low zero bits.
1356         if (Opcode == Instruction::Add ||
1357             Opcode == Instruction::Sub ||
1358             Opcode == Instruction::And ||
1359             Opcode == Instruction::Or ||
1360             Opcode == Instruction::Mul) {
1361           Value *LL = LU->getOperand(0);
1362           Value *LR = LU->getOperand(1);
1363           // Find a recurrence.
1364           if (LL == I)
1365             L = LR;
1366           else if (LR == I)
1367             L = LL;
1368           else
1369             break;
1370           // Ok, we have a PHI of the form L op= R. Check for low
1371           // zero bits.
1372           computeKnownBits(R, Known2, Depth + 1, Q);
1373
1374           // We need to take the minimum number of known bits
1375           KnownBits Known3(Known);
1376           computeKnownBits(L, Known3, Depth + 1, Q);
1377
1378           Known.Zero.setLowBits(std::min(Known2.countMinTrailingZeros(),
1379                                          Known3.countMinTrailingZeros()));
1380
1381           auto *OverflowOp = dyn_cast<OverflowingBinaryOperator>(LU);
1382           if (OverflowOp && Q.IIQ.hasNoSignedWrap(OverflowOp)) {
1383             // If initial value of recurrence is nonnegative, and we are adding
1384             // a nonnegative number with nsw, the result can only be nonnegative
1385             // or poison value regardless of the number of times we execute the
1386             // add in phi recurrence. If initial value is negative and we are
1387             // adding a negative number with nsw, the result can only be
1388             // negative or poison value. Similar arguments apply to sub and mul.
1389             //
1390             // (add non-negative, non-negative) --> non-negative
1391             // (add negative, negative) --> negative
1392             if (Opcode == Instruction::Add) {
1393               if (Known2.isNonNegative() && Known3.isNonNegative())
1394                 Known.makeNonNegative();
1395               else if (Known2.isNegative() && Known3.isNegative())
1396                 Known.makeNegative();
1397             }
1398
1399             // (sub nsw non-negative, negative) --> non-negative
1400             // (sub nsw negative, non-negative) --> negative
1401             else if (Opcode == Instruction::Sub && LL == I) {
1402               if (Known2.isNonNegative() && Known3.isNegative())
1403                 Known.makeNonNegative();
1404               else if (Known2.isNegative() && Known3.isNonNegative())
1405                 Known.makeNegative();
1406             }
1407
1408             // (mul nsw non-negative, non-negative) --> non-negative
1409             else if (Opcode == Instruction::Mul && Known2.isNonNegative() &&
1410                      Known3.isNonNegative())
1411               Known.makeNonNegative();
1412           }
1413
1414           break;
1415         }
1416       }
1417     }
1418
1419     // Unreachable blocks may have zero-operand PHI nodes.
1420     if (P->getNumIncomingValues() == 0)
1421       break;
1422
1423     // Otherwise take the unions of the known bit sets of the operands,
1424     // taking conservative care to avoid excessive recursion.
1425     if (Depth < MaxDepth - 1 && !Known.Zero && !Known.One) {
1426       // Skip if every incoming value references to ourself.
1427       if (dyn_cast_or_null<UndefValue>(P->hasConstantValue()))
1428         break;
1429
1430       Known.Zero.setAllBits();
1431       Known.One.setAllBits();
1432       for (Value *IncValue : P->incoming_values()) {
1433         // Skip direct self references.
1434         if (IncValue == P) continue;
1435
1436         Known2 = KnownBits(BitWidth);
1437         // Recurse, but cap the recursion to one level, because we don't
1438         // want to waste time spinning around in loops.
1439         computeKnownBits(IncValue, Known2, MaxDepth - 1, Q);
1440         Known.Zero &= Known2.Zero;
1441         Known.One &= Known2.One;
1442         // If all bits have been ruled out, there's no need to check
1443         // more operands.
1444         if (!Known.Zero && !Known.One)
1445           break;
1446       }
1447     }
1448     break;
1449   }
1450   case Instruction::Call:
1451   case Instruction::Invoke:
1452     // If range metadata is attached to this call, set known bits from that,
1453     // and then intersect with known bits based on other properties of the
1454     // function.
1455     if (MDNode *MD =
1456             Q.IIQ.getMetadata(cast<Instruction>(I), LLVMContext::MD_range))
1457       computeKnownBitsFromRangeMetadata(*MD, Known);
1458     if (const Value *RV = ImmutableCallSite(I).getReturnedArgOperand()) {
1459       computeKnownBits(RV, Known2, Depth + 1, Q);
1460       Known.Zero |= Known2.Zero;
1461       Known.One |= Known2.One;
1462     }
1463     if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
1464       switch (II->getIntrinsicID()) {
1465       default: break;
1466       case Intrinsic::bitreverse:
1467         computeKnownBits(I->getOperand(0), Known2, Depth + 1, Q);
1468         Known.Zero |= Known2.Zero.reverseBits();
1469         Known.One |= Known2.One.reverseBits();
1470         break;
1471       case Intrinsic::bswap:
1472         computeKnownBits(I->getOperand(0), Known2, Depth + 1, Q);
1473         Known.Zero |= Known2.Zero.byteSwap();
1474         Known.One |= Known2.One.byteSwap();
1475         break;
1476       case Intrinsic::ctlz: {
1477         computeKnownBits(I->getOperand(0), Known2, Depth + 1, Q);
1478         // If we have a known 1, its position is our upper bound.
1479         unsigned PossibleLZ = Known2.One.countLeadingZeros();
1480         // If this call is undefined for 0, the result will be less than 2^n.
1481         if (II->getArgOperand(1) == ConstantInt::getTrue(II->getContext()))
1482           PossibleLZ = std::min(PossibleLZ, BitWidth - 1);
1483         unsigned LowBits = Log2_32(PossibleLZ)+1;
1484         Known.Zero.setBitsFrom(LowBits);
1485         break;
1486       }
1487       case Intrinsic::cttz: {
1488         computeKnownBits(I->getOperand(0), Known2, Depth + 1, Q);
1489         // If we have a known 1, its position is our upper bound.
1490         unsigned PossibleTZ = Known2.One.countTrailingZeros();
1491         // If this call is undefined for 0, the result will be less than 2^n.
1492         if (II->getArgOperand(1) == ConstantInt::getTrue(II->getContext()))
1493           PossibleTZ = std::min(PossibleTZ, BitWidth - 1);
1494         unsigned LowBits = Log2_32(PossibleTZ)+1;
1495         Known.Zero.setBitsFrom(LowBits);
1496         break;
1497       }
1498       case Intrinsic::ctpop: {
1499         computeKnownBits(I->getOperand(0), Known2, Depth + 1, Q);
1500         // We can bound the space the count needs.  Also, bits known to be zero
1501         // can't contribute to the population.
1502         unsigned BitsPossiblySet = Known2.countMaxPopulation();
1503         unsigned LowBits = Log2_32(BitsPossiblySet)+1;
1504         Known.Zero.setBitsFrom(LowBits);
1505         // TODO: we could bound KnownOne using the lower bound on the number
1506         // of bits which might be set provided by popcnt KnownOne2.
1507         break;
1508       }
1509       case Intrinsic::fshr:
1510       case Intrinsic::fshl: {
1511         const APInt *SA;
1512         if (!match(I->getOperand(2), m_APInt(SA)))
1513           break;
1514
1515         // Normalize to funnel shift left.
1516         uint64_t ShiftAmt = SA->urem(BitWidth);
1517         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::fshr)
1518           ShiftAmt = BitWidth - ShiftAmt;
1519
1520         KnownBits Known3(Known);
1521         computeKnownBits(I->getOperand(0), Known2, Depth + 1, Q);
1522         computeKnownBits(I->getOperand(1), Known3, Depth + 1, Q);
1523
1524         Known.Zero =
1525             Known2.Zero.shl(ShiftAmt) | Known3.Zero.lshr(BitWidth - ShiftAmt);
1526         Known.One =
1527             Known2.One.shl(ShiftAmt) | Known3.One.lshr(BitWidth - ShiftAmt);
1528         break;
1529       }
1530       case Intrinsic::x86_sse42_crc32_64_64:
1531         Known.Zero.setBitsFrom(32);
1532         break;
1533       }
1534     }
1535     break;
1536   case Instruction::ExtractElement:
1537     // Look through extract element. At the moment we keep this simple and skip
1538     // tracking the specific element. But at least we might find information
1539     // valid for all elements of the vector (for example if vector is sign
1540     // extended, shifted, etc).
1541     computeKnownBits(I->getOperand(0), Known, Depth + 1, Q);
1542     break;
1543   case Instruction::ExtractValue:
1544     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I->getOperand(0))) {
1545       const ExtractValueInst *EVI = cast<ExtractValueInst>(I);
1546       if (EVI->getNumIndices() != 1) break;
1547       if (EVI->getIndices()[0] == 0) {
1548         switch (II->getIntrinsicID()) {
1549         default: break;
1550         case Intrinsic::uadd_with_overflow:
1551         case Intrinsic::sadd_with_overflow:
1552           computeKnownBitsAddSub(true, II->getArgOperand(0),
1553                                  II->getArgOperand(1), false, Known, Known2,
1554                                  Depth, Q);
1555           break;
1556         case Intrinsic::usub_with_overflow:
1557         case Intrinsic::ssub_with_overflow:
1558           computeKnownBitsAddSub(false, II->getArgOperand(0),
1559                                  II->getArgOperand(1), false, Known, Known2,
1560                                  Depth, Q);
1561           break;
1562         case Intrinsic::umul_with_overflow:
1563         case Intrinsic::smul_with_overflow:
1564           computeKnownBitsMul(II->getArgOperand(0), II->getArgOperand(1), false,
1565                               Known, Known2, Depth, Q);
1566           break;
1567         }
1568       }
1569     }
1570   }
1571 }
1572
1573 /// Determine which bits of V are known to be either zero or one and return
1574 /// them.
1575 KnownBits computeKnownBits(const Value *V, unsigned Depth, const Query &Q) {
1576   KnownBits Known(getBitWidth(V->getType(), Q.DL));
1577   computeKnownBits(V, Known, Depth, Q);
1578   return Known;
1579 }
1580
1581 /// Determine which bits of V are known to be either zero or one and return
1582 /// them in the Known bit set.
1583 ///
1584 /// NOTE: we cannot consider 'undef' to be "IsZero" here.  The problem is that
1585 /// we cannot optimize based on the assumption that it is zero without changing
1586 /// it to be an explicit zero.  If we don't change it to zero, other code could
1587 /// optimized based on the contradictory assumption that it is non-zero.
1588 /// Because instcombine aggressively folds operations with undef args anyway,
1589 /// this won't lose us code quality.
1590 ///
1591 /// This function is defined on values with integer type, values with pointer
1592 /// type, and vectors of integers.  In the case
1593 /// where V is a vector, known zero, and known one values are the
1594 /// same width as the vector element, and the bit is set only if it is true
1595 /// for all of the elements in the vector.
1596 void computeKnownBits(const Value *V, KnownBits &Known, unsigned Depth,
1597                       const Query &Q) {
1598   assert(V && "No Value?");
1599   assert(Depth <= MaxDepth && "Limit Search Depth");
1600   unsigned BitWidth = Known.getBitWidth();
1601
1602   assert((V->getType()->isIntOrIntVectorTy(BitWidth) ||
1603           V->getType()->isPtrOrPtrVectorTy()) &&
1604          "Not integer or pointer type!");
1605
1606   Type *ScalarTy = V->getType()->getScalarType();
1607   unsigned ExpectedWidth = ScalarTy->isPointerTy() ?
1608     Q.DL.getIndexTypeSizeInBits(ScalarTy) : Q.DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy);
1609   assert(ExpectedWidth == BitWidth && "V and Known should have same BitWidth");
1610   (void)BitWidth;
1611   (void)ExpectedWidth;
1612
1613   const APInt *C;
1614   if (match(V, m_APInt(C))) {
1615     // We know all of the bits for a scalar constant or a splat vector constant!
1616     Known.One = *C;
1617     Known.Zero = ~Known.One;
1618     return;
1619   }
1620   // Null and aggregate-zero are all-zeros.
1621   if (isa<ConstantPointerNull>(V) || isa<ConstantAggregateZero>(V)) {
1622     Known.setAllZero();
1623     return;
1624   }
1625   // Handle a constant vector by taking the intersection of the known bits of
1626   // each element.
1627   if (const ConstantDataSequential *CDS = dyn_cast<ConstantDataSequential>(V)) {
1628     // We know that CDS must be a vector of integers. Take the intersection of
1629     // each element.
1630     Known.Zero.setAllBits(); Known.One.setAllBits();
1631     for (unsigned i = 0, e = CDS->getNumElements(); i != e; ++i) {
1632       APInt Elt = CDS->getElementAsAPInt(i);
1633       Known.Zero &= ~Elt;
1634       Known.One &= Elt;
1635     }
1636     return;
1637   }
1638
1639   if (const auto *CV = dyn_cast<ConstantVector>(V)) {
1640     // We know that CV must be a vector of integers. Take the intersection of
1641     // each element.
1642     Known.Zero.setAllBits(); Known.One.setAllBits();
1643     for (unsigned i = 0, e = CV->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1644       Constant *Element = CV->getAggregateElement(i);
1645       auto *ElementCI = dyn_cast_or_null<ConstantInt>(Element);
1646       if (!ElementCI) {
1647         Known.resetAll();
1648         return;
1649       }
1650       const APInt &Elt = ElementCI->getValue();
1651       Known.Zero &= ~Elt;
1652       Known.One &= Elt;
1653     }
1654     return;
1655   }
1656
1657   // Start out not knowing anything.
1658   Known.resetAll();
1659
1660   // We can't imply anything about undefs.
1661   if (isa<UndefValue>(V))
1662     return;
1663
1664   // There's no point in looking through other users of ConstantData for
1665   // assumptions.  Confirm that we've handled them all.
1666   assert(!isa<ConstantData>(V) && "Unhandled constant data!");
1667
1668   // Limit search depth.
1669   // All recursive calls that increase depth must come after this.
1670   if (Depth == MaxDepth)
1671     return;
1672
1673   // A weak GlobalAlias is totally unknown. A non-weak GlobalAlias has
1674   // the bits of its aliasee.
1675   if (const GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V)) {
1676     if (!GA->isInterposable())
1677       computeKnownBits(GA->getAliasee(), Known, Depth + 1, Q);
1678     return;
1679   }
1680
1681   if (const Operator *I = dyn_cast<Operator>(V))
1682     computeKnownBitsFromOperator(I, Known, Depth, Q);
1683
1684   // Aligned pointers have trailing zeros - refine Known.Zero set
1685   if (V->getType()->isPointerTy()) {
1686     unsigned Align = V->getPointerAlignment(Q.DL);
1687     if (Align)
1688       Known.Zero.setLowBits(countTrailingZeros(Align));
1689   }
1690
1691   // computeKnownBitsFromAssume strictly refines Known.
1692   // Therefore, we run them after computeKnownBitsFromOperator.
1693
1694   // Check whether a nearby assume intrinsic can determine some known bits.
1695   computeKnownBitsFromAssume(V, Known, Depth, Q);
1696
1697   assert((Known.Zero & Known.One) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
1698 }
1699
1700 /// Return true if the given value is known to have exactly one
1701 /// bit set when defined. For vectors return true if every element is known to
1702 /// be a power of two when defined. Supports values with integer or pointer
1703 /// types and vectors of integers.
1704 bool isKnownToBeAPowerOfTwo(const Value *V, bool OrZero, unsigned Depth,
1705                             const Query &Q) {
1706   assert(Depth <= MaxDepth && "Limit Search Depth");
1707
1708   // Attempt to match against constants.
1709   if (OrZero && match(V, m_Power2OrZero()))
1710       return true;
1711   if (match(V, m_Power2()))
1712       return true;
1713
1714   // 1 << X is clearly a power of two if the one is not shifted off the end.  If
1715   // it is shifted off the end then the result is undefined.
1716   if (match(V, m_Shl(m_One(), m_Value())))
1717     return true;
1718
1719   // (signmask) >>l X is clearly a power of two if the one is not shifted off
1720   // the bottom.  If it is shifted off the bottom then the result is undefined.
1721   if (match(V, m_LShr(m_SignMask(), m_Value())))
1722     return true;
1723
1724   // The remaining tests are all recursive, so bail out if we hit the limit.
1725   if (Depth++ == MaxDepth)
1726     return false;
1727
1728   Value *X = nullptr, *Y = nullptr;
1729   // A shift left or a logical shift right of a power of two is a power of two
1730   // or zero.
1731   if (OrZero && (match(V, m_Shl(m_Value(X), m_Value())) ||
1732                  match(V, m_LShr(m_Value(X), m_Value()))))
1733     return isKnownToBeAPowerOfTwo(X, /*OrZero*/ true, Depth, Q);
1734
1735   if (const ZExtInst *ZI = dyn_cast<ZExtInst>(V))
1736     return isKnownToBeAPowerOfTwo(ZI->getOperand(0), OrZero, Depth, Q);
1737
1738   if (const SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V))
1739     return isKnownToBeAPowerOfTwo(SI->getTrueValue(), OrZero, Depth, Q) &&
1740            isKnownToBeAPowerOfTwo(SI->getFalseValue(), OrZero, Depth, Q);
1741
1742   if (OrZero && match(V, m_And(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1743     // A power of two and'd with anything is a power of two or zero.
1744     if (isKnownToBeAPowerOfTwo(X, /*OrZero*/ true, Depth, Q) ||
1745         isKnownToBeAPowerOfTwo(Y, /*OrZero*/ true, Depth, Q))
1746       return true;
1747     // X & (-X) is always a power of two or zero.
1748     if (match(X, m_Neg(m_Specific(Y))) || match(Y, m_Neg(m_Specific(X))))
1749       return true;
1750     return false;
1751   }
1752
1753   // Adding a power-of-two or zero to the same power-of-two or zero yields
1754   // either the original power-of-two, a larger power-of-two or zero.
1755   if (match(V, m_Add(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1756     const OverflowingBinaryOperator *VOBO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V);
1757     if (OrZero || Q.IIQ.hasNoUnsignedWrap(VOBO) ||
1758         Q.IIQ.hasNoSignedWrap(VOBO)) {
1759       if (match(X, m_And(m_Specific(Y), m_Value())) ||
1760           match(X, m_And(m_Value(), m_Specific(Y))))
1761         if (isKnownToBeAPowerOfTwo(Y, OrZero, Depth, Q))
1762           return true;
1763       if (match(Y, m_And(m_Specific(X), m_Value())) ||
1764           match(Y, m_And(m_Value(), m_Specific(X))))
1765         if (isKnownToBeAPowerOfTwo(X, OrZero, Depth, Q))
1766           return true;
1767
1768       unsigned BitWidth = V->getType()->getScalarSizeInBits();
1769       KnownBits LHSBits(BitWidth);
1770       computeKnownBits(X, LHSBits, Depth, Q);
1771
1772       KnownBits RHSBits(BitWidth);
1773       computeKnownBits(Y, RHSBits, Depth, Q);
1774       // If i8 V is a power of two or zero:
1775       //  ZeroBits: 1 1 1 0 1 1 1 1
1776       // ~ZeroBits: 0 0 0 1 0 0 0 0
1777       if ((~(LHSBits.Zero & RHSBits.Zero)).isPowerOf2())
1778         // If OrZero isn't set, we cannot give back a zero result.
1779         // Make sure either the LHS or RHS has a bit set.
1780         if (OrZero || RHSBits.One.getBoolValue() || LHSBits.One.getBoolValue())
1781           return true;
1782     }
1783   }
1784
1785   // An exact divide or right shift can only shift off zero bits, so the result
1786   // is a power of two only if the first operand is a power of two and not
1787   // copying a sign bit (sdiv int_min, 2).
1788   if (match(V, m_Exact(m_LShr(m_Value(), m_Value()))) ||
1789       match(V, m_Exact(m_UDiv(m_Value(), m_Value())))) {
1790     return isKnownToBeAPowerOfTwo(cast<Operator>(V)->getOperand(0), OrZero,
1791                                   Depth, Q);
1792   }
1793
1794   return false;
1795 }
1796
1797 /// Test whether a GEP's result is known to be non-null.
1798 ///
1799 /// Uses properties inherent in a GEP to try to determine whether it is known
1800 /// to be non-null.
1801 ///
1802 /// Currently this routine does not support vector GEPs.
1803 static bool isGEPKnownNonNull(const GEPOperator *GEP, unsigned Depth,
1804                               const Query &Q) {
1805   const Function *F = nullptr;
1806   if (const Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(GEP))
1807     F = I->getFunction();
1808
1809   if (!GEP->isInBounds() ||
1810       NullPointerIsDefined(F, GEP->getPointerAddressSpace()))
1811     return false;
1812
1813   // FIXME: Support vector-GEPs.
1814   assert(GEP->getType()->isPointerTy() && "We only support plain pointer GEP");
1815
1816   // If the base pointer is non-null, we cannot walk to a null address with an
1817   // inbounds GEP in address space zero.
1818   if (isKnownNonZero(GEP->getPointerOperand(), Depth, Q))
1819     return true;
1820
1821   // Walk the GEP operands and see if any operand introduces a non-zero offset.
1822   // If so, then the GEP cannot produce a null pointer, as doing so would
1823   // inherently violate the inbounds contract within address space zero.
1824   for (gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP), GTE = gep_type_end(GEP);
1825        GTI != GTE; ++GTI) {
1826     // Struct types are easy -- they must always be indexed by a constant.
1827     if (StructType *STy = GTI.getStructTypeOrNull()) {
1828       ConstantInt *OpC = cast<ConstantInt>(GTI.getOperand());
1829       unsigned ElementIdx = OpC->getZExtValue();
1830       const StructLayout *SL = Q.DL.getStructLayout(STy);
1831       uint64_t ElementOffset = SL->getElementOffset(ElementIdx);
1832       if (ElementOffset > 0)
1833         return true;
1834       continue;
1835     }
1836
1837     // If we have a zero-sized type, the index doesn't matter. Keep looping.
1838     if (Q.DL.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType()) == 0)
1839       continue;
1840
1841     // Fast path the constant operand case both for efficiency and so we don't
1842     // increment Depth when just zipping down an all-constant GEP.
1843     if (ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GTI.getOperand())) {
1844       if (!OpC->isZero())
1845         return true;
1846       continue;
1847     }
1848
1849     // We post-increment Depth here because while isKnownNonZero increments it
1850     // as well, when we pop back up that increment won't persist. We don't want
1851     // to recurse 10k times just because we have 10k GEP operands. We don't
1852     // bail completely out because we want to handle constant GEPs regardless
1853     // of depth.
1854     if (Depth++ >= MaxDepth)
1855       continue;
1856
1857     if (isKnownNonZero(GTI.getOperand(), Depth, Q))
1858       return true;
1859   }
1860
1861   return false;
1862 }
1863
1864 static bool isKnownNonNullFromDominatingCondition(const Value *V,
1865                                                   const Instruction *CtxI,
1866                                                   const DominatorTree *DT) {
1867   assert(V->getType()->isPointerTy() && "V must be pointer type");
1868   assert(!isa<ConstantData>(V) && "Did not expect ConstantPointerNull");
1869
1870   if (!CtxI || !DT)
1871     return false;
1872
1873   unsigned NumUsesExplored = 0;
1874   for (auto *U : V->users()) {
1875     // Avoid massive lists
1876     if (NumUsesExplored >= DomConditionsMaxUses)
1877       break;
1878     NumUsesExplored++;
1879
1880     // If the value is used as an argument to a call or invoke, then argument
1881     // attributes may provide an answer about null-ness.
1882     if (auto CS = ImmutableCallSite(U))
1883       if (auto *CalledFunc = CS.getCalledFunction())
1884         for (const Argument &Arg : CalledFunc->args())
1885           if (CS.getArgOperand(Arg.getArgNo()) == V &&
1886               Arg.hasNonNullAttr() && DT->dominates(CS.getInstruction(), CtxI))
1887             return true;
1888
1889     // Consider only compare instructions uniquely controlling a branch
1890     CmpInst::Predicate Pred;
1891     if (!match(const_cast<User *>(U),
1892                m_c_ICmp(Pred, m_Specific(V), m_Zero())) ||
1893         (Pred != ICmpInst::ICMP_EQ && Pred != ICmpInst::ICMP_NE))
1894       continue;
1895
1896     SmallVector<const User *, 4> WorkList;
1897     SmallPtrSet<const User *, 4> Visited;
1898     for (auto *CmpU : U->users()) {
1899       assert(WorkList.empty() && "Should be!");
1900       if (Visited.insert(CmpU).second)
1901         WorkList.push_back(CmpU);
1902
1903       while (!WorkList.empty()) {
1904         auto *Curr = WorkList.pop_back_val();
1905
1906         // If a user is an AND, add all its users to the work list. We only
1907         // propagate "pred != null" condition through AND because it is only
1908         // correct to assume that all conditions of AND are met in true branch.
1909         // TODO: Support similar logic of OR and EQ predicate?
1910         if (Pred == ICmpInst::ICMP_NE)
1911           if (auto *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Curr))
1912             if (BO->getOpcode() == Instruction::And) {
1913               for (auto *BOU : BO->users())
1914                 if (Visited.insert(BOU).second)
1915                   WorkList.push_back(BOU);
1916               continue;
1917             }
1918
1919         if (const BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(Curr)) {
1920           assert(BI->isConditional() && "uses a comparison!");
1921
1922           BasicBlock *NonNullSuccessor =
1923               BI->getSuccessor(Pred == ICmpInst::ICMP_EQ ? 1 : 0);
1924           BasicBlockEdge Edge(BI->getParent(), NonNullSuccessor);
1925           if (Edge.isSingleEdge() && DT->dominates(Edge, CtxI->getParent()))
1926             return true;
1927         } else if (Pred == ICmpInst::ICMP_NE && isGuard(Curr) &&
1928                    DT->dominates(cast<Instruction>(Curr), CtxI)) {
1929           return true;
1930         }
1931       }
1932     }
1933   }
1934
1935   return false;
1936 }
1937
1938 /// Does the 'Range' metadata (which must be a valid MD_range operand list)
1939 /// ensure that the value it's attached to is never Value?  'RangeType' is
1940 /// is the type of the value described by the range.
1941 static bool rangeMetadataExcludesValue(const MDNode* Ranges, const APInt& Value) {
1942   const unsigned NumRanges = Ranges->getNumOperands() / 2;
1943   assert(NumRanges >= 1);
1944   for (unsigned i = 0; i < NumRanges; ++i) {
1945     ConstantInt *Lower =
1946         mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges->getOperand(2 * i + 0));
1947     ConstantInt *Upper =
1948         mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges->getOperand(2 * i + 1));
1949     ConstantRange Range(Lower->getValue(), Upper->getValue());
1950     if (Range.contains(Value))
1951       return false;
1952   }
1953   return true;
1954 }
1955
1956 /// Return true if the given value is known to be non-zero when defined. For
1957 /// vectors, return true if every element is known to be non-zero when
1958 /// defined. For pointers, if the context instruction and dominator tree are
1959 /// specified, perform context-sensitive analysis and return true if the
1960 /// pointer couldn't possibly be null at the specified instruction.
1961 /// Supports values with integer or pointer type and vectors of integers.
1962 bool isKnownNonZero(const Value *V, unsigned Depth, const Query &Q) {
1963   if (auto *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
1964     if (C->isNullValue())
1965       return false;
1966     if (isa<ConstantInt>(C))
1967       // Must be non-zero due to null test above.
1968       return true;
1969
1970     // For constant vectors, check that all elements are undefined or known
1971     // non-zero to determine that the whole vector is known non-zero.
1972     if (auto *VecTy = dyn_cast<VectorType>(C->getType())) {
1973       for (unsigned i = 0, e = VecTy->getNumElements(); i != e; ++i) {
1974         Constant *Elt = C->getAggregateElement(i);
1975         if (!Elt || Elt->isNullValue())
1976           return false;
1977         if (!isa<UndefValue>(Elt) && !isa<ConstantInt>(Elt))
1978           return false;
1979       }
1980       return true;
1981     }
1982
1983     // A global variable in address space 0 is non null unless extern weak
1984     // or an absolute symbol reference. Other address spaces may have null as a
1985     // valid address for a global, so we can't assume anything.
1986     if (const GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(V)) {
1987       if (!GV->isAbsoluteSymbolRef() && !GV->hasExternalWeakLinkage() &&
1988           GV->getType()->getAddressSpace() == 0)
1989         return true;
1990     } else
1991       return false;
1992   }
1993
1994   if (auto *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
1995     if (MDNode *Ranges = Q.IIQ.getMetadata(I, LLVMContext::MD_range)) {
1996       // If the possible ranges don't contain zero, then the value is
1997       // definitely non-zero.
1998       if (auto *Ty = dyn_cast<IntegerType>(V->getType())) {
1999         const APInt ZeroValue(Ty->getBitWidth(), 0);
2000         if (rangeMetadataExcludesValue(Ranges, ZeroValue))
2001           return true;
2002       }
2003     }
2004   }
2005
2006   // Some of the tests below are recursive, so bail out if we hit the limit.
2007   if (Depth++ >= MaxDepth)
2008     return false;
2009
2010   // Check for pointer simplifications.
2011   if (V->getType()->isPointerTy()) {
2012     // Alloca never returns null, malloc might.
2013     if (isa<AllocaInst>(V) && Q.DL.getAllocaAddrSpace() == 0)
2014       return true;
2015
2016     // A byval, inalloca, or nonnull argument is never null.
2017     if (const Argument *A = dyn_cast<Argument>(V))
2018       if (A->hasByValOrInAllocaAttr() || A->hasNonNullAttr())
2019         return true;
2020
2021     // A Load tagged with nonnull metadata is never null.
2022     if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(V))
2023       if (Q.IIQ.getMetadata(LI, LLVMContext::MD_nonnull))
2024         return true;
2025
2026     if (const auto *Call = dyn_cast<CallBase>(V)) {
2027       if (Call->isReturnNonNull())
2028         return true;
2029       if (const auto *RP = getArgumentAliasingToReturnedPointer(Call))
2030         return isKnownNonZero(RP, Depth, Q);
2031     }
2032   }
2033
2034
2035   // Check for recursive pointer simplifications.
2036   if (V->getType()->isPointerTy()) {
2037     if (isKnownNonNullFromDominatingCondition(V, Q.CxtI, Q.DT))
2038       return true;
2039
2040     if (const GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V))
2041       if (isGEPKnownNonNull(GEP, Depth, Q))
2042         return true;
2043   }
2044
2045   unsigned BitWidth = getBitWidth(V->getType()->getScalarType(), Q.DL);
2046
2047   // X | Y != 0 if X != 0 or Y != 0.
2048   Value *X = nullptr, *Y = nullptr;
2049   if (match(V, m_Or(m_Value(X), m_Value(Y))))
2050     return isKnownNonZero(X, Depth, Q) || isKnownNonZero(Y, Depth, Q);
2051
2052   // ext X != 0 if X != 0.
2053   if (isa<SExtInst>(V) || isa<ZExtInst>(V))
2054     return isKnownNonZero(cast<Instruction>(V)->getOperand(0), Depth, Q);
2055
2056   // shl X, Y != 0 if X is odd.  Note that the value of the shift is undefined
2057   // if the lowest bit is shifted off the end.
2058   if (match(V, m_Shl(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
2059     // shl nuw can't remove any non-zero bits.
2060     const OverflowingBinaryOperator *BO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V);
2061     if (Q.IIQ.hasNoUnsignedWrap(BO))
2062       return isKnownNonZero(X, Depth, Q);
2063
2064     KnownBits Known(BitWidth);
2065     computeKnownBits(X, Known, Depth, Q);
2066     if (Known.One[0])
2067       return true;
2068   }
2069   // shr X, Y != 0 if X is negative.  Note that the value of the shift is not
2070   // defined if the sign bit is shifted off the end.
2071   else if (match(V, m_Shr(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
2072     // shr exact can only shift out zero bits.
2073     const PossiblyExactOperator *BO = cast<PossiblyExactOperator>(V);
2074     if (BO->isExact())
2075       return isKnownNonZero(X, Depth, Q);
2076
2077     KnownBits Known = computeKnownBits(X, Depth, Q);
2078     if (Known.isNegative())
2079       return true;
2080
2081     // If the shifter operand is a constant, and all of the bits shifted
2082     // out are known to be zero, and X is known non-zero then at least one
2083     // non-zero bit must remain.
2084     if (ConstantInt *Shift = dyn_cast<ConstantInt>(Y)) {
2085       auto ShiftVal = Shift->getLimitedValue(BitWidth - 1);
2086       // Is there a known one in the portion not shifted out?
2087       if (Known.countMaxLeadingZeros() < BitWidth - ShiftVal)
2088         return true;
2089       // Are all the bits to be shifted out known zero?
2090       if (Known.countMinTrailingZeros() >= ShiftVal)
2091         return isKnownNonZero(X, Depth, Q);
2092     }
2093   }
2094   // div exact can only produce a zero if the dividend is zero.
2095   else if (match(V, m_Exact(m_IDiv(m_Value(X), m_Value())))) {
2096     return isKnownNonZero(X, Depth, Q);
2097   }
2098   // X + Y.
2099   else if (match(V, m_Add(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
2100     KnownBits XKnown = computeKnownBits(X, Depth, Q);
2101     KnownBits YKnown = computeKnownBits(Y, Depth, Q);
2102
2103     // If X and Y are both non-negative (as signed values) then their sum is not
2104     // zero unless both X and Y are zero.
2105     if (XKnown.isNonNegative() && YKnown.isNonNegative())
2106       if (isKnownNonZero(X, Depth, Q) || isKnownNonZero(Y, Depth, Q))
2107         return true;
2108
2109     // If X and Y are both negative (as signed values) then their sum is not
2110     // zero unless both X and Y equal INT_MIN.
2111     if (XKnown.isNegative() && YKnown.isNegative()) {
2112       APInt Mask = APInt::getSignedMaxValue(BitWidth);
2113       // The sign bit of X is set.  If some other bit is set then X is not equal
2114       // to INT_MIN.
2115       if (XKnown.One.intersects(Mask))
2116         return true;
2117       // The sign bit of Y is set.  If some other bit is set then Y is not equal
2118       // to INT_MIN.
2119       if (YKnown.One.intersects(Mask))
2120         return true;
2121     }
2122
2123     // The sum of a non-negative number and a power of two is not zero.
2124     if (XKnown.isNonNegative() &&
2125         isKnownToBeAPowerOfTwo(Y, /*OrZero*/ false, Depth, Q))
2126       return true;
2127     if (YKnown.isNonNegative() &&
2128         isKnownToBeAPowerOfTwo(X, /*OrZero*/ false, Depth, Q))
2129       return true;
2130   }
2131   // X * Y.
2132   else if (match(V, m_Mul(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
2133     const OverflowingBinaryOperator *BO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V);
2134     // If X and Y are non-zero then so is X * Y as long as the multiplication
2135     // does not overflow.
2136     if ((Q.IIQ.hasNoSignedWrap(BO) || Q.IIQ.hasNoUnsignedWrap(BO)) &&
2137         isKnownNonZero(X, Depth, Q) && isKnownNonZero(Y, Depth, Q))
2138       return true;
2139   }
2140   // (C ? X : Y) != 0 if X != 0 and Y != 0.
2141   else if (const SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
2142     if (isKnownNonZero(SI->getTrueValue(), Depth, Q) &&
2143         isKnownNonZero(SI->getFalseValue(), Depth, Q))
2144       return true;
2145   }
2146   // PHI
2147   else if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
2148     // Try and detect a recurrence that monotonically increases from a
2149     // starting value, as these are common as induction variables.
2150     if (PN->getNumIncomingValues() == 2) {
2151       Value *Start = PN->getIncomingValue(0);
2152       Value *Induction = PN->getIncomingValue(1);
2153       if (isa<ConstantInt>(Induction) && !isa<ConstantInt>(Start))
2154         std::swap(Start, Induction);
2155       if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Start)) {
2156         if (!C->isZero() && !C->isNegative()) {
2157           ConstantInt *X;
2158           if (Q.IIQ.UseInstrInfo &&
2159               (match(Induction, m_NSWAdd(m_Specific(PN), m_ConstantInt(X))) ||
2160                match(Induction, m_NUWAdd(m_Specific(PN), m_ConstantInt(X)))) &&
2161               !X->isNegative())
2162             return true;
2163         }
2164       }
2165     }
2166     // Check if all incoming values are non-zero constant.
2167     bool AllNonZeroConstants = llvm::all_of(PN->operands(), [](Value *V) {
2168       return isa<ConstantInt>(V) && !cast<ConstantInt>(V)->isZero();
2169     });
2170     if (AllNonZeroConstants)
2171       return true;
2172   }
2173
2174   KnownBits Known(BitWidth);
2175   computeKnownBits(V, Known, Depth, Q);
2176   return Known.One != 0;
2177 }
2178
2179 /// Return true if V2 == V1 + X, where X is known non-zero.
2180 static bool isAddOfNonZero(const Value *V1, const Value *V2, const Query &Q) {
2181   const BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(V1);
2182   if (!BO || BO->getOpcode() != Instruction::Add)
2183     return false;
2184   Value *Op = nullptr;
2185   if (V2 == BO->getOperand(0))
2186     Op = BO->getOperand(1);
2187   else if (V2 == BO->getOperand(1))
2188     Op = BO->getOperand(0);
2189   else
2190     return false;
2191   return isKnownNonZero(Op, 0, Q);
2192 }
2193
2194 /// Return true if it is known that V1 != V2.
2195 static bool isKnownNonEqual(const Value *V1, const Value *V2, const Query &Q) {
2196   if (V1 == V2)
2197     return false;
2198   if (V1->getType() != V2->getType())
2199     // We can't look through casts yet.
2200     return false;
2201   if (isAddOfNonZero(V1, V2, Q) || isAddOfNonZero(V2, V1, Q))
2202     return true;
2203
2204   if (V1->getType()->isIntOrIntVectorTy()) {
2205     // Are any known bits in V1 contradictory to known bits in V2? If V1
2206     // has a known zero where V2 has a known one, they must not be equal.
2207     KnownBits Known1 = computeKnownBits(V1, 0, Q);
2208     KnownBits Known2 = computeKnownBits(V2, 0, Q);
2209
2210     if (Known1.Zero.intersects(Known2.One) ||
2211         Known2.Zero.intersects(Known1.One))
2212       return true;
2213   }
2214   return false;
2215 }
2216
2217 /// Return true if 'V & Mask' is known to be zero.  We use this predicate to
2218 /// simplify operations downstream. Mask is known to be zero for bits that V
2219 /// cannot have.
2220 ///
2221 /// This function is defined on values with integer type, values with pointer
2222 /// type, and vectors of integers.  In the case
2223 /// where V is a vector, the mask, known zero, and known one values are the
2224 /// same width as the vector element, and the bit is set only if it is true
2225 /// for all of the elements in the vector.
2226 bool MaskedValueIsZero(const Value *V, const APInt &Mask, unsigned Depth,
2227                        const Query &Q) {
2228   KnownBits Known(Mask.getBitWidth());
2229   computeKnownBits(V, Known, Depth, Q);
2230   return Mask.isSubsetOf(Known.Zero);
2231 }
2232
2233 // Match a signed min+max clamp pattern like smax(smin(In, CHigh), CLow).
2234 // Returns the input and lower/upper bounds.
2235 static bool isSignedMinMaxClamp(const Value *Select, const Value *&In,
2236                                 const APInt *&CLow, const APInt *&CHigh) {
2237   assert(isa<Operator>(Select) &&
2238          cast<Operator>(Select)->getOpcode() == Instruction::Select &&
2239          "Input should be a Select!");
2240
2241   const Value *LHS, *RHS, *LHS2, *RHS2;
2242   SelectPatternFlavor SPF = matchSelectPattern(Select, LHS, RHS).Flavor;
2243   if (SPF != SPF_SMAX && SPF != SPF_SMIN)
2244     return false;
2245
2246   if (!match(RHS, m_APInt(CLow)))
2247     return false;
2248
2249   SelectPatternFlavor SPF2 = matchSelectPattern(LHS, LHS2, RHS2).Flavor;
2250   if (getInverseMinMaxFlavor(SPF) != SPF2)
2251     return false;
2252
2253   if (!match(RHS2, m_APInt(CHigh)))
2254     return false;
2255
2256   if (SPF == SPF_SMIN)
2257     std::swap(CLow, CHigh);
2258
2259   In = LHS2;
2260   return CLow->sle(*CHigh);
2261 }
2262
2263 /// For vector constants, loop over the elements and find the constant with the
2264 /// minimum number of sign bits. Return 0 if the value is not a vector constant
2265 /// or if any element was not analyzed; otherwise, return the count for the
2266 /// element with the minimum number of sign bits.
2267 static unsigned computeNumSignBitsVectorConstant(const Value *V,
2268                                                  unsigned TyBits) {
2269   const auto *CV = dyn_cast<Constant>(V);
2270   if (!CV || !CV->getType()->isVectorTy())
2271     return 0;
2272
2273   unsigned MinSignBits = TyBits;
2274   unsigned NumElts = CV->getType()->getVectorNumElements();
2275   for (unsigned i = 0; i != NumElts; ++i) {
2276     // If we find a non-ConstantInt, bail out.
2277     auto *Elt = dyn_cast_or_null<ConstantInt>(CV->getAggregateElement(i));
2278     if (!Elt)
2279       return 0;
2280
2281     MinSignBits = std::min(MinSignBits, Elt->getValue().getNumSignBits());
2282   }
2283
2284   return MinSignBits;
2285 }
2286
2287 static unsigned ComputeNumSignBitsImpl(const Value *V, unsigned Depth,
2288                                        const Query &Q);
2289
2290 static unsigned ComputeNumSignBits(const Value *V, unsigned Depth,
2291                                    const Query &Q) {
2292   unsigned Result = ComputeNumSignBitsImpl(V, Depth, Q);
2293   assert(Result > 0 && "At least one sign bit needs to be present!");
2294   return Result;
2295 }
2296
2297 /// Return the number of times the sign bit of the register is replicated into
2298 /// the other bits. We know that at least 1 bit is always equal to the sign bit
2299 /// (itself), but other cases can give us information. For example, immediately
2300 /// after an "ashr X, 2", we know that the top 3 bits are all equal to each
2301 /// other, so we return 3. For vectors, return the number of sign bits for the
2302 /// vector element with the minimum number of known sign bits.
2303 static unsigned ComputeNumSignBitsImpl(const Value *V, unsigned Depth,
2304                                        const Query &Q) {
2305   assert(Depth <= MaxDepth && "Limit Search Depth");
2306
2307   // We return the minimum number of sign bits that are guaranteed to be present
2308   // in V, so for undef we have to conservatively return 1.  We don't have the
2309   // same behavior for poison though -- that's a FIXME today.
2310
2311   Type *ScalarTy = V->getType()->getScalarType();
2312   unsigned TyBits = ScalarTy->isPointerTy() ?
2313     Q.DL.getIndexTypeSizeInBits(ScalarTy) :
2314     Q.DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy);
2315
2316   unsigned Tmp, Tmp2;
2317   unsigned FirstAnswer = 1;
2318
2319   // Note that ConstantInt is handled by the general computeKnownBits case
2320   // below.
2321
2322   if (Depth == MaxDepth)
2323     return 1;  // Limit search depth.
2324
2325   const Operator *U = dyn_cast<Operator>(V);
2326   switch (Operator::getOpcode(V)) {
2327   default: break;
2328   case Instruction::SExt:
2329     Tmp = TyBits - U->getOperand(0)->getType()->getScalarSizeInBits();
2330     return ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q) + Tmp;
2331
2332   case Instruction::SDiv: {
2333     const APInt *Denominator;
2334     // sdiv X, C -> adds log(C) sign bits.
2335     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(Denominator))) {
2336
2337       // Ignore non-positive denominator.
2338       if (!Denominator->isStrictlyPositive())
2339         break;
2340
2341       // Calculate the incoming numerator bits.
2342       unsigned NumBits = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q);
2343
2344       // Add floor(log(C)) bits to the numerator bits.
2345       return std::min(TyBits, NumBits + Denominator->logBase2());
2346     }
2347     break;
2348   }
2349
2350   case Instruction::SRem: {
2351     const APInt *Denominator;
2352     // srem X, C -> we know that the result is within [-C+1,C) when C is a
2353     // positive constant.  This let us put a lower bound on the number of sign
2354     // bits.
2355     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(Denominator))) {
2356
2357       // Ignore non-positive denominator.
2358       if (!Denominator->isStrictlyPositive())
2359         break;
2360
2361       // Calculate the incoming numerator bits. SRem by a positive constant
2362       // can't lower the number of sign bits.
2363       unsigned NumrBits =
2364           ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q);
2365
2366       // Calculate the leading sign bit constraints by examining the
2367       // denominator.  Given that the denominator is positive, there are two
2368       // cases:
2369       //
2370       //  1. the numerator is positive.  The result range is [0,C) and [0,C) u<
2371       //     (1 << ceilLogBase2(C)).
2372       //
2373       //  2. the numerator is negative.  Then the result range is (-C,0] and
2374       //     integers in (-C,0] are either 0 or >u (-1 << ceilLogBase2(C)).
2375       //
2376       // Thus a lower bound on the number of sign bits is `TyBits -
2377       // ceilLogBase2(C)`.
2378
2379       unsigned ResBits = TyBits - Denominator->ceilLogBase2();
2380       return std::max(NumrBits, ResBits);
2381     }
2382     break;
2383   }
2384
2385   case Instruction::AShr: {
2386     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q);
2387     // ashr X, C   -> adds C sign bits.  Vectors too.
2388     const APInt *ShAmt;
2389     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(ShAmt))) {
2390       if (ShAmt->uge(TyBits))
2391         break;  // Bad shift.
2392       unsigned ShAmtLimited = ShAmt->getZExtValue();
2393       Tmp += ShAmtLimited;
2394       if (Tmp > TyBits) Tmp = TyBits;
2395     }
2396     return Tmp;
2397   }
2398   case Instruction::Shl: {
2399     const APInt *ShAmt;
2400     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(ShAmt))) {
2401       // shl destroys sign bits.
2402       Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q);
2403       if (ShAmt->uge(TyBits) ||      // Bad shift.
2404           ShAmt->uge(Tmp)) break;    // Shifted all sign bits out.
2405       Tmp2 = ShAmt->getZExtValue();
2406       return Tmp - Tmp2;
2407     }
2408     break;
2409   }
2410   case Instruction::And:
2411   case Instruction::Or:
2412   case Instruction::Xor:    // NOT is handled here.
2413     // Logical binary ops preserve the number of sign bits at the worst.
2414     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q);
2415     if (Tmp != 1) {
2416       Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), Depth + 1, Q);
2417       FirstAnswer = std::min(Tmp, Tmp2);
2418       // We computed what we know about the sign bits as our first
2419       // answer. Now proceed to the generic code that uses
2420       // computeKnownBits, and pick whichever answer is better.
2421     }
2422     break;
2423
2424   case Instruction::Select: {
2425     // If we have a clamp pattern, we know that the number of sign bits will be
2426     // the minimum of the clamp min/max range.
2427     const Value *X;
2428     const APInt *CLow, *CHigh;
2429     if (isSignedMinMaxClamp(U, X, CLow, CHigh))
2430       return std::min(CLow->getNumSignBits(), CHigh->getNumSignBits());
2431
2432     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), Depth + 1, Q);
2433     if (Tmp == 1) break;
2434     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(2), Depth + 1, Q);
2435     return std::min(Tmp, Tmp2);
2436   }
2437
2438   case Instruction::Add:
2439     // Add can have at most one carry bit.  Thus we know that the output
2440     // is, at worst, one more bit than the inputs.
2441     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q);
2442     if (Tmp == 1) break;
2443
2444     // Special case decrementing a value (ADD X, -1):
2445     if (const auto *CRHS = dyn_cast<Constant>(U->getOperand(1)))
2446       if (CRHS->isAllOnesValue()) {
2447         KnownBits Known(TyBits);
2448         computeKnownBits(U->getOperand(0), Known, Depth + 1, Q);
2449
2450         // If the input is known to be 0 or 1, the output is 0/-1, which is all
2451         // sign bits set.
2452         if ((Known.Zero | 1).isAllOnesValue())
2453           return TyBits;
2454
2455         // If we are subtracting one from a positive number, there is no carry
2456         // out of the result.
2457         if (Known.isNonNegative())
2458           return Tmp;
2459       }
2460
2461     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), Depth + 1, Q);
2462     if (Tmp2 == 1) break;
2463     return std::min(Tmp, Tmp2)-1;
2464
2465   case Instruction::Sub:
2466     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), Depth + 1, Q);
2467     if (Tmp2 == 1) break;
2468
2469     // Handle NEG.
2470     if (const auto *CLHS = dyn_cast<Constant>(U->getOperand(0)))
2471       if (CLHS->isNullValue()) {
2472         KnownBits Known(TyBits);
2473         computeKnownBits(U->getOperand(1), Known, Depth + 1, Q);
2474         // If the input is known to be 0 or 1, the output is 0/-1, which is all
2475         // sign bits set.
2476         if ((Known.Zero | 1).isAllOnesValue())
2477           return TyBits;
2478
2479         // If the input is known to be positive (the sign bit is known clear),
2480         // the output of the NEG has the same number of sign bits as the input.
2481         if (Known.isNonNegative())
2482           return Tmp2;
2483
2484         // Otherwise, we treat this like a SUB.
2485       }
2486
2487     // Sub can have at most one carry bit.  Thus we know that the output
2488     // is, at worst, one more bit than the inputs.
2489     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q);
2490     if (Tmp == 1) break;
2491     return std::min(Tmp, Tmp2)-1;
2492
2493   case Instruction::Mul: {
2494     // The output of the Mul can be at most twice the valid bits in the inputs.
2495     unsigned SignBitsOp0 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q);
2496     if (SignBitsOp0 == 1) break;
2497     unsigned SignBitsOp1 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), Depth + 1, Q);
2498     if (SignBitsOp1 == 1) break;
2499     unsigned OutValidBits =
2500         (TyBits - SignBitsOp0 + 1) + (TyBits - SignBitsOp1 + 1);
2501     return OutValidBits > TyBits ? 1 : TyBits - OutValidBits + 1;
2502   }
2503
2504   case Instruction::PHI: {
2505     const PHINode *PN = cast<PHINode>(U);
2506     unsigned NumIncomingValues = PN->getNumIncomingValues();
2507     // Don't analyze large in-degree PHIs.
2508     if (NumIncomingValues > 4) break;
2509     // Unreachable blocks may have zero-operand PHI nodes.
2510     if (NumIncomingValues == 0) break;
2511
2512     // Take the minimum of all incoming values.  This can't infinitely loop
2513     // because of our depth threshold.
2514     Tmp = ComputeNumSignBits(PN->getIncomingValue(0), Depth + 1, Q);
2515     for (unsigned i = 1, e = NumIncomingValues; i != e; ++i) {
2516       if (Tmp == 1) return Tmp;
2517       Tmp = std::min(
2518           Tmp, ComputeNumSignBits(PN->getIncomingValue(i), Depth + 1, Q));
2519     }
2520     return Tmp;
2521   }
2522
2523   case Instruction::Trunc:
2524     // FIXME: it's tricky to do anything useful for this, but it is an important
2525     // case for targets like X86.
2526     break;
2527
2528   case Instruction::ExtractElement:
2529     // Look through extract element. At the moment we keep this simple and skip
2530     // tracking the specific element. But at least we might find information
2531     // valid for all elements of the vector (for example if vector is sign
2532     // extended, shifted, etc).
2533     return ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q);
2534
2535   case Instruction::ShuffleVector: {
2536     // TODO: This is copied almost directly from the SelectionDAG version of
2537     //       ComputeNumSignBits. It would be better if we could share common
2538     //       code. If not, make sure that changes are translated to the DAG.
2539
2540     // Collect the minimum number of sign bits that are shared by every vector
2541     // element referenced by the shuffle.
2542     auto *Shuf = cast<ShuffleVectorInst>(U);
2543     int NumElts = Shuf->getOperand(0)->getType()->getVectorNumElements();
2544     int NumMaskElts = Shuf->getMask()->getType()->getVectorNumElements();
2545     APInt DemandedLHS(NumElts, 0), DemandedRHS(NumElts, 0);
2546     for (int i = 0; i != NumMaskElts; ++i) {
2547       int M = Shuf->getMaskValue(i);
2548       assert(M < NumElts * 2 && "Invalid shuffle mask constant");
2549       // For undef elements, we don't know anything about the common state of
2550       // the shuffle result.
2551       if (M == -1)
2552         return 1;
2553       if (M < NumElts)
2554         DemandedLHS.setBit(M % NumElts);
2555       else
2556         DemandedRHS.setBit(M % NumElts);
2557     }
2558     Tmp = std::numeric_limits<unsigned>::max();
2559     if (!!DemandedLHS)
2560       Tmp = ComputeNumSignBits(Shuf->getOperand(0), Depth + 1, Q);
2561     if (!!DemandedRHS) {
2562       Tmp2 = ComputeNumSignBits(Shuf->getOperand(1), Depth + 1, Q);
2563       Tmp = std::min(Tmp, Tmp2);
2564     }
2565     // If we don't know anything, early out and try computeKnownBits fall-back.
2566     if (Tmp == 1)
2567       break;
2568     assert(Tmp <= V->getType()->getScalarSizeInBits() &&
2569            "Failed to determine minimum sign bits");
2570     return Tmp;
2571   }
2572   }
2573
2574   // Finally, if we can prove that the top bits of the result are 0's or 1's,
2575   // use this information.
2576
2577   // If we can examine all elements of a vector constant successfully, we're
2578   // done (we can't do any better than that). If not, keep trying.
2579   if (unsigned VecSignBits = computeNumSignBitsVectorConstant(V, TyBits))
2580     return VecSignBits;
2581
2582   KnownBits Known(TyBits);
2583   computeKnownBits(V, Known, Depth, Q);
2584
2585   // If we know that the sign bit is either zero or one, determine the number of
2586   // identical bits in the top of the input value.
2587   return std::max(FirstAnswer, Known.countMinSignBits());
2588 }
2589
2590 /// This function computes the integer multiple of Base that equals V.
2591 /// If successful, it returns true and returns the multiple in
2592 /// Multiple. If unsuccessful, it returns false. It looks
2593 /// through SExt instructions only if LookThroughSExt is true.
2594 bool llvm::ComputeMultiple(Value *V, unsigned Base, Value *&Multiple,
2595                            bool LookThroughSExt, unsigned Depth) {
2596   const unsigned MaxDepth = 6;
2597
2598   assert(V && "No Value?");
2599   assert(Depth <= MaxDepth && "Limit Search Depth");
2600   assert(V->getType()->isIntegerTy() && "Not integer or pointer type!");
2601
2602   Type *T = V->getType();
2603
2604   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
2605
2606   if (Base == 0)
2607     return false;
2608
2609   if (Base == 1) {
2610     Multiple = V;
2611     return true;
2612   }
2613
2614   ConstantExpr *CO = dyn_cast<ConstantExpr>(V);
2615   Constant *BaseVal = ConstantInt::get(T, Base);
2616   if (CO && CO == BaseVal) {
2617     // Multiple is 1.
2618     Multiple = ConstantInt::get(T, 1);
2619     return true;
2620   }
2621
2622   if (CI && CI->getZExtValue() % Base == 0) {
2623     Multiple = ConstantInt::get(T, CI->getZExtValue() / Base);
2624     return true;
2625   }
2626
2627   if (Depth == MaxDepth) return false;  // Limit search depth.
2628
2629   Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
2630   if (!I) return false;
2631
2632   switch (I->getOpcode()) {
2633   default: break;
2634   case Instruction::SExt:
2635     if (!LookThroughSExt) return false;
2636     // otherwise fall through to ZExt
2637     LLVM_FALLTHROUGH;
2638   case Instruction::ZExt:
2639     return ComputeMultiple(I->getOperand(0), Base, Multiple,
2640                            LookThroughSExt, Depth+1);
2641   case Instruction::Shl:
2642   case Instruction::Mul: {
2643     Value *Op0 = I->getOperand(0);
2644     Value *Op1 = I->getOperand(1);
2645
2646     if (I->getOpcode() == Instruction::Shl) {
2647       ConstantInt *Op1CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op1);
2648       if (!Op1CI) return false;
2649       // Turn Op0 << Op1 into Op0 * 2^Op1
2650       APInt Op1Int = Op1CI->getValue();
2651       uint64_t BitToSet = Op1Int.getLimitedValue(Op1Int.getBitWidth() - 1);
2652       APInt API(Op1Int.getBitWidth(), 0);
2653       API.setBit(BitToSet);
2654       Op1 = ConstantInt::get(V->getContext(), API);
2655     }
2656
2657     Value *Mul0 = nullptr;
2658     if (ComputeMultiple(Op0, Base, Mul0, LookThroughSExt, Depth+1)) {
2659       if (Constant *Op1C = dyn_cast<Constant>(Op1))
2660         if (Constant *MulC = dyn_cast<Constant>(Mul0)) {
2661           if (Op1C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
2662               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
2663             Op1C = ConstantExpr::getZExt(Op1C, MulC->getType());
2664           if (Op1C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() >
2665               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
2666             MulC = ConstantExpr::getZExt(MulC, Op1C->getType());
2667
2668           // V == Base * (Mul0 * Op1), so return (Mul0 * Op1)
2669           Multiple = ConstantExpr::getMul(MulC, Op1C);
2670           return true;
2671         }
2672
2673       if (ConstantInt *Mul0CI = dyn_cast<ConstantInt>(Mul0))
2674         if (Mul0CI->getValue() == 1) {
2675           // V == Base * Op1, so return Op1
2676           Multiple = Op1;
2677           return true;
2678         }
2679     }
2680
2681     Value *Mul1 = nullptr;
2682     if (ComputeMultiple(Op1, Base, Mul1, LookThroughSExt, Depth+1)) {
2683       if (Constant *Op0C = dyn_cast<Constant>(Op0))
2684         if (Constant *MulC = dyn_cast<Constant>(Mul1)) {
2685           if (Op0C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
2686               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
2687             Op0C = ConstantExpr::getZExt(Op0C, MulC->getType());
2688           if (Op0C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() >
2689               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
2690             MulC = ConstantExpr::getZExt(MulC, Op0C->getType());
2691
2692           // V == Base * (Mul1 * Op0), so return (Mul1 * Op0)
2693           Multiple = ConstantExpr::getMul(MulC, Op0C);
2694           return true;
2695         }
2696
2697       if (ConstantInt *Mul1CI = dyn_cast<ConstantInt>(Mul1))
2698         if (Mul1CI->getValue() == 1) {
2699           // V == Base * Op0, so return Op0
2700           Multiple = Op0;
2701           return true;
2702         }
2703     }
2704   }
2705   }
2706
2707   // We could not determine if V is a multiple of Base.
2708   return false;
2709 }
2710
2711 Intrinsic::ID llvm::getIntrinsicForCallSite(ImmutableCallSite ICS,
2712                                             const TargetLibraryInfo *TLI) {
2713   const Function *F = ICS.getCalledFunction();
2714   if (!F)
2715     return Intrinsic::not_intrinsic;
2716
2717   if (F->isIntrinsic())
2718     return F->getIntrinsicID();
2719
2720   if (!TLI)
2721     return Intrinsic::not_intrinsic;
2722
2723   LibFunc Func;
2724   // We're going to make assumptions on the semantics of the functions, check
2725   // that the target knows that it's available in this environment and it does
2726   // not have local linkage.
2727   if (!F || F->hasLocalLinkage() || !TLI->getLibFunc(*F, Func))
2728     return Intrinsic::not_intrinsic;
2729
2730   if (!ICS.onlyReadsMemory())
2731     return Intrinsic::not_intrinsic;
2732
2733   // Otherwise check if we have a call to a function that can be turned into a
2734   // vector intrinsic.
2735   switch (Func) {
2736   default:
2737     break;
2738   case LibFunc_sin:
2739   case LibFunc_sinf:
2740   case LibFunc_sinl:
2741     return Intrinsic::sin;
2742   case LibFunc_cos:
2743   case LibFunc_cosf:
2744   case LibFunc_cosl:
2745     return Intrinsic::cos;
2746   case LibFunc_exp:
2747   case LibFunc_expf:
2748   case LibFunc_expl:
2749     return Intrinsic::exp;
2750   case LibFunc_exp2:
2751   case LibFunc_exp2f:
2752   case LibFunc_exp2l:
2753     return Intrinsic::exp2;
2754   case LibFunc_log:
2755   case LibFunc_logf:
2756   case LibFunc_logl:
2757     return Intrinsic::log;
2758   case LibFunc_log10:
2759   case LibFunc_log10f:
2760   case LibFunc_log10l:
2761     return Intrinsic::log10;
2762   case LibFunc_log2:
2763   case LibFunc_log2f:
2764   case LibFunc_log2l:
2765     return Intrinsic::log2;
2766   case LibFunc_fabs:
2767   case LibFunc_fabsf:
2768   case LibFunc_fabsl:
2769     return Intrinsic::fabs;
2770   case LibFunc_fmin:
2771   case LibFunc_fminf:
2772   case LibFunc_fminl:
2773     return Intrinsic::minnum;
2774   case LibFunc_fmax:
2775   case LibFunc_fmaxf:
2776   case LibFunc_fmaxl:
2777     return Intrinsic::maxnum;
2778   case LibFunc_copysign:
2779   case LibFunc_copysignf:
2780   case LibFunc_copysignl:
2781     return Intrinsic::copysign;
2782   case LibFunc_floor:
2783   case LibFunc_floorf:
2784   case LibFunc_floorl:
2785     return Intrinsic::floor;
2786   case LibFunc_ceil:
2787   case LibFunc_ceilf:
2788   case LibFunc_ceill:
2789     return Intrinsic::ceil;
2790   case LibFunc_trunc:
2791   case LibFunc_truncf:
2792   case LibFunc_truncl:
2793     return Intrinsic::trunc;
2794   case LibFunc_rint:
2795   case LibFunc_rintf:
2796   case LibFunc_rintl:
2797     return Intrinsic::rint;
2798   case LibFunc_nearbyint:
2799   case LibFunc_nearbyintf:
2800   case LibFunc_nearbyintl:
2801     return Intrinsic::nearbyint;
2802   case LibFunc_round:
2803   case LibFunc_roundf:
2804   case LibFunc_roundl:
2805     return Intrinsic::round;
2806   case LibFunc_pow:
2807   case LibFunc_powf:
2808   case LibFunc_powl:
2809     return Intrinsic::pow;
2810   case LibFunc_sqrt:
2811   case LibFunc_sqrtf:
2812   case LibFunc_sqrtl:
2813     return Intrinsic::sqrt;
2814   }
2815
2816   return Intrinsic::not_intrinsic;
2817 }
2818
2819 /// Return true if we can prove that the specified FP value is never equal to
2820 /// -0.0.
2821 ///
2822 /// NOTE: this function will need to be revisited when we support non-default
2823 /// rounding modes!
2824 bool llvm::CannotBeNegativeZero(const Value *V, const TargetLibraryInfo *TLI,
2825                                 unsigned Depth) {
2826   if (auto *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V))
2827     return !CFP->getValueAPF().isNegZero();
2828
2829   // Limit search depth.
2830   if (Depth == MaxDepth)
2831     return false;
2832
2833   auto *Op = dyn_cast<Operator>(V);
2834   if (!Op)
2835     return false;
2836
2837   // Check if the nsz fast-math flag is set.
2838   if (auto *FPO = dyn_cast<FPMathOperator>(Op))
2839     if (FPO->hasNoSignedZeros())
2840       return true;
2841
2842   // (fadd x, 0.0) is guaranteed to return +0.0, not -0.0.
2843   if (match(Op, m_FAdd(m_Value(), m_PosZeroFP())))
2844     return true;
2845
2846   // sitofp and uitofp turn into +0.0 for zero.
2847   if (isa<SIToFPInst>(Op) || isa<UIToFPInst>(Op))
2848     return true;
2849
2850   if (auto *Call = dyn_cast<CallInst>(Op)) {
2851     Intrinsic::ID IID = getIntrinsicForCallSite(Call, TLI);
2852     switch (IID) {
2853     default:
2854       break;
2855     // sqrt(-0.0) = -0.0, no other negative results are possible.
2856     case Intrinsic::sqrt:
2857     case Intrinsic::canonicalize:
2858       return CannotBeNegativeZero(Call->getArgOperand(0), TLI, Depth + 1);
2859     // fabs(x) != -0.0
2860     case Intrinsic::fabs:
2861       return true;
2862     }
2863   }
2864
2865   return false;
2866 }
2867
2868 /// If \p SignBitOnly is true, test for a known 0 sign bit rather than a
2869 /// standard ordered compare. e.g. make -0.0 olt 0.0 be true because of the sign
2870 /// bit despite comparing equal.
2871 static bool cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(const Value *V,
2872                                             const TargetLibraryInfo *TLI,
2873                                             bool SignBitOnly,
2874                                             unsigned Depth) {
2875   // TODO: This function does not do the right thing when SignBitOnly is true
2876   // and we're lowering to a hypothetical IEEE 754-compliant-but-evil platform
2877   // which flips the sign bits of NaNs.  See
2878   // https://llvm.org/bugs/show_bug.cgi?id=31702.
2879
2880   if (const ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V)) {
2881     return !CFP->getValueAPF().isNegative() ||
2882            (!SignBitOnly && CFP->getValueAPF().isZero());
2883   }
2884
2885   // Handle vector of constants.
2886   if (auto *CV = dyn_cast<Constant>(V)) {
2887     if (CV->getType()->isVectorTy()) {
2888       unsigned NumElts = CV->getType()->getVectorNumElements();
2889       for (unsigned i = 0; i != NumElts; ++i) {
2890         auto *CFP = dyn_cast_or_null<ConstantFP>(CV->getAggregateElement(i));
2891         if (!CFP)
2892           return false;
2893         if (CFP->getValueAPF().isNegative() &&
2894             (SignBitOnly || !CFP->getValueAPF().isZero()))
2895           return false;
2896       }
2897
2898       // All non-negative ConstantFPs.
2899       return true;
2900     }
2901   }
2902
2903   if (Depth == MaxDepth)
2904     return false; // Limit search depth.
2905
2906   const Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
2907   if (!I)
2908     return false;
2909
2910   switch (I->getOpcode()) {
2911   default:
2912     break;
2913   // Unsigned integers are always nonnegative.
2914   case Instruction::UIToFP:
2915     return true;
2916   case Instruction::FMul:
2917     // x*x is always non-negative or a NaN.
2918     if (I->getOperand(0) == I->getOperand(1) &&
2919         (!SignBitOnly || cast<FPMathOperator>(I)->hasNoNaNs()))
2920       return true;
2921
2922     LLVM_FALLTHROUGH;
2923   case Instruction::FAdd:
2924   case Instruction::FDiv:
2925   case Instruction::FRem:
2926     return cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(0), TLI, SignBitOnly,
2927                                            Depth + 1) &&
2928            cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(1), TLI, SignBitOnly,
2929                                            Depth + 1);
2930   case Instruction::Select:
2931     return cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(1), TLI, SignBitOnly,
2932                                            Depth + 1) &&
2933            cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(2), TLI, SignBitOnly,
2934                                            Depth + 1);
2935   case Instruction::FPExt:
2936   case Instruction::FPTrunc:
2937     // Widening/narrowing never change sign.
2938     return cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(0), TLI, SignBitOnly,
2939                                            Depth + 1);
2940   case Instruction::ExtractElement:
2941     // Look through extract element. At the moment we keep this simple and skip
2942     // tracking the specific element. But at least we might find information
2943     // valid for all elements of the vector.
2944     return cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(0), TLI, SignBitOnly,
2945                                            Depth + 1);
2946   case Instruction::Call:
2947     const auto *CI = cast<CallInst>(I);
2948     Intrinsic::ID IID = getIntrinsicForCallSite(CI, TLI);
2949     switch (IID) {
2950     default:
2951       break;
2952     case Intrinsic::maxnum:
2953       return (isKnownNeverNaN(I->getOperand(0), TLI) &&
2954               cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(0), TLI,
2955                                               SignBitOnly, Depth + 1)) ||
2956             (isKnownNeverNaN(I->getOperand(1), TLI) &&
2957               cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(1), TLI,
2958                                               SignBitOnly, Depth + 1));
2959
2960     case Intrinsic::maximum:
2961       return cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(0), TLI, SignBitOnly,
2962                                              Depth + 1) ||
2963              cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(1), TLI, SignBitOnly,
2964                                              Depth + 1);
2965     case Intrinsic::minnum:
2966     case Intrinsic::minimum:
2967       return cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(0), TLI, SignBitOnly,
2968                                              Depth + 1) &&
2969              cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(1), TLI, SignBitOnly,
2970                                              Depth + 1);
2971     case Intrinsic::exp:
2972     case Intrinsic::exp2:
2973     case Intrinsic::fabs:
2974       return true;
2975
2976     case Intrinsic::sqrt:
2977       // sqrt(x) is always >= -0 or NaN.  Moreover, sqrt(x) == -0 iff x == -0.
2978       if (!SignBitOnly)
2979         return true;
2980       return CI->hasNoNaNs() && (CI->hasNoSignedZeros() ||
2981                                  CannotBeNegativeZero(CI->getOperand(0), TLI));
2982
2983     case Intrinsic::powi:
2984       if (ConstantInt *Exponent = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
2985         // powi(x,n) is non-negative if n is even.
2986         if (Exponent->getBitWidth() <= 64 && Exponent->getSExtValue() % 2u == 0)
2987           return true;
2988       }
2989       // TODO: This is not correct.  Given that exp is an integer, here are the
2990       // ways that pow can return a negative value:
2991       //
2992       //   pow(x, exp)    --> negative if exp is odd and x is negative.
2993       //   pow(-0, exp)   --> -inf if exp is negative odd.
2994       //   pow(-0, exp)   --> -0 if exp is positive odd.
2995       //   pow(-inf, exp) --> -0 if exp is negative odd.
2996       //   pow(-inf, exp) --> -inf if exp is positive odd.
2997       //
2998       // Therefore, if !SignBitOnly, we can return true if x >= +0 or x is NaN,
2999       // but we must return false if x == -0.  Unfortunately we do not currently
3000       // have a way of expressing this constraint.  See details in
3001       // https://llvm.org/bugs/show_bug.cgi?id=31702.
3002       return cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(0), TLI, SignBitOnly,
3003                                              Depth + 1);
3004
3005     case Intrinsic::fma:
3006     case Intrinsic::fmuladd:
3007       // x*x+y is non-negative if y is non-negative.
3008       return I->getOperand(0) == I->getOperand(1) &&
3009              (!SignBitOnly || cast<FPMathOperator>(I)->hasNoNaNs()) &&
3010              cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(2), TLI, SignBitOnly,
3011                                              Depth + 1);
3012     }
3013     break;
3014   }
3015   return false;
3016 }
3017
3018 bool llvm::CannotBeOrderedLessThanZero(const Value *V,
3019                                        const TargetLibraryInfo *TLI) {
3020   return cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(V, TLI, false, 0);
3021 }
3022
3023 bool llvm::SignBitMustBeZero(const Value *V, const TargetLibraryInfo *TLI) {
3024   return cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(V, TLI, true, 0);
3025 }
3026
3027 bool llvm::isKnownNeverNaN(const Value *V, const TargetLibraryInfo *TLI,
3028                            unsigned Depth) {
3029   assert(V->getType()->isFPOrFPVectorTy() && "Querying for NaN on non-FP type");
3030
3031   // If we're told that NaNs won't happen, assume they won't.
3032   if (auto *FPMathOp = dyn_cast<FPMathOperator>(V))
3033     if (FPMathOp->hasNoNaNs())
3034       return true;
3035
3036   // Handle scalar constants.
3037   if (auto *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V))
3038     return !CFP->isNaN();
3039
3040   if (Depth == MaxDepth)
3041     return false;
3042
3043   if (auto *Inst = dyn_cast<Instruction>(V)) {
3044     switch (Inst->getOpcode()) {
3045     case Instruction::FAdd:
3046     case Instruction::FMul:
3047     case Instruction::FSub:
3048     case Instruction::FDiv:
3049     case Instruction::FRem: {
3050       // TODO: Need isKnownNeverInfinity
3051       return false;
3052     }
3053     case Instruction::Select: {
3054       return isKnownNeverNaN(Inst->getOperand(1), TLI, Depth + 1) &&
3055              isKnownNeverNaN(Inst->getOperand(2), TLI, Depth + 1);
3056     }
3057     case Instruction::SIToFP:
3058     case Instruction::UIToFP:
3059       return true;
3060     case Instruction::FPTrunc:
3061     case Instruction::FPExt:
3062       return isKnownNeverNaN(Inst->getOperand(0), TLI, Depth + 1);
3063     default:
3064       break;
3065     }
3066   }
3067
3068   if (const auto *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(V)) {
3069     switch (II->getIntrinsicID()) {
3070     case Intrinsic::canonicalize:
3071     case Intrinsic::fabs:
3072     case Intrinsic::copysign:
3073     case Intrinsic::exp:
3074     case Intrinsic::exp2:
3075     case Intrinsic::floor:
3076     case Intrinsic::ceil:
3077     case Intrinsic::trunc:
3078     case Intrinsic::rint:
3079     case Intrinsic::nearbyint:
3080     case Intrinsic::round:
3081       return isKnownNeverNaN(II->getArgOperand(0), TLI, Depth + 1);
3082     case Intrinsic::sqrt:
3083       return isKnownNeverNaN(II->getArgOperand(0), TLI, Depth + 1) &&
3084              CannotBeOrderedLessThanZero(II->getArgOperand(0), TLI);
3085     default:
3086       return false;
3087     }
3088   }
3089
3090   // Bail out for constant expressions, but try to handle vector constants.
3091   if (!V->getType()->isVectorTy() || !isa<Constant>(V))
3092     return false;
3093
3094   // For vectors, verify that each element is not NaN.
3095   unsigned NumElts = V->getType()->getVectorNumElements();
3096   for (unsigned i = 0; i != NumElts; ++i) {
3097     Constant *Elt = cast<Constant>(V)->getAggregateElement(i);
3098     if (!Elt)
3099       return false;
3100     if (isa<UndefValue>(Elt))
3101       continue;
3102     auto *CElt = dyn_cast<ConstantFP>(Elt);
3103     if (!CElt || CElt->isNaN())
3104       return false;
3105   }
3106   // All elements were confirmed not-NaN or undefined.
3107   return true;
3108 }
3109
3110 Value *llvm::isBytewiseValue(Value *V) {
3111
3112   // All byte-wide stores are splatable, even of arbitrary variables.
3113   if (V->getType()->isIntegerTy(8))
3114     return V;
3115
3116   LLVMContext &Ctx = V->getContext();
3117
3118   // Undef don't care.
3119   auto *UndefInt8 = UndefValue::get(Type::getInt8Ty(Ctx));
3120   if (isa<UndefValue>(V))
3121     return UndefInt8;
3122
3123   Constant *C = dyn_cast<Constant>(V);
3124   if (!C) {
3125     // Conceptually, we could handle things like:
3126     //   %a = zext i8 %X to i16
3127     //   %b = shl i16 %a, 8
3128     //   %c = or i16 %a, %b
3129     // but until there is an example that actually needs this, it doesn't seem
3130     // worth worrying about.
3131     return nullptr;
3132   }
3133
3134   // Handle 'null' ConstantArrayZero etc.
3135   if (C->isNullValue())
3136     return Constant::getNullValue(Type::getInt8Ty(Ctx));
3137
3138   // Constant floating-point values can be handled as integer values if the
3139   // corresponding integer value is "byteable".  An important case is 0.0.
3140   if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(C)) {
3141     Type *Ty = nullptr;
3142     if (CFP->getType()->isHalfTy())
3143       Ty = Type::getInt16Ty(Ctx);
3144     else if (CFP->getType()->isFloatTy())
3145       Ty = Type::getInt32Ty(Ctx);
3146     else if (CFP->getType()->isDoubleTy())
3147       Ty = Type::getInt64Ty(Ctx);
3148     // Don't handle long double formats, which have strange constraints.
3149     return Ty ? isBytewiseValue(ConstantExpr::getBitCast(CFP, Ty)) : nullptr;
3150   }
3151
3152   // We can handle constant integers that are multiple of 8 bits.
3153   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(C)) {
3154     if (CI->getBitWidth() % 8 == 0) {
3155       assert(CI->getBitWidth() > 8 && "8 bits should be handled above!");
3156       if (!CI->getValue().isSplat(8))
3157         return nullptr;
3158       return ConstantInt::get(Ctx, CI->getValue().trunc(8));
3159     }
3160   }
3161
3162   auto Merge = [&](Value *LHS, Value *RHS) -> Value * {
3163     if (LHS == RHS)
3164       return LHS;
3165     if (!LHS || !RHS)
3166       return nullptr;
3167     if (LHS == UndefInt8)
3168       return RHS;
3169     if (RHS == UndefInt8)
3170       return LHS;
3171     return nullptr;
3172   };
3173
3174   if (ConstantDataSequential *CA = dyn_cast<ConstantDataSequential>(C)) {
3175     Value *Val = UndefInt8;
3176     for (unsigned I = 0, E = CA->getNumElements(); I != E; ++I)
3177       if (!(Val = Merge(Val, isBytewiseValue(CA->getElementAsConstant(I)))))
3178         return nullptr;
3179     return Val;
3180   }
3181
3182   if (isa<ConstantVector>(C)) {
3183     Constant *Splat = cast<ConstantVector>(C)->getSplatValue();
3184     return Splat ? isBytewiseValue(Splat) : nullptr;
3185   }
3186
3187   if (isa<ConstantArray>(C) || isa<ConstantStruct>(C)) {
3188     Value *Val = UndefInt8;
3189     for (unsigned I = 0, E = C->getNumOperands(); I != E; ++I)
3190       if (!(Val = Merge(Val, isBytewiseValue(C->getOperand(I)))))
3191         return nullptr;
3192     return Val;
3193   }
3194
3195   // Don't try to handle the handful of other constants.
3196   return nullptr;
3197 }
3198
3199 // This is the recursive version of BuildSubAggregate. It takes a few different
3200 // arguments. Idxs is the index within the nested struct From that we are
3201 // looking at now (which is of type IndexedType). IdxSkip is the number of
3202 // indices from Idxs that should be left out when inserting into the resulting
3203 // struct. To is the result struct built so far, new insertvalue instructions
3204 // build on that.
3205 static Value *BuildSubAggregate(Value *From, Value* To, Type *IndexedType,
3206                                 SmallVectorImpl<unsigned> &Idxs,
3207                                 unsigned IdxSkip,
3208                                 Instruction *InsertBefore) {
3209   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(IndexedType);
3210   if (STy) {
3211     // Save the original To argument so we can modify it
3212     Value *OrigTo = To;
3213     // General case, the type indexed by Idxs is a struct
3214     for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
3215       // Process each struct element recursively
3216       Idxs.push_back(i);
3217       Value *PrevTo = To;
3218       To = BuildSubAggregate(From, To, STy->getElementType(i), Idxs, IdxSkip,
3219                              InsertBefore);
3220       Idxs.pop_back();
3221       if (!To) {
3222         // Couldn't find any inserted value for this index? Cleanup
3223         while (PrevTo != OrigTo) {
3224           InsertValueInst* Del = cast<InsertValueInst>(PrevTo);
3225           PrevTo = Del->getAggregateOperand();
3226           Del->eraseFromParent();
3227         }
3228         // Stop processing elements
3229         break;
3230       }
3231     }
3232     // If we successfully found a value for each of our subaggregates
3233     if (To)
3234       return To;
3235   }
3236   // Base case, the type indexed by SourceIdxs is not a struct, or not all of
3237   // the struct's elements had a value that was inserted directly. In the latter
3238   // case, perhaps we can't determine each of the subelements individually, but
3239   // we might be able to find the complete struct somewhere.
3240
3241   // Find the value that is at that particular spot
3242   Value *V = FindInsertedValue(From, Idxs);
3243
3244   if (!V)
3245     return nullptr;
3246
3247   // Insert the value in the new (sub) aggregate
3248   return InsertValueInst::Create(To, V, makeArrayRef(Idxs).slice(IdxSkip),
3249                                  "tmp", InsertBefore);
3250 }
3251
3252 // This helper takes a nested struct and extracts a part of it (which is again a
3253 // struct) into a new value. For example, given the struct:
3254 // { a, { b, { c, d }, e } }
3255 // and the indices "1, 1" this returns
3256 // { c, d }.
3257 //
3258 // It does this by inserting an insertvalue for each element in the resulting
3259 // struct, as opposed to just inserting a single struct. This will only work if
3260 // each of the elements of the substruct are known (ie, inserted into From by an
3261 // insertvalue instruction somewhere).
3262 //
3263 // All inserted insertvalue instructions are inserted before InsertBefore
3264 static Value *BuildSubAggregate(Value *From, ArrayRef<unsigned> idx_range,
3265                                 Instruction *InsertBefore) {
3266   assert(InsertBefore && "Must have someplace to insert!");
3267   Type *IndexedType = ExtractValueInst::getIndexedType(From->getType(),
3268                                                              idx_range);
3269   Value *To = UndefValue::get(IndexedType);
3270   SmallVector<unsigned, 10> Idxs(idx_range.begin(), idx_range.end());
3271   unsigned IdxSkip = Idxs.size();
3272
3273   return BuildSubAggregate(From, To, IndexedType, Idxs, IdxSkip, InsertBefore);
3274 }
3275
3276 /// Given an aggregate and a sequence of indices, see if the scalar value
3277 /// indexed is already around as a register, for example if it was inserted
3278 /// directly into the aggregate.
3279 ///
3280 /// If InsertBefore is not null, this function will duplicate (modified)
3281 /// insertvalues when a part of a nested struct is extracted.
3282 Value *llvm::FindInsertedValue(Value *V, ArrayRef<unsigned> idx_range,
3283                                Instruction *InsertBefore) {
3284   // Nothing to index? Just return V then (this is useful at the end of our
3285   // recursion).
3286   if (idx_range.empty())
3287     return V;
3288   // We have indices, so V should have an indexable type.
3289   assert((V->getType()->isStructTy() || V->getType()->isArrayTy()) &&
3290          "Not looking at a struct or array?");
3291   assert(ExtractValueInst::getIndexedType(V->getType(), idx_range) &&
3292          "Invalid indices for type?");
3293
3294   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
3295     C = C->getAggregateElement(idx_range[0]);
3296     if (!C) return nullptr;
3297     return FindInsertedValue(C, idx_range.slice(1), InsertBefore);
3298   }
3299
3300   if (InsertValueInst *I = dyn_cast<InsertValueInst>(V)) {
3301     // Loop the indices for the insertvalue instruction in parallel with the
3302     // requested indices
3303     const unsigned *req_idx = idx_range.begin();
3304     for (const unsigned *i = I->idx_begin(), *e = I->idx_end();
3305          i != e; ++i, ++req_idx) {
3306       if (req_idx == idx_range.end()) {
3307         // We can't handle this without inserting insertvalues
3308         if (!InsertBefore)
3309           return nullptr;
3310
3311         // The requested index identifies a part of a nested aggregate. Handle
3312         // this specially. For example,
3313         // %A = insertvalue { i32, {i32, i32 } } undef, i32 10, 1, 0
3314         // %B = insertvalue { i32, {i32, i32 } } %A, i32 11, 1, 1
3315         // %C = extractvalue {i32, { i32, i32 } } %B, 1
3316         // This can be changed into
3317         // %A = insertvalue {i32, i32 } undef, i32 10, 0
3318         // %C = insertvalue {i32, i32 } %A, i32 11, 1
3319         // which allows the unused 0,0 element from the nested struct to be
3320         // removed.
3321         return BuildSubAggregate(V, makeArrayRef(idx_range.begin(), req_idx),
3322                                  InsertBefore);
3323       }
3324
3325       // This insert value inserts something else than what we are looking for.
3326       // See if the (aggregate) value inserted into has the value we are
3327       // looking for, then.
3328       if (*req_idx != *i)
3329         return FindInsertedValue(I->getAggregateOperand(), idx_range,
3330                                  InsertBefore);
3331     }
3332     // If we end up here, the indices of the insertvalue match with those
3333     // requested (though possibly only partially). Now we recursively look at
3334     // the inserted value, passing any remaining indices.
3335     return FindInsertedValue(I->getInsertedValueOperand(),
3336                              makeArrayRef(req_idx, idx_range.end()),
3337                              InsertBefore);
3338   }
3339
3340   if (ExtractValueInst *I = dyn_cast<ExtractValueInst>(V)) {
3341     // If we're extracting a value from an aggregate that was extracted from
3342     // something else, we can extract from that something else directly instead.
3343     // However, we will need to chain I's indices with the requested indices.
3344
3345     // Calculate the number of indices required
3346     unsigned size = I->getNumIndices() + idx_range.size();
3347     // Allocate some space to put the new indices in
3348     SmallVector<unsigned, 5> Idxs;
3349     Idxs.reserve(size);
3350     // Add indices from the extract value instruction
3351     Idxs.append(I->idx_begin(), I->idx_end());
3352
3353     // Add requested indices
3354     Idxs.append(idx_range.begin(), idx_range.end());
3355
3356     assert(Idxs.size() == size
3357            && "Number of indices added not correct?");
3358
3359     return FindInsertedValue(I->getAggregateOperand(), Idxs, InsertBefore);
3360   }
3361   // Otherwise, we don't know (such as, extracting from a function return value
3362   // or load instruction)
3363   return nullptr;
3364 }
3365
3366 /// Analyze the specified pointer to see if it can be expressed as a base
3367 /// pointer plus a constant offset. Return the base and offset to the caller.
3368 Value *llvm::GetPointerBaseWithConstantOffset(Value *Ptr, int64_t &Offset,
3369                                               const DataLayout &DL) {
3370   unsigned BitWidth = DL.getIndexTypeSizeInBits(Ptr->getType());
3371   APInt ByteOffset(BitWidth, 0);
3372
3373   // We walk up the defs but use a visited set to handle unreachable code. In
3374   // that case, we stop after accumulating the cycle once (not that it
3375   // matters).
3376   SmallPtrSet<Value *, 16> Visited;
3377   while (Visited.insert(Ptr).second) {
3378     if (Ptr->getType()->isVectorTy())
3379       break;
3380
3381     if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr)) {
3382       // If one of the values we have visited is an addrspacecast, then
3383       // the pointer type of this GEP may be different from the type
3384       // of the Ptr parameter which was passed to this function.  This
3385       // means when we construct GEPOffset, we need to use the size
3386       // of GEP's pointer type rather than the size of the original
3387       // pointer type.
3388       APInt GEPOffset(DL.getIndexTypeSizeInBits(Ptr->getType()), 0);
3389       if (!GEP->accumulateConstantOffset(DL, GEPOffset))
3390         break;
3391
3392       APInt OrigByteOffset(ByteOffset);
3393       ByteOffset += GEPOffset.sextOrTrunc(ByteOffset.getBitWidth());
3394       if (ByteOffset.getMinSignedBits() > 64) {
3395         // Stop traversal if the pointer offset wouldn't fit into int64_t
3396         // (this should be removed if Offset is updated to an APInt)
3397         ByteOffset = OrigByteOffset;
3398         break;
3399       }
3400
3401       Ptr = GEP->getPointerOperand();
3402     } else if (Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::BitCast ||
3403                Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::AddrSpaceCast) {
3404       Ptr = cast<Operator>(Ptr)->getOperand(0);
3405     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(Ptr)) {
3406       if (GA->isInterposable())
3407         break;
3408       Ptr = GA->getAliasee();
3409     } else {
3410       break;
3411     }
3412   }
3413   Offset = ByteOffset.getSExtValue();
3414   return Ptr;
3415 }
3416
3417 bool llvm::isGEPBasedOnPointerToString(const GEPOperator *GEP,
3418                                        unsigned CharSize) {
3419   // Make sure the GEP has exactly three arguments.
3420   if (GEP->getNumOperands() != 3)
3421     return false;
3422
3423   // Make sure the index-ee is a pointer to array of \p CharSize integers.
3424   // CharSize.
3425   ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(GEP->getSourceElementType());
3426   if (!AT || !AT->getElementType()->isIntegerTy(CharSize))
3427     return false;
3428
3429   // Check to make sure that the first operand of the GEP is an integer and
3430   // has value 0 so that we are sure we're indexing into the initializer.
3431   const ConstantInt *FirstIdx = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(1));
3432   if (!FirstIdx || !FirstIdx->isZero())
3433     return false;
3434
3435   return true;
3436 }
3437
3438 bool llvm::getConstantDataArrayInfo(const Value *V,
3439                                     ConstantDataArraySlice &Slice,
3440                                     unsigned ElementSize, uint64_t Offset) {
3441   assert(V);
3442
3443   // Look through bitcast instructions and geps.
3444   V = V->stripPointerCasts();
3445
3446   // If the value is a GEP instruction or constant expression, treat it as an
3447   // offset.
3448   if (const GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V)) {
3449     // The GEP operator should be based on a pointer to string constant, and is
3450     // indexing into the string constant.
3451     if (!isGEPBasedOnPointerToString(GEP, ElementSize))
3452       return false;
3453
3454     // If the second index isn't a ConstantInt, then this is a variable index
3455     // into the array.  If this occurs, we can't say anything meaningful about
3456     // the string.
3457     uint64_t StartIdx = 0;
3458     if (const ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(2)))
3459       StartIdx = CI->getZExtValue();
3460     else
3461       return false;
3462     return getConstantDataArrayInfo(GEP->getOperand(0), Slice, ElementSize,
3463                                     StartIdx + Offset);
3464   }
3465
3466   // The GEP instruction, constant or instruction, must reference a global
3467   // variable that is a constant and is initialized. The referenced constant
3468   // initializer is the array that we'll use for optimization.
3469   const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V);
3470   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasDefinitiveInitializer())
3471     return false;
3472
3473   const ConstantDataArray *Array;
3474   ArrayType *ArrayTy;
3475   if (GV->getInitializer()->isNullValue()) {
3476     Type *GVTy = GV->getValueType();
3477     if ( (ArrayTy = dyn_cast<ArrayType>(GVTy)) ) {
3478       // A zeroinitializer for the array; there is no ConstantDataArray.
3479       Array = nullptr;
3480     } else {
3481       const DataLayout &DL = GV->getParent()->getDataLayout();
3482       uint64_t SizeInBytes = DL.getTypeStoreSize(GVTy);
3483       uint64_t Length = SizeInBytes / (ElementSize / 8);
3484       if (Length <= Offset)
3485         return false;
3486
3487       Slice.Array = nullptr;
3488       Slice.Offset = 0;
3489       Slice.Length = Length - Offset;
3490       return true;
3491     }
3492   } else {
3493     // This must be a ConstantDataArray.
3494     Array = dyn_cast<ConstantDataArray>(GV->getInitializer());
3495     if (!Array)
3496       return false;
3497     ArrayTy = Array->getType();
3498   }
3499   if (!ArrayTy->getElementType()->isIntegerTy(ElementSize))
3500     return false;
3501
3502   uint64_t NumElts = ArrayTy->getArrayNumElements();
3503   if (Offset > NumElts)
3504     return false;
3505
3506   Slice.Array = Array;
3507   Slice.Offset = Offset;
3508   Slice.Length = NumElts - Offset;
3509   return true;
3510 }
3511
3512 /// This function computes the length of a null-terminated C string pointed to
3513 /// by V. If successful, it returns true and returns the string in Str.
3514 /// If unsuccessful, it returns false.
3515 bool llvm::getConstantStringInfo(const Value *V, StringRef &Str,
3516                                  uint64_t Offset, bool TrimAtNul) {
3517   ConstantDataArraySlice Slice;
3518   if (!getConstantDataArrayInfo(V, Slice, 8, Offset))
3519     return false;
3520
3521   if (Slice.Array == nullptr) {
3522     if (TrimAtNul) {
3523       Str = StringRef();
3524       return true;
3525     }
3526     if (Slice.Length == 1) {
3527       Str = StringRef("", 1);
3528       return true;
3529     }
3530     // We cannot instantiate a StringRef as we do not have an appropriate string
3531     // of 0s at hand.
3532     return false;
3533   }
3534
3535   // Start out with the entire array in the StringRef.
3536   Str = Slice.Array->getAsString();
3537   // Skip over 'offset' bytes.
3538   Str = Str.substr(Slice.Offset);
3539
3540   if (TrimAtNul) {
3541     // Trim off the \0 and anything after it.  If the array is not nul
3542     // terminated, we just return the whole end of string.  The client may know
3543     // some other way that the string is length-bound.
3544     Str = Str.substr(0, Str.find('\0'));
3545   }
3546   return true;
3547 }
3548
3549 // These next two are very similar to the above, but also look through PHI
3550 // nodes.
3551 // TODO: See if we can integrate these two together.
3552
3553 /// If we can compute the length of the string pointed to by
3554 /// the specified pointer, return 'len+1'.  If we can't, return 0.
3555 static uint64_t GetStringLengthH(const Value *V,
3556                                  SmallPtrSetImpl<const PHINode*> &PHIs,
3557                                  unsigned CharSize) {
3558   // Look through noop bitcast instructions.
3559   V = V->stripPointerCasts();
3560
3561   // If this is a PHI node, there are two cases: either we have already seen it
3562   // or we haven't.
3563   if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
3564     if (!PHIs.insert(PN).second)
3565       return ~0ULL;  // already in the set.
3566
3567     // If it was new, see if all the input strings are the same length.
3568     uint64_t LenSoFar = ~0ULL;
3569     for (Value *IncValue : PN->incoming_values()) {
3570       uint64_t Len = GetStringLengthH(IncValue, PHIs, CharSize);
3571       if (Len == 0) return 0; // Unknown length -> unknown.
3572
3573       if (Len == ~0ULL) continue;
3574
3575       if (Len != LenSoFar && LenSoFar != ~0ULL)
3576         return 0;    // Disagree -> unknown.
3577       LenSoFar = Len;
3578     }
3579
3580     // Success, all agree.
3581     return LenSoFar;
3582   }
3583
3584   // strlen(select(c,x,y)) -> strlen(x) ^ strlen(y)
3585   if (const SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
3586     uint64_t Len1 = GetStringLengthH(SI->getTrueValue(), PHIs, CharSize);
3587     if (Len1 == 0) return 0;
3588     uint64_t Len2 = GetStringLengthH(SI->getFalseValue(), PHIs, CharSize);
3589     if (Len2 == 0) return 0;
3590     if (Len1 == ~0ULL) return Len2;
3591     if (Len2 == ~0ULL) return Len1;
3592     if (Len1 != Len2) return 0;
3593     return Len1;
3594   }
3595
3596   // Otherwise, see if we can read the string.
3597   ConstantDataArraySlice Slice;
3598   if (!getConstantDataArrayInfo(V, Slice, CharSize))
3599     return 0;
3600
3601   if (Slice.Array == nullptr)
3602     return 1;
3603
3604   // Search for nul characters
3605   unsigned NullIndex = 0;
3606   for (unsigned E = Slice.Length; NullIndex < E; ++NullIndex) {
3607     if (Slice.Array->getElementAsInteger(Slice.Offset + NullIndex) == 0)
3608       break;
3609   }
3610
3611   return NullIndex + 1;
3612 }
3613
3614 /// If we can compute the length of the string pointed to by
3615 /// the specified pointer, return 'len+1'.  If we can't, return 0.
3616 uint64_t llvm::GetStringLength(const Value *V, unsigned CharSize) {
3617   if (!V->getType()->isPointerTy())
3618     return 0;
3619
3620   SmallPtrSet<const PHINode*, 32> PHIs;
3621   uint64_t Len = GetStringLengthH(V, PHIs, CharSize);
3622   // If Len is ~0ULL, we had an infinite phi cycle: this is dead code, so return
3623   // an empty string as a length.
3624   return Len == ~0ULL ? 1 : Len;
3625 }
3626
3627 const Value *llvm::getArgumentAliasingToReturnedPointer(const CallBase *Call) {
3628   assert(Call &&
3629          "getArgumentAliasingToReturnedPointer only works on nonnull calls");
3630   if (const Value *RV = Call->getReturnedArgOperand())
3631     return RV;
3632   // This can be used only as a aliasing property.
3633   if (isIntrinsicReturningPointerAliasingArgumentWithoutCapturing(Call))
3634     return Call->getArgOperand(0);
3635   return nullptr;
3636 }
3637
3638 bool llvm::isIntrinsicReturningPointerAliasingArgumentWithoutCapturing(
3639     const CallBase *Call) {
3640   return Call->getIntrinsicID() == Intrinsic::launder_invariant_group ||
3641          Call->getIntrinsicID() == Intrinsic::strip_invariant_group;
3642 }
3643
3644 /// \p PN defines a loop-variant pointer to an object.  Check if the
3645 /// previous iteration of the loop was referring to the same object as \p PN.
3646 static bool isSameUnderlyingObjectInLoop(const PHINode *PN,
3647                                          const LoopInfo *LI) {
3648   // Find the loop-defined value.
3649   Loop *L = LI->getLoopFor(PN->getParent());
3650   if (PN->getNumIncomingValues() != 2)
3651     return true;
3652
3653   // Find the value from previous iteration.
3654   auto *PrevValue = dyn_cast<Instruction>(PN->getIncomingValue(0));
3655   if (!PrevValue || LI->getLoopFor(PrevValue->getParent()) != L)
3656     PrevValue = dyn_cast<Instruction>(PN->getIncomingValue(1));
3657   if (!PrevValue || LI->getLoopFor(PrevValue->getParent()) != L)
3658     return true;
3659
3660   // If a new pointer is loaded in the loop, the pointer references a different
3661   // object in every iteration.  E.g.:
3662   //    for (i)
3663   //       int *p = a[i];
3664   //       ...
3665   if (auto *Load = dyn_cast<LoadInst>(PrevValue))
3666     if (!L->isLoopInvariant(Load->getPointerOperand()))
3667       return false;
3668   return true;
3669 }
3670
3671 Value *llvm::GetUnderlyingObject(Value *V, const DataLayout &DL,
3672                                  unsigned MaxLookup) {
3673   if (!V->getType()->isPointerTy())
3674     return V;
3675   for (unsigned Count = 0; MaxLookup == 0 || Count < MaxLookup; ++Count) {
3676     if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V)) {
3677       V = GEP->getPointerOperand();
3678     } else if (Operator::getOpcode(V) == Instruction::BitCast ||
3679                Operator::getOpcode(V) == Instruction::AddrSpaceCast) {
3680       V = cast<Operator>(V)->getOperand(0);
3681     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V)) {
3682       if (GA->isInterposable())
3683         return V;
3684       V = GA->getAliasee();
3685     } else if (isa<AllocaInst>(V)) {
3686       // An alloca can't be further simplified.
3687       return V;
3688     } else {
3689       if (auto *Call = dyn_cast<CallBase>(V)) {
3690         // CaptureTracking can know about special capturing properties of some
3691         // intrinsics like launder.invariant.group, that can't be expressed with
3692         // the attributes, but have properties like returning aliasing pointer.
3693         // Because some analysis may assume that nocaptured pointer is not
3694         // returned from some special intrinsic (because function would have to
3695         // be marked with returns attribute), it is crucial to use this function
3696         // because it should be in sync with CaptureTracking. Not using it may
3697         // cause weird miscompilations where 2 aliasing pointers are assumed to
3698         // noalias.
3699         if (auto *RP = getArgumentAliasingToReturnedPointer(Call)) {
3700           V = RP;
3701           continue;
3702         }
3703       }
3704
3705       // See if InstructionSimplify knows any relevant tricks.
3706       if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
3707         // TODO: Acquire a DominatorTree and AssumptionCache and use them.
3708         if (Value *Simplified = SimplifyInstruction(I, {DL, I})) {
3709           V = Simplified;
3710           continue;
3711         }
3712
3713       return V;
3714     }
3715     assert(V->getType()->isPointerTy() && "Unexpected operand type!");
3716   }
3717   return V;
3718 }
3719
3720 void llvm::GetUnderlyingObjects(Value *V, SmallVectorImpl<Value *> &Objects,
3721                                 const DataLayout &DL, LoopInfo *LI,
3722                                 unsigned MaxLookup) {
3723   SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
3724   SmallVector<Value *, 4> Worklist;
3725   Worklist.push_back(V);
3726   do {
3727     Value *P = Worklist.pop_back_val();
3728     P = GetUnderlyingObject(P, DL, MaxLookup);
3729
3730     if (!Visited.insert(P).second)
3731       continue;
3732
3733     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(P)) {
3734       Worklist.push_back(SI->getTrueValue());
3735       Worklist.push_back(SI->getFalseValue());
3736       continue;
3737     }
3738
3739     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(P)) {
3740       // If this PHI changes the underlying object in every iteration of the
3741       // loop, don't look through it.  Consider:
3742       //   int **A;
3743       //   for (i) {
3744       //     Prev = Curr;     // Prev = PHI (Prev_0, Curr)
3745       //     Curr = A[i];
3746       //     *Prev, *Curr;
3747       //
3748       // Prev is tracking Curr one iteration behind so they refer to different
3749       // underlying objects.
3750       if (!LI || !LI->isLoopHeader(PN->getParent()) ||
3751           isSameUnderlyingObjectInLoop(PN, LI))
3752         for (Value *IncValue : PN->incoming_values())
3753           Worklist.push_back(IncValue);
3754       continue;
3755     }
3756
3757     Objects.push_back(P);
3758   } while (!Worklist.empty());
3759 }
3760
3761 /// This is the function that does the work of looking through basic
3762 /// ptrtoint+arithmetic+inttoptr sequences.
3763 static const Value *getUnderlyingObjectFromInt(const Value *V) {
3764   do {
3765     if (const Operator *U = dyn_cast<Operator>(V)) {
3766       // If we find a ptrtoint, we can transfer control back to the
3767       // regular getUnderlyingObjectFromInt.
3768       if (U->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
3769         return U->getOperand(0);
3770       // If we find an add of a constant, a multiplied value, or a phi, it's
3771       // likely that the other operand will lead us to the base
3772       // object. We don't have to worry about the case where the
3773       // object address is somehow being computed by the multiply,
3774       // because our callers only care when the result is an
3775       // identifiable object.
3776       if (U->getOpcode() != Instruction::Add ||
3777           (!isa<ConstantInt>(U->getOperand(1)) &&
3778            Operator::getOpcode(U->getOperand(1)) != Instruction::Mul &&
3779            !isa<PHINode>(U->getOperand(1))))
3780         return V;
3781       V = U->getOperand(0);
3782     } else {
3783       return V;
3784     }
3785     assert(V->getType()->isIntegerTy() && "Unexpected operand type!");
3786   } while (true);
3787 }
3788
3789 /// This is a wrapper around GetUnderlyingObjects and adds support for basic
3790 /// ptrtoint+arithmetic+inttoptr sequences.
3791 /// It returns false if unidentified object is found in GetUnderlyingObjects.
3792 bool llvm::getUnderlyingObjectsForCodeGen(const Value *V,
3793                           SmallVectorImpl<Value *> &Objects,
3794                           const DataLayout &DL) {
3795   SmallPtrSet<const Value *, 16> Visited;
3796   SmallVector<const Value *, 4> Working(1, V);
3797   do {
3798     V = Working.pop_back_val();
3799
3800     SmallVector<Value *, 4> Objs;
3801     GetUnderlyingObjects(const_cast<Value *>(V), Objs, DL);
3802
3803     for (Value *V : Objs) {
3804       if (!Visited.insert(V).second)
3805         continue;
3806       if (Operator::getOpcode(V) == Instruction::IntToPtr) {
3807         const Value *O =
3808           getUnderlyingObjectFromInt(cast<User>(V)->getOperand(0));
3809         if (O->getType()->isPointerTy()) {
3810           Working.push_back(O);
3811           continue;
3812         }
3813       }
3814       // If GetUnderlyingObjects fails to find an identifiable object,
3815       // getUnderlyingObjectsForCodeGen also fails for safety.
3816       if (!isIdentifiedObject(V)) {
3817         Objects.clear();
3818         return false;
3819       }
3820       Objects.push_back(const_cast<Value *>(V));
3821     }
3822   } while (!Working.empty());
3823   return true;
3824 }
3825
3826 /// Return true if the only users of this pointer are lifetime markers.
3827 bool llvm::onlyUsedByLifetimeMarkers(const Value *V) {
3828   for (const User *U : V->users()) {
3829     const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U);
3830     if (!II) return false;
3831
3832     if (!II->isLifetimeStartOrEnd())
3833       return false;
3834   }
3835   return true;
3836 }
3837
3838 bool llvm::isSafeToSpeculativelyExecute(const Value *V,
3839                                         const Instruction *CtxI,
3840                                         const DominatorTree *DT) {
3841   const Operator *Inst = dyn_cast<Operator>(V);
3842   if (!Inst)
3843     return false;
3844
3845   for (unsigned i = 0, e = Inst->getNumOperands(); i != e; ++i)
3846     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Inst->getOperand(i)))
3847       if (C->canTrap())
3848         return false;
3849
3850   switch (Inst->getOpcode()) {
3851   default:
3852     return true;
3853   case Instruction::UDiv:
3854   case Instruction::URem: {
3855     // x / y is undefined if y == 0.
3856     const APInt *V;
3857     if (match(Inst->getOperand(1), m_APInt(V)))
3858       return *V != 0;
3859     return false;
3860   }
3861   case Instruction::SDiv:
3862   case Instruction::SRem: {
3863     // x / y is undefined if y == 0 or x == INT_MIN and y == -1
3864     const APInt *Numerator, *Denominator;
3865     if (!match(Inst->getOperand(1), m_APInt(Denominator)))
3866       return false;
3867     // We cannot hoist this division if the denominator is 0.
3868     if (*Denominator == 0)
3869       return false;
3870     // It's safe to hoist if the denominator is not 0 or -1.
3871     if (*Denominator != -1)
3872       return true;
3873     // At this point we know that the denominator is -1.  It is safe to hoist as
3874     // long we know that the numerator is not INT_MIN.
3875     if (match(Inst->getOperand(0), m_APInt(Numerator)))
3876       return !Numerator->isMinSignedValue();
3877     // The numerator *might* be MinSignedValue.
3878     return false;
3879   }
3880   case Instruction::Load: {
3881     const LoadInst *LI = cast<LoadInst>(Inst);
3882     if (!LI->isUnordered() ||
3883         // Speculative load may create a race that did not exist in the source.
3884         LI->getFunction()->hasFnAttribute(Attribute::SanitizeThread) ||
3885         // Speculative load may load data from dirty regions.
3886         LI->getFunction()->hasFnAttribute(Attribute::SanitizeAddress) ||
3887         LI->getFunction()->hasFnAttribute(Attribute::SanitizeHWAddress))
3888       return false;
3889     const DataLayout &DL = LI->getModule()->getDataLayout();
3890     return isDereferenceableAndAlignedPointer(LI->getPointerOperand(),
3891                                               LI->getAlignment(), DL, CtxI, DT);
3892   }
3893   case Instruction::Call: {
3894     auto *CI = cast<const CallInst>(Inst);
3895     const Function *Callee = CI->getCalledFunction();
3896
3897     // The called function could have undefined behavior or side-effects, even
3898     // if marked readnone nounwind.
3899     return Callee && Callee->isSpeculatable();
3900   }
3901   case Instruction::VAArg:
3902   case Instruction::Alloca:
3903   case Instruction::Invoke:
3904   case Instruction::PHI:
3905   case Instruction::Store:
3906   case Instruction::Ret:
3907   case Instruction::Br:
3908   case Instruction::IndirectBr:
3909   case Instruction::Switch:
3910   case Instruction::Unreachable:
3911   case Instruction::Fence:
3912   case Instruction::AtomicRMW:
3913   case Instruction::AtomicCmpXchg:
3914   case Instruction::LandingPad:
3915   case Instruction::Resume:
3916   case Instruction::CatchSwitch:
3917   case Instruction::CatchPad:
3918   case Instruction::CatchRet:
3919   case Instruction::CleanupPad:
3920   case Instruction::CleanupRet:
3921     return false; // Misc instructions which have effects
3922   }
3923 }
3924
3925 bool llvm::mayBeMemoryDependent(const Instruction &I) {
3926   return I.mayReadOrWriteMemory() || !isSafeToSpeculativelyExecute(&I);
3927 }
3928
3929 OverflowResult llvm::computeOverflowForUnsignedMul(
3930     const Value *LHS, const Value *RHS, const DataLayout &DL,
3931     AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI, const DominatorTree *DT,
3932     bool UseInstrInfo) {
3933   // Multiplying n * m significant bits yields a result of n + m significant
3934   // bits. If the total number of significant bits does not exceed the
3935   // result bit width (minus 1), there is no overflow.
3936   // This means if we have enough leading zero bits in the operands
3937   // we can guarantee that the result does not overflow.
3938   // Ref: "Hacker's Delight" by Henry Warren
3939   unsigned BitWidth = LHS->getType()->getScalarSizeInBits();
3940   KnownBits LHSKnown(BitWidth);
3941   KnownBits RHSKnown(BitWidth);
3942   computeKnownBits(LHS, LHSKnown, DL, /*Depth=*/0, AC, CxtI, DT, nullptr,
3943                    UseInstrInfo);
3944   computeKnownBits(RHS, RHSKnown, DL, /*Depth=*/0, AC, CxtI, DT, nullptr,
3945                    UseInstrInfo);
3946   // Note that underestimating the number of zero bits gives a more
3947   // conservative answer.
3948   unsigned ZeroBits = LHSKnown.countMinLeadingZeros() +
3949                       RHSKnown.countMinLeadingZeros();
3950   // First handle the easy case: if we have enough zero bits there's
3951   // definitely no overflow.
3952   if (ZeroBits >= BitWidth)
3953     return OverflowResult::NeverOverflows;
3954
3955   // Get the largest possible values for each operand.
3956   APInt LHSMax = ~LHSKnown.Zero;
3957   APInt RHSMax = ~RHSKnown.Zero;
3958
3959   // We know the multiply operation doesn't overflow if the maximum values for
3960   // each operand will not overflow after we multiply them together.
3961   bool MaxOverflow;
3962   (void)LHSMax.umul_ov(RHSMax, MaxOverflow);
3963   if (!MaxOverflow)
3964     return OverflowResult::NeverOverflows;
3965
3966   // We know it always overflows if multiplying the smallest possible values for
3967   // the operands also results in overflow.
3968   bool MinOverflow;
3969   (void)LHSKnown.One.umul_ov(RHSKnown.One, MinOverflow);
3970   if (MinOverflow)
3971     return OverflowResult::AlwaysOverflows;
3972
3973   return OverflowResult::MayOverflow;
3974 }
3975
3976 OverflowResult
3977 llvm::computeOverflowForSignedMul(const Value *LHS, const Value *RHS,
3978                                   const DataLayout &DL, AssumptionCache *AC,
3979                                   const Instruction *CxtI,
3980                                   const DominatorTree *DT, bool UseInstrInfo) {
3981   // Multiplying n * m significant bits yields a result of n + m significant
3982   // bits. If the total number of significant bits does not exceed the
3983   // result bit width (minus 1), there is no overflow.
3984   // This means if we have enough leading sign bits in the operands
3985   // we can guarantee that the result does not overflow.
3986   // Ref: "Hacker's Delight" by Henry Warren
3987   unsigned BitWidth = LHS->getType()->getScalarSizeInBits();
3988
3989   // Note that underestimating the number of sign bits gives a more
3990   // conservative answer.
3991   unsigned SignBits = ComputeNumSignBits(LHS, DL, 0, AC, CxtI, DT) +
3992                       ComputeNumSignBits(RHS, DL, 0, AC, CxtI, DT);
3993
3994   // First handle the easy case: if we have enough sign bits there's
3995   // definitely no overflow.
3996   if (SignBits > BitWidth + 1)
3997     return OverflowResult::NeverOverflows;
3998
3999   // There are two ambiguous cases where there can be no overflow:
4000   //   SignBits == BitWidth + 1    and
4001   //   SignBits == BitWidth
4002   // The second case is difficult to check, therefore we only handle the
4003   // first case.
4004   if (SignBits == BitWidth + 1) {
4005     // It overflows only when both arguments are negative and the true
4006     // product is exactly the minimum negative number.
4007     // E.g. mul i16 with 17 sign bits: 0xff00 * 0xff80 = 0x8000
4008     // For simplicity we just check if at least one side is not negative.
4009     KnownBits LHSKnown = computeKnownBits(LHS, DL, /*Depth=*/0, AC, CxtI, DT,
4010                                           nullptr, UseInstrInfo);
4011     KnownBits RHSKnown = computeKnownBits(RHS, DL, /*Depth=*/0, AC, CxtI, DT,
4012                                           nullptr, UseInstrInfo);
4013     if (LHSKnown.isNonNegative() || RHSKnown.isNonNegative())
4014       return OverflowResult::NeverOverflows;
4015   }
4016   return OverflowResult::MayOverflow;
4017 }
4018
4019 OverflowResult llvm::computeOverflowForUnsignedAdd(
4020     const Value *LHS, const Value *RHS, const DataLayout &DL,
4021     AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI, const DominatorTree *DT,
4022     bool UseInstrInfo) {
4023   KnownBits LHSKnown = computeKnownBits(LHS, DL, /*Depth=*/0, AC, CxtI, DT,
4024                                         nullptr, UseInstrInfo);
4025   if (LHSKnown.isNonNegative() || LHSKnown.isNegative()) {
4026     KnownBits RHSKnown = computeKnownBits(RHS, DL, /*Depth=*/0, AC, CxtI, DT,
4027                                           nullptr, UseInstrInfo);
4028
4029     if (LHSKnown.isNegative() && RHSKnown.isNegative()) {
4030       // The sign bit is set in both cases: this MUST overflow.
4031       return OverflowResult::AlwaysOverflows;
4032     }
4033
4034     if (LHSKnown.isNonNegative() && RHSKnown.isNonNegative()) {
4035       // The sign bit is clear in both cases: this CANNOT overflow.
4036       return OverflowResult::NeverOverflows;
4037     }
4038   }
4039
4040   return OverflowResult::MayOverflow;
4041 }
4042
4043 /// Return true if we can prove that adding the two values of the
4044 /// knownbits will not overflow.
4045 /// Otherwise return false.
4046 static bool checkRippleForSignedAdd(const KnownBits &LHSKnown,
4047                                     const KnownBits &RHSKnown) {
4048   // Addition of two 2's complement numbers having opposite signs will never
4049   // overflow.
4050   if ((LHSKnown.isNegative() && RHSKnown.isNonNegative()) ||
4051       (LHSKnown.isNonNegative() && RHSKnown.isNegative()))
4052     return true;
4053
4054   // If either of the values is known to be non-negative, adding them can only
4055   // overflow if the second is also non-negative, so we can assume that.
4056   // Two non-negative numbers will only overflow if there is a carry to the
4057   // sign bit, so we can check if even when the values are as big as possible
4058   // there is no overflow to the sign bit.
4059   if (LHSKnown.isNonNegative() || RHSKnown.isNonNegative()) {
4060     APInt MaxLHS = ~LHSKnown.Zero;
4061     MaxLHS.clearSignBit();
4062     APInt MaxRHS = ~RHSKnown.Zero;
4063     MaxRHS.clearSignBit();
4064     APInt Result = std::move(MaxLHS) + std::move(MaxRHS);
4065     return Result.isSignBitClear();
4066   }
4067
4068   // If either of the values is known to be negative, adding them can only
4069   // overflow if the second is also negative, so we can assume that.
4070   // Two negative number will only overflow if there is no carry to the sign
4071   // bit, so we can check if even when the values are as small as possible
4072   // there is overflow to the sign bit.
4073   if (LHSKnown.isNegative() || RHSKnown.isNegative()) {
4074     APInt MinLHS = LHSKnown.One;
4075     MinLHS.clearSignBit();
4076     APInt MinRHS = RHSKnown.One;
4077     MinRHS.clearSignBit();
4078     APInt Result = std::move(MinLHS) + std::move(MinRHS);
4079     return Result.isSignBitSet();
4080   }
4081
4082   // If we reached here it means that we know nothing about the sign bits.
4083   // In this case we can't know if there will be an overflow, since by
4084   // changing the sign bits any two values can be made to overflow.
4085   return false;
4086 }
4087
4088 static OverflowResult computeOverflowForSignedAdd(const Value *LHS,
4089                                                   const Value *RHS,
4090                                                   const AddOperator *Add,
4091                                                   const DataLayout &DL,
4092                                                   AssumptionCache *AC,
4093                                                   const Instruction *CxtI,
4094                                                   const DominatorTree *DT) {
4095   if (Add && Add->hasNoSignedWrap()) {
4096     return OverflowResult::NeverOverflows;
4097   }
4098
4099   // If LHS and RHS each have at least two sign bits, the addition will look
4100   // like
4101   //
4102   // XX..... +
4103   // YY.....
4104   //
4105   // If the carry into the most significant position is 0, X and Y can't both
4106   // be 1 and therefore the carry out of the addition is also 0.
4107   //
4108   // If the carry into the most significant position is 1, X and Y can't both
4109   // be 0 and therefore the carry out of the addition is also 1.
4110   //
4111   // Since the carry into the most significant position is always equal to
4112   // the carry out of the addition, there is no signed overflow.
4113   if (ComputeNumSignBits(LHS, DL, 0, AC, CxtI, DT) > 1 &&
4114       ComputeNumSignBits(RHS, DL, 0, AC, CxtI, DT) > 1)
4115     return OverflowResult::NeverOverflows;
4116
4117   KnownBits LHSKnown = computeKnownBits(LHS, DL, /*Depth=*/0, AC, CxtI, DT);
4118   KnownBits RHSKnown = computeKnownBits(RHS, DL, /*Depth=*/0, AC, CxtI, DT);
4119
4120   if (checkRippleForSignedAdd(LHSKnown, RHSKnown))
4121     return OverflowResult::NeverOverflows;
4122
4123   // The remaining code needs Add to be available. Early returns if not so.
4124   if (!Add)
4125     return OverflowResult::MayOverflow;
4126
4127   // If the sign of Add is the same as at least one of the operands, this add
4128   // CANNOT overflow. This is particularly useful when the sum is
4129   // @llvm.assume'ed non-negative rather than proved so from analyzing its
4130   // operands.
4131   bool LHSOrRHSKnownNonNegative =
4132       (LHSKnown.isNonNegative() || RHSKnown.isNonNegative());
4133   bool LHSOrRHSKnownNegative =
4134       (LHSKnown.isNegative() || RHSKnown.isNegative());
4135   if (LHSOrRHSKnownNonNegative || LHSOrRHSKnownNegative) {
4136     KnownBits AddKnown = computeKnownBits(Add, DL, /*Depth=*/0, AC, CxtI, DT);
4137     if ((AddKnown.isNonNegative() && LHSOrRHSKnownNonNegative) ||
4138         (AddKnown.isNegative() && LHSOrRHSKnownNegative)) {
4139       return OverflowResult::NeverOverflows;
4140     }
4141   }
4142
4143   return OverflowResult::MayOverflow;
4144 }
4145
4146 OverflowResult llvm::computeOverflowForUnsignedSub(const Value *LHS,
4147                                                    const Value *RHS,
4148                                                    const DataLayout &DL,
4149                                                    AssumptionCache *AC,
4150                                                    const Instruction *CxtI,
4151                                                    const DominatorTree *DT) {
4152   KnownBits LHSKnown = computeKnownBits(LHS, DL, /*Depth=*/0, AC, CxtI, DT);
4153   if (LHSKnown.isNonNegative() || LHSKnown.isNegative()) {
4154     KnownBits RHSKnown = computeKnownBits(RHS, DL, /*Depth=*/0, AC, CxtI, DT);
4155
4156     // If the LHS is negative and the RHS is non-negative, no unsigned wrap.
4157     if (LHSKnown.isNegative() && RHSKnown.isNonNegative())
4158       return OverflowResult::NeverOverflows;
4159
4160     // If the LHS is non-negative and the RHS negative, we always wrap.
4161     if (LHSKnown.isNonNegative() && RHSKnown.isNegative())
4162       return OverflowResult::AlwaysOverflows;
4163   }
4164
4165   return OverflowResult::MayOverflow;
4166 }
4167
4168 OverflowResult llvm::computeOverflowForSignedSub(const Value *LHS,
4169                                                  const Value *RHS,
4170                                                  const DataLayout &DL,
4171                                                  AssumptionCache *AC,
4172                                                  const Instruction *CxtI,
4173                                                  const DominatorTree *DT) {
4174   // If LHS and RHS each have at least two sign bits, the subtraction
4175   // cannot overflow.
4176   if (ComputeNumSignBits(LHS, DL, 0, AC, CxtI, DT) > 1 &&
4177       ComputeNumSignBits(RHS, DL, 0, AC, CxtI, DT) > 1)
4178     return OverflowResult::NeverOverflows;
4179
4180   KnownBits LHSKnown = computeKnownBits(LHS, DL, 0, AC, CxtI, DT);
4181
4182   KnownBits RHSKnown = computeKnownBits(RHS, DL, 0, AC, CxtI, DT);
4183
4184   // Subtraction of two 2's complement numbers having identical signs will
4185   // never overflow.
4186   if ((LHSKnown.isNegative() && RHSKnown.isNegative()) ||
4187       (LHSKnown.isNonNegative() && RHSKnown.isNonNegative()))
4188     return OverflowResult::NeverOverflows;
4189
4190   // TODO: implement logic similar to checkRippleForAdd
4191   return OverflowResult::MayOverflow;
4192 }
4193
4194 bool llvm::isOverflowIntrinsicNoWrap(const IntrinsicInst *II,
4195                                      const DominatorTree &DT) {
4196 #ifndef NDEBUG
4197   auto IID = II->getIntrinsicID();
4198   assert((IID == Intrinsic::sadd_with_overflow ||
4199           IID == Intrinsic::uadd_with_overflow ||
4200           IID == Intrinsic::ssub_with_overflow ||
4201           IID == Intrinsic::usub_with_overflow ||
4202           IID == Intrinsic::smul_with_overflow ||
4203           IID == Intrinsic::umul_with_overflow) &&
4204          "Not an overflow intrinsic!");
4205 #endif
4206
4207   SmallVector<const BranchInst *, 2> GuardingBranches;
4208   SmallVector<const ExtractValueInst *, 2> Results;
4209
4210   for (const User *U : II->users()) {
4211     if (const auto *EVI = dyn_cast<ExtractValueInst>(U)) {
4212       assert(EVI->getNumIndices() == 1 && "Obvious from CI's type");
4213
4214       if (EVI->getIndices()[0] == 0)
4215         Results.push_back(EVI);
4216       else {
4217         assert(EVI->getIndices()[0] == 1 && "Obvious from CI's type");
4218
4219         for (const auto *U : EVI->users())
4220           if (const auto *B = dyn_cast<BranchInst>(U)) {
4221             assert(B->isConditional() && "How else is it using an i1?");
4222             GuardingBranches.push_back(B);
4223           }
4224       }
4225     } else {
4226       // We are using the aggregate directly in a way we don't want to analyze
4227       // here (storing it to a global, say).
4228       return false;
4229     }
4230   }
4231
4232   auto AllUsesGuardedByBranch = [&](const BranchInst *BI) {
4233     BasicBlockEdge NoWrapEdge(BI->getParent(), BI->getSuccessor(1));
4234     if (!NoWrapEdge.isSingleEdge())
4235       return false;
4236
4237     // Check if all users of the add are provably no-wrap.
4238     for (const auto *Result : Results) {
4239       // If the extractvalue itself is not executed on overflow, the we don't
4240       // need to check each use separately, since domination is transitive.
4241       if (DT.dominates(NoWrapEdge, Result->getParent()))
4242         continue;
4243
4244       for (auto &RU : Result->uses())
4245         if (!DT.dominates(NoWrapEdge, RU))
4246           return false;
4247     }
4248
4249     return true;
4250   };
4251
4252   return llvm::any_of(GuardingBranches, AllUsesGuardedByBranch);
4253 }
4254
4255
4256 OverflowResult llvm::computeOverflowForSignedAdd(const AddOperator *Add,
4257                                                  const DataLayout &DL,
4258                                                  AssumptionCache *AC,
4259                                                  const Instruction *CxtI,
4260                                                  const DominatorTree *DT) {
4261   return ::computeOverflowForSignedAdd(Add->getOperand(0), Add->getOperand(1),
4262                                        Add, DL, AC, CxtI, DT);
4263 }
4264
4265 OverflowResult llvm::computeOverflowForSignedAdd(const Value *LHS,
4266                                                  const Value *RHS,
4267                                                  const DataLayout &DL,
4268                                                  AssumptionCache *AC,
4269                                                  const Instruction *CxtI,
4270                                                  const DominatorTree *DT) {
4271   return ::computeOverflowForSignedAdd(LHS, RHS, nullptr, DL, AC, CxtI, DT);
4272 }
4273
4274 bool llvm::isGuaranteedToTransferExecutionToSuccessor(const Instruction *I) {
4275   // A memory operation returns normally if it isn't volatile. A volatile
4276   // operation is allowed to trap.
4277   //
4278   // An atomic operation isn't guaranteed to return in a reasonable amount of
4279   // time because it's possible for another thread to interfere with it for an
4280   // arbitrary length of time, but programs aren't allowed to rely on that.
4281   if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
4282     return !LI->isVolatile();
4283   if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I))
4284     return !SI->isVolatile();
4285   if (const AtomicCmpXchgInst *CXI = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(I))
4286     return !CXI->isVolatile();
4287   if (const AtomicRMWInst *RMWI = dyn_cast<AtomicRMWInst>(I))
4288     return !RMWI->isVolatile();
4289   if (const MemIntrinsic *MII = dyn_cast<MemIntrinsic>(I))
4290     return !MII->isVolatile();
4291
4292   // If there is no successor, then execution can't transfer to it.
4293   if (const auto *CRI = dyn_cast<CleanupReturnInst>(I))
4294     return !CRI->unwindsToCaller();
4295   if (const auto *CatchSwitch = dyn_cast<CatchSwitchInst>(I))
4296     return !CatchSwitch->unwindsToCaller();
4297   if (isa<ResumeInst>(I))
4298     return false;
4299   if (isa<ReturnInst>(I))
4300     return false;
4301   if (isa<UnreachableInst>(I))
4302     return false;
4303
4304   // Calls can throw, or contain an infinite loop, or kill the process.
4305   if (auto CS = ImmutableCallSite(I)) {
4306     // Call sites that throw have implicit non-local control flow.
4307     if (!CS.doesNotThrow())
4308       return false;
4309
4310     // Non-throwing call sites can loop infinitely, call exit/pthread_exit
4311     // etc. and thus not return.  However, LLVM already assumes that
4312     //
4313     //  - Thread exiting actions are modeled as writes to memory invisible to
4314     //    the program.
4315     //
4316     //  - Loops that don't have side effects (side effects are volatile/atomic
4317     //    stores and IO) always terminate (see http://llvm.org/PR965).
4318     //    Furthermore IO itself is also modeled as writes to memory invisible to
4319     //    the program.
4320     //
4321     // We rely on those assumptions here, and use the memory effects of the call
4322     // target as a proxy for checking that it always returns.
4323
4324     // FIXME: This isn't aggressive enough; a call which only writes to a global
4325     // is guaranteed to return.
4326     return CS.onlyReadsMemory() || CS.onlyAccessesArgMemory() ||
4327            match(I, m_Intrinsic<Intrinsic::assume>()) ||
4328            match(I, m_Intrinsic<Intrinsic::sideeffect>());
4329   }
4330
4331   // Other instructions return normally.
4332   return true;
4333 }
4334
4335 bool llvm::isGuaranteedToTransferExecutionToSuccessor(const BasicBlock *BB) {
4336   // TODO: This is slightly consdervative for invoke instruction since exiting
4337   // via an exception *is* normal control for them.
4338   for (auto I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I)
4339     if (!isGuaranteedToTransferExecutionToSuccessor(&*I))
4340       return false;
4341   return true;
4342 }
4343
4344 bool llvm::isGuaranteedToExecuteForEveryIteration(const Instruction *I,
4345                                                   const Loop *L) {
4346   // The loop header is guaranteed to be executed for every iteration.
4347   //
4348   // FIXME: Relax this constraint to cover all basic blocks that are
4349   // guaranteed to be executed at every iteration.
4350   if (I->getParent() != L->getHeader()) return false;
4351
4352   for (const Instruction &LI : *L->getHeader()) {
4353     if (&LI == I) return true;
4354     if (!isGuaranteedToTransferExecutionToSuccessor(&LI)) return false;
4355   }
4356   llvm_unreachable("Instruction not contained in its own parent basic block.");
4357 }
4358
4359 bool llvm::propagatesFullPoison(const Instruction *I) {
4360   switch (I->getOpcode()) {
4361   case Instruction::Add:
4362   case Instruction::Sub:
4363   case Instruction::Xor:
4364   case Instruction::Trunc:
4365   case Instruction::BitCast:
4366   case Instruction::AddrSpaceCast:
4367   case Instruction::Mul:
4368   case Instruction::Shl:
4369   case Instruction::GetElementPtr:
4370     // These operations all propagate poison unconditionally. Note that poison
4371     // is not any particular value, so xor or subtraction of poison with
4372     // itself still yields poison, not zero.
4373     return true;
4374
4375   case Instruction::AShr:
4376   case Instruction::SExt:
4377     // For these operations, one bit of the input is replicated across
4378     // multiple output bits. A replicated poison bit is still poison.
4379     return true;
4380
4381   case Instruction::ICmp:
4382     // Comparing poison with any value yields poison.  This is why, for
4383     // instance, x s< (x +nsw 1) can be folded to true.
4384     return true;
4385
4386   default:
4387     return false;
4388   }
4389 }
4390
4391 const Value *llvm::getGuaranteedNonFullPoisonOp(const Instruction *I) {
4392   switch (I->getOpcode()) {
4393     case Instruction::Store:
4394       return cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand();
4395
4396     case Instruction::Load:
4397       return cast<LoadInst>(I)->getPointerOperand();
4398
4399     case Instruction::AtomicCmpXchg:
4400       return cast<AtomicCmpXchgInst>(I)->getPointerOperand();
4401
4402     case Instruction::AtomicRMW:
4403       return cast<AtomicRMWInst>(I)->getPointerOperand();
4404
4405     case Instruction::UDiv:
4406     case Instruction::SDiv:
4407     case Instruction::URem:
4408     case Instruction::SRem:
4409       return I->getOperand(1);
4410
4411     default:
4412       return nullptr;
4413   }
4414 }
4415
4416 bool llvm::programUndefinedIfFullPoison(const Instruction *PoisonI) {
4417   // We currently only look for uses of poison values within the same basic
4418   // block, as that makes it easier to guarantee that the uses will be
4419   // executed given that PoisonI is executed.
4420   //
4421   // FIXME: Expand this to consider uses beyond the same basic block. To do
4422   // this, look out for the distinction between post-dominance and strong
4423   // post-dominance.
4424   const BasicBlock *BB = PoisonI->getParent();
4425
4426   // Set of instructions that we have proved will yield poison if PoisonI
4427   // does.
4428   SmallSet<const Value *, 16> YieldsPoison;
4429   SmallSet<const BasicBlock *, 4> Visited;
4430   YieldsPoison.insert(PoisonI);
4431   Visited.insert(PoisonI->getParent());
4432
4433   BasicBlock::const_iterator Begin = PoisonI->getIterator(), End = BB->end();
4434
4435   unsigned Iter = 0;
4436   while (Iter++ < MaxDepth) {
4437     for (auto &I : make_range(Begin, End)) {
4438       if (&I != PoisonI) {
4439         const Value *NotPoison = getGuaranteedNonFullPoisonOp(&I);
4440         if (NotPoison != nullptr && YieldsPoison.count(NotPoison))
4441           return true;
4442         if (!isGuaranteedToTransferExecutionToSuccessor(&I))
4443           return false;
4444       }
4445
4446       // Mark poison that propagates from I through uses of I.
4447       if (YieldsPoison.count(&I)) {
4448         for (const User *User : I.users()) {
4449           const Instruction *UserI = cast<Instruction>(User);
4450           if (propagatesFullPoison(UserI))
4451             YieldsPoison.insert(User);
4452         }
4453       }
4454     }
4455
4456     if (auto *NextBB = BB->getSingleSuccessor()) {
4457       if (Visited.insert(NextBB).second) {
4458         BB = NextBB;
4459         Begin = BB->getFirstNonPHI()->getIterator();
4460         End = BB->end();
4461         continue;
4462       }
4463     }
4464
4465     break;
4466   }
4467   return false;
4468 }
4469
4470 static bool isKnownNonNaN(const Value *V, FastMathFlags FMF) {
4471   if (FMF.noNaNs())
4472     return true;
4473
4474   if (auto *C = dyn_cast<ConstantFP>(V))
4475     return !C->isNaN();
4476
4477   if (auto *C = dyn_cast<ConstantDataVector>(V)) {
4478     if (!C->getElementType()->isFloatingPointTy())
4479       return false;
4480     for (unsigned I = 0, E = C->getNumElements(); I < E; ++I) {
4481       if (C->getElementAsAPFloat(I).isNaN())
4482         return false;
4483     }
4484     return true;
4485   }
4486
4487   return false;
4488 }
4489
4490 static bool isKnownNonZero(const Value *V) {
4491   if (auto *C = dyn_cast<ConstantFP>(V))
4492     return !C->isZero();
4493
4494   if (auto *C = dyn_cast<ConstantDataVector>(V)) {
4495     if (!C->getElementType()->isFloatingPointTy())
4496       return false;
4497     for (unsigned I = 0, E = C->getNumElements(); I < E; ++I) {
4498       if (C->getElementAsAPFloat(I).isZero())
4499         return false;
4500     }
4501     return true;
4502   }
4503
4504   return false;
4505 }
4506
4507 /// Match clamp pattern for float types without care about NaNs or signed zeros.
4508 /// Given non-min/max outer cmp/select from the clamp pattern this
4509 /// function recognizes if it can be substitued by a "canonical" min/max
4510 /// pattern.
4511 static SelectPatternResult matchFastFloatClamp(CmpInst::Predicate Pred,
4512                                                Value *CmpLHS, Value *CmpRHS,
4513                                                Value *TrueVal, Value *FalseVal,
4514                                                Value *&LHS, Value *&RHS) {
4515   // Try to match
4516   //   X < C1 ? C1 : Min(X, C2) --> Max(C1, Min(X, C2))
4517   //   X > C1 ? C1 : Max(X, C2) --> Min(C1, Max(X, C2))
4518   // and return description of the outer Max/Min.
4519
4520   // First, check if select has inverse order:
4521   if (CmpRHS == FalseVal) {
4522     std::swap(TrueVal, FalseVal);
4523     Pred = CmpInst::getInversePredicate(Pred);
4524   }
4525
4526   // Assume success now. If there's no match, callers should not use these anyway.
4527   LHS = TrueVal;
4528   RHS = FalseVal;
4529
4530   const APFloat *FC1;
4531   if (CmpRHS != TrueVal || !match(CmpRHS, m_APFloat(FC1)) || !FC1->isFinite())
4532     return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4533
4534   const APFloat *FC2;
4535   switch (Pred) {
4536   case CmpInst::FCMP_OLT:
4537   case CmpInst::FCMP_OLE:
4538   case CmpInst::FCMP_ULT:
4539   case CmpInst::FCMP_ULE:
4540     if (match(FalseVal,
4541               m_CombineOr(m_OrdFMin(m_Specific(CmpLHS), m_APFloat(FC2)),
4542                           m_UnordFMin(m_Specific(CmpLHS), m_APFloat(FC2)))) &&
4543         FC1->compare(*FC2) == APFloat::cmpResult::cmpLessThan)
4544       return {SPF_FMAXNUM, SPNB_RETURNS_ANY, false};
4545     break;
4546   case CmpInst::FCMP_OGT:
4547   case CmpInst::FCMP_OGE:
4548   case CmpInst::FCMP_UGT:
4549   case CmpInst::FCMP_UGE:
4550     if (match(FalseVal,
4551               m_CombineOr(m_OrdFMax(m_Specific(CmpLHS), m_APFloat(FC2)),
4552                           m_UnordFMax(m_Specific(CmpLHS), m_APFloat(FC2)))) &&
4553         FC1->compare(*FC2) == APFloat::cmpResult::cmpGreaterThan)
4554       return {SPF_FMINNUM, SPNB_RETURNS_ANY, false};
4555     break;
4556   default:
4557     break;
4558   }
4559
4560   return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4561 }
4562
4563 /// Recognize variations of:
4564 ///   CLAMP(v,l,h) ==> ((v) < (l) ? (l) : ((v) > (h) ? (h) : (v)))
4565 static SelectPatternResult matchClamp(CmpInst::Predicate Pred,
4566                                       Value *CmpLHS, Value *CmpRHS,
4567                                       Value *TrueVal, Value *FalseVal) {
4568   // Swap the select operands and predicate to match the patterns below.
4569   if (CmpRHS != TrueVal) {
4570     Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
4571     std::swap(TrueVal, FalseVal);
4572   }
4573   const APInt *C1;
4574   if (CmpRHS == TrueVal && match(CmpRHS, m_APInt(C1))) {
4575     const APInt *C2;
4576     // (X <s C1) ? C1 : SMIN(X, C2) ==> SMAX(SMIN(X, C2), C1)
4577     if (match(FalseVal, m_SMin(m_Specific(CmpLHS), m_APInt(C2))) &&
4578         C1->slt(*C2) && Pred == CmpInst::ICMP_SLT)
4579       return {SPF_SMAX, SPNB_NA, false};
4580
4581     // (X >s C1) ? C1 : SMAX(X, C2) ==> SMIN(SMAX(X, C2), C1)
4582     if (match(FalseVal, m_SMax(m_Specific(CmpLHS), m_APInt(C2))) &&
4583         C1->sgt(*C2) && Pred == CmpInst::ICMP_SGT)
4584       return {SPF_SMIN, SPNB_NA, false};
4585
4586     // (X <u C1) ? C1 : UMIN(X, C2) ==> UMAX(UMIN(X, C2), C1)
4587     if (match(FalseVal, m_UMin(m_Specific(CmpLHS), m_APInt(C2))) &&
4588         C1->ult(*C2) && Pred == CmpInst::ICMP_ULT)
4589       return {SPF_UMAX, SPNB_NA, false};
4590
4591     // (X >u C1) ? C1 : UMAX(X, C2) ==> UMIN(UMAX(X, C2), C1)
4592     if (match(FalseVal, m_UMax(m_Specific(CmpLHS), m_APInt(C2))) &&
4593         C1->ugt(*C2) && Pred == CmpInst::ICMP_UGT)
4594       return {SPF_UMIN, SPNB_NA, false};
4595   }
4596   return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4597 }
4598
4599 /// Recognize variations of:
4600 ///   a < c ? min(a,b) : min(b,c) ==> min(min(a,b),min(b,c))
4601 static SelectPatternResult matchMinMaxOfMinMax(CmpInst::Predicate Pred,
4602                                                Value *CmpLHS, Value *CmpRHS,
4603                                                Value *TVal, Value *FVal,
4604                                                unsigned Depth) {
4605   // TODO: Allow FP min/max with nnan/nsz.
4606   assert(CmpInst::isIntPredicate(Pred) && "Expected integer comparison");
4607
4608   Value *A, *B;
4609   SelectPatternResult L = matchSelectPattern(TVal, A, B, nullptr, Depth + 1);
4610   if (!SelectPatternResult::isMinOrMax(L.Flavor))
4611     return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4612
4613   Value *C, *D;
4614   SelectPatternResult R = matchSelectPattern(FVal, C, D, nullptr, Depth + 1);
4615   if (L.Flavor != R.Flavor)
4616     return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4617
4618   // We have something like: x Pred y ? min(a, b) : min(c, d).
4619   // Try to match the compare to the min/max operations of the select operands.
4620   // First, make sure we have the right compare predicate.
4621   switch (L.Flavor) {
4622   case SPF_SMIN:
4623     if (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT || Pred == ICmpInst::ICMP_SGE) {
4624       Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
4625       std::swap(CmpLHS, CmpRHS);
4626     }
4627     if (Pred == ICmpInst::ICMP_SLT || Pred == ICmpInst::ICMP_SLE)
4628       break;
4629     return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4630   case SPF_SMAX:
4631     if (Pred == ICmpInst::ICMP_SLT || Pred == ICmpInst::ICMP_SLE) {
4632       Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
4633       std::swap(CmpLHS, CmpRHS);
4634     }
4635     if (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT || Pred == ICmpInst::ICMP_SGE)
4636       break;
4637     return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4638   case SPF_UMIN:
4639     if (Pred == ICmpInst::ICMP_UGT || Pred == ICmpInst::ICMP_UGE) {
4640       Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
4641       std::swap(CmpLHS, CmpRHS);
4642     }
4643     if (Pred == ICmpInst::ICMP_ULT || Pred == ICmpInst::ICMP_ULE)
4644       break;
4645     return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4646   case SPF_UMAX:
4647     if (Pred == ICmpInst::ICMP_ULT || Pred == ICmpInst::ICMP_ULE) {
4648       Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
4649       std::swap(CmpLHS, CmpRHS);
4650     }
4651     if (Pred == ICmpInst::ICMP_UGT || Pred == ICmpInst::ICMP_UGE)
4652       break;
4653     return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4654   default:
4655     return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4656   }
4657
4658   // If there is a common operand in the already matched min/max and the other
4659   // min/max operands match the compare operands (either directly or inverted),
4660   // then this is min/max of the same flavor.
4661
4662   // a pred c ? m(a, b) : m(c, b) --> m(m(a, b), m(c, b))
4663   // ~c pred ~a ? m(a, b) : m(c, b) --> m(m(a, b), m(c, b))
4664   if (D == B) {
4665     if ((CmpLHS == A && CmpRHS == C) || (match(C, m_Not(m_Specific(CmpLHS))) &&
4666                                          match(A, m_Not(m_Specific(CmpRHS)))))
4667       return {L.Flavor, SPNB_NA, false};
4668   }
4669   // a pred d ? m(a, b) : m(b, d) --> m(m(a, b), m(b, d))
4670   // ~d pred ~a ? m(a, b) : m(b, d) --> m(m(a, b), m(b, d))
4671   if (C == B) {
4672     if ((CmpLHS == A && CmpRHS == D) || (match(D, m_Not(m_Specific(CmpLHS))) &&
4673                                          match(A, m_Not(m_Specific(CmpRHS)))))
4674       return {L.Flavor, SPNB_NA, false};
4675   }
4676   // b pred c ? m(a, b) : m(c, a) --> m(m(a, b), m(c, a))
4677   // ~c pred ~b ? m(a, b) : m(c, a) --> m(m(a, b), m(c, a))
4678   if (D == A) {
4679     if ((CmpLHS == B && CmpRHS == C) || (match(C, m_Not(m_Specific(CmpLHS))) &&
4680                                          match(B, m_Not(m_Specific(CmpRHS)))))
4681       return {L.Flavor, SPNB_NA, false};
4682   }
4683   // b pred d ? m(a, b) : m(a, d) --> m(m(a, b), m(a, d))
4684   // ~d pred ~b ? m(a, b) : m(a, d) --> m(m(a, b), m(a, d))
4685   if (C == A) {
4686     if ((CmpLHS == B && CmpRHS == D) || (match(D, m_Not(m_Specific(CmpLHS))) &&
4687                                          match(B, m_Not(m_Specific(CmpRHS)))))
4688       return {L.Flavor, SPNB_NA, false};
4689   }
4690
4691   return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4692 }
4693
4694 /// Match non-obvious integer minimum and maximum sequences.
4695 static SelectPatternResult matchMinMax(CmpInst::Predicate Pred,
4696                                        Value *CmpLHS, Value *CmpRHS,
4697                                        Value *TrueVal, Value *FalseVal,
4698                                        Value *&LHS, Value *&RHS,
4699                                        unsigned Depth) {
4700   // Assume success. If there's no match, callers should not use these anyway.
4701   LHS = TrueVal;
4702   RHS = FalseVal;
4703
4704   SelectPatternResult SPR = matchClamp(Pred, CmpLHS, CmpRHS, TrueVal, FalseVal);
4705   if (SPR.Flavor != SelectPatternFlavor::SPF_UNKNOWN)
4706     return SPR;
4707
4708   SPR = matchMinMaxOfMinMax(Pred, CmpLHS, CmpRHS, TrueVal, FalseVal, Depth);
4709   if (SPR.Flavor != SelectPatternFlavor::SPF_UNKNOWN)
4710     return SPR;
4711
4712   if (Pred != CmpInst::ICMP_SGT && Pred != CmpInst::ICMP_SLT)
4713     return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4714
4715   // Z = X -nsw Y
4716   // (X >s Y) ? 0 : Z ==> (Z >s 0) ? 0 : Z ==> SMIN(Z, 0)
4717   // (X <s Y) ? 0 : Z ==> (Z <s 0) ? 0 : Z ==> SMAX(Z, 0)
4718   if (match(TrueVal, m_Zero()) &&
4719       match(FalseVal, m_NSWSub(m_Specific(CmpLHS), m_Specific(CmpRHS))))
4720     return {Pred == CmpInst::ICMP_SGT ? SPF_SMIN : SPF_SMAX, SPNB_NA, false};
4721
4722   // Z = X -nsw Y
4723   // (X >s Y) ? Z : 0 ==> (Z >s 0) ? Z : 0 ==> SMAX(Z, 0)
4724   // (X <s Y) ? Z : 0 ==> (Z <s 0) ? Z : 0 ==> SMIN(Z, 0)
4725   if (match(FalseVal, m_Zero()) &&
4726       match(TrueVal, m_NSWSub(m_Specific(CmpLHS), m_Specific(CmpRHS))))
4727     return {Pred == CmpInst::ICMP_SGT ? SPF_SMAX : SPF_SMIN, SPNB_NA, false};
4728
4729   const APInt *C1;
4730   if (!match(CmpRHS, m_APInt(C1)))
4731     return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4732
4733   // An unsigned min/max can be written with a signed compare.
4734   const APInt *C2;
4735   if ((CmpLHS == TrueVal && match(FalseVal, m_APInt(C2))) ||
4736       (CmpLHS == FalseVal && match(TrueVal, m_APInt(C2)))) {
4737     // Is the sign bit set?
4738     // (X <s 0) ? X : MAXVAL ==> (X >u MAXVAL) ? X : MAXVAL ==> UMAX
4739     // (X <s 0) ? MAXVAL : X ==> (X >u MAXVAL) ? MAXVAL : X ==> UMIN
4740     if (Pred == CmpInst::ICMP_SLT && C1->isNullValue() &&
4741         C2->isMaxSignedValue())
4742       return {CmpLHS == TrueVal ? SPF_UMAX : SPF_UMIN, SPNB_NA, false};
4743
4744     // Is the sign bit clear?
4745     // (X >s -1) ? MINVAL : X ==> (X <u MINVAL) ? MINVAL : X ==> UMAX
4746     // (X >s -1) ? X : MINVAL ==> (X <u MINVAL) ? X : MINVAL ==> UMIN
4747     if (Pred == CmpInst::ICMP_SGT && C1->isAllOnesValue() &&
4748         C2->isMinSignedValue())
4749       return {CmpLHS == FalseVal ? SPF_UMAX : SPF_UMIN, SPNB_NA, false};
4750   }
4751
4752   // Look through 'not' ops to find disguised signed min/max.
4753   // (X >s C) ? ~X : ~C ==> (~X <s ~C) ? ~X : ~C ==> SMIN(~X, ~C)
4754   // (X <s C) ? ~X : ~C ==> (~X >s ~C) ? ~X : ~C ==> SMAX(~X, ~C)
4755   if (match(TrueVal, m_Not(m_Specific(CmpLHS))) &&
4756       match(FalseVal, m_APInt(C2)) && ~(*C1) == *C2)
4757     return {Pred == CmpInst::ICMP_SGT ? SPF_SMIN : SPF_SMAX, SPNB_NA, false};
4758
4759   // (X >s C) ? ~C : ~X ==> (~X <s ~C) ? ~C : ~X ==> SMAX(~C, ~X)
4760   // (X <s C) ? ~C : ~X ==> (~X >s ~C) ? ~C : ~X ==> SMIN(~C, ~X)
4761   if (match(FalseVal, m_Not(m_Specific(CmpLHS))) &&
4762       match(TrueVal, m_APInt(C2)) && ~(*C1) == *C2)
4763     return {Pred == CmpInst::ICMP_SGT ? SPF_SMAX : SPF_SMIN, SPNB_NA, false};
4764
4765   return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4766 }
4767
4768 bool llvm::isKnownNegation(const Value *X, const Value *Y, bool NeedNSW) {
4769   assert(X && Y && "Invalid operand");
4770
4771   // X = sub (0, Y) || X = sub nsw (0, Y)
4772   if ((!NeedNSW && match(X, m_Sub(m_ZeroInt(), m_Specific(Y)))) ||
4773       (NeedNSW && match(X, m_NSWSub(m_ZeroInt(), m_Specific(Y)))))
4774     return true;
4775
4776   // Y = sub (0, X) || Y = sub nsw (0, X)
4777   if ((!NeedNSW && match(Y, m_Sub(m_ZeroInt(), m_Specific(X)))) ||
4778       (NeedNSW && match(Y, m_NSWSub(m_ZeroInt(), m_Specific(X)))))
4779     return true;
4780
4781   // X = sub (A, B), Y = sub (B, A) || X = sub nsw (A, B), Y = sub nsw (B, A)
4782   Value *A, *B;
4783   return (!NeedNSW && (match(X, m_Sub(m_Value(A), m_Value(B))) &&
4784                         match(Y, m_Sub(m_Specific(B), m_Specific(A))))) ||
4785          (NeedNSW && (match(X, m_NSWSub(m_Value(A), m_Value(B))) &&
4786                        match(Y, m_NSWSub(m_Specific(B), m_Specific(A)))));
4787 }
4788
4789 static SelectPatternResult matchSelectPattern(CmpInst::Predicate Pred,
4790                                               FastMathFlags FMF,
4791                                               Value *CmpLHS, Value *CmpRHS,
4792                                               Value *TrueVal, Value *FalseVal,
4793                                               Value *&LHS, Value *&RHS,
4794                                               unsigned Depth) {
4795   if (CmpInst::isFPPredicate(Pred)) {
4796     // IEEE-754 ignores the sign of 0.0 in comparisons. So if the select has one
4797     // 0.0 operand, set the compare's 0.0 operands to that same value for the
4798     // purpose of identifying min/max. Disregard vector constants with undefined
4799     // elements because those can not be back-propagated for analysis.
4800     Value *OutputZeroVal = nullptr;
4801     if (match(TrueVal, m_AnyZeroFP()) && !match(FalseVal, m_AnyZeroFP()) &&
4802         !cast<Constant>(TrueVal)->containsUndefElement())
4803       OutputZeroVal = TrueVal;
4804     else if (match(FalseVal, m_AnyZeroFP()) && !match(TrueVal, m_AnyZeroFP()) &&
4805              !cast<Constant>(FalseVal)->containsUndefElement())
4806       OutputZeroVal = FalseVal;
4807
4808     if (OutputZeroVal) {
4809       if (match(CmpLHS, m_AnyZeroFP()))
4810         CmpLHS = OutputZeroVal;
4811       if (match(CmpRHS, m_AnyZeroFP()))
4812         CmpRHS = OutputZeroVal;
4813     }
4814   }
4815
4816   LHS = CmpLHS;
4817   RHS = CmpRHS;
4818
4819   // Signed zero may return inconsistent results between implementations.
4820   //  (0.0 <= -0.0) ? 0.0 : -0.0 // Returns 0.0
4821   //  minNum(0.0, -0.0)          // May return -0.0 or 0.0 (IEEE 754-2008 5.3.1)
4822   // Therefore, we behave conservatively and only proceed if at least one of the
4823   // operands is known to not be zero or if we don't care about signed zero.
4824   switch (Pred) {
4825   default: break;
4826   // FIXME: Include OGT/OLT/UGT/ULT.
4827   case CmpInst::FCMP_OGE: case CmpInst::FCMP_OLE:
4828   case CmpInst::FCMP_UGE: case CmpInst::FCMP_ULE:
4829     if (!FMF.noSignedZeros() && !isKnownNonZero(CmpLHS) &&
4830         !isKnownNonZero(CmpRHS))
4831       return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4832   }
4833
4834   SelectPatternNaNBehavior NaNBehavior = SPNB_NA;
4835   bool Ordered = false;
4836
4837   // When given one NaN and one non-NaN input:
4838   //   - maxnum/minnum (C99 fmaxf()/fminf()) return the non-NaN input.
4839   //   - A simple C99 (a < b ? a : b) construction will return 'b' (as the
4840   //     ordered comparison fails), which could be NaN or non-NaN.
4841   // so here we discover exactly what NaN behavior is required/accepted.
4842   if (CmpInst::isFPPredicate(Pred)) {
4843     bool LHSSafe = isKnownNonNaN(CmpLHS, FMF);
4844     bool RHSSafe = isKnownNonNaN(CmpRHS, FMF);
4845
4846     if (LHSSafe && RHSSafe) {
4847       // Both operands are known non-NaN.
4848       NaNBehavior = SPNB_RETURNS_ANY;
4849     } else if (CmpInst::isOrdered(Pred)) {
4850       // An ordered comparison will return false when given a NaN, so it
4851       // returns the RHS.
4852       Ordered = true;
4853       if (LHSSafe)
4854         // LHS is non-NaN, so if RHS is NaN then NaN will be returned.
4855         NaNBehavior = SPNB_RETURNS_NAN;
4856       else if (RHSSafe)
4857         NaNBehavior = SPNB_RETURNS_OTHER;
4858       else
4859         // Completely unsafe.
4860         return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4861     } else {
4862       Ordered = false;
4863       // An unordered comparison will return true when given a NaN, so it
4864       // returns the LHS.
4865       if (LHSSafe)
4866         // LHS is non-NaN, so if RHS is NaN then non-NaN will be returned.
4867         NaNBehavior = SPNB_RETURNS_OTHER;
4868       else if (RHSSafe)
4869         NaNBehavior = SPNB_RETURNS_NAN;
4870       else
4871         // Completely unsafe.
4872         return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4873     }
4874   }
4875
4876   if (TrueVal == CmpRHS && FalseVal == CmpLHS) {
4877     std::swap(CmpLHS, CmpRHS);
4878     Pred = CmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
4879     if (NaNBehavior == SPNB_RETURNS_NAN)
4880       NaNBehavior = SPNB_RETURNS_OTHER;
4881     else if (NaNBehavior == SPNB_RETURNS_OTHER)
4882       NaNBehavior = SPNB_RETURNS_NAN;
4883     Ordered = !Ordered;
4884   }
4885
4886   // ([if]cmp X, Y) ? X : Y
4887   if (TrueVal == CmpLHS && FalseVal == CmpRHS) {
4888     switch (Pred) {
4889     default: return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false}; // Equality.
4890     case ICmpInst::ICMP_UGT:
4891     case ICmpInst::ICMP_UGE: return {SPF_UMAX, SPNB_NA, false};
4892     case ICmpInst::ICMP_SGT:
4893     case ICmpInst::ICMP_SGE: return {SPF_SMAX, SPNB_NA, false};
4894     case ICmpInst::ICMP_ULT:
4895     case ICmpInst::ICMP_ULE: return {SPF_UMIN, SPNB_NA, false};
4896     case ICmpInst::ICMP_SLT:
4897     case ICmpInst::ICMP_SLE: return {SPF_SMIN, SPNB_NA, false};
4898     case FCmpInst::FCMP_UGT:
4899     case FCmpInst::FCMP_UGE:
4900     case FCmpInst::FCMP_OGT:
4901     case FCmpInst::FCMP_OGE: return {SPF_FMAXNUM, NaNBehavior, Ordered};
4902     case FCmpInst::FCMP_ULT:
4903     case FCmpInst::FCMP_ULE:
4904     case FCmpInst::FCMP_OLT:
4905     case FCmpInst::FCMP_OLE: return {SPF_FMINNUM, NaNBehavior, Ordered};
4906     }
4907   }
4908
4909   if (isKnownNegation(TrueVal, FalseVal)) {
4910     // Sign-extending LHS does not change its sign, so TrueVal/FalseVal can
4911     // match against either LHS or sext(LHS).
4912     auto MaybeSExtCmpLHS =
4913         m_CombineOr(m_Specific(CmpLHS), m_SExt(m_Specific(CmpLHS)));
4914     auto ZeroOrAllOnes = m_CombineOr(m_ZeroInt(), m_AllOnes());
4915     auto ZeroOrOne = m_CombineOr(m_ZeroInt(), m_One());
4916     if (match(TrueVal, MaybeSExtCmpLHS)) {
4917       // Set the return values. If the compare uses the negated value (-X >s 0),
4918       // swap the return values because the negated value is always 'RHS'.
4919       LHS = TrueVal;
4920       RHS = FalseVal;
4921       if (match(CmpLHS, m_Neg(m_Specific(FalseVal))))
4922         std::swap(LHS, RHS);
4923
4924       // (X >s 0) ? X : -X or (X >s -1) ? X : -X --> ABS(X)
4925       // (-X >s 0) ? -X : X or (-X >s -1) ? -X : X --> ABS(X)
4926       if (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT && match(CmpRHS, ZeroOrAllOnes))
4927         return {SPF_ABS, SPNB_NA, false};
4928
4929       // (X <s 0) ? X : -X or (X <s 1) ? X : -X --> NABS(X)
4930       // (-X <s 0) ? -X : X or (-X <s 1) ? -X : X --> NABS(X)
4931       if (Pred == ICmpInst::ICMP_SLT && match(CmpRHS, ZeroOrOne))
4932         return {SPF_NABS, SPNB_NA, false};
4933     }
4934     else if (match(FalseVal, MaybeSExtCmpLHS)) {
4935       // Set the return values. If the compare uses the negated value (-X >s 0),
4936       // swap the return values because the negated value is always 'RHS'.
4937       LHS = FalseVal;
4938       RHS = TrueVal;
4939       if (match(CmpLHS, m_Neg(m_Specific(TrueVal))))
4940         std::swap(LHS, RHS);
4941
4942       // (X >s 0) ? -X : X or (X >s -1) ? -X : X --> NABS(X)
4943       // (-X >s 0) ? X : -X or (-X >s -1) ? X : -X --> NABS(X)
4944       if (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT && match(CmpRHS, ZeroOrAllOnes))
4945         return {SPF_NABS, SPNB_NA, false};
4946
4947       // (X <s 0) ? -X : X or (X <s 1) ? -X : X --> ABS(X)
4948       // (-X <s 0) ? X : -X or (-X <s 1) ? X : -X --> ABS(X)
4949       if (Pred == ICmpInst::ICMP_SLT && match(CmpRHS, ZeroOrOne))
4950         return {SPF_ABS, SPNB_NA, false};
4951     }
4952   }
4953
4954   if (CmpInst::isIntPredicate(Pred))
4955     return matchMinMax(Pred, CmpLHS, CmpRHS, TrueVal, FalseVal, LHS, RHS, Depth);
4956
4957   // According to (IEEE 754-2008 5.3.1), minNum(0.0, -0.0) and similar
4958   // may return either -0.0 or 0.0, so fcmp/select pair has stricter
4959   // semantics than minNum. Be conservative in such case.
4960   if (NaNBehavior != SPNB_RETURNS_ANY ||
4961       (!FMF.noSignedZeros() && !isKnownNonZero(CmpLHS) &&
4962        !isKnownNonZero(CmpRHS)))
4963     return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4964
4965   return matchFastFloatClamp(Pred, CmpLHS, CmpRHS, TrueVal, FalseVal, LHS, RHS);
4966 }
4967
4968 /// Helps to match a select pattern in case of a type mismatch.
4969 ///
4970 /// The function processes the case when type of true and false values of a
4971 /// select instruction differs from type of the cmp instruction operands because
4972 /// of a cast instruction. The function checks if it is legal to move the cast
4973 /// operation after "select". If yes, it returns the new second value of
4974 /// "select" (with the assumption that cast is moved):
4975 /// 1. As operand of cast instruction when both values of "select" are same cast
4976 /// instructions.
4977 /// 2. As restored constant (by applying reverse cast operation) when the first
4978 /// value of the "select" is a cast operation and the second value is a
4979 /// constant.
4980 /// NOTE: We return only the new second value because the first value could be
4981 /// accessed as operand of cast instruction.
4982 static Value *lookThroughCast(CmpInst *CmpI, Value *V1, Value *V2,
4983                               Instruction::CastOps *CastOp) {
4984   auto *Cast1 = dyn_cast<CastInst>(V1);
4985   if (!Cast1)
4986     return nullptr;
4987
4988   *CastOp = Cast1->getOpcode();
4989   Type *SrcTy = Cast1->getSrcTy();
4990   if (auto *Cast2 = dyn_cast<CastInst>(V2)) {
4991     // If V1 and V2 are both the same cast from the same type, look through V1.
4992     if (*CastOp == Cast2->getOpcode() && SrcTy == Cast2->getSrcTy())
4993       return Cast2->getOperand(0);
4994     return nullptr;
4995   }
4996
4997   auto *C = dyn_cast<Constant>(V2);
4998   if (!C)
4999     return nullptr;
5000
5001   Constant *CastedTo = nullptr;
5002   switch (*CastOp) {
5003   case Instruction::ZExt:
5004     if (CmpI->isUnsigned())
5005       CastedTo = ConstantExpr::getTrunc(C, SrcTy);
5006     break;
5007   case Instruction::SExt:
5008     if (CmpI->isSigned())
5009       CastedTo = ConstantExpr::getTrunc(C, SrcTy, true);
5010     break;
5011   case Instruction::Trunc:
5012     Constant *CmpConst;
5013     if (match(CmpI->getOperand(1), m_Constant(CmpConst)) &&
5014         CmpConst->getType() == SrcTy) {
5015       // Here we have the following case:
5016       //
5017       //   %cond = cmp iN %x, CmpConst
5018       //   %tr = trunc iN %x to iK
5019       //   %narrowsel = select i1 %cond, iK %t, iK C
5020       //
5021       // We can always move trunc after select operation:
5022       //
5023       //   %cond = cmp iN %x, CmpConst
5024       //   %widesel = select i1 %cond, iN %x, iN CmpConst
5025       //   %tr = trunc iN %widesel to iK
5026       //
5027       // Note that C could be extended in any way because we don't care about
5028       // upper bits after truncation. It can't be abs pattern, because it would
5029       // look like:
5030       //
5031       //   select i1 %cond, x, -x.
5032       //
5033       // So only min/max pattern could be matched. Such match requires widened C
5034       // == CmpConst. That is why set widened C = CmpConst, condition trunc
5035       // CmpConst == C is checked below.
5036       CastedTo = CmpConst;
5037     } else {
5038       CastedTo = ConstantExpr::getIntegerCast(C, SrcTy, CmpI->isSigned());
5039     }
5040     break;
5041   case Instruction::FPTrunc:
5042     CastedTo = ConstantExpr::getFPExtend(C, SrcTy, true);
5043     break;
5044   case Instruction::FPExt:
5045     CastedTo = ConstantExpr::getFPTrunc(C, SrcTy, true);
5046     break;
5047   case Instruction::FPToUI:
5048     CastedTo = ConstantExpr::getUIToFP(C, SrcTy, true);
5049     break;
5050   case Instruction::FPToSI:
5051     CastedTo = ConstantExpr::getSIToFP(C, SrcTy, true);
5052     break;
5053   case Instruction::UIToFP:
5054     CastedTo = ConstantExpr::getFPToUI(C, SrcTy, true);
5055     break;
5056   case Instruction::SIToFP:
5057     CastedTo = ConstantExpr::getFPToSI(C, SrcTy, true);
5058     break;
5059   default:
5060     break;
5061   }
5062
5063   if (!CastedTo)
5064     return nullptr;
5065
5066   // Make sure the cast doesn't lose any information.
5067   Constant *CastedBack =
5068       ConstantExpr::getCast(*CastOp, CastedTo, C->getType(), true);
5069   if (CastedBack != C)
5070     return nullptr;
5071
5072   return CastedTo;
5073 }
5074
5075 SelectPatternResult llvm::matchSelectPattern(Value *V, Value *&LHS, Value *&RHS,
5076                                              Instruction::CastOps *CastOp,
5077                                              unsigned Depth) {
5078   if (Depth >= MaxDepth)
5079     return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
5080
5081   SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V);
5082   if (!SI) return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
5083
5084   CmpInst *CmpI = dyn_cast<CmpInst>(SI->getCondition());
5085   if (!CmpI) return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
5086
5087   CmpInst::Predicate Pred = CmpI->getPredicate();
5088   Value *CmpLHS = CmpI->getOperand(0);
5089   Value *CmpRHS = CmpI->getOperand(1);
5090   Value *TrueVal = SI->getTrueValue();
5091   Value *FalseVal = SI->getFalseValue();
5092   FastMathFlags FMF;
5093   if (isa<FPMathOperator>(CmpI))
5094     FMF = CmpI->getFastMathFlags();
5095
5096   // Bail out early.
5097   if (CmpI->isEquality())
5098     return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
5099
5100   // Deal with type mismatches.
5101   if (CastOp && CmpLHS->getType() != TrueVal->getType()) {
5102     if (Value *C = lookThroughCast(CmpI, TrueVal, FalseVal, CastOp)) {
5103       // If this is a potential fmin/fmax with a cast to integer, then ignore
5104       // -0.0 because there is no corresponding integer value.
5105       if (*CastOp == Instruction::FPToSI || *CastOp == Instruction::FPToUI)
5106         FMF.setNoSignedZeros();
5107       return ::matchSelectPattern(Pred, FMF, CmpLHS, CmpRHS,
5108                                   cast<CastInst>(TrueVal)->getOperand(0), C,
5109                                   LHS, RHS, Depth);
5110     }
5111     if (Value *C = lookThroughCast(CmpI, FalseVal, TrueVal, CastOp)) {
5112       // If this is a potential fmin/fmax with a cast to integer, then ignore
5113       // -0.0 because there is no corresponding integer value.
5114       if (*CastOp == Instruction::FPToSI || *CastOp == Instruction::FPToUI)
5115         FMF.setNoSignedZeros();
5116       return ::matchSelectPattern(Pred, FMF, CmpLHS, CmpRHS,
5117                                   C, cast<CastInst>(FalseVal)->getOperand(0),
5118                                   LHS, RHS, Depth);
5119     }
5120   }
5121   return ::matchSelectPattern(Pred, FMF, CmpLHS, CmpRHS, TrueVal, FalseVal,
5122                               LHS, RHS, Depth);
5123 }
5124
5125 CmpInst::Predicate llvm::getMinMaxPred(SelectPatternFlavor SPF, bool Ordered) {
5126   if (SPF == SPF_SMIN) return ICmpInst::ICMP_SLT;
5127   if (SPF == SPF_UMIN) return ICmpInst::ICMP_ULT;
5128   if (SPF == SPF_SMAX) return ICmpInst::ICMP_SGT;
5129   if (SPF == SPF_UMAX) return ICmpInst::ICMP_UGT;
5130   if (SPF == SPF_FMINNUM)
5131     return Ordered ? FCmpInst::FCMP_OLT : FCmpInst::FCMP_ULT;
5132   if (SPF == SPF_FMAXNUM)
5133     return Ordered ? FCmpInst::FCMP_OGT : FCmpInst::FCMP_UGT;
5134   llvm_unreachable("unhandled!");
5135 }
5136
5137 SelectPatternFlavor llvm::getInverseMinMaxFlavor(SelectPatternFlavor SPF) {
5138   if (SPF == SPF_SMIN) return SPF_SMAX;
5139   if (SPF == SPF_UMIN) return SPF_UMAX;
5140   if (SPF == SPF_SMAX) return SPF_SMIN;
5141   if (SPF == SPF_UMAX) return SPF_UMIN;
5142   llvm_unreachable("unhandled!");
5143 }
5144
5145 CmpInst::Predicate llvm::getInverseMinMaxPred(SelectPatternFlavor SPF) {
5146   return getMinMaxPred(getInverseMinMaxFlavor(SPF));
5147 }
5148
5149 /// Return true if "icmp Pred LHS RHS" is always true.
5150 static bool isTruePredicate(CmpInst::Predicate Pred, const Value *LHS,
5151                             const Value *RHS, const DataLayout &DL,
5152                             unsigned Depth) {
5153   assert(!LHS->getType()->isVectorTy() && "TODO: extend to handle vectors!");
5154   if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred) && LHS == RHS)
5155     return true;
5156
5157   switch (Pred) {
5158   default:
5159     return false;
5160
5161   case CmpInst::ICMP_SLE: {
5162     const APInt *C;
5163
5164     // LHS s<= LHS +_{nsw} C   if C >= 0
5165     if (match(RHS, m_NSWAdd(m_Specific(LHS), m_APInt(C))))
5166       return !C->isNegative();
5167     return false;
5168   }
5169
5170   case CmpInst::ICMP_ULE: {
5171     const APInt *C;
5172
5173     // LHS u<= LHS +_{nuw} C   for any C
5174     if (match(RHS, m_NUWAdd(m_Specific(LHS), m_APInt(C))))
5175       return true;
5176
5177     // Match A to (X +_{nuw} CA) and B to (X +_{nuw} CB)
5178     auto MatchNUWAddsToSameValue = [&](const Value *A, const Value *B,
5179                                        const Value *&X,
5180                                        const APInt *&CA, const APInt *&CB) {
5181       if (match(A, m_NUWAdd(m_Value(X), m_APInt(CA))) &&
5182           match(B, m_NUWAdd(m_Specific(X), m_APInt(CB))))
5183         return true;
5184
5185       // If X & C == 0 then (X | C) == X +_{nuw} C
5186       if (match(A, m_Or(m_Value(X), m_APInt(CA))) &&
5187           match(B, m_Or(m_Specific(X), m_APInt(CB)))) {
5188         KnownBits Known(CA->getBitWidth());
5189         computeKnownBits(X, Known, DL, Depth + 1, /*AC*/ nullptr,
5190                          /*CxtI*/ nullptr, /*DT*/ nullptr);
5191         if (CA->isSubsetOf(Known.Zero) && CB->isSubsetOf(Known.Zero))
5192           return true;
5193       }
5194
5195       return false;
5196     };
5197
5198     const Value *X;
5199     const APInt *CLHS, *CRHS;
5200     if (MatchNUWAddsToSameValue(LHS, RHS, X, CLHS, CRHS))
5201       return CLHS->ule(*CRHS);
5202
5203     return false;
5204   }
5205   }
5206 }
5207
5208 /// Return true if "icmp Pred BLHS BRHS" is true whenever "icmp Pred
5209 /// ALHS ARHS" is true.  Otherwise, return None.
5210 static Optional<bool>
5211 isImpliedCondOperands(CmpInst::Predicate Pred, const Value *ALHS,
5212                       const Value *ARHS, const Value *BLHS, const Value *BRHS,
5213                       const DataLayout &DL, unsigned Depth) {
5214   switch (Pred) {
5215   default:
5216     return None;
5217
5218   case CmpInst::ICMP_SLT:
5219   case CmpInst::ICMP_SLE:
5220     if (isTruePredicate(CmpInst::ICMP_SLE, BLHS, ALHS, DL, Depth) &&
5221         isTruePredicate(CmpInst::ICMP_SLE, ARHS, BRHS, DL, Depth))
5222       return true;
5223     return None;
5224
5225   case CmpInst::ICMP_ULT:
5226   case CmpInst::ICMP_ULE:
5227     if (isTruePredicate(CmpInst::ICMP_ULE, BLHS, ALHS, DL, Depth) &&
5228         isTruePredicate(CmpInst::ICMP_ULE, ARHS, BRHS, DL, Depth))
5229       return true;
5230     return None;
5231   }
5232 }
5233
5234 /// Return true if the operands of the two compares match.  IsSwappedOps is true
5235 /// when the operands match, but are swapped.
5236 static bool isMatchingOps(const Value *ALHS, const Value *ARHS,
5237                           const Value *BLHS, const Value *BRHS,
5238                           bool &IsSwappedOps) {
5239
5240   bool IsMatchingOps = (ALHS == BLHS && ARHS == BRHS);
5241   IsSwappedOps = (ALHS == BRHS && ARHS == BLHS);
5242   return IsMatchingOps || IsSwappedOps;
5243 }
5244
5245 /// Return true if "icmp1 APred X, Y" implies "icmp2 BPred X, Y" is true.
5246 /// Return false if "icmp1 APred X, Y" implies "icmp2 BPred X, Y" is false.
5247 /// Otherwise, return None if we can't infer anything.
5248 static Optional<bool> isImpliedCondMatchingOperands(CmpInst::Predicate APred,
5249                                                     CmpInst::Predicate BPred,
5250                                                     bool AreSwappedOps) {
5251   // Canonicalize the predicate as if the operands were not commuted.
5252   if (AreSwappedOps)
5253     BPred = ICmpInst::getSwappedPredicate(BPred);
5254
5255   if (CmpInst::isImpliedTrueByMatchingCmp(APred, BPred))
5256     return true;
5257   if (CmpInst::isImpliedFalseByMatchingCmp(APred, BPred))
5258     return false;
5259
5260   return None;
5261 }
5262
5263 /// Return true if "icmp APred X, C1" implies "icmp BPred X, C2" is true.
5264 /// Return false if "icmp APred X, C1" implies "icmp BPred X, C2" is false.
5265 /// Otherwise, return None if we can't infer anything.
5266 static Optional<bool>
5267 isImpliedCondMatchingImmOperands(CmpInst::Predicate APred,
5268                                  const ConstantInt *C1,
5269                                  CmpInst::Predicate BPred,
5270                                  const ConstantInt *C2) {
5271   ConstantRange DomCR =
5272       ConstantRange::makeExactICmpRegion(APred, C1->getValue());
5273   ConstantRange CR =
5274       ConstantRange::makeAllowedICmpRegion(BPred, C2->getValue());
5275   ConstantRange Intersection = DomCR.intersectWith(CR);
5276   ConstantRange Difference = DomCR.difference(CR);
5277   if (Intersection.isEmptySet())
5278     return false;
5279   if (Difference.isEmptySet())
5280     return true;
5281   return None;
5282 }
5283
5284 /// Return true if LHS implies RHS is true.  Return false if LHS implies RHS is
5285 /// false.  Otherwise, return None if we can't infer anything.
5286 static Optional<bool> isImpliedCondICmps(const ICmpInst *LHS,
5287                                          const ICmpInst *RHS,
5288                                          const DataLayout &DL, bool LHSIsTrue,
5289                                          unsigned Depth) {
5290   Value *ALHS = LHS->getOperand(0);
5291   Value *ARHS = LHS->getOperand(1);
5292   // The rest of the logic assumes the LHS condition is true.  If that's not the
5293   // case, invert the predicate to make it so.
5294   ICmpInst::Predicate APred =
5295       LHSIsTrue ? LHS->getPredicate() : LHS->getInversePredicate();
5296
5297   Value *BLHS = RHS->getOperand(0);
5298   Value *BRHS = RHS->getOperand(1);
5299   ICmpInst::Predicate BPred = RHS->getPredicate();
5300
5301   // Can we infer anything when the two compares have matching operands?
5302   bool AreSwappedOps;
5303   if (isMatchingOps(ALHS, ARHS, BLHS, BRHS, AreSwappedOps)) {
5304     if (Optional<bool> Implication = isImpliedCondMatchingOperands(
5305             APred, BPred, AreSwappedOps))
5306       return Implication;
5307     // No amount of additional analysis will infer the second condition, so
5308     // early exit.
5309     return None;
5310   }
5311
5312   // Can we infer anything when the LHS operands match and the RHS operands are
5313   // constants (not necessarily matching)?
5314   if (ALHS == BLHS && isa<ConstantInt>(ARHS) && isa<ConstantInt>(BRHS)) {
5315     if (Optional<bool> Implication = isImpliedCondMatchingImmOperands(
5316             APred, cast<ConstantInt>(ARHS), BPred, cast<ConstantInt>(BRHS)))
5317       return Implication;
5318     // No amount of additional analysis will infer the second condition, so
5319     // early exit.
5320     return None;
5321   }
5322
5323   if (APred == BPred)
5324     return isImpliedCondOperands(APred, ALHS, ARHS, BLHS, BRHS, DL, Depth);
5325   return None;
5326 }
5327
5328 /// Return true if LHS implies RHS is true.  Return false if LHS implies RHS is
5329 /// false.  Otherwise, return None if we can't infer anything.  We expect the
5330 /// RHS to be an icmp and the LHS to be an 'and' or an 'or' instruction.
5331 static Optional<bool> isImpliedCondAndOr(const BinaryOperator *LHS,
5332                                          const ICmpInst *RHS,
5333                                          const DataLayout &DL, bool LHSIsTrue,
5334                                          unsigned Depth) {
5335   // The LHS must be an 'or' or an 'and' instruction.
5336   assert((LHS->getOpcode() == Instruction::And ||
5337           LHS->getOpcode() == Instruction::Or) &&
5338          "Expected LHS to be 'and' or 'or'.");
5339
5340   assert(Depth <= MaxDepth && "Hit recursion limit");
5341
5342   // If the result of an 'or' is false, then we know both legs of the 'or' are
5343   // false.  Similarly, if the result of an 'and' is true, then we know both
5344   // legs of the 'and' are true.
5345   Value *ALHS, *ARHS;
5346   if ((!LHSIsTrue && match(LHS, m_Or(m_Value(ALHS), m_Value(ARHS)))) ||
5347       (LHSIsTrue && match(LHS, m_And(m_Value(ALHS), m_Value(ARHS))))) {
5348     // FIXME: Make this non-recursion.
5349     if (Optional<bool> Implication =
5350             isImpliedCondition(ALHS, RHS, DL, LHSIsTrue, Depth + 1))
5351       return Implication;
5352     if (Optional<bool> Implication =
5353             isImpliedCondition(ARHS, RHS, DL, LHSIsTrue, Depth + 1))
5354       return Implication;
5355     return None;
5356   }
5357   return None;
5358 }
5359
5360 Optional<bool> llvm::isImpliedCondition(const Value *LHS, const Value *RHS,
5361                                         const DataLayout &DL, bool LHSIsTrue,
5362                                         unsigned Depth) {
5363   // Bail out when we hit the limit.
5364   if (Depth == MaxDepth)
5365     return None;
5366
5367   // A mismatch occurs when we compare a scalar cmp to a vector cmp, for
5368   // example.
5369   if (LHS->getType() != RHS->getType())
5370     return None;
5371
5372   Type *OpTy = LHS->getType();
5373   assert(OpTy->isIntOrIntVectorTy(1) && "Expected integer type only!");
5374
5375   // LHS ==> RHS by definition
5376   if (LHS == RHS)
5377     return LHSIsTrue;
5378
5379   // FIXME: Extending the code below to handle vectors.
5380   if (OpTy->isVectorTy())
5381     return None;
5382
5383   assert(OpTy->isIntegerTy(1) && "implied by above");
5384
5385   // Both LHS and RHS are icmps.
5386   const ICmpInst *LHSCmp = dyn_cast<ICmpInst>(LHS);
5387   const ICmpInst *RHSCmp = dyn_cast<ICmpInst>(RHS);
5388   if (LHSCmp && RHSCmp)
5389     return isImpliedCondICmps(LHSCmp, RHSCmp, DL, LHSIsTrue, Depth);
5390
5391   // The LHS should be an 'or' or an 'and' instruction.  We expect the RHS to be
5392   // an icmp. FIXME: Add support for and/or on the RHS.
5393   const BinaryOperator *LHSBO = dyn_cast<BinaryOperator>(LHS);
5394   if (LHSBO && RHSCmp) {
5395     if ((LHSBO->getOpcode() == Instruction::And ||
5396          LHSBO->getOpcode() == Instruction::Or))
5397       return isImpliedCondAndOr(LHSBO, RHSCmp, DL, LHSIsTrue, Depth);
5398   }
5399   return None;
5400 }
5401
5402 Optional<bool> llvm::isImpliedByDomCondition(const Value *Cond,
5403                                              const Instruction *ContextI,
5404                                              const DataLayout &DL) {
5405   assert(Cond->getType()->isIntOrIntVectorTy(1) && "Condition must be bool");
5406   if (!ContextI || !ContextI->getParent())
5407     return None;
5408
5409   // TODO: This is a poor/cheap way to determine dominance. Should we use a
5410   // dominator tree (eg, from a SimplifyQuery) instead?
5411   const BasicBlock *ContextBB = ContextI->getParent();
5412   const BasicBlock *PredBB = ContextBB->getSinglePredecessor();
5413   if (!PredBB)
5414     return None;
5415
5416   // We need a conditional branch in the predecessor.
5417   Value *PredCond;
5418   BasicBlock *TrueBB, *FalseBB;
5419   if (!match(PredBB->getTerminator(), m_Br(m_Value(PredCond), TrueBB, FalseBB)))
5420     return None;
5421
5422   // The branch should get simplified. Don't bother simplifying this condition.
5423   if (TrueBB == FalseBB)
5424     return None;
5425
5426   assert((TrueBB == ContextBB || FalseBB == ContextBB) &&
5427          "Predecessor block does not point to successor?");
5428
5429   // Is this condition implied by the predecessor condition?
5430   bool CondIsTrue = TrueBB == ContextBB;
5431   return isImpliedCondition(PredCond, Cond, DL, CondIsTrue);
5432 }