]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/Analysis/ValueTracking.cpp
Merge llvm, clang, lld, lldb, compiler-rt and libc++ r305575, and update
[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/Optional.h"
17 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
18 #include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
19 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
20 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
21 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
22 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
23 #include "llvm/Analysis/OptimizationDiagnosticInfo.h"
24 #include "llvm/Analysis/VectorUtils.h"
25 #include "llvm/IR/CallSite.h"
26 #include "llvm/IR/ConstantRange.h"
27 #include "llvm/IR/Constants.h"
28 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
29 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
30 #include "llvm/IR/Dominators.h"
31 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
32 #include "llvm/IR/GlobalAlias.h"
33 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
34 #include "llvm/IR/Instructions.h"
35 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
36 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
37 #include "llvm/IR/Metadata.h"
38 #include "llvm/IR/Operator.h"
39 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
40 #include "llvm/IR/Statepoint.h"
41 #include "llvm/Support/Debug.h"
42 #include "llvm/Support/KnownBits.h"
43 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
44 #include <algorithm>
45 #include <array>
46 #include <cstring>
47 using namespace llvm;
48 using namespace llvm::PatternMatch;
49
50 const unsigned MaxDepth = 6;
51
52 // Controls the number of uses of the value searched for possible
53 // dominating comparisons.
54 static cl::opt<unsigned> DomConditionsMaxUses("dom-conditions-max-uses",
55                                               cl::Hidden, cl::init(20));
56
57 // This optimization is known to cause performance regressions is some cases,
58 // keep it under a temporary flag for now.
59 static cl::opt<bool>
60 DontImproveNonNegativePhiBits("dont-improve-non-negative-phi-bits",
61                               cl::Hidden, cl::init(true));
62
63 /// Returns the bitwidth of the given scalar or pointer type. For vector types,
64 /// returns the element type's bitwidth.
65 static unsigned getBitWidth(Type *Ty, const DataLayout &DL) {
66   if (unsigned BitWidth = Ty->getScalarSizeInBits())
67     return BitWidth;
68
69   return DL.getPointerTypeSizeInBits(Ty);
70 }
71
72 namespace {
73 // Simplifying using an assume can only be done in a particular control-flow
74 // context (the context instruction provides that context). If an assume and
75 // the context instruction are not in the same block then the DT helps in
76 // figuring out if we can use it.
77 struct Query {
78   const DataLayout &DL;
79   AssumptionCache *AC;
80   const Instruction *CxtI;
81   const DominatorTree *DT;
82   // Unlike the other analyses, this may be a nullptr because not all clients
83   // provide it currently.
84   OptimizationRemarkEmitter *ORE;
85
86   /// Set of assumptions that should be excluded from further queries.
87   /// This is because of the potential for mutual recursion to cause
88   /// computeKnownBits to repeatedly visit the same assume intrinsic. The
89   /// classic case of this is assume(x = y), which will attempt to determine
90   /// bits in x from bits in y, which will attempt to determine bits in y from
91   /// bits in x, etc. Regarding the mutual recursion, computeKnownBits can call
92   /// isKnownNonZero, which calls computeKnownBits and isKnownToBeAPowerOfTwo
93   /// (all of which can call computeKnownBits), and so on.
94   std::array<const Value *, MaxDepth> Excluded;
95   unsigned NumExcluded;
96
97   Query(const DataLayout &DL, AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
98         const DominatorTree *DT, OptimizationRemarkEmitter *ORE = nullptr)
99       : DL(DL), AC(AC), CxtI(CxtI), DT(DT), ORE(ORE), NumExcluded(0) {}
100
101   Query(const Query &Q, const Value *NewExcl)
102       : DL(Q.DL), AC(Q.AC), CxtI(Q.CxtI), DT(Q.DT), ORE(Q.ORE),
103         NumExcluded(Q.NumExcluded) {
104     Excluded = Q.Excluded;
105     Excluded[NumExcluded++] = NewExcl;
106     assert(NumExcluded <= Excluded.size());
107   }
108
109   bool isExcluded(const Value *Value) const {
110     if (NumExcluded == 0)
111       return false;
112     auto End = Excluded.begin() + NumExcluded;
113     return std::find(Excluded.begin(), End, Value) != End;
114   }
115 };
116 } // end anonymous namespace
117
118 // Given the provided Value and, potentially, a context instruction, return
119 // the preferred context instruction (if any).
120 static const Instruction *safeCxtI(const Value *V, const Instruction *CxtI) {
121   // If we've been provided with a context instruction, then use that (provided
122   // it has been inserted).
123   if (CxtI && CxtI->getParent())
124     return CxtI;
125
126   // If the value is really an already-inserted instruction, then use that.
127   CxtI = dyn_cast<Instruction>(V);
128   if (CxtI && CxtI->getParent())
129     return CxtI;
130
131   return nullptr;
132 }
133
134 static void computeKnownBits(const Value *V, KnownBits &Known,
135                              unsigned Depth, const Query &Q);
136
137 void llvm::computeKnownBits(const Value *V, KnownBits &Known,
138                             const DataLayout &DL, unsigned Depth,
139                             AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
140                             const DominatorTree *DT,
141                             OptimizationRemarkEmitter *ORE) {
142   ::computeKnownBits(V, Known, Depth,
143                      Query(DL, AC, safeCxtI(V, CxtI), DT, ORE));
144 }
145
146 static KnownBits computeKnownBits(const Value *V, unsigned Depth,
147                                   const Query &Q);
148
149 KnownBits llvm::computeKnownBits(const Value *V, const DataLayout &DL,
150                                  unsigned Depth, AssumptionCache *AC,
151                                  const Instruction *CxtI,
152                                  const DominatorTree *DT,
153                                  OptimizationRemarkEmitter *ORE) {
154   return ::computeKnownBits(V, Depth,
155                             Query(DL, AC, safeCxtI(V, CxtI), DT, ORE));
156 }
157
158 bool llvm::haveNoCommonBitsSet(const Value *LHS, const Value *RHS,
159                                const DataLayout &DL,
160                                AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
161                                const DominatorTree *DT) {
162   assert(LHS->getType() == RHS->getType() &&
163          "LHS and RHS should have the same type");
164   assert(LHS->getType()->isIntOrIntVectorTy() &&
165          "LHS and RHS should be integers");
166   IntegerType *IT = cast<IntegerType>(LHS->getType()->getScalarType());
167   KnownBits LHSKnown(IT->getBitWidth());
168   KnownBits RHSKnown(IT->getBitWidth());
169   computeKnownBits(LHS, LHSKnown, DL, 0, AC, CxtI, DT);
170   computeKnownBits(RHS, RHSKnown, DL, 0, AC, CxtI, DT);
171   return (LHSKnown.Zero | RHSKnown.Zero).isAllOnesValue();
172 }
173
174
175 bool llvm::isOnlyUsedInZeroEqualityComparison(const Instruction *CxtI) {
176   for (const User *U : CxtI->users()) {
177     if (const ICmpInst *IC = dyn_cast<ICmpInst>(U))
178       if (IC->isEquality())
179         if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(IC->getOperand(1)))
180           if (C->isNullValue())
181             continue;
182     return false;
183   }
184   return true;
185 }
186
187 static bool isKnownToBeAPowerOfTwo(const Value *V, bool OrZero, unsigned Depth,
188                                    const Query &Q);
189
190 bool llvm::isKnownToBeAPowerOfTwo(const Value *V, const DataLayout &DL,
191                                   bool OrZero,
192                                   unsigned Depth, AssumptionCache *AC,
193                                   const Instruction *CxtI,
194                                   const DominatorTree *DT) {
195   return ::isKnownToBeAPowerOfTwo(V, OrZero, Depth,
196                                   Query(DL, AC, safeCxtI(V, CxtI), DT));
197 }
198
199 static bool isKnownNonZero(const Value *V, unsigned Depth, const Query &Q);
200
201 bool llvm::isKnownNonZero(const Value *V, const DataLayout &DL, unsigned Depth,
202                           AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
203                           const DominatorTree *DT) {
204   return ::isKnownNonZero(V, Depth, Query(DL, AC, safeCxtI(V, CxtI), DT));
205 }
206
207 bool llvm::isKnownNonNegative(const Value *V, const DataLayout &DL,
208                               unsigned Depth,
209                               AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
210                               const DominatorTree *DT) {
211   KnownBits Known = computeKnownBits(V, DL, Depth, AC, CxtI, DT);
212   return Known.isNonNegative();
213 }
214
215 bool llvm::isKnownPositive(const Value *V, const DataLayout &DL, unsigned Depth,
216                            AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
217                            const DominatorTree *DT) {
218   if (auto *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V))
219     return CI->getValue().isStrictlyPositive();
220
221   // TODO: We'd doing two recursive queries here.  We should factor this such
222   // that only a single query is needed.
223   return isKnownNonNegative(V, DL, Depth, AC, CxtI, DT) &&
224     isKnownNonZero(V, DL, Depth, AC, CxtI, DT);
225 }
226
227 bool llvm::isKnownNegative(const Value *V, const DataLayout &DL, unsigned Depth,
228                            AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
229                            const DominatorTree *DT) {
230   KnownBits Known = computeKnownBits(V, DL, Depth, AC, CxtI, DT);
231   return Known.isNegative();
232 }
233
234 static bool isKnownNonEqual(const Value *V1, const Value *V2, const Query &Q);
235
236 bool llvm::isKnownNonEqual(const Value *V1, const Value *V2,
237                            const DataLayout &DL,
238                            AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
239                            const DominatorTree *DT) {
240   return ::isKnownNonEqual(V1, V2, Query(DL, AC,
241                                          safeCxtI(V1, safeCxtI(V2, CxtI)),
242                                          DT));
243 }
244
245 static bool MaskedValueIsZero(const Value *V, const APInt &Mask, unsigned Depth,
246                               const Query &Q);
247
248 bool llvm::MaskedValueIsZero(const Value *V, const APInt &Mask,
249                              const DataLayout &DL,
250                              unsigned Depth, AssumptionCache *AC,
251                              const Instruction *CxtI, const DominatorTree *DT) {
252   return ::MaskedValueIsZero(V, Mask, Depth,
253                              Query(DL, AC, safeCxtI(V, CxtI), DT));
254 }
255
256 static unsigned ComputeNumSignBits(const Value *V, unsigned Depth,
257                                    const Query &Q);
258
259 unsigned llvm::ComputeNumSignBits(const Value *V, const DataLayout &DL,
260                                   unsigned Depth, AssumptionCache *AC,
261                                   const Instruction *CxtI,
262                                   const DominatorTree *DT) {
263   return ::ComputeNumSignBits(V, Depth, Query(DL, AC, safeCxtI(V, CxtI), DT));
264 }
265
266 static void computeKnownBitsAddSub(bool Add, const Value *Op0, const Value *Op1,
267                                    bool NSW,
268                                    KnownBits &KnownOut, KnownBits &Known2,
269                                    unsigned Depth, const Query &Q) {
270   unsigned BitWidth = KnownOut.getBitWidth();
271
272   // If an initial sequence of bits in the result is not needed, the
273   // corresponding bits in the operands are not needed.
274   KnownBits LHSKnown(BitWidth);
275   computeKnownBits(Op0, LHSKnown, Depth + 1, Q);
276   computeKnownBits(Op1, Known2, Depth + 1, Q);
277
278   // Carry in a 1 for a subtract, rather than a 0.
279   uint64_t CarryIn = 0;
280   if (!Add) {
281     // Sum = LHS + ~RHS + 1
282     std::swap(Known2.Zero, Known2.One);
283     CarryIn = 1;
284   }
285
286   APInt PossibleSumZero = ~LHSKnown.Zero + ~Known2.Zero + CarryIn;
287   APInt PossibleSumOne = LHSKnown.One + Known2.One + CarryIn;
288
289   // Compute known bits of the carry.
290   APInt CarryKnownZero = ~(PossibleSumZero ^ LHSKnown.Zero ^ Known2.Zero);
291   APInt CarryKnownOne = PossibleSumOne ^ LHSKnown.One ^ Known2.One;
292
293   // Compute set of known bits (where all three relevant bits are known).
294   APInt LHSKnownUnion = LHSKnown.Zero | LHSKnown.One;
295   APInt RHSKnownUnion = Known2.Zero | Known2.One;
296   APInt CarryKnownUnion = CarryKnownZero | CarryKnownOne;
297   APInt Known = LHSKnownUnion & RHSKnownUnion & CarryKnownUnion;
298
299   assert((PossibleSumZero & Known) == (PossibleSumOne & Known) &&
300          "known bits of sum differ");
301
302   // Compute known bits of the result.
303   KnownOut.Zero = ~PossibleSumOne & Known;
304   KnownOut.One = PossibleSumOne & Known;
305
306   // Are we still trying to solve for the sign bit?
307   if (!Known.isSignBitSet()) {
308     if (NSW) {
309       // Adding two non-negative numbers, or subtracting a negative number from
310       // a non-negative one, can't wrap into negative.
311       if (LHSKnown.isNonNegative() && Known2.isNonNegative())
312         KnownOut.makeNonNegative();
313       // Adding two negative numbers, or subtracting a non-negative number from
314       // a negative one, can't wrap into non-negative.
315       else if (LHSKnown.isNegative() && Known2.isNegative())
316         KnownOut.makeNegative();
317     }
318   }
319 }
320
321 static void computeKnownBitsMul(const Value *Op0, const Value *Op1, bool NSW,
322                                 KnownBits &Known, KnownBits &Known2,
323                                 unsigned Depth, const Query &Q) {
324   unsigned BitWidth = Known.getBitWidth();
325   computeKnownBits(Op1, Known, Depth + 1, Q);
326   computeKnownBits(Op0, Known2, Depth + 1, Q);
327
328   bool isKnownNegative = false;
329   bool isKnownNonNegative = false;
330   // If the multiplication is known not to overflow, compute the sign bit.
331   if (NSW) {
332     if (Op0 == Op1) {
333       // The product of a number with itself is non-negative.
334       isKnownNonNegative = true;
335     } else {
336       bool isKnownNonNegativeOp1 = Known.isNonNegative();
337       bool isKnownNonNegativeOp0 = Known2.isNonNegative();
338       bool isKnownNegativeOp1 = Known.isNegative();
339       bool isKnownNegativeOp0 = Known2.isNegative();
340       // The product of two numbers with the same sign is non-negative.
341       isKnownNonNegative = (isKnownNegativeOp1 && isKnownNegativeOp0) ||
342         (isKnownNonNegativeOp1 && isKnownNonNegativeOp0);
343       // The product of a negative number and a non-negative number is either
344       // negative or zero.
345       if (!isKnownNonNegative)
346         isKnownNegative = (isKnownNegativeOp1 && isKnownNonNegativeOp0 &&
347                            isKnownNonZero(Op0, Depth, Q)) ||
348                           (isKnownNegativeOp0 && isKnownNonNegativeOp1 &&
349                            isKnownNonZero(Op1, Depth, Q));
350     }
351   }
352
353   // If low bits are zero in either operand, output low known-0 bits.
354   // Also compute a conservative estimate for high known-0 bits.
355   // More trickiness is possible, but this is sufficient for the
356   // interesting case of alignment computation.
357   unsigned TrailZ = Known.countMinTrailingZeros() +
358                     Known2.countMinTrailingZeros();
359   unsigned LeadZ =  std::max(Known.countMinLeadingZeros() +
360                              Known2.countMinLeadingZeros(),
361                              BitWidth) - BitWidth;
362
363   TrailZ = std::min(TrailZ, BitWidth);
364   LeadZ = std::min(LeadZ, BitWidth);
365   Known.resetAll();
366   Known.Zero.setLowBits(TrailZ);
367   Known.Zero.setHighBits(LeadZ);
368
369   // Only make use of no-wrap flags if we failed to compute the sign bit
370   // directly.  This matters if the multiplication always overflows, in
371   // which case we prefer to follow the result of the direct computation,
372   // though as the program is invoking undefined behaviour we can choose
373   // whatever we like here.
374   if (isKnownNonNegative && !Known.isNegative())
375     Known.makeNonNegative();
376   else if (isKnownNegative && !Known.isNonNegative())
377     Known.makeNegative();
378 }
379
380 void llvm::computeKnownBitsFromRangeMetadata(const MDNode &Ranges,
381                                              KnownBits &Known) {
382   unsigned BitWidth = Known.getBitWidth();
383   unsigned NumRanges = Ranges.getNumOperands() / 2;
384   assert(NumRanges >= 1);
385
386   Known.Zero.setAllBits();
387   Known.One.setAllBits();
388
389   for (unsigned i = 0; i < NumRanges; ++i) {
390     ConstantInt *Lower =
391         mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges.getOperand(2 * i + 0));
392     ConstantInt *Upper =
393         mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges.getOperand(2 * i + 1));
394     ConstantRange Range(Lower->getValue(), Upper->getValue());
395
396     // The first CommonPrefixBits of all values in Range are equal.
397     unsigned CommonPrefixBits =
398         (Range.getUnsignedMax() ^ Range.getUnsignedMin()).countLeadingZeros();
399
400     APInt Mask = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, CommonPrefixBits);
401     Known.One &= Range.getUnsignedMax() & Mask;
402     Known.Zero &= ~Range.getUnsignedMax() & Mask;
403   }
404 }
405
406 static bool isEphemeralValueOf(const Instruction *I, const Value *E) {
407   SmallVector<const Value *, 16> WorkSet(1, I);
408   SmallPtrSet<const Value *, 32> Visited;
409   SmallPtrSet<const Value *, 16> EphValues;
410
411   // The instruction defining an assumption's condition itself is always
412   // considered ephemeral to that assumption (even if it has other
413   // non-ephemeral users). See r246696's test case for an example.
414   if (is_contained(I->operands(), E))
415     return true;
416
417   while (!WorkSet.empty()) {
418     const Value *V = WorkSet.pop_back_val();
419     if (!Visited.insert(V).second)
420       continue;
421
422     // If all uses of this value are ephemeral, then so is this value.
423     if (all_of(V->users(), [&](const User *U) { return EphValues.count(U); })) {
424       if (V == E)
425         return true;
426
427       EphValues.insert(V);
428       if (const User *U = dyn_cast<User>(V))
429         for (User::const_op_iterator J = U->op_begin(), JE = U->op_end();
430              J != JE; ++J) {
431           if (isSafeToSpeculativelyExecute(*J))
432             WorkSet.push_back(*J);
433         }
434     }
435   }
436
437   return false;
438 }
439
440 // Is this an intrinsic that cannot be speculated but also cannot trap?
441 static bool isAssumeLikeIntrinsic(const Instruction *I) {
442   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
443     if (Function *F = CI->getCalledFunction())
444       switch (F->getIntrinsicID()) {
445       default: break;
446       // FIXME: This list is repeated from NoTTI::getIntrinsicCost.
447       case Intrinsic::assume:
448       case Intrinsic::dbg_declare:
449       case Intrinsic::dbg_value:
450       case Intrinsic::invariant_start:
451       case Intrinsic::invariant_end:
452       case Intrinsic::lifetime_start:
453       case Intrinsic::lifetime_end:
454       case Intrinsic::objectsize:
455       case Intrinsic::ptr_annotation:
456       case Intrinsic::var_annotation:
457         return true;
458       }
459
460   return false;
461 }
462
463 bool llvm::isValidAssumeForContext(const Instruction *Inv,
464                                    const Instruction *CxtI,
465                                    const DominatorTree *DT) {
466
467   // There are two restrictions on the use of an assume:
468   //  1. The assume must dominate the context (or the control flow must
469   //     reach the assume whenever it reaches the context).
470   //  2. The context must not be in the assume's set of ephemeral values
471   //     (otherwise we will use the assume to prove that the condition
472   //     feeding the assume is trivially true, thus causing the removal of
473   //     the assume).
474
475   if (DT) {
476     if (DT->dominates(Inv, CxtI))
477       return true;
478   } else if (Inv->getParent() == CxtI->getParent()->getSinglePredecessor()) {
479     // We don't have a DT, but this trivially dominates.
480     return true;
481   }
482
483   // With or without a DT, the only remaining case we will check is if the
484   // instructions are in the same BB.  Give up if that is not the case.
485   if (Inv->getParent() != CxtI->getParent())
486     return false;
487
488   // If we have a dom tree, then we now know that the assume doens't dominate
489   // the other instruction.  If we don't have a dom tree then we can check if
490   // the assume is first in the BB.
491   if (!DT) {
492     // Search forward from the assume until we reach the context (or the end
493     // of the block); the common case is that the assume will come first.
494     for (auto I = std::next(BasicBlock::const_iterator(Inv)),
495          IE = Inv->getParent()->end(); I != IE; ++I)
496       if (&*I == CxtI)
497         return true;
498   }
499
500   // The context comes first, but they're both in the same block. Make sure
501   // there is nothing in between that might interrupt the control flow.
502   for (BasicBlock::const_iterator I =
503          std::next(BasicBlock::const_iterator(CxtI)), IE(Inv);
504        I != IE; ++I)
505     if (!isSafeToSpeculativelyExecute(&*I) && !isAssumeLikeIntrinsic(&*I))
506       return false;
507
508   return !isEphemeralValueOf(Inv, CxtI);
509 }
510
511 static void computeKnownBitsFromAssume(const Value *V, KnownBits &Known,
512                                        unsigned Depth, const Query &Q) {
513   // Use of assumptions is context-sensitive. If we don't have a context, we
514   // cannot use them!
515   if (!Q.AC || !Q.CxtI)
516     return;
517
518   unsigned BitWidth = Known.getBitWidth();
519
520   // Note that the patterns below need to be kept in sync with the code
521   // in AssumptionCache::updateAffectedValues.
522
523   for (auto &AssumeVH : Q.AC->assumptionsFor(V)) {
524     if (!AssumeVH)
525       continue;
526     CallInst *I = cast<CallInst>(AssumeVH);
527     assert(I->getParent()->getParent() == Q.CxtI->getParent()->getParent() &&
528            "Got assumption for the wrong function!");
529     if (Q.isExcluded(I))
530       continue;
531
532     // Warning: This loop can end up being somewhat performance sensetive.
533     // We're running this loop for once for each value queried resulting in a
534     // runtime of ~O(#assumes * #values).
535
536     assert(I->getCalledFunction()->getIntrinsicID() == Intrinsic::assume &&
537            "must be an assume intrinsic");
538
539     Value *Arg = I->getArgOperand(0);
540
541     if (Arg == V && isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
542       assert(BitWidth == 1 && "assume operand is not i1?");
543       Known.setAllOnes();
544       return;
545     }
546     if (match(Arg, m_Not(m_Specific(V))) &&
547         isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
548       assert(BitWidth == 1 && "assume operand is not i1?");
549       Known.setAllZero();
550       return;
551     }
552
553     // The remaining tests are all recursive, so bail out if we hit the limit.
554     if (Depth == MaxDepth)
555       continue;
556
557     Value *A, *B;
558     auto m_V = m_CombineOr(m_Specific(V),
559                            m_CombineOr(m_PtrToInt(m_Specific(V)),
560                            m_BitCast(m_Specific(V))));
561
562     CmpInst::Predicate Pred;
563     ConstantInt *C;
564     // assume(v = a)
565     if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
566         Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
567       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
568       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
569       Known.Zero |= RHSKnown.Zero;
570       Known.One  |= RHSKnown.One;
571     // assume(v & b = a)
572     } else if (match(Arg,
573                      m_c_ICmp(Pred, m_c_And(m_V, m_Value(B)), m_Value(A))) &&
574                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
575                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
576       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
577       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
578       KnownBits MaskKnown(BitWidth);
579       computeKnownBits(B, MaskKnown, Depth+1, Query(Q, I));
580
581       // For those bits in the mask that are known to be one, we can propagate
582       // known bits from the RHS to V.
583       Known.Zero |= RHSKnown.Zero & MaskKnown.One;
584       Known.One  |= RHSKnown.One  & MaskKnown.One;
585     // assume(~(v & b) = a)
586     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_c_And(m_V, m_Value(B))),
587                                    m_Value(A))) &&
588                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
589                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
590       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
591       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
592       KnownBits MaskKnown(BitWidth);
593       computeKnownBits(B, MaskKnown, Depth+1, Query(Q, I));
594
595       // For those bits in the mask that are known to be one, we can propagate
596       // inverted known bits from the RHS to V.
597       Known.Zero |= RHSKnown.One  & MaskKnown.One;
598       Known.One  |= RHSKnown.Zero & MaskKnown.One;
599     // assume(v | b = a)
600     } else if (match(Arg,
601                      m_c_ICmp(Pred, m_c_Or(m_V, m_Value(B)), m_Value(A))) &&
602                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
603                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
604       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
605       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
606       KnownBits BKnown(BitWidth);
607       computeKnownBits(B, BKnown, Depth+1, Query(Q, I));
608
609       // For those bits in B that are known to be zero, we can propagate known
610       // bits from the RHS to V.
611       Known.Zero |= RHSKnown.Zero & BKnown.Zero;
612       Known.One  |= RHSKnown.One  & BKnown.Zero;
613     // assume(~(v | b) = a)
614     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_c_Or(m_V, m_Value(B))),
615                                    m_Value(A))) &&
616                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
617                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
618       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
619       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
620       KnownBits BKnown(BitWidth);
621       computeKnownBits(B, BKnown, Depth+1, Query(Q, I));
622
623       // For those bits in B that are known to be zero, we can propagate
624       // inverted known bits from the RHS to V.
625       Known.Zero |= RHSKnown.One  & BKnown.Zero;
626       Known.One  |= RHSKnown.Zero & BKnown.Zero;
627     // assume(v ^ b = a)
628     } else if (match(Arg,
629                      m_c_ICmp(Pred, m_c_Xor(m_V, m_Value(B)), m_Value(A))) &&
630                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
631                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
632       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
633       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
634       KnownBits BKnown(BitWidth);
635       computeKnownBits(B, BKnown, Depth+1, Query(Q, I));
636
637       // For those bits in B that are known to be zero, we can propagate known
638       // bits from the RHS to V. For those bits in B that are known to be one,
639       // we can propagate inverted known bits from the RHS to V.
640       Known.Zero |= RHSKnown.Zero & BKnown.Zero;
641       Known.One  |= RHSKnown.One  & BKnown.Zero;
642       Known.Zero |= RHSKnown.One  & BKnown.One;
643       Known.One  |= RHSKnown.Zero & BKnown.One;
644     // assume(~(v ^ b) = a)
645     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_c_Xor(m_V, m_Value(B))),
646                                    m_Value(A))) &&
647                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
648                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
649       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
650       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
651       KnownBits BKnown(BitWidth);
652       computeKnownBits(B, BKnown, Depth+1, Query(Q, I));
653
654       // For those bits in B that are known to be zero, we can propagate
655       // inverted known bits from the RHS to V. For those bits in B that are
656       // known to be one, we can propagate known bits from the RHS to V.
657       Known.Zero |= RHSKnown.One  & BKnown.Zero;
658       Known.One  |= RHSKnown.Zero & BKnown.Zero;
659       Known.Zero |= RHSKnown.Zero & BKnown.One;
660       Known.One  |= RHSKnown.One  & BKnown.One;
661     // assume(v << c = a)
662     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Shl(m_V, m_ConstantInt(C)),
663                                    m_Value(A))) &&
664                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
665                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
666       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
667       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
668       // For those bits in RHS that are known, we can propagate them to known
669       // bits in V shifted to the right by C.
670       RHSKnown.Zero.lshrInPlace(C->getZExtValue());
671       Known.Zero |= RHSKnown.Zero;
672       RHSKnown.One.lshrInPlace(C->getZExtValue());
673       Known.One  |= RHSKnown.One;
674     // assume(~(v << c) = a)
675     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_Shl(m_V, m_ConstantInt(C))),
676                                    m_Value(A))) &&
677                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
678                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
679       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
680       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
681       // For those bits in RHS that are known, we can propagate them inverted
682       // to known bits in V shifted to the right by C.
683       RHSKnown.One.lshrInPlace(C->getZExtValue());
684       Known.Zero |= RHSKnown.One;
685       RHSKnown.Zero.lshrInPlace(C->getZExtValue());
686       Known.One  |= RHSKnown.Zero;
687     // assume(v >> c = a)
688     } else if (match(Arg,
689                      m_c_ICmp(Pred, m_CombineOr(m_LShr(m_V, m_ConstantInt(C)),
690                                                 m_AShr(m_V, m_ConstantInt(C))),
691                               m_Value(A))) &&
692                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
693                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
694       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
695       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
696       // For those bits in RHS that are known, we can propagate them to known
697       // bits in V shifted to the right by C.
698       Known.Zero |= RHSKnown.Zero << C->getZExtValue();
699       Known.One  |= RHSKnown.One  << C->getZExtValue();
700     // assume(~(v >> c) = a)
701     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_CombineOr(
702                                              m_LShr(m_V, m_ConstantInt(C)),
703                                              m_AShr(m_V, m_ConstantInt(C)))),
704                                    m_Value(A))) &&
705                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
706                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
707       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
708       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
709       // For those bits in RHS that are known, we can propagate them inverted
710       // to known bits in V shifted to the right by C.
711       Known.Zero |= RHSKnown.One  << C->getZExtValue();
712       Known.One  |= RHSKnown.Zero << C->getZExtValue();
713     // assume(v >=_s c) where c is non-negative
714     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
715                Pred == ICmpInst::ICMP_SGE &&
716                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
717       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
718       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
719
720       if (RHSKnown.isNonNegative()) {
721         // We know that the sign bit is zero.
722         Known.makeNonNegative();
723       }
724     // assume(v >_s c) where c is at least -1.
725     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
726                Pred == ICmpInst::ICMP_SGT &&
727                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
728       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
729       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
730
731       if (RHSKnown.isAllOnes() || RHSKnown.isNonNegative()) {
732         // We know that the sign bit is zero.
733         Known.makeNonNegative();
734       }
735     // assume(v <=_s c) where c is negative
736     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
737                Pred == ICmpInst::ICMP_SLE &&
738                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
739       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
740       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
741
742       if (RHSKnown.isNegative()) {
743         // We know that the sign bit is one.
744         Known.makeNegative();
745       }
746     // assume(v <_s c) where c is non-positive
747     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
748                Pred == ICmpInst::ICMP_SLT &&
749                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
750       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
751       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
752
753       if (RHSKnown.isZero() || RHSKnown.isNegative()) {
754         // We know that the sign bit is one.
755         Known.makeNegative();
756       }
757     // assume(v <=_u c)
758     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
759                Pred == ICmpInst::ICMP_ULE &&
760                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
761       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
762       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
763
764       // Whatever high bits in c are zero are known to be zero.
765       Known.Zero.setHighBits(RHSKnown.countMinLeadingZeros());
766       // assume(v <_u c)
767     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
768                Pred == ICmpInst::ICMP_ULT &&
769                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
770       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
771       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
772
773       // Whatever high bits in c are zero are known to be zero (if c is a power
774       // of 2, then one more).
775       if (isKnownToBeAPowerOfTwo(A, false, Depth + 1, Query(Q, I)))
776         Known.Zero.setHighBits(RHSKnown.countMinLeadingZeros() + 1);
777       else
778         Known.Zero.setHighBits(RHSKnown.countMinLeadingZeros());
779     }
780   }
781
782   // If assumptions conflict with each other or previous known bits, then we
783   // have a logical fallacy. It's possible that the assumption is not reachable,
784   // so this isn't a real bug. On the other hand, the program may have undefined
785   // behavior, or we might have a bug in the compiler. We can't assert/crash, so
786   // clear out the known bits, try to warn the user, and hope for the best.
787   if (Known.Zero.intersects(Known.One)) {
788     Known.resetAll();
789
790     if (Q.ORE) {
791       auto *CxtI = const_cast<Instruction *>(Q.CxtI);
792       OptimizationRemarkAnalysis ORA("value-tracking", "BadAssumption", CxtI);
793       Q.ORE->emit(ORA << "Detected conflicting code assumptions. Program may "
794                          "have undefined behavior, or compiler may have "
795                          "internal error.");
796     }
797   }
798 }
799
800 // Compute known bits from a shift operator, including those with a
801 // non-constant shift amount. Known is the outputs of this function. Known2 is a
802 // pre-allocated temporary with the/ same bit width as Known. KZF and KOF are
803 // operator-specific functors that, given the known-zero or known-one bits
804 // respectively, and a shift amount, compute the implied known-zero or known-one
805 // bits of the shift operator's result respectively for that shift amount. The
806 // results from calling KZF and KOF are conservatively combined for all
807 // permitted shift amounts.
808 static void computeKnownBitsFromShiftOperator(
809     const Operator *I, KnownBits &Known, KnownBits &Known2,
810     unsigned Depth, const Query &Q,
811     function_ref<APInt(const APInt &, unsigned)> KZF,
812     function_ref<APInt(const APInt &, unsigned)> KOF) {
813   unsigned BitWidth = Known.getBitWidth();
814
815   if (auto *SA = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
816     unsigned ShiftAmt = SA->getLimitedValue(BitWidth-1);
817
818     computeKnownBits(I->getOperand(0), Known, Depth + 1, Q);
819     Known.Zero = KZF(Known.Zero, ShiftAmt);
820     Known.One  = KOF(Known.One, ShiftAmt);
821     // If there is conflict between Known.Zero and Known.One, this must be an
822     // overflowing left shift, so the shift result is undefined. Clear Known
823     // bits so that other code could propagate this undef.
824     if ((Known.Zero & Known.One) != 0)
825       Known.resetAll();
826
827     return;
828   }
829
830   computeKnownBits(I->getOperand(1), Known, Depth + 1, Q);
831
832   // If the shift amount could be greater than or equal to the bit-width of the LHS, the
833   // value could be undef, so we don't know anything about it.
834   if ((~Known.Zero).uge(BitWidth)) {
835     Known.resetAll();
836     return;
837   }
838
839   // Note: We cannot use Known.Zero.getLimitedValue() here, because if
840   // BitWidth > 64 and any upper bits are known, we'll end up returning the
841   // limit value (which implies all bits are known).
842   uint64_t ShiftAmtKZ = Known.Zero.zextOrTrunc(64).getZExtValue();
843   uint64_t ShiftAmtKO = Known.One.zextOrTrunc(64).getZExtValue();
844
845   // It would be more-clearly correct to use the two temporaries for this
846   // calculation. Reusing the APInts here to prevent unnecessary allocations.
847   Known.resetAll();
848
849   // If we know the shifter operand is nonzero, we can sometimes infer more
850   // known bits. However this is expensive to compute, so be lazy about it and
851   // only compute it when absolutely necessary.
852   Optional<bool> ShifterOperandIsNonZero;
853
854   // Early exit if we can't constrain any well-defined shift amount.
855   if (!(ShiftAmtKZ & (PowerOf2Ceil(BitWidth) - 1)) &&
856       !(ShiftAmtKO & (PowerOf2Ceil(BitWidth) - 1))) {
857     ShifterOperandIsNonZero =
858         isKnownNonZero(I->getOperand(1), Depth + 1, Q);
859     if (!*ShifterOperandIsNonZero)
860       return;
861   }
862
863   computeKnownBits(I->getOperand(0), Known2, Depth + 1, Q);
864
865   Known.Zero.setAllBits();
866   Known.One.setAllBits();
867   for (unsigned ShiftAmt = 0; ShiftAmt < BitWidth; ++ShiftAmt) {
868     // Combine the shifted known input bits only for those shift amounts
869     // compatible with its known constraints.
870     if ((ShiftAmt & ~ShiftAmtKZ) != ShiftAmt)
871       continue;
872     if ((ShiftAmt | ShiftAmtKO) != ShiftAmt)
873       continue;
874     // If we know the shifter is nonzero, we may be able to infer more known
875     // bits. This check is sunk down as far as possible to avoid the expensive
876     // call to isKnownNonZero if the cheaper checks above fail.
877     if (ShiftAmt == 0) {
878       if (!ShifterOperandIsNonZero.hasValue())
879         ShifterOperandIsNonZero =
880             isKnownNonZero(I->getOperand(1), Depth + 1, Q);
881       if (*ShifterOperandIsNonZero)
882         continue;
883     }
884
885     Known.Zero &= KZF(Known2.Zero, ShiftAmt);
886     Known.One  &= KOF(Known2.One, ShiftAmt);
887   }
888
889   // If there are no compatible shift amounts, then we've proven that the shift
890   // amount must be >= the BitWidth, and the result is undefined. We could
891   // return anything we'd like, but we need to make sure the sets of known bits
892   // stay disjoint (it should be better for some other code to actually
893   // propagate the undef than to pick a value here using known bits).
894   if (Known.Zero.intersects(Known.One))
895     Known.resetAll();
896 }
897
898 static void computeKnownBitsFromOperator(const Operator *I, KnownBits &Known,
899                                          unsigned Depth, const Query &Q) {
900   unsigned BitWidth = Known.getBitWidth();
901
902   KnownBits Known2(Known);
903   switch (I->getOpcode()) {
904   default: break;
905   case Instruction::Load:
906     if (MDNode *MD = cast<LoadInst>(I)->getMetadata(LLVMContext::MD_range))
907       computeKnownBitsFromRangeMetadata(*MD, Known);
908     break;
909   case Instruction::And: {
910     // If either the LHS or the RHS are Zero, the result is zero.
911     computeKnownBits(I->getOperand(1), Known, Depth + 1, Q);
912     computeKnownBits(I->getOperand(0), Known2, Depth + 1, Q);
913
914     // Output known-1 bits are only known if set in both the LHS & RHS.
915     Known.One &= Known2.One;
916     // Output known-0 are known to be clear if zero in either the LHS | RHS.
917     Known.Zero |= Known2.Zero;
918
919     // and(x, add (x, -1)) is a common idiom that always clears the low bit;
920     // here we handle the more general case of adding any odd number by
921     // matching the form add(x, add(x, y)) where y is odd.
922     // TODO: This could be generalized to clearing any bit set in y where the
923     // following bit is known to be unset in y.
924     Value *Y = nullptr;
925     if (!Known.Zero[0] && !Known.One[0] &&
926         (match(I->getOperand(0), m_Add(m_Specific(I->getOperand(1)),
927                                        m_Value(Y))) ||
928          match(I->getOperand(1), m_Add(m_Specific(I->getOperand(0)),
929                                        m_Value(Y))))) {
930       Known2.resetAll();
931       computeKnownBits(Y, Known2, Depth + 1, Q);
932       if (Known2.countMinTrailingOnes() > 0)
933         Known.Zero.setBit(0);
934     }
935     break;
936   }
937   case Instruction::Or: {
938     computeKnownBits(I->getOperand(1), Known, Depth + 1, Q);
939     computeKnownBits(I->getOperand(0), Known2, Depth + 1, Q);
940
941     // Output known-0 bits are only known if clear in both the LHS & RHS.
942     Known.Zero &= Known2.Zero;
943     // Output known-1 are known to be set if set in either the LHS | RHS.
944     Known.One |= Known2.One;
945     break;
946   }
947   case Instruction::Xor: {
948     computeKnownBits(I->getOperand(1), Known, Depth + 1, Q);
949     computeKnownBits(I->getOperand(0), Known2, Depth + 1, Q);
950
951     // Output known-0 bits are known if clear or set in both the LHS & RHS.
952     APInt KnownZeroOut = (Known.Zero & Known2.Zero) | (Known.One & Known2.One);
953     // Output known-1 are known to be set if set in only one of the LHS, RHS.
954     Known.One = (Known.Zero & Known2.One) | (Known.One & Known2.Zero);
955     Known.Zero = std::move(KnownZeroOut);
956     break;
957   }
958   case Instruction::Mul: {
959     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
960     computeKnownBitsMul(I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW, Known,
961                         Known2, Depth, Q);
962     break;
963   }
964   case Instruction::UDiv: {
965     // For the purposes of computing leading zeros we can conservatively
966     // treat a udiv as a logical right shift by the power of 2 known to
967     // be less than the denominator.
968     computeKnownBits(I->getOperand(0), Known2, Depth + 1, Q);
969     unsigned LeadZ = Known2.countMinLeadingZeros();
970
971     Known2.resetAll();
972     computeKnownBits(I->getOperand(1), Known2, Depth + 1, Q);
973     unsigned RHSMaxLeadingZeros = Known2.countMaxLeadingZeros();
974     if (RHSMaxLeadingZeros != BitWidth)
975       LeadZ = std::min(BitWidth, LeadZ + BitWidth - RHSMaxLeadingZeros - 1);
976
977     Known.Zero.setHighBits(LeadZ);
978     break;
979   }
980   case Instruction::Select: {
981     const Value *LHS, *RHS;
982     SelectPatternFlavor SPF = matchSelectPattern(I, LHS, RHS).Flavor;
983     if (SelectPatternResult::isMinOrMax(SPF)) {
984       computeKnownBits(RHS, Known, Depth + 1, Q);
985       computeKnownBits(LHS, Known2, Depth + 1, Q);
986     } else {
987       computeKnownBits(I->getOperand(2), Known, Depth + 1, Q);
988       computeKnownBits(I->getOperand(1), Known2, Depth + 1, Q);
989     }
990
991     unsigned MaxHighOnes = 0;
992     unsigned MaxHighZeros = 0;
993     if (SPF == SPF_SMAX) {
994       // If both sides are negative, the result is negative.
995       if (Known.isNegative() && Known2.isNegative())
996         // We can derive a lower bound on the result by taking the max of the
997         // leading one bits.
998         MaxHighOnes =
999             std::max(Known.countMinLeadingOnes(), Known2.countMinLeadingOnes());
1000       // If either side is non-negative, the result is non-negative.
1001       else if (Known.isNonNegative() || Known2.isNonNegative())
1002         MaxHighZeros = 1;
1003     } else if (SPF == SPF_SMIN) {
1004       // If both sides are non-negative, the result is non-negative.
1005       if (Known.isNonNegative() && Known2.isNonNegative())
1006         // We can derive an upper bound on the result by taking the max of the
1007         // leading zero bits.
1008         MaxHighZeros = std::max(Known.countMinLeadingZeros(),
1009                                 Known2.countMinLeadingZeros());
1010       // If either side is negative, the result is negative.
1011       else if (Known.isNegative() || Known2.isNegative())
1012         MaxHighOnes = 1;
1013     } else if (SPF == SPF_UMAX) {
1014       // We can derive a lower bound on the result by taking the max of the
1015       // leading one bits.
1016       MaxHighOnes =
1017           std::max(Known.countMinLeadingOnes(), Known2.countMinLeadingOnes());
1018     } else if (SPF == SPF_UMIN) {
1019       // We can derive an upper bound on the result by taking the max of the
1020       // leading zero bits.
1021       MaxHighZeros =
1022           std::max(Known.countMinLeadingZeros(), Known2.countMinLeadingZeros());
1023     }
1024
1025     // Only known if known in both the LHS and RHS.
1026     Known.One &= Known2.One;
1027     Known.Zero &= Known2.Zero;
1028     if (MaxHighOnes > 0)
1029       Known.One.setHighBits(MaxHighOnes);
1030     if (MaxHighZeros > 0)
1031       Known.Zero.setHighBits(MaxHighZeros);
1032     break;
1033   }
1034   case Instruction::FPTrunc:
1035   case Instruction::FPExt:
1036   case Instruction::FPToUI:
1037   case Instruction::FPToSI:
1038   case Instruction::SIToFP:
1039   case Instruction::UIToFP:
1040     break; // Can't work with floating point.
1041   case Instruction::PtrToInt:
1042   case Instruction::IntToPtr:
1043     // Fall through and handle them the same as zext/trunc.
1044     LLVM_FALLTHROUGH;
1045   case Instruction::ZExt:
1046   case Instruction::Trunc: {
1047     Type *SrcTy = I->getOperand(0)->getType();
1048
1049     unsigned SrcBitWidth;
1050     // Note that we handle pointer operands here because of inttoptr/ptrtoint
1051     // which fall through here.
1052     SrcBitWidth = Q.DL.getTypeSizeInBits(SrcTy->getScalarType());
1053
1054     assert(SrcBitWidth && "SrcBitWidth can't be zero");
1055     Known = Known.zextOrTrunc(SrcBitWidth);
1056     computeKnownBits(I->getOperand(0), Known, Depth + 1, Q);
1057     Known = Known.zextOrTrunc(BitWidth);
1058     // Any top bits are known to be zero.
1059     if (BitWidth > SrcBitWidth)
1060       Known.Zero.setBitsFrom(SrcBitWidth);
1061     break;
1062   }
1063   case Instruction::BitCast: {
1064     Type *SrcTy = I->getOperand(0)->getType();
1065     if ((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
1066         // TODO: For now, not handling conversions like:
1067         // (bitcast i64 %x to <2 x i32>)
1068         !I->getType()->isVectorTy()) {
1069       computeKnownBits(I->getOperand(0), Known, Depth + 1, Q);
1070       break;
1071     }
1072     break;
1073   }
1074   case Instruction::SExt: {
1075     // Compute the bits in the result that are not present in the input.
1076     unsigned SrcBitWidth = I->getOperand(0)->getType()->getScalarSizeInBits();
1077
1078     Known = Known.trunc(SrcBitWidth);
1079     computeKnownBits(I->getOperand(0), Known, Depth + 1, Q);
1080     // If the sign bit of the input is known set or clear, then we know the
1081     // top bits of the result.
1082     Known = Known.sext(BitWidth);
1083     break;
1084   }
1085   case Instruction::Shl: {
1086     // (shl X, C1) & C2 == 0   iff   (X & C2 >>u C1) == 0
1087     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
1088     auto KZF = [NSW](const APInt &KnownZero, unsigned ShiftAmt) {
1089       APInt KZResult = KnownZero << ShiftAmt;
1090       KZResult.setLowBits(ShiftAmt); // Low bits known 0.
1091       // If this shift has "nsw" keyword, then the result is either a poison
1092       // value or has the same sign bit as the first operand.
1093       if (NSW && KnownZero.isSignBitSet())
1094         KZResult.setSignBit();
1095       return KZResult;
1096     };
1097
1098     auto KOF = [NSW](const APInt &KnownOne, unsigned ShiftAmt) {
1099       APInt KOResult = KnownOne << ShiftAmt;
1100       if (NSW && KnownOne.isSignBitSet())
1101         KOResult.setSignBit();
1102       return KOResult;
1103     };
1104
1105     computeKnownBitsFromShiftOperator(I, Known, Known2, Depth, Q, KZF, KOF);
1106     break;
1107   }
1108   case Instruction::LShr: {
1109     // (ushr X, C1) & C2 == 0   iff  (-1 >> C1) & C2 == 0
1110     auto KZF = [](const APInt &KnownZero, unsigned ShiftAmt) {
1111       APInt KZResult = KnownZero.lshr(ShiftAmt);
1112       // High bits known zero.
1113       KZResult.setHighBits(ShiftAmt);
1114       return KZResult;
1115     };
1116
1117     auto KOF = [](const APInt &KnownOne, unsigned ShiftAmt) {
1118       return KnownOne.lshr(ShiftAmt);
1119     };
1120
1121     computeKnownBitsFromShiftOperator(I, Known, Known2, Depth, Q, KZF, KOF);
1122     break;
1123   }
1124   case Instruction::AShr: {
1125     // (ashr X, C1) & C2 == 0   iff  (-1 >> C1) & C2 == 0
1126     auto KZF = [](const APInt &KnownZero, unsigned ShiftAmt) {
1127       return KnownZero.ashr(ShiftAmt);
1128     };
1129
1130     auto KOF = [](const APInt &KnownOne, unsigned ShiftAmt) {
1131       return KnownOne.ashr(ShiftAmt);
1132     };
1133
1134     computeKnownBitsFromShiftOperator(I, Known, Known2, Depth, Q, KZF, KOF);
1135     break;
1136   }
1137   case Instruction::Sub: {
1138     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
1139     computeKnownBitsAddSub(false, I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW,
1140                            Known, Known2, Depth, Q);
1141     break;
1142   }
1143   case Instruction::Add: {
1144     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
1145     computeKnownBitsAddSub(true, I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW,
1146                            Known, Known2, Depth, Q);
1147     break;
1148   }
1149   case Instruction::SRem:
1150     if (ConstantInt *Rem = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1151       APInt RA = Rem->getValue().abs();
1152       if (RA.isPowerOf2()) {
1153         APInt LowBits = RA - 1;
1154         computeKnownBits(I->getOperand(0), Known2, Depth + 1, Q);
1155
1156         // The low bits of the first operand are unchanged by the srem.
1157         Known.Zero = Known2.Zero & LowBits;
1158         Known.One = Known2.One & LowBits;
1159
1160         // If the first operand is non-negative or has all low bits zero, then
1161         // the upper bits are all zero.
1162         if (Known2.isNonNegative() || LowBits.isSubsetOf(Known2.Zero))
1163           Known.Zero |= ~LowBits;
1164
1165         // If the first operand is negative and not all low bits are zero, then
1166         // the upper bits are all one.
1167         if (Known2.isNegative() && LowBits.intersects(Known2.One))
1168           Known.One |= ~LowBits;
1169
1170         assert((Known.Zero & Known.One) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
1171         break;
1172       }
1173     }
1174
1175     // The sign bit is the LHS's sign bit, except when the result of the
1176     // remainder is zero.
1177     computeKnownBits(I->getOperand(0), Known2, Depth + 1, Q);
1178     // If it's known zero, our sign bit is also zero.
1179     if (Known2.isNonNegative())
1180       Known.makeNonNegative();
1181
1182     break;
1183   case Instruction::URem: {
1184     if (ConstantInt *Rem = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1185       const APInt &RA = Rem->getValue();
1186       if (RA.isPowerOf2()) {
1187         APInt LowBits = (RA - 1);
1188         computeKnownBits(I->getOperand(0), Known, Depth + 1, Q);
1189         Known.Zero |= ~LowBits;
1190         Known.One &= LowBits;
1191         break;
1192       }
1193     }
1194
1195     // Since the result is less than or equal to either operand, any leading
1196     // zero bits in either operand must also exist in the result.
1197     computeKnownBits(I->getOperand(0), Known, Depth + 1, Q);
1198     computeKnownBits(I->getOperand(1), Known2, Depth + 1, Q);
1199
1200     unsigned Leaders =
1201         std::max(Known.countMinLeadingZeros(), Known2.countMinLeadingZeros());
1202     Known.resetAll();
1203     Known.Zero.setHighBits(Leaders);
1204     break;
1205   }
1206
1207   case Instruction::Alloca: {
1208     const AllocaInst *AI = cast<AllocaInst>(I);
1209     unsigned Align = AI->getAlignment();
1210     if (Align == 0)
1211       Align = Q.DL.getABITypeAlignment(AI->getAllocatedType());
1212
1213     if (Align > 0)
1214       Known.Zero.setLowBits(countTrailingZeros(Align));
1215     break;
1216   }
1217   case Instruction::GetElementPtr: {
1218     // Analyze all of the subscripts of this getelementptr instruction
1219     // to determine if we can prove known low zero bits.
1220     KnownBits LocalKnown(BitWidth);
1221     computeKnownBits(I->getOperand(0), LocalKnown, Depth + 1, Q);
1222     unsigned TrailZ = LocalKnown.countMinTrailingZeros();
1223
1224     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(I);
1225     for (unsigned i = 1, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i, ++GTI) {
1226       Value *Index = I->getOperand(i);
1227       if (StructType *STy = GTI.getStructTypeOrNull()) {
1228         // Handle struct member offset arithmetic.
1229
1230         // Handle case when index is vector zeroinitializer
1231         Constant *CIndex = cast<Constant>(Index);
1232         if (CIndex->isZeroValue())
1233           continue;
1234
1235         if (CIndex->getType()->isVectorTy())
1236           Index = CIndex->getSplatValue();
1237
1238         unsigned Idx = cast<ConstantInt>(Index)->getZExtValue();
1239         const StructLayout *SL = Q.DL.getStructLayout(STy);
1240         uint64_t Offset = SL->getElementOffset(Idx);
1241         TrailZ = std::min<unsigned>(TrailZ,
1242                                     countTrailingZeros(Offset));
1243       } else {
1244         // Handle array index arithmetic.
1245         Type *IndexedTy = GTI.getIndexedType();
1246         if (!IndexedTy->isSized()) {
1247           TrailZ = 0;
1248           break;
1249         }
1250         unsigned GEPOpiBits = Index->getType()->getScalarSizeInBits();
1251         uint64_t TypeSize = Q.DL.getTypeAllocSize(IndexedTy);
1252         LocalKnown.Zero = LocalKnown.One = APInt(GEPOpiBits, 0);
1253         computeKnownBits(Index, LocalKnown, Depth + 1, Q);
1254         TrailZ = std::min(TrailZ,
1255                           unsigned(countTrailingZeros(TypeSize) +
1256                                    LocalKnown.countMinTrailingZeros()));
1257       }
1258     }
1259
1260     Known.Zero.setLowBits(TrailZ);
1261     break;
1262   }
1263   case Instruction::PHI: {
1264     const PHINode *P = cast<PHINode>(I);
1265     // Handle the case of a simple two-predecessor recurrence PHI.
1266     // There's a lot more that could theoretically be done here, but
1267     // this is sufficient to catch some interesting cases.
1268     if (P->getNumIncomingValues() == 2) {
1269       for (unsigned i = 0; i != 2; ++i) {
1270         Value *L = P->getIncomingValue(i);
1271         Value *R = P->getIncomingValue(!i);
1272         Operator *LU = dyn_cast<Operator>(L);
1273         if (!LU)
1274           continue;
1275         unsigned Opcode = LU->getOpcode();
1276         // Check for operations that have the property that if
1277         // both their operands have low zero bits, the result
1278         // will have low zero bits.
1279         if (Opcode == Instruction::Add ||
1280             Opcode == Instruction::Sub ||
1281             Opcode == Instruction::And ||
1282             Opcode == Instruction::Or ||
1283             Opcode == Instruction::Mul) {
1284           Value *LL = LU->getOperand(0);
1285           Value *LR = LU->getOperand(1);
1286           // Find a recurrence.
1287           if (LL == I)
1288             L = LR;
1289           else if (LR == I)
1290             L = LL;
1291           else
1292             break;
1293           // Ok, we have a PHI of the form L op= R. Check for low
1294           // zero bits.
1295           computeKnownBits(R, Known2, Depth + 1, Q);
1296
1297           // We need to take the minimum number of known bits
1298           KnownBits Known3(Known);
1299           computeKnownBits(L, Known3, Depth + 1, Q);
1300
1301           Known.Zero.setLowBits(std::min(Known2.countMinTrailingZeros(),
1302                                          Known3.countMinTrailingZeros()));
1303
1304           if (DontImproveNonNegativePhiBits)
1305             break;
1306
1307           auto *OverflowOp = dyn_cast<OverflowingBinaryOperator>(LU);
1308           if (OverflowOp && OverflowOp->hasNoSignedWrap()) {
1309             // If initial value of recurrence is nonnegative, and we are adding
1310             // a nonnegative number with nsw, the result can only be nonnegative
1311             // or poison value regardless of the number of times we execute the
1312             // add in phi recurrence. If initial value is negative and we are
1313             // adding a negative number with nsw, the result can only be
1314             // negative or poison value. Similar arguments apply to sub and mul.
1315             //
1316             // (add non-negative, non-negative) --> non-negative
1317             // (add negative, negative) --> negative
1318             if (Opcode == Instruction::Add) {
1319               if (Known2.isNonNegative() && Known3.isNonNegative())
1320                 Known.makeNonNegative();
1321               else if (Known2.isNegative() && Known3.isNegative())
1322                 Known.makeNegative();
1323             }
1324
1325             // (sub nsw non-negative, negative) --> non-negative
1326             // (sub nsw negative, non-negative) --> negative
1327             else if (Opcode == Instruction::Sub && LL == I) {
1328               if (Known2.isNonNegative() && Known3.isNegative())
1329                 Known.makeNonNegative();
1330               else if (Known2.isNegative() && Known3.isNonNegative())
1331                 Known.makeNegative();
1332             }
1333
1334             // (mul nsw non-negative, non-negative) --> non-negative
1335             else if (Opcode == Instruction::Mul && Known2.isNonNegative() &&
1336                      Known3.isNonNegative())
1337               Known.makeNonNegative();
1338           }
1339
1340           break;
1341         }
1342       }
1343     }
1344
1345     // Unreachable blocks may have zero-operand PHI nodes.
1346     if (P->getNumIncomingValues() == 0)
1347       break;
1348
1349     // Otherwise take the unions of the known bit sets of the operands,
1350     // taking conservative care to avoid excessive recursion.
1351     if (Depth < MaxDepth - 1 && !Known.Zero && !Known.One) {
1352       // Skip if every incoming value references to ourself.
1353       if (dyn_cast_or_null<UndefValue>(P->hasConstantValue()))
1354         break;
1355
1356       Known.Zero.setAllBits();
1357       Known.One.setAllBits();
1358       for (Value *IncValue : P->incoming_values()) {
1359         // Skip direct self references.
1360         if (IncValue == P) continue;
1361
1362         Known2 = KnownBits(BitWidth);
1363         // Recurse, but cap the recursion to one level, because we don't
1364         // want to waste time spinning around in loops.
1365         computeKnownBits(IncValue, Known2, MaxDepth - 1, Q);
1366         Known.Zero &= Known2.Zero;
1367         Known.One &= Known2.One;
1368         // If all bits have been ruled out, there's no need to check
1369         // more operands.
1370         if (!Known.Zero && !Known.One)
1371           break;
1372       }
1373     }
1374     break;
1375   }
1376   case Instruction::Call:
1377   case Instruction::Invoke:
1378     // If range metadata is attached to this call, set known bits from that,
1379     // and then intersect with known bits based on other properties of the
1380     // function.
1381     if (MDNode *MD = cast<Instruction>(I)->getMetadata(LLVMContext::MD_range))
1382       computeKnownBitsFromRangeMetadata(*MD, Known);
1383     if (const Value *RV = ImmutableCallSite(I).getReturnedArgOperand()) {
1384       computeKnownBits(RV, Known2, Depth + 1, Q);
1385       Known.Zero |= Known2.Zero;
1386       Known.One |= Known2.One;
1387     }
1388     if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
1389       switch (II->getIntrinsicID()) {
1390       default: break;
1391       case Intrinsic::bitreverse:
1392         computeKnownBits(I->getOperand(0), Known2, Depth + 1, Q);
1393         Known.Zero |= Known2.Zero.reverseBits();
1394         Known.One |= Known2.One.reverseBits();
1395         break;
1396       case Intrinsic::bswap:
1397         computeKnownBits(I->getOperand(0), Known2, Depth + 1, Q);
1398         Known.Zero |= Known2.Zero.byteSwap();
1399         Known.One |= Known2.One.byteSwap();
1400         break;
1401       case Intrinsic::ctlz: {
1402         computeKnownBits(I->getOperand(0), Known2, Depth + 1, Q);
1403         // If we have a known 1, its position is our upper bound.
1404         unsigned PossibleLZ = Known2.One.countLeadingZeros();
1405         // If this call is undefined for 0, the result will be less than 2^n.
1406         if (II->getArgOperand(1) == ConstantInt::getTrue(II->getContext()))
1407           PossibleLZ = std::min(PossibleLZ, BitWidth - 1);
1408         unsigned LowBits = Log2_32(PossibleLZ)+1;
1409         Known.Zero.setBitsFrom(LowBits);
1410         break;
1411       }
1412       case Intrinsic::cttz: {
1413         computeKnownBits(I->getOperand(0), Known2, Depth + 1, Q);
1414         // If we have a known 1, its position is our upper bound.
1415         unsigned PossibleTZ = Known2.One.countTrailingZeros();
1416         // If this call is undefined for 0, the result will be less than 2^n.
1417         if (II->getArgOperand(1) == ConstantInt::getTrue(II->getContext()))
1418           PossibleTZ = std::min(PossibleTZ, BitWidth - 1);
1419         unsigned LowBits = Log2_32(PossibleTZ)+1;
1420         Known.Zero.setBitsFrom(LowBits);
1421         break;
1422       }
1423       case Intrinsic::ctpop: {
1424         computeKnownBits(I->getOperand(0), Known2, Depth + 1, Q);
1425         // We can bound the space the count needs.  Also, bits known to be zero
1426         // can't contribute to the population.
1427         unsigned BitsPossiblySet = Known2.countMaxPopulation();
1428         unsigned LowBits = Log2_32(BitsPossiblySet)+1;
1429         Known.Zero.setBitsFrom(LowBits);
1430         // TODO: we could bound KnownOne using the lower bound on the number
1431         // of bits which might be set provided by popcnt KnownOne2.
1432         break;
1433       }
1434       case Intrinsic::x86_sse42_crc32_64_64:
1435         Known.Zero.setBitsFrom(32);
1436         break;
1437       }
1438     }
1439     break;
1440   case Instruction::ExtractElement:
1441     // Look through extract element. At the moment we keep this simple and skip
1442     // tracking the specific element. But at least we might find information
1443     // valid for all elements of the vector (for example if vector is sign
1444     // extended, shifted, etc).
1445     computeKnownBits(I->getOperand(0), Known, Depth + 1, Q);
1446     break;
1447   case Instruction::ExtractValue:
1448     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I->getOperand(0))) {
1449       const ExtractValueInst *EVI = cast<ExtractValueInst>(I);
1450       if (EVI->getNumIndices() != 1) break;
1451       if (EVI->getIndices()[0] == 0) {
1452         switch (II->getIntrinsicID()) {
1453         default: break;
1454         case Intrinsic::uadd_with_overflow:
1455         case Intrinsic::sadd_with_overflow:
1456           computeKnownBitsAddSub(true, II->getArgOperand(0),
1457                                  II->getArgOperand(1), false, Known, Known2,
1458                                  Depth, Q);
1459           break;
1460         case Intrinsic::usub_with_overflow:
1461         case Intrinsic::ssub_with_overflow:
1462           computeKnownBitsAddSub(false, II->getArgOperand(0),
1463                                  II->getArgOperand(1), false, Known, Known2,
1464                                  Depth, Q);
1465           break;
1466         case Intrinsic::umul_with_overflow:
1467         case Intrinsic::smul_with_overflow:
1468           computeKnownBitsMul(II->getArgOperand(0), II->getArgOperand(1), false,
1469                               Known, Known2, Depth, Q);
1470           break;
1471         }
1472       }
1473     }
1474   }
1475 }
1476
1477 /// Determine which bits of V are known to be either zero or one and return
1478 /// them.
1479 KnownBits computeKnownBits(const Value *V, unsigned Depth, const Query &Q) {
1480   KnownBits Known(getBitWidth(V->getType(), Q.DL));
1481   computeKnownBits(V, Known, Depth, Q);
1482   return Known;
1483 }
1484
1485 /// Determine which bits of V are known to be either zero or one and return
1486 /// them in the Known bit set.
1487 ///
1488 /// NOTE: we cannot consider 'undef' to be "IsZero" here.  The problem is that
1489 /// we cannot optimize based on the assumption that it is zero without changing
1490 /// it to be an explicit zero.  If we don't change it to zero, other code could
1491 /// optimized based on the contradictory assumption that it is non-zero.
1492 /// Because instcombine aggressively folds operations with undef args anyway,
1493 /// this won't lose us code quality.
1494 ///
1495 /// This function is defined on values with integer type, values with pointer
1496 /// type, and vectors of integers.  In the case
1497 /// where V is a vector, known zero, and known one values are the
1498 /// same width as the vector element, and the bit is set only if it is true
1499 /// for all of the elements in the vector.
1500 void computeKnownBits(const Value *V, KnownBits &Known, unsigned Depth,
1501                       const Query &Q) {
1502   assert(V && "No Value?");
1503   assert(Depth <= MaxDepth && "Limit Search Depth");
1504   unsigned BitWidth = Known.getBitWidth();
1505
1506   assert((V->getType()->isIntOrIntVectorTy() ||
1507           V->getType()->getScalarType()->isPointerTy()) &&
1508          "Not integer or pointer type!");
1509   assert((Q.DL.getTypeSizeInBits(V->getType()->getScalarType()) == BitWidth) &&
1510          (!V->getType()->isIntOrIntVectorTy() ||
1511           V->getType()->getScalarSizeInBits() == BitWidth) &&
1512          "V and Known should have same BitWidth");
1513   (void)BitWidth;
1514
1515   const APInt *C;
1516   if (match(V, m_APInt(C))) {
1517     // We know all of the bits for a scalar constant or a splat vector constant!
1518     Known.One = *C;
1519     Known.Zero = ~Known.One;
1520     return;
1521   }
1522   // Null and aggregate-zero are all-zeros.
1523   if (isa<ConstantPointerNull>(V) || isa<ConstantAggregateZero>(V)) {
1524     Known.setAllZero();
1525     return;
1526   }
1527   // Handle a constant vector by taking the intersection of the known bits of
1528   // each element.
1529   if (const ConstantDataSequential *CDS = dyn_cast<ConstantDataSequential>(V)) {
1530     // We know that CDS must be a vector of integers. Take the intersection of
1531     // each element.
1532     Known.Zero.setAllBits(); Known.One.setAllBits();
1533     APInt Elt(BitWidth, 0);
1534     for (unsigned i = 0, e = CDS->getNumElements(); i != e; ++i) {
1535       Elt = CDS->getElementAsInteger(i);
1536       Known.Zero &= ~Elt;
1537       Known.One &= Elt;
1538     }
1539     return;
1540   }
1541
1542   if (const auto *CV = dyn_cast<ConstantVector>(V)) {
1543     // We know that CV must be a vector of integers. Take the intersection of
1544     // each element.
1545     Known.Zero.setAllBits(); Known.One.setAllBits();
1546     APInt Elt(BitWidth, 0);
1547     for (unsigned i = 0, e = CV->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1548       Constant *Element = CV->getAggregateElement(i);
1549       auto *ElementCI = dyn_cast_or_null<ConstantInt>(Element);
1550       if (!ElementCI) {
1551         Known.resetAll();
1552         return;
1553       }
1554       Elt = ElementCI->getValue();
1555       Known.Zero &= ~Elt;
1556       Known.One &= Elt;
1557     }
1558     return;
1559   }
1560
1561   // Start out not knowing anything.
1562   Known.resetAll();
1563
1564   // We can't imply anything about undefs.
1565   if (isa<UndefValue>(V))
1566     return;
1567
1568   // There's no point in looking through other users of ConstantData for
1569   // assumptions.  Confirm that we've handled them all.
1570   assert(!isa<ConstantData>(V) && "Unhandled constant data!");
1571
1572   // Limit search depth.
1573   // All recursive calls that increase depth must come after this.
1574   if (Depth == MaxDepth)
1575     return;
1576
1577   // A weak GlobalAlias is totally unknown. A non-weak GlobalAlias has
1578   // the bits of its aliasee.
1579   if (const GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V)) {
1580     if (!GA->isInterposable())
1581       computeKnownBits(GA->getAliasee(), Known, Depth + 1, Q);
1582     return;
1583   }
1584
1585   if (const Operator *I = dyn_cast<Operator>(V))
1586     computeKnownBitsFromOperator(I, Known, Depth, Q);
1587
1588   // Aligned pointers have trailing zeros - refine Known.Zero set
1589   if (V->getType()->isPointerTy()) {
1590     unsigned Align = V->getPointerAlignment(Q.DL);
1591     if (Align)
1592       Known.Zero.setLowBits(countTrailingZeros(Align));
1593   }
1594
1595   // computeKnownBitsFromAssume strictly refines Known.
1596   // Therefore, we run them after computeKnownBitsFromOperator.
1597
1598   // Check whether a nearby assume intrinsic can determine some known bits.
1599   computeKnownBitsFromAssume(V, Known, Depth, Q);
1600
1601   assert((Known.Zero & Known.One) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
1602 }
1603
1604 /// Return true if the given value is known to have exactly one
1605 /// bit set when defined. For vectors return true if every element is known to
1606 /// be a power of two when defined. Supports values with integer or pointer
1607 /// types and vectors of integers.
1608 bool isKnownToBeAPowerOfTwo(const Value *V, bool OrZero, unsigned Depth,
1609                             const Query &Q) {
1610   if (const Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
1611     if (C->isNullValue())
1612       return OrZero;
1613
1614     const APInt *ConstIntOrConstSplatInt;
1615     if (match(C, m_APInt(ConstIntOrConstSplatInt)))
1616       return ConstIntOrConstSplatInt->isPowerOf2();
1617   }
1618
1619   // 1 << X is clearly a power of two if the one is not shifted off the end.  If
1620   // it is shifted off the end then the result is undefined.
1621   if (match(V, m_Shl(m_One(), m_Value())))
1622     return true;
1623
1624   // (signmask) >>l X is clearly a power of two if the one is not shifted off
1625   // the bottom.  If it is shifted off the bottom then the result is undefined.
1626   if (match(V, m_LShr(m_SignMask(), m_Value())))
1627     return true;
1628
1629   // The remaining tests are all recursive, so bail out if we hit the limit.
1630   if (Depth++ == MaxDepth)
1631     return false;
1632
1633   Value *X = nullptr, *Y = nullptr;
1634   // A shift left or a logical shift right of a power of two is a power of two
1635   // or zero.
1636   if (OrZero && (match(V, m_Shl(m_Value(X), m_Value())) ||
1637                  match(V, m_LShr(m_Value(X), m_Value()))))
1638     return isKnownToBeAPowerOfTwo(X, /*OrZero*/ true, Depth, Q);
1639
1640   if (const ZExtInst *ZI = dyn_cast<ZExtInst>(V))
1641     return isKnownToBeAPowerOfTwo(ZI->getOperand(0), OrZero, Depth, Q);
1642
1643   if (const SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V))
1644     return isKnownToBeAPowerOfTwo(SI->getTrueValue(), OrZero, Depth, Q) &&
1645            isKnownToBeAPowerOfTwo(SI->getFalseValue(), OrZero, Depth, Q);
1646
1647   if (OrZero && match(V, m_And(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1648     // A power of two and'd with anything is a power of two or zero.
1649     if (isKnownToBeAPowerOfTwo(X, /*OrZero*/ true, Depth, Q) ||
1650         isKnownToBeAPowerOfTwo(Y, /*OrZero*/ true, Depth, Q))
1651       return true;
1652     // X & (-X) is always a power of two or zero.
1653     if (match(X, m_Neg(m_Specific(Y))) || match(Y, m_Neg(m_Specific(X))))
1654       return true;
1655     return false;
1656   }
1657
1658   // Adding a power-of-two or zero to the same power-of-two or zero yields
1659   // either the original power-of-two, a larger power-of-two or zero.
1660   if (match(V, m_Add(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1661     const OverflowingBinaryOperator *VOBO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V);
1662     if (OrZero || VOBO->hasNoUnsignedWrap() || VOBO->hasNoSignedWrap()) {
1663       if (match(X, m_And(m_Specific(Y), m_Value())) ||
1664           match(X, m_And(m_Value(), m_Specific(Y))))
1665         if (isKnownToBeAPowerOfTwo(Y, OrZero, Depth, Q))
1666           return true;
1667       if (match(Y, m_And(m_Specific(X), m_Value())) ||
1668           match(Y, m_And(m_Value(), m_Specific(X))))
1669         if (isKnownToBeAPowerOfTwo(X, OrZero, Depth, Q))
1670           return true;
1671
1672       unsigned BitWidth = V->getType()->getScalarSizeInBits();
1673       KnownBits LHSBits(BitWidth);
1674       computeKnownBits(X, LHSBits, Depth, Q);
1675
1676       KnownBits RHSBits(BitWidth);
1677       computeKnownBits(Y, RHSBits, Depth, Q);
1678       // If i8 V is a power of two or zero:
1679       //  ZeroBits: 1 1 1 0 1 1 1 1
1680       // ~ZeroBits: 0 0 0 1 0 0 0 0
1681       if ((~(LHSBits.Zero & RHSBits.Zero)).isPowerOf2())
1682         // If OrZero isn't set, we cannot give back a zero result.
1683         // Make sure either the LHS or RHS has a bit set.
1684         if (OrZero || RHSBits.One.getBoolValue() || LHSBits.One.getBoolValue())
1685           return true;
1686     }
1687   }
1688
1689   // An exact divide or right shift can only shift off zero bits, so the result
1690   // is a power of two only if the first operand is a power of two and not
1691   // copying a sign bit (sdiv int_min, 2).
1692   if (match(V, m_Exact(m_LShr(m_Value(), m_Value()))) ||
1693       match(V, m_Exact(m_UDiv(m_Value(), m_Value())))) {
1694     return isKnownToBeAPowerOfTwo(cast<Operator>(V)->getOperand(0), OrZero,
1695                                   Depth, Q);
1696   }
1697
1698   return false;
1699 }
1700
1701 /// \brief Test whether a GEP's result is known to be non-null.
1702 ///
1703 /// Uses properties inherent in a GEP to try to determine whether it is known
1704 /// to be non-null.
1705 ///
1706 /// Currently this routine does not support vector GEPs.
1707 static bool isGEPKnownNonNull(const GEPOperator *GEP, unsigned Depth,
1708                               const Query &Q) {
1709   if (!GEP->isInBounds() || GEP->getPointerAddressSpace() != 0)
1710     return false;
1711
1712   // FIXME: Support vector-GEPs.
1713   assert(GEP->getType()->isPointerTy() && "We only support plain pointer GEP");
1714
1715   // If the base pointer is non-null, we cannot walk to a null address with an
1716   // inbounds GEP in address space zero.
1717   if (isKnownNonZero(GEP->getPointerOperand(), Depth, Q))
1718     return true;
1719
1720   // Walk the GEP operands and see if any operand introduces a non-zero offset.
1721   // If so, then the GEP cannot produce a null pointer, as doing so would
1722   // inherently violate the inbounds contract within address space zero.
1723   for (gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP), GTE = gep_type_end(GEP);
1724        GTI != GTE; ++GTI) {
1725     // Struct types are easy -- they must always be indexed by a constant.
1726     if (StructType *STy = GTI.getStructTypeOrNull()) {
1727       ConstantInt *OpC = cast<ConstantInt>(GTI.getOperand());
1728       unsigned ElementIdx = OpC->getZExtValue();
1729       const StructLayout *SL = Q.DL.getStructLayout(STy);
1730       uint64_t ElementOffset = SL->getElementOffset(ElementIdx);
1731       if (ElementOffset > 0)
1732         return true;
1733       continue;
1734     }
1735
1736     // If we have a zero-sized type, the index doesn't matter. Keep looping.
1737     if (Q.DL.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType()) == 0)
1738       continue;
1739
1740     // Fast path the constant operand case both for efficiency and so we don't
1741     // increment Depth when just zipping down an all-constant GEP.
1742     if (ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GTI.getOperand())) {
1743       if (!OpC->isZero())
1744         return true;
1745       continue;
1746     }
1747
1748     // We post-increment Depth here because while isKnownNonZero increments it
1749     // as well, when we pop back up that increment won't persist. We don't want
1750     // to recurse 10k times just because we have 10k GEP operands. We don't
1751     // bail completely out because we want to handle constant GEPs regardless
1752     // of depth.
1753     if (Depth++ >= MaxDepth)
1754       continue;
1755
1756     if (isKnownNonZero(GTI.getOperand(), Depth, Q))
1757       return true;
1758   }
1759
1760   return false;
1761 }
1762
1763 /// Does the 'Range' metadata (which must be a valid MD_range operand list)
1764 /// ensure that the value it's attached to is never Value?  'RangeType' is
1765 /// is the type of the value described by the range.
1766 static bool rangeMetadataExcludesValue(const MDNode* Ranges, const APInt& Value) {
1767   const unsigned NumRanges = Ranges->getNumOperands() / 2;
1768   assert(NumRanges >= 1);
1769   for (unsigned i = 0; i < NumRanges; ++i) {
1770     ConstantInt *Lower =
1771         mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges->getOperand(2 * i + 0));
1772     ConstantInt *Upper =
1773         mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges->getOperand(2 * i + 1));
1774     ConstantRange Range(Lower->getValue(), Upper->getValue());
1775     if (Range.contains(Value))
1776       return false;
1777   }
1778   return true;
1779 }
1780
1781 /// Return true if the given value is known to be non-zero when defined. For
1782 /// vectors, return true if every element is known to be non-zero when
1783 /// defined. For pointers, if the context instruction and dominator tree are
1784 /// specified, perform context-sensitive analysis and return true if the
1785 /// pointer couldn't possibly be null at the specified instruction.
1786 /// Supports values with integer or pointer type and vectors of integers.
1787 bool isKnownNonZero(const Value *V, unsigned Depth, const Query &Q) {
1788   if (auto *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
1789     if (C->isNullValue())
1790       return false;
1791     if (isa<ConstantInt>(C))
1792       // Must be non-zero due to null test above.
1793       return true;
1794
1795     // For constant vectors, check that all elements are undefined or known
1796     // non-zero to determine that the whole vector is known non-zero.
1797     if (auto *VecTy = dyn_cast<VectorType>(C->getType())) {
1798       for (unsigned i = 0, e = VecTy->getNumElements(); i != e; ++i) {
1799         Constant *Elt = C->getAggregateElement(i);
1800         if (!Elt || Elt->isNullValue())
1801           return false;
1802         if (!isa<UndefValue>(Elt) && !isa<ConstantInt>(Elt))
1803           return false;
1804       }
1805       return true;
1806     }
1807
1808     return false;
1809   }
1810
1811   if (auto *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
1812     if (MDNode *Ranges = I->getMetadata(LLVMContext::MD_range)) {
1813       // If the possible ranges don't contain zero, then the value is
1814       // definitely non-zero.
1815       if (auto *Ty = dyn_cast<IntegerType>(V->getType())) {
1816         const APInt ZeroValue(Ty->getBitWidth(), 0);
1817         if (rangeMetadataExcludesValue(Ranges, ZeroValue))
1818           return true;
1819       }
1820     }
1821   }
1822
1823   // The remaining tests are all recursive, so bail out if we hit the limit.
1824   if (Depth++ >= MaxDepth)
1825     return false;
1826
1827   // Check for pointer simplifications.
1828   if (V->getType()->isPointerTy()) {
1829     if (isKnownNonNullAt(V, Q.CxtI, Q.DT))
1830       return true;
1831     if (const GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V))
1832       if (isGEPKnownNonNull(GEP, Depth, Q))
1833         return true;
1834   }
1835
1836   unsigned BitWidth = getBitWidth(V->getType()->getScalarType(), Q.DL);
1837
1838   // X | Y != 0 if X != 0 or Y != 0.
1839   Value *X = nullptr, *Y = nullptr;
1840   if (match(V, m_Or(m_Value(X), m_Value(Y))))
1841     return isKnownNonZero(X, Depth, Q) || isKnownNonZero(Y, Depth, Q);
1842
1843   // ext X != 0 if X != 0.
1844   if (isa<SExtInst>(V) || isa<ZExtInst>(V))
1845     return isKnownNonZero(cast<Instruction>(V)->getOperand(0), Depth, Q);
1846
1847   // shl X, Y != 0 if X is odd.  Note that the value of the shift is undefined
1848   // if the lowest bit is shifted off the end.
1849   if (match(V, m_Shl(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1850     // shl nuw can't remove any non-zero bits.
1851     const OverflowingBinaryOperator *BO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V);
1852     if (BO->hasNoUnsignedWrap())
1853       return isKnownNonZero(X, Depth, Q);
1854
1855     KnownBits Known(BitWidth);
1856     computeKnownBits(X, Known, Depth, Q);
1857     if (Known.One[0])
1858       return true;
1859   }
1860   // shr X, Y != 0 if X is negative.  Note that the value of the shift is not
1861   // defined if the sign bit is shifted off the end.
1862   else if (match(V, m_Shr(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1863     // shr exact can only shift out zero bits.
1864     const PossiblyExactOperator *BO = cast<PossiblyExactOperator>(V);
1865     if (BO->isExact())
1866       return isKnownNonZero(X, Depth, Q);
1867
1868     KnownBits Known = computeKnownBits(X, Depth, Q);
1869     if (Known.isNegative())
1870       return true;
1871
1872     // If the shifter operand is a constant, and all of the bits shifted
1873     // out are known to be zero, and X is known non-zero then at least one
1874     // non-zero bit must remain.
1875     if (ConstantInt *Shift = dyn_cast<ConstantInt>(Y)) {
1876       auto ShiftVal = Shift->getLimitedValue(BitWidth - 1);
1877       // Is there a known one in the portion not shifted out?
1878       if (Known.countMaxLeadingZeros() < BitWidth - ShiftVal)
1879         return true;
1880       // Are all the bits to be shifted out known zero?
1881       if (Known.countMinTrailingZeros() >= ShiftVal)
1882         return isKnownNonZero(X, Depth, Q);
1883     }
1884   }
1885   // div exact can only produce a zero if the dividend is zero.
1886   else if (match(V, m_Exact(m_IDiv(m_Value(X), m_Value())))) {
1887     return isKnownNonZero(X, Depth, Q);
1888   }
1889   // X + Y.
1890   else if (match(V, m_Add(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1891     KnownBits XKnown = computeKnownBits(X, Depth, Q);
1892     KnownBits YKnown = computeKnownBits(Y, Depth, Q);
1893
1894     // If X and Y are both non-negative (as signed values) then their sum is not
1895     // zero unless both X and Y are zero.
1896     if (XKnown.isNonNegative() && YKnown.isNonNegative())
1897       if (isKnownNonZero(X, Depth, Q) || isKnownNonZero(Y, Depth, Q))
1898         return true;
1899
1900     // If X and Y are both negative (as signed values) then their sum is not
1901     // zero unless both X and Y equal INT_MIN.
1902     if (XKnown.isNegative() && YKnown.isNegative()) {
1903       APInt Mask = APInt::getSignedMaxValue(BitWidth);
1904       // The sign bit of X is set.  If some other bit is set then X is not equal
1905       // to INT_MIN.
1906       if (XKnown.One.intersects(Mask))
1907         return true;
1908       // The sign bit of Y is set.  If some other bit is set then Y is not equal
1909       // to INT_MIN.
1910       if (YKnown.One.intersects(Mask))
1911         return true;
1912     }
1913
1914     // The sum of a non-negative number and a power of two is not zero.
1915     if (XKnown.isNonNegative() &&
1916         isKnownToBeAPowerOfTwo(Y, /*OrZero*/ false, Depth, Q))
1917       return true;
1918     if (YKnown.isNonNegative() &&
1919         isKnownToBeAPowerOfTwo(X, /*OrZero*/ false, Depth, Q))
1920       return true;
1921   }
1922   // X * Y.
1923   else if (match(V, m_Mul(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1924     const OverflowingBinaryOperator *BO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V);
1925     // If X and Y are non-zero then so is X * Y as long as the multiplication
1926     // does not overflow.
1927     if ((BO->hasNoSignedWrap() || BO->hasNoUnsignedWrap()) &&
1928         isKnownNonZero(X, Depth, Q) && isKnownNonZero(Y, Depth, Q))
1929       return true;
1930   }
1931   // (C ? X : Y) != 0 if X != 0 and Y != 0.
1932   else if (const SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
1933     if (isKnownNonZero(SI->getTrueValue(), Depth, Q) &&
1934         isKnownNonZero(SI->getFalseValue(), Depth, Q))
1935       return true;
1936   }
1937   // PHI
1938   else if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
1939     // Try and detect a recurrence that monotonically increases from a
1940     // starting value, as these are common as induction variables.
1941     if (PN->getNumIncomingValues() == 2) {
1942       Value *Start = PN->getIncomingValue(0);
1943       Value *Induction = PN->getIncomingValue(1);
1944       if (isa<ConstantInt>(Induction) && !isa<ConstantInt>(Start))
1945         std::swap(Start, Induction);
1946       if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Start)) {
1947         if (!C->isZero() && !C->isNegative()) {
1948           ConstantInt *X;
1949           if ((match(Induction, m_NSWAdd(m_Specific(PN), m_ConstantInt(X))) ||
1950                match(Induction, m_NUWAdd(m_Specific(PN), m_ConstantInt(X)))) &&
1951               !X->isNegative())
1952             return true;
1953         }
1954       }
1955     }
1956     // Check if all incoming values are non-zero constant.
1957     bool AllNonZeroConstants = all_of(PN->operands(), [](Value *V) {
1958       return isa<ConstantInt>(V) && !cast<ConstantInt>(V)->isZeroValue();
1959     });
1960     if (AllNonZeroConstants)
1961       return true;
1962   }
1963
1964   KnownBits Known(BitWidth);
1965   computeKnownBits(V, Known, Depth, Q);
1966   return Known.One != 0;
1967 }
1968
1969 /// Return true if V2 == V1 + X, where X is known non-zero.
1970 static bool isAddOfNonZero(const Value *V1, const Value *V2, const Query &Q) {
1971   const BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(V1);
1972   if (!BO || BO->getOpcode() != Instruction::Add)
1973     return false;
1974   Value *Op = nullptr;
1975   if (V2 == BO->getOperand(0))
1976     Op = BO->getOperand(1);
1977   else if (V2 == BO->getOperand(1))
1978     Op = BO->getOperand(0);
1979   else
1980     return false;
1981   return isKnownNonZero(Op, 0, Q);
1982 }
1983
1984 /// Return true if it is known that V1 != V2.
1985 static bool isKnownNonEqual(const Value *V1, const Value *V2, const Query &Q) {
1986   if (V1 == V2)
1987     return false;
1988   if (V1->getType() != V2->getType())
1989     // We can't look through casts yet.
1990     return false;
1991   if (isAddOfNonZero(V1, V2, Q) || isAddOfNonZero(V2, V1, Q))
1992     return true;
1993
1994   if (V1->getType()->isIntOrIntVectorTy()) {
1995     // Are any known bits in V1 contradictory to known bits in V2? If V1
1996     // has a known zero where V2 has a known one, they must not be equal.
1997     KnownBits Known1 = computeKnownBits(V1, 0, Q);
1998     KnownBits Known2 = computeKnownBits(V2, 0, Q);
1999
2000     if (Known1.Zero.intersects(Known2.One) ||
2001         Known2.Zero.intersects(Known1.One))
2002       return true;
2003   }
2004   return false;
2005 }
2006
2007 /// Return true if 'V & Mask' is known to be zero.  We use this predicate to
2008 /// simplify operations downstream. Mask is known to be zero for bits that V
2009 /// cannot have.
2010 ///
2011 /// This function is defined on values with integer type, values with pointer
2012 /// type, and vectors of integers.  In the case
2013 /// where V is a vector, the mask, known zero, and known one values are the
2014 /// same width as the vector element, and the bit is set only if it is true
2015 /// for all of the elements in the vector.
2016 bool MaskedValueIsZero(const Value *V, const APInt &Mask, unsigned Depth,
2017                        const Query &Q) {
2018   KnownBits Known(Mask.getBitWidth());
2019   computeKnownBits(V, Known, Depth, Q);
2020   return Mask.isSubsetOf(Known.Zero);
2021 }
2022
2023 /// For vector constants, loop over the elements and find the constant with the
2024 /// minimum number of sign bits. Return 0 if the value is not a vector constant
2025 /// or if any element was not analyzed; otherwise, return the count for the
2026 /// element with the minimum number of sign bits.
2027 static unsigned computeNumSignBitsVectorConstant(const Value *V,
2028                                                  unsigned TyBits) {
2029   const auto *CV = dyn_cast<Constant>(V);
2030   if (!CV || !CV->getType()->isVectorTy())
2031     return 0;
2032
2033   unsigned MinSignBits = TyBits;
2034   unsigned NumElts = CV->getType()->getVectorNumElements();
2035   for (unsigned i = 0; i != NumElts; ++i) {
2036     // If we find a non-ConstantInt, bail out.
2037     auto *Elt = dyn_cast_or_null<ConstantInt>(CV->getAggregateElement(i));
2038     if (!Elt)
2039       return 0;
2040
2041     // If the sign bit is 1, flip the bits, so we always count leading zeros.
2042     APInt EltVal = Elt->getValue();
2043     if (EltVal.isNegative())
2044       EltVal = ~EltVal;
2045     MinSignBits = std::min(MinSignBits, EltVal.countLeadingZeros());
2046   }
2047
2048   return MinSignBits;
2049 }
2050
2051 static unsigned ComputeNumSignBitsImpl(const Value *V, unsigned Depth,
2052                                        const Query &Q);
2053
2054 static unsigned ComputeNumSignBits(const Value *V, unsigned Depth,
2055                                    const Query &Q) {
2056   unsigned Result = ComputeNumSignBitsImpl(V, Depth, Q);
2057   assert(Result > 0 && "At least one sign bit needs to be present!");
2058   return Result;
2059 }
2060
2061 /// Return the number of times the sign bit of the register is replicated into
2062 /// the other bits. We know that at least 1 bit is always equal to the sign bit
2063 /// (itself), but other cases can give us information. For example, immediately
2064 /// after an "ashr X, 2", we know that the top 3 bits are all equal to each
2065 /// other, so we return 3. For vectors, return the number of sign bits for the
2066 /// vector element with the mininum number of known sign bits.
2067 static unsigned ComputeNumSignBitsImpl(const Value *V, unsigned Depth,
2068                                        const Query &Q) {
2069
2070   // We return the minimum number of sign bits that are guaranteed to be present
2071   // in V, so for undef we have to conservatively return 1.  We don't have the
2072   // same behavior for poison though -- that's a FIXME today.
2073
2074   unsigned TyBits = Q.DL.getTypeSizeInBits(V->getType()->getScalarType());
2075   unsigned Tmp, Tmp2;
2076   unsigned FirstAnswer = 1;
2077
2078   // Note that ConstantInt is handled by the general computeKnownBits case
2079   // below.
2080
2081   if (Depth == MaxDepth)
2082     return 1;  // Limit search depth.
2083
2084   const Operator *U = dyn_cast<Operator>(V);
2085   switch (Operator::getOpcode(V)) {
2086   default: break;
2087   case Instruction::SExt:
2088     Tmp = TyBits - U->getOperand(0)->getType()->getScalarSizeInBits();
2089     return ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q) + Tmp;
2090
2091   case Instruction::SDiv: {
2092     const APInt *Denominator;
2093     // sdiv X, C -> adds log(C) sign bits.
2094     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(Denominator))) {
2095
2096       // Ignore non-positive denominator.
2097       if (!Denominator->isStrictlyPositive())
2098         break;
2099
2100       // Calculate the incoming numerator bits.
2101       unsigned NumBits = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q);
2102
2103       // Add floor(log(C)) bits to the numerator bits.
2104       return std::min(TyBits, NumBits + Denominator->logBase2());
2105     }
2106     break;
2107   }
2108
2109   case Instruction::SRem: {
2110     const APInt *Denominator;
2111     // srem X, C -> we know that the result is within [-C+1,C) when C is a
2112     // positive constant.  This let us put a lower bound on the number of sign
2113     // bits.
2114     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(Denominator))) {
2115
2116       // Ignore non-positive denominator.
2117       if (!Denominator->isStrictlyPositive())
2118         break;
2119
2120       // Calculate the incoming numerator bits. SRem by a positive constant
2121       // can't lower the number of sign bits.
2122       unsigned NumrBits =
2123           ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q);
2124
2125       // Calculate the leading sign bit constraints by examining the
2126       // denominator.  Given that the denominator is positive, there are two
2127       // cases:
2128       //
2129       //  1. the numerator is positive.  The result range is [0,C) and [0,C) u<
2130       //     (1 << ceilLogBase2(C)).
2131       //
2132       //  2. the numerator is negative.  Then the result range is (-C,0] and
2133       //     integers in (-C,0] are either 0 or >u (-1 << ceilLogBase2(C)).
2134       //
2135       // Thus a lower bound on the number of sign bits is `TyBits -
2136       // ceilLogBase2(C)`.
2137
2138       unsigned ResBits = TyBits - Denominator->ceilLogBase2();
2139       return std::max(NumrBits, ResBits);
2140     }
2141     break;
2142   }
2143
2144   case Instruction::AShr: {
2145     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q);
2146     // ashr X, C   -> adds C sign bits.  Vectors too.
2147     const APInt *ShAmt;
2148     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(ShAmt))) {
2149       unsigned ShAmtLimited = ShAmt->getZExtValue();
2150       if (ShAmtLimited >= TyBits)
2151         break;  // Bad shift.
2152       Tmp += ShAmtLimited;
2153       if (Tmp > TyBits) Tmp = TyBits;
2154     }
2155     return Tmp;
2156   }
2157   case Instruction::Shl: {
2158     const APInt *ShAmt;
2159     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(ShAmt))) {
2160       // shl destroys sign bits.
2161       Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q);
2162       Tmp2 = ShAmt->getZExtValue();
2163       if (Tmp2 >= TyBits ||      // Bad shift.
2164           Tmp2 >= Tmp) break;    // Shifted all sign bits out.
2165       return Tmp - Tmp2;
2166     }
2167     break;
2168   }
2169   case Instruction::And:
2170   case Instruction::Or:
2171   case Instruction::Xor:    // NOT is handled here.
2172     // Logical binary ops preserve the number of sign bits at the worst.
2173     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q);
2174     if (Tmp != 1) {
2175       Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), Depth + 1, Q);
2176       FirstAnswer = std::min(Tmp, Tmp2);
2177       // We computed what we know about the sign bits as our first
2178       // answer. Now proceed to the generic code that uses
2179       // computeKnownBits, and pick whichever answer is better.
2180     }
2181     break;
2182
2183   case Instruction::Select:
2184     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), Depth + 1, Q);
2185     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
2186     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(2), Depth + 1, Q);
2187     return std::min(Tmp, Tmp2);
2188
2189   case Instruction::Add:
2190     // Add can have at most one carry bit.  Thus we know that the output
2191     // is, at worst, one more bit than the inputs.
2192     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q);
2193     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
2194
2195     // Special case decrementing a value (ADD X, -1):
2196     if (const auto *CRHS = dyn_cast<Constant>(U->getOperand(1)))
2197       if (CRHS->isAllOnesValue()) {
2198         KnownBits Known(TyBits);
2199         computeKnownBits(U->getOperand(0), Known, Depth + 1, Q);
2200
2201         // If the input is known to be 0 or 1, the output is 0/-1, which is all
2202         // sign bits set.
2203         if ((Known.Zero | 1).isAllOnesValue())
2204           return TyBits;
2205
2206         // If we are subtracting one from a positive number, there is no carry
2207         // out of the result.
2208         if (Known.isNonNegative())
2209           return Tmp;
2210       }
2211
2212     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), Depth + 1, Q);
2213     if (Tmp2 == 1) return 1;
2214     return std::min(Tmp, Tmp2)-1;
2215
2216   case Instruction::Sub:
2217     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), Depth + 1, Q);
2218     if (Tmp2 == 1) return 1;
2219
2220     // Handle NEG.
2221     if (const auto *CLHS = dyn_cast<Constant>(U->getOperand(0)))
2222       if (CLHS->isNullValue()) {
2223         KnownBits Known(TyBits);
2224         computeKnownBits(U->getOperand(1), Known, Depth + 1, Q);
2225         // If the input is known to be 0 or 1, the output is 0/-1, which is all
2226         // sign bits set.
2227         if ((Known.Zero | 1).isAllOnesValue())
2228           return TyBits;
2229
2230         // If the input is known to be positive (the sign bit is known clear),
2231         // the output of the NEG has the same number of sign bits as the input.
2232         if (Known.isNonNegative())
2233           return Tmp2;
2234
2235         // Otherwise, we treat this like a SUB.
2236       }
2237
2238     // Sub can have at most one carry bit.  Thus we know that the output
2239     // is, at worst, one more bit than the inputs.
2240     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q);
2241     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
2242     return std::min(Tmp, Tmp2)-1;
2243
2244   case Instruction::PHI: {
2245     const PHINode *PN = cast<PHINode>(U);
2246     unsigned NumIncomingValues = PN->getNumIncomingValues();
2247     // Don't analyze large in-degree PHIs.
2248     if (NumIncomingValues > 4) break;
2249     // Unreachable blocks may have zero-operand PHI nodes.
2250     if (NumIncomingValues == 0) break;
2251
2252     // Take the minimum of all incoming values.  This can't infinitely loop
2253     // because of our depth threshold.
2254     Tmp = ComputeNumSignBits(PN->getIncomingValue(0), Depth + 1, Q);
2255     for (unsigned i = 1, e = NumIncomingValues; i != e; ++i) {
2256       if (Tmp == 1) return Tmp;
2257       Tmp = std::min(
2258           Tmp, ComputeNumSignBits(PN->getIncomingValue(i), Depth + 1, Q));
2259     }
2260     return Tmp;
2261   }
2262
2263   case Instruction::Trunc:
2264     // FIXME: it's tricky to do anything useful for this, but it is an important
2265     // case for targets like X86.
2266     break;
2267
2268   case Instruction::ExtractElement:
2269     // Look through extract element. At the moment we keep this simple and skip
2270     // tracking the specific element. But at least we might find information
2271     // valid for all elements of the vector (for example if vector is sign
2272     // extended, shifted, etc).
2273     return ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q);
2274   }
2275
2276   // Finally, if we can prove that the top bits of the result are 0's or 1's,
2277   // use this information.
2278
2279   // If we can examine all elements of a vector constant successfully, we're
2280   // done (we can't do any better than that). If not, keep trying.
2281   if (unsigned VecSignBits = computeNumSignBitsVectorConstant(V, TyBits))
2282     return VecSignBits;
2283
2284   KnownBits Known(TyBits);
2285   computeKnownBits(V, Known, Depth, Q);
2286
2287   // If we know that the sign bit is either zero or one, determine the number of
2288   // identical bits in the top of the input value.
2289   return std::max(FirstAnswer, Known.countMinSignBits());
2290 }
2291
2292 /// This function computes the integer multiple of Base that equals V.
2293 /// If successful, it returns true and returns the multiple in
2294 /// Multiple. If unsuccessful, it returns false. It looks
2295 /// through SExt instructions only if LookThroughSExt is true.
2296 bool llvm::ComputeMultiple(Value *V, unsigned Base, Value *&Multiple,
2297                            bool LookThroughSExt, unsigned Depth) {
2298   const unsigned MaxDepth = 6;
2299
2300   assert(V && "No Value?");
2301   assert(Depth <= MaxDepth && "Limit Search Depth");
2302   assert(V->getType()->isIntegerTy() && "Not integer or pointer type!");
2303
2304   Type *T = V->getType();
2305
2306   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
2307
2308   if (Base == 0)
2309     return false;
2310
2311   if (Base == 1) {
2312     Multiple = V;
2313     return true;
2314   }
2315
2316   ConstantExpr *CO = dyn_cast<ConstantExpr>(V);
2317   Constant *BaseVal = ConstantInt::get(T, Base);
2318   if (CO && CO == BaseVal) {
2319     // Multiple is 1.
2320     Multiple = ConstantInt::get(T, 1);
2321     return true;
2322   }
2323
2324   if (CI && CI->getZExtValue() % Base == 0) {
2325     Multiple = ConstantInt::get(T, CI->getZExtValue() / Base);
2326     return true;
2327   }
2328
2329   if (Depth == MaxDepth) return false;  // Limit search depth.
2330
2331   Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
2332   if (!I) return false;
2333
2334   switch (I->getOpcode()) {
2335   default: break;
2336   case Instruction::SExt:
2337     if (!LookThroughSExt) return false;
2338     // otherwise fall through to ZExt
2339     LLVM_FALLTHROUGH;
2340   case Instruction::ZExt:
2341     return ComputeMultiple(I->getOperand(0), Base, Multiple,
2342                            LookThroughSExt, Depth+1);
2343   case Instruction::Shl:
2344   case Instruction::Mul: {
2345     Value *Op0 = I->getOperand(0);
2346     Value *Op1 = I->getOperand(1);
2347
2348     if (I->getOpcode() == Instruction::Shl) {
2349       ConstantInt *Op1CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op1);
2350       if (!Op1CI) return false;
2351       // Turn Op0 << Op1 into Op0 * 2^Op1
2352       APInt Op1Int = Op1CI->getValue();
2353       uint64_t BitToSet = Op1Int.getLimitedValue(Op1Int.getBitWidth() - 1);
2354       APInt API(Op1Int.getBitWidth(), 0);
2355       API.setBit(BitToSet);
2356       Op1 = ConstantInt::get(V->getContext(), API);
2357     }
2358
2359     Value *Mul0 = nullptr;
2360     if (ComputeMultiple(Op0, Base, Mul0, LookThroughSExt, Depth+1)) {
2361       if (Constant *Op1C = dyn_cast<Constant>(Op1))
2362         if (Constant *MulC = dyn_cast<Constant>(Mul0)) {
2363           if (Op1C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
2364               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
2365             Op1C = ConstantExpr::getZExt(Op1C, MulC->getType());
2366           if (Op1C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() >
2367               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
2368             MulC = ConstantExpr::getZExt(MulC, Op1C->getType());
2369
2370           // V == Base * (Mul0 * Op1), so return (Mul0 * Op1)
2371           Multiple = ConstantExpr::getMul(MulC, Op1C);
2372           return true;
2373         }
2374
2375       if (ConstantInt *Mul0CI = dyn_cast<ConstantInt>(Mul0))
2376         if (Mul0CI->getValue() == 1) {
2377           // V == Base * Op1, so return Op1
2378           Multiple = Op1;
2379           return true;
2380         }
2381     }
2382
2383     Value *Mul1 = nullptr;
2384     if (ComputeMultiple(Op1, Base, Mul1, LookThroughSExt, Depth+1)) {
2385       if (Constant *Op0C = dyn_cast<Constant>(Op0))
2386         if (Constant *MulC = dyn_cast<Constant>(Mul1)) {
2387           if (Op0C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
2388               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
2389             Op0C = ConstantExpr::getZExt(Op0C, MulC->getType());
2390           if (Op0C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() >
2391               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
2392             MulC = ConstantExpr::getZExt(MulC, Op0C->getType());
2393
2394           // V == Base * (Mul1 * Op0), so return (Mul1 * Op0)
2395           Multiple = ConstantExpr::getMul(MulC, Op0C);
2396           return true;
2397         }
2398
2399       if (ConstantInt *Mul1CI = dyn_cast<ConstantInt>(Mul1))
2400         if (Mul1CI->getValue() == 1) {
2401           // V == Base * Op0, so return Op0
2402           Multiple = Op0;
2403           return true;
2404         }
2405     }
2406   }
2407   }
2408
2409   // We could not determine if V is a multiple of Base.
2410   return false;
2411 }
2412
2413 Intrinsic::ID llvm::getIntrinsicForCallSite(ImmutableCallSite ICS,
2414                                             const TargetLibraryInfo *TLI) {
2415   const Function *F = ICS.getCalledFunction();
2416   if (!F)
2417     return Intrinsic::not_intrinsic;
2418
2419   if (F->isIntrinsic())
2420     return F->getIntrinsicID();
2421
2422   if (!TLI)
2423     return Intrinsic::not_intrinsic;
2424
2425   LibFunc Func;
2426   // We're going to make assumptions on the semantics of the functions, check
2427   // that the target knows that it's available in this environment and it does
2428   // not have local linkage.
2429   if (!F || F->hasLocalLinkage() || !TLI->getLibFunc(*F, Func))
2430     return Intrinsic::not_intrinsic;
2431
2432   if (!ICS.onlyReadsMemory())
2433     return Intrinsic::not_intrinsic;
2434
2435   // Otherwise check if we have a call to a function that can be turned into a
2436   // vector intrinsic.
2437   switch (Func) {
2438   default:
2439     break;
2440   case LibFunc_sin:
2441   case LibFunc_sinf:
2442   case LibFunc_sinl:
2443     return Intrinsic::sin;
2444   case LibFunc_cos:
2445   case LibFunc_cosf:
2446   case LibFunc_cosl:
2447     return Intrinsic::cos;
2448   case LibFunc_exp:
2449   case LibFunc_expf:
2450   case LibFunc_expl:
2451     return Intrinsic::exp;
2452   case LibFunc_exp2:
2453   case LibFunc_exp2f:
2454   case LibFunc_exp2l:
2455     return Intrinsic::exp2;
2456   case LibFunc_log:
2457   case LibFunc_logf:
2458   case LibFunc_logl:
2459     return Intrinsic::log;
2460   case LibFunc_log10:
2461   case LibFunc_log10f:
2462   case LibFunc_log10l:
2463     return Intrinsic::log10;
2464   case LibFunc_log2:
2465   case LibFunc_log2f:
2466   case LibFunc_log2l:
2467     return Intrinsic::log2;
2468   case LibFunc_fabs:
2469   case LibFunc_fabsf:
2470   case LibFunc_fabsl:
2471     return Intrinsic::fabs;
2472   case LibFunc_fmin:
2473   case LibFunc_fminf:
2474   case LibFunc_fminl:
2475     return Intrinsic::minnum;
2476   case LibFunc_fmax:
2477   case LibFunc_fmaxf:
2478   case LibFunc_fmaxl:
2479     return Intrinsic::maxnum;
2480   case LibFunc_copysign:
2481   case LibFunc_copysignf:
2482   case LibFunc_copysignl:
2483     return Intrinsic::copysign;
2484   case LibFunc_floor:
2485   case LibFunc_floorf:
2486   case LibFunc_floorl:
2487     return Intrinsic::floor;
2488   case LibFunc_ceil:
2489   case LibFunc_ceilf:
2490   case LibFunc_ceill:
2491     return Intrinsic::ceil;
2492   case LibFunc_trunc:
2493   case LibFunc_truncf:
2494   case LibFunc_truncl:
2495     return Intrinsic::trunc;
2496   case LibFunc_rint:
2497   case LibFunc_rintf:
2498   case LibFunc_rintl:
2499     return Intrinsic::rint;
2500   case LibFunc_nearbyint:
2501   case LibFunc_nearbyintf:
2502   case LibFunc_nearbyintl:
2503     return Intrinsic::nearbyint;
2504   case LibFunc_round:
2505   case LibFunc_roundf:
2506   case LibFunc_roundl:
2507     return Intrinsic::round;
2508   case LibFunc_pow:
2509   case LibFunc_powf:
2510   case LibFunc_powl:
2511     return Intrinsic::pow;
2512   case LibFunc_sqrt:
2513   case LibFunc_sqrtf:
2514   case LibFunc_sqrtl:
2515     if (ICS->hasNoNaNs())
2516       return Intrinsic::sqrt;
2517     return Intrinsic::not_intrinsic;
2518   }
2519
2520   return Intrinsic::not_intrinsic;
2521 }
2522
2523 /// Return true if we can prove that the specified FP value is never equal to
2524 /// -0.0.
2525 ///
2526 /// NOTE: this function will need to be revisited when we support non-default
2527 /// rounding modes!
2528 ///
2529 bool llvm::CannotBeNegativeZero(const Value *V, const TargetLibraryInfo *TLI,
2530                                 unsigned Depth) {
2531   if (const ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V))
2532     return !CFP->getValueAPF().isNegZero();
2533
2534   if (Depth == MaxDepth)
2535     return false;  // Limit search depth.
2536
2537   const Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
2538   if (!I) return false;
2539
2540   // Check if the nsz fast-math flag is set
2541   if (const FPMathOperator *FPO = dyn_cast<FPMathOperator>(I))
2542     if (FPO->hasNoSignedZeros())
2543       return true;
2544
2545   // (add x, 0.0) is guaranteed to return +0.0, not -0.0.
2546   if (I->getOpcode() == Instruction::FAdd)
2547     if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(I->getOperand(1)))
2548       if (CFP->isNullValue())
2549         return true;
2550
2551   // sitofp and uitofp turn into +0.0 for zero.
2552   if (isa<SIToFPInst>(I) || isa<UIToFPInst>(I))
2553     return true;
2554
2555   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
2556     Intrinsic::ID IID = getIntrinsicForCallSite(CI, TLI);
2557     switch (IID) {
2558     default:
2559       break;
2560     // sqrt(-0.0) = -0.0, no other negative results are possible.
2561     case Intrinsic::sqrt:
2562       return CannotBeNegativeZero(CI->getArgOperand(0), TLI, Depth + 1);
2563     // fabs(x) != -0.0
2564     case Intrinsic::fabs:
2565       return true;
2566     }
2567   }
2568
2569   return false;
2570 }
2571
2572 /// If \p SignBitOnly is true, test for a known 0 sign bit rather than a
2573 /// standard ordered compare. e.g. make -0.0 olt 0.0 be true because of the sign
2574 /// bit despite comparing equal.
2575 static bool cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(const Value *V,
2576                                             const TargetLibraryInfo *TLI,
2577                                             bool SignBitOnly,
2578                                             unsigned Depth) {
2579   // TODO: This function does not do the right thing when SignBitOnly is true
2580   // and we're lowering to a hypothetical IEEE 754-compliant-but-evil platform
2581   // which flips the sign bits of NaNs.  See
2582   // https://llvm.org/bugs/show_bug.cgi?id=31702.
2583
2584   if (const ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V)) {
2585     return !CFP->getValueAPF().isNegative() ||
2586            (!SignBitOnly && CFP->getValueAPF().isZero());
2587   }
2588
2589   if (Depth == MaxDepth)
2590     return false; // Limit search depth.
2591
2592   const Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
2593   if (!I)
2594     return false;
2595
2596   switch (I->getOpcode()) {
2597   default:
2598     break;
2599   // Unsigned integers are always nonnegative.
2600   case Instruction::UIToFP:
2601     return true;
2602   case Instruction::FMul:
2603     // x*x is always non-negative or a NaN.
2604     if (I->getOperand(0) == I->getOperand(1) &&
2605         (!SignBitOnly || cast<FPMathOperator>(I)->hasNoNaNs()))
2606       return true;
2607
2608     LLVM_FALLTHROUGH;
2609   case Instruction::FAdd:
2610   case Instruction::FDiv:
2611   case Instruction::FRem:
2612     return cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(0), TLI, SignBitOnly,
2613                                            Depth + 1) &&
2614            cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(1), TLI, SignBitOnly,
2615                                            Depth + 1);
2616   case Instruction::Select:
2617     return cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(1), TLI, SignBitOnly,
2618                                            Depth + 1) &&
2619            cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(2), TLI, SignBitOnly,
2620                                            Depth + 1);
2621   case Instruction::FPExt:
2622   case Instruction::FPTrunc:
2623     // Widening/narrowing never change sign.
2624     return cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(0), TLI, SignBitOnly,
2625                                            Depth + 1);
2626   case Instruction::Call:
2627     const auto *CI = cast<CallInst>(I);
2628     Intrinsic::ID IID = getIntrinsicForCallSite(CI, TLI);
2629     switch (IID) {
2630     default:
2631       break;
2632     case Intrinsic::maxnum:
2633       return cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(0), TLI, SignBitOnly,
2634                                              Depth + 1) ||
2635              cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(1), TLI, SignBitOnly,
2636                                              Depth + 1);
2637     case Intrinsic::minnum:
2638       return cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(0), TLI, SignBitOnly,
2639                                              Depth + 1) &&
2640              cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(1), TLI, SignBitOnly,
2641                                              Depth + 1);
2642     case Intrinsic::exp:
2643     case Intrinsic::exp2:
2644     case Intrinsic::fabs:
2645       return true;
2646
2647     case Intrinsic::sqrt:
2648       // sqrt(x) is always >= -0 or NaN.  Moreover, sqrt(x) == -0 iff x == -0.
2649       if (!SignBitOnly)
2650         return true;
2651       return CI->hasNoNaNs() && (CI->hasNoSignedZeros() ||
2652                                  CannotBeNegativeZero(CI->getOperand(0), TLI));
2653
2654     case Intrinsic::powi:
2655       if (ConstantInt *Exponent = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
2656         // powi(x,n) is non-negative if n is even.
2657         if (Exponent->getBitWidth() <= 64 && Exponent->getSExtValue() % 2u == 0)
2658           return true;
2659       }
2660       // TODO: This is not correct.  Given that exp is an integer, here are the
2661       // ways that pow can return a negative value:
2662       //
2663       //   pow(x, exp)    --> negative if exp is odd and x is negative.
2664       //   pow(-0, exp)   --> -inf if exp is negative odd.
2665       //   pow(-0, exp)   --> -0 if exp is positive odd.
2666       //   pow(-inf, exp) --> -0 if exp is negative odd.
2667       //   pow(-inf, exp) --> -inf if exp is positive odd.
2668       //
2669       // Therefore, if !SignBitOnly, we can return true if x >= +0 or x is NaN,
2670       // but we must return false if x == -0.  Unfortunately we do not currently
2671       // have a way of expressing this constraint.  See details in
2672       // https://llvm.org/bugs/show_bug.cgi?id=31702.
2673       return cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(0), TLI, SignBitOnly,
2674                                              Depth + 1);
2675
2676     case Intrinsic::fma:
2677     case Intrinsic::fmuladd:
2678       // x*x+y is non-negative if y is non-negative.
2679       return I->getOperand(0) == I->getOperand(1) &&
2680              (!SignBitOnly || cast<FPMathOperator>(I)->hasNoNaNs()) &&
2681              cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(2), TLI, SignBitOnly,
2682                                              Depth + 1);
2683     }
2684     break;
2685   }
2686   return false;
2687 }
2688
2689 bool llvm::CannotBeOrderedLessThanZero(const Value *V,
2690                                        const TargetLibraryInfo *TLI) {
2691   return cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(V, TLI, false, 0);
2692 }
2693
2694 bool llvm::SignBitMustBeZero(const Value *V, const TargetLibraryInfo *TLI) {
2695   return cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(V, TLI, true, 0);
2696 }
2697
2698 /// If the specified value can be set by repeating the same byte in memory,
2699 /// return the i8 value that it is represented with.  This is
2700 /// true for all i8 values obviously, but is also true for i32 0, i32 -1,
2701 /// i16 0xF0F0, double 0.0 etc.  If the value can't be handled with a repeated
2702 /// byte store (e.g. i16 0x1234), return null.
2703 Value *llvm::isBytewiseValue(Value *V) {
2704   // All byte-wide stores are splatable, even of arbitrary variables.
2705   if (V->getType()->isIntegerTy(8)) return V;
2706
2707   // Handle 'null' ConstantArrayZero etc.
2708   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
2709     if (C->isNullValue())
2710       return Constant::getNullValue(Type::getInt8Ty(V->getContext()));
2711
2712   // Constant float and double values can be handled as integer values if the
2713   // corresponding integer value is "byteable".  An important case is 0.0.
2714   if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V)) {
2715     if (CFP->getType()->isFloatTy())
2716       V = ConstantExpr::getBitCast(CFP, Type::getInt32Ty(V->getContext()));
2717     if (CFP->getType()->isDoubleTy())
2718       V = ConstantExpr::getBitCast(CFP, Type::getInt64Ty(V->getContext()));
2719     // Don't handle long double formats, which have strange constraints.
2720   }
2721
2722   // We can handle constant integers that are multiple of 8 bits.
2723   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V)) {
2724     if (CI->getBitWidth() % 8 == 0) {
2725       assert(CI->getBitWidth() > 8 && "8 bits should be handled above!");
2726
2727       if (!CI->getValue().isSplat(8))
2728         return nullptr;
2729       return ConstantInt::get(V->getContext(), CI->getValue().trunc(8));
2730     }
2731   }
2732
2733   // A ConstantDataArray/Vector is splatable if all its members are equal and
2734   // also splatable.
2735   if (ConstantDataSequential *CA = dyn_cast<ConstantDataSequential>(V)) {
2736     Value *Elt = CA->getElementAsConstant(0);
2737     Value *Val = isBytewiseValue(Elt);
2738     if (!Val)
2739       return nullptr;
2740
2741     for (unsigned I = 1, E = CA->getNumElements(); I != E; ++I)
2742       if (CA->getElementAsConstant(I) != Elt)
2743         return nullptr;
2744
2745     return Val;
2746   }
2747
2748   // Conceptually, we could handle things like:
2749   //   %a = zext i8 %X to i16
2750   //   %b = shl i16 %a, 8
2751   //   %c = or i16 %a, %b
2752   // but until there is an example that actually needs this, it doesn't seem
2753   // worth worrying about.
2754   return nullptr;
2755 }
2756
2757
2758 // This is the recursive version of BuildSubAggregate. It takes a few different
2759 // arguments. Idxs is the index within the nested struct From that we are
2760 // looking at now (which is of type IndexedType). IdxSkip is the number of
2761 // indices from Idxs that should be left out when inserting into the resulting
2762 // struct. To is the result struct built so far, new insertvalue instructions
2763 // build on that.
2764 static Value *BuildSubAggregate(Value *From, Value* To, Type *IndexedType,
2765                                 SmallVectorImpl<unsigned> &Idxs,
2766                                 unsigned IdxSkip,
2767                                 Instruction *InsertBefore) {
2768   llvm::StructType *STy = dyn_cast<llvm::StructType>(IndexedType);
2769   if (STy) {
2770     // Save the original To argument so we can modify it
2771     Value *OrigTo = To;
2772     // General case, the type indexed by Idxs is a struct
2773     for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
2774       // Process each struct element recursively
2775       Idxs.push_back(i);
2776       Value *PrevTo = To;
2777       To = BuildSubAggregate(From, To, STy->getElementType(i), Idxs, IdxSkip,
2778                              InsertBefore);
2779       Idxs.pop_back();
2780       if (!To) {
2781         // Couldn't find any inserted value for this index? Cleanup
2782         while (PrevTo != OrigTo) {
2783           InsertValueInst* Del = cast<InsertValueInst>(PrevTo);
2784           PrevTo = Del->getAggregateOperand();
2785           Del->eraseFromParent();
2786         }
2787         // Stop processing elements
2788         break;
2789       }
2790     }
2791     // If we successfully found a value for each of our subaggregates
2792     if (To)
2793       return To;
2794   }
2795   // Base case, the type indexed by SourceIdxs is not a struct, or not all of
2796   // the struct's elements had a value that was inserted directly. In the latter
2797   // case, perhaps we can't determine each of the subelements individually, but
2798   // we might be able to find the complete struct somewhere.
2799
2800   // Find the value that is at that particular spot
2801   Value *V = FindInsertedValue(From, Idxs);
2802
2803   if (!V)
2804     return nullptr;
2805
2806   // Insert the value in the new (sub) aggregrate
2807   return llvm::InsertValueInst::Create(To, V, makeArrayRef(Idxs).slice(IdxSkip),
2808                                        "tmp", InsertBefore);
2809 }
2810
2811 // This helper takes a nested struct and extracts a part of it (which is again a
2812 // struct) into a new value. For example, given the struct:
2813 // { a, { b, { c, d }, e } }
2814 // and the indices "1, 1" this returns
2815 // { c, d }.
2816 //
2817 // It does this by inserting an insertvalue for each element in the resulting
2818 // struct, as opposed to just inserting a single struct. This will only work if
2819 // each of the elements of the substruct are known (ie, inserted into From by an
2820 // insertvalue instruction somewhere).
2821 //
2822 // All inserted insertvalue instructions are inserted before InsertBefore
2823 static Value *BuildSubAggregate(Value *From, ArrayRef<unsigned> idx_range,
2824                                 Instruction *InsertBefore) {
2825   assert(InsertBefore && "Must have someplace to insert!");
2826   Type *IndexedType = ExtractValueInst::getIndexedType(From->getType(),
2827                                                              idx_range);
2828   Value *To = UndefValue::get(IndexedType);
2829   SmallVector<unsigned, 10> Idxs(idx_range.begin(), idx_range.end());
2830   unsigned IdxSkip = Idxs.size();
2831
2832   return BuildSubAggregate(From, To, IndexedType, Idxs, IdxSkip, InsertBefore);
2833 }
2834
2835 /// Given an aggregrate and an sequence of indices, see if
2836 /// the scalar value indexed is already around as a register, for example if it
2837 /// were inserted directly into the aggregrate.
2838 ///
2839 /// If InsertBefore is not null, this function will duplicate (modified)
2840 /// insertvalues when a part of a nested struct is extracted.
2841 Value *llvm::FindInsertedValue(Value *V, ArrayRef<unsigned> idx_range,
2842                                Instruction *InsertBefore) {
2843   // Nothing to index? Just return V then (this is useful at the end of our
2844   // recursion).
2845   if (idx_range.empty())
2846     return V;
2847   // We have indices, so V should have an indexable type.
2848   assert((V->getType()->isStructTy() || V->getType()->isArrayTy()) &&
2849          "Not looking at a struct or array?");
2850   assert(ExtractValueInst::getIndexedType(V->getType(), idx_range) &&
2851          "Invalid indices for type?");
2852
2853   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
2854     C = C->getAggregateElement(idx_range[0]);
2855     if (!C) return nullptr;
2856     return FindInsertedValue(C, idx_range.slice(1), InsertBefore);
2857   }
2858
2859   if (InsertValueInst *I = dyn_cast<InsertValueInst>(V)) {
2860     // Loop the indices for the insertvalue instruction in parallel with the
2861     // requested indices
2862     const unsigned *req_idx = idx_range.begin();
2863     for (const unsigned *i = I->idx_begin(), *e = I->idx_end();
2864          i != e; ++i, ++req_idx) {
2865       if (req_idx == idx_range.end()) {
2866         // We can't handle this without inserting insertvalues
2867         if (!InsertBefore)
2868           return nullptr;
2869
2870         // The requested index identifies a part of a nested aggregate. Handle
2871         // this specially. For example,
2872         // %A = insertvalue { i32, {i32, i32 } } undef, i32 10, 1, 0
2873         // %B = insertvalue { i32, {i32, i32 } } %A, i32 11, 1, 1
2874         // %C = extractvalue {i32, { i32, i32 } } %B, 1
2875         // This can be changed into
2876         // %A = insertvalue {i32, i32 } undef, i32 10, 0
2877         // %C = insertvalue {i32, i32 } %A, i32 11, 1
2878         // which allows the unused 0,0 element from the nested struct to be
2879         // removed.
2880         return BuildSubAggregate(V, makeArrayRef(idx_range.begin(), req_idx),
2881                                  InsertBefore);
2882       }
2883
2884       // This insert value inserts something else than what we are looking for.
2885       // See if the (aggregate) value inserted into has the value we are
2886       // looking for, then.
2887       if (*req_idx != *i)
2888         return FindInsertedValue(I->getAggregateOperand(), idx_range,
2889                                  InsertBefore);
2890     }
2891     // If we end up here, the indices of the insertvalue match with those
2892     // requested (though possibly only partially). Now we recursively look at
2893     // the inserted value, passing any remaining indices.
2894     return FindInsertedValue(I->getInsertedValueOperand(),
2895                              makeArrayRef(req_idx, idx_range.end()),
2896                              InsertBefore);
2897   }
2898
2899   if (ExtractValueInst *I = dyn_cast<ExtractValueInst>(V)) {
2900     // If we're extracting a value from an aggregate that was extracted from
2901     // something else, we can extract from that something else directly instead.
2902     // However, we will need to chain I's indices with the requested indices.
2903
2904     // Calculate the number of indices required
2905     unsigned size = I->getNumIndices() + idx_range.size();
2906     // Allocate some space to put the new indices in
2907     SmallVector<unsigned, 5> Idxs;
2908     Idxs.reserve(size);
2909     // Add indices from the extract value instruction
2910     Idxs.append(I->idx_begin(), I->idx_end());
2911
2912     // Add requested indices
2913     Idxs.append(idx_range.begin(), idx_range.end());
2914
2915     assert(Idxs.size() == size
2916            && "Number of indices added not correct?");
2917
2918     return FindInsertedValue(I->getAggregateOperand(), Idxs, InsertBefore);
2919   }
2920   // Otherwise, we don't know (such as, extracting from a function return value
2921   // or load instruction)
2922   return nullptr;
2923 }
2924
2925 /// Analyze the specified pointer to see if it can be expressed as a base
2926 /// pointer plus a constant offset. Return the base and offset to the caller.
2927 Value *llvm::GetPointerBaseWithConstantOffset(Value *Ptr, int64_t &Offset,
2928                                               const DataLayout &DL) {
2929   unsigned BitWidth = DL.getPointerTypeSizeInBits(Ptr->getType());
2930   APInt ByteOffset(BitWidth, 0);
2931
2932   // We walk up the defs but use a visited set to handle unreachable code. In
2933   // that case, we stop after accumulating the cycle once (not that it
2934   // matters).
2935   SmallPtrSet<Value *, 16> Visited;
2936   while (Visited.insert(Ptr).second) {
2937     if (Ptr->getType()->isVectorTy())
2938       break;
2939
2940     if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr)) {
2941       // If one of the values we have visited is an addrspacecast, then
2942       // the pointer type of this GEP may be different from the type
2943       // of the Ptr parameter which was passed to this function.  This
2944       // means when we construct GEPOffset, we need to use the size
2945       // of GEP's pointer type rather than the size of the original
2946       // pointer type.
2947       APInt GEPOffset(DL.getPointerTypeSizeInBits(Ptr->getType()), 0);
2948       if (!GEP->accumulateConstantOffset(DL, GEPOffset))
2949         break;
2950
2951       ByteOffset += GEPOffset.getSExtValue();
2952
2953       Ptr = GEP->getPointerOperand();
2954     } else if (Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::BitCast ||
2955                Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::AddrSpaceCast) {
2956       Ptr = cast<Operator>(Ptr)->getOperand(0);
2957     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(Ptr)) {
2958       if (GA->isInterposable())
2959         break;
2960       Ptr = GA->getAliasee();
2961     } else {
2962       break;
2963     }
2964   }
2965   Offset = ByteOffset.getSExtValue();
2966   return Ptr;
2967 }
2968
2969 bool llvm::isGEPBasedOnPointerToString(const GEPOperator *GEP,
2970                                        unsigned CharSize) {
2971   // Make sure the GEP has exactly three arguments.
2972   if (GEP->getNumOperands() != 3)
2973     return false;
2974
2975   // Make sure the index-ee is a pointer to array of \p CharSize integers.
2976   // CharSize.
2977   ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(GEP->getSourceElementType());
2978   if (!AT || !AT->getElementType()->isIntegerTy(CharSize))
2979     return false;
2980
2981   // Check to make sure that the first operand of the GEP is an integer and
2982   // has value 0 so that we are sure we're indexing into the initializer.
2983   const ConstantInt *FirstIdx = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(1));
2984   if (!FirstIdx || !FirstIdx->isZero())
2985     return false;
2986
2987   return true;
2988 }
2989
2990 bool llvm::getConstantDataArrayInfo(const Value *V,
2991                                     ConstantDataArraySlice &Slice,
2992                                     unsigned ElementSize, uint64_t Offset) {
2993   assert(V);
2994
2995   // Look through bitcast instructions and geps.
2996   V = V->stripPointerCasts();
2997
2998   // If the value is a GEP instruction or constant expression, treat it as an
2999   // offset.
3000   if (const GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V)) {
3001     // The GEP operator should be based on a pointer to string constant, and is
3002     // indexing into the string constant.
3003     if (!isGEPBasedOnPointerToString(GEP, ElementSize))
3004       return false;
3005
3006     // If the second index isn't a ConstantInt, then this is a variable index
3007     // into the array.  If this occurs, we can't say anything meaningful about
3008     // the string.
3009     uint64_t StartIdx = 0;
3010     if (const ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(2)))
3011       StartIdx = CI->getZExtValue();
3012     else
3013       return false;
3014     return getConstantDataArrayInfo(GEP->getOperand(0), Slice, ElementSize,
3015                                     StartIdx + Offset);
3016   }
3017
3018   // The GEP instruction, constant or instruction, must reference a global
3019   // variable that is a constant and is initialized. The referenced constant
3020   // initializer is the array that we'll use for optimization.
3021   const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V);
3022   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasDefinitiveInitializer())
3023     return false;
3024
3025   const ConstantDataArray *Array;
3026   ArrayType *ArrayTy;
3027   if (GV->getInitializer()->isNullValue()) {
3028     Type *GVTy = GV->getValueType();
3029     if ( (ArrayTy = dyn_cast<ArrayType>(GVTy)) ) {
3030       // A zeroinitializer for the array; there is no ConstantDataArray.
3031       Array = nullptr;
3032     } else {
3033       const DataLayout &DL = GV->getParent()->getDataLayout();
3034       uint64_t SizeInBytes = DL.getTypeStoreSize(GVTy);
3035       uint64_t Length = SizeInBytes / (ElementSize / 8);
3036       if (Length <= Offset)
3037         return false;
3038
3039       Slice.Array = nullptr;
3040       Slice.Offset = 0;
3041       Slice.Length = Length - Offset;
3042       return true;
3043     }
3044   } else {
3045     // This must be a ConstantDataArray.
3046     Array = dyn_cast<ConstantDataArray>(GV->getInitializer());
3047     if (!Array)
3048       return false;
3049     ArrayTy = Array->getType();
3050   }
3051   if (!ArrayTy->getElementType()->isIntegerTy(ElementSize))
3052     return false;
3053
3054   uint64_t NumElts = ArrayTy->getArrayNumElements();
3055   if (Offset > NumElts)
3056     return false;
3057
3058   Slice.Array = Array;
3059   Slice.Offset = Offset;
3060   Slice.Length = NumElts - Offset;
3061   return true;
3062 }
3063
3064 /// This function computes the length of a null-terminated C string pointed to
3065 /// by V. If successful, it returns true and returns the string in Str.
3066 /// If unsuccessful, it returns false.
3067 bool llvm::getConstantStringInfo(const Value *V, StringRef &Str,
3068                                  uint64_t Offset, bool TrimAtNul) {
3069   ConstantDataArraySlice Slice;
3070   if (!getConstantDataArrayInfo(V, Slice, 8, Offset))
3071     return false;
3072
3073   if (Slice.Array == nullptr) {
3074     if (TrimAtNul) {
3075       Str = StringRef();
3076       return true;
3077     }
3078     if (Slice.Length == 1) {
3079       Str = StringRef("", 1);
3080       return true;
3081     }
3082     // We cannot instantiate a StringRef as we do not have an appropriate string
3083     // of 0s at hand.
3084     return false;
3085   }
3086
3087   // Start out with the entire array in the StringRef.
3088   Str = Slice.Array->getAsString();
3089   // Skip over 'offset' bytes.
3090   Str = Str.substr(Slice.Offset);
3091
3092   if (TrimAtNul) {
3093     // Trim off the \0 and anything after it.  If the array is not nul
3094     // terminated, we just return the whole end of string.  The client may know
3095     // some other way that the string is length-bound.
3096     Str = Str.substr(0, Str.find('\0'));
3097   }
3098   return true;
3099 }
3100
3101 // These next two are very similar to the above, but also look through PHI
3102 // nodes.
3103 // TODO: See if we can integrate these two together.
3104
3105 /// If we can compute the length of the string pointed to by
3106 /// the specified pointer, return 'len+1'.  If we can't, return 0.
3107 static uint64_t GetStringLengthH(const Value *V,
3108                                  SmallPtrSetImpl<const PHINode*> &PHIs,
3109                                  unsigned CharSize) {
3110   // Look through noop bitcast instructions.
3111   V = V->stripPointerCasts();
3112
3113   // If this is a PHI node, there are two cases: either we have already seen it
3114   // or we haven't.
3115   if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
3116     if (!PHIs.insert(PN).second)
3117       return ~0ULL;  // already in the set.
3118
3119     // If it was new, see if all the input strings are the same length.
3120     uint64_t LenSoFar = ~0ULL;
3121     for (Value *IncValue : PN->incoming_values()) {
3122       uint64_t Len = GetStringLengthH(IncValue, PHIs, CharSize);
3123       if (Len == 0) return 0; // Unknown length -> unknown.
3124
3125       if (Len == ~0ULL) continue;
3126
3127       if (Len != LenSoFar && LenSoFar != ~0ULL)
3128         return 0;    // Disagree -> unknown.
3129       LenSoFar = Len;
3130     }
3131
3132     // Success, all agree.
3133     return LenSoFar;
3134   }
3135
3136   // strlen(select(c,x,y)) -> strlen(x) ^ strlen(y)
3137   if (const SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
3138     uint64_t Len1 = GetStringLengthH(SI->getTrueValue(), PHIs, CharSize);
3139     if (Len1 == 0) return 0;
3140     uint64_t Len2 = GetStringLengthH(SI->getFalseValue(), PHIs, CharSize);
3141     if (Len2 == 0) return 0;
3142     if (Len1 == ~0ULL) return Len2;
3143     if (Len2 == ~0ULL) return Len1;
3144     if (Len1 != Len2) return 0;
3145     return Len1;
3146   }
3147
3148   // Otherwise, see if we can read the string.
3149   ConstantDataArraySlice Slice;
3150   if (!getConstantDataArrayInfo(V, Slice, CharSize))
3151     return 0;
3152
3153   if (Slice.Array == nullptr)
3154     return 1;
3155
3156   // Search for nul characters
3157   unsigned NullIndex = 0;
3158   for (unsigned E = Slice.Length; NullIndex < E; ++NullIndex) {
3159     if (Slice.Array->getElementAsInteger(Slice.Offset + NullIndex) == 0)
3160       break;
3161   }
3162
3163   return NullIndex + 1;
3164 }
3165
3166 /// If we can compute the length of the string pointed to by
3167 /// the specified pointer, return 'len+1'.  If we can't, return 0.
3168 uint64_t llvm::GetStringLength(const Value *V, unsigned CharSize) {
3169   if (!V->getType()->isPointerTy()) return 0;
3170
3171   SmallPtrSet<const PHINode*, 32> PHIs;
3172   uint64_t Len = GetStringLengthH(V, PHIs, CharSize);
3173   // If Len is ~0ULL, we had an infinite phi cycle: this is dead code, so return
3174   // an empty string as a length.
3175   return Len == ~0ULL ? 1 : Len;
3176 }
3177
3178 /// \brief \p PN defines a loop-variant pointer to an object.  Check if the
3179 /// previous iteration of the loop was referring to the same object as \p PN.
3180 static bool isSameUnderlyingObjectInLoop(const PHINode *PN,
3181                                          const LoopInfo *LI) {
3182   // Find the loop-defined value.
3183   Loop *L = LI->getLoopFor(PN->getParent());
3184   if (PN->getNumIncomingValues() != 2)
3185     return true;
3186
3187   // Find the value from previous iteration.
3188   auto *PrevValue = dyn_cast<Instruction>(PN->getIncomingValue(0));
3189   if (!PrevValue || LI->getLoopFor(PrevValue->getParent()) != L)
3190     PrevValue = dyn_cast<Instruction>(PN->getIncomingValue(1));
3191   if (!PrevValue || LI->getLoopFor(PrevValue->getParent()) != L)
3192     return true;
3193
3194   // If a new pointer is loaded in the loop, the pointer references a different
3195   // object in every iteration.  E.g.:
3196   //    for (i)
3197   //       int *p = a[i];
3198   //       ...
3199   if (auto *Load = dyn_cast<LoadInst>(PrevValue))
3200     if (!L->isLoopInvariant(Load->getPointerOperand()))
3201       return false;
3202   return true;
3203 }
3204
3205 Value *llvm::GetUnderlyingObject(Value *V, const DataLayout &DL,
3206                                  unsigned MaxLookup) {
3207   if (!V->getType()->isPointerTy())
3208     return V;
3209   for (unsigned Count = 0; MaxLookup == 0 || Count < MaxLookup; ++Count) {
3210     if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V)) {
3211       V = GEP->getPointerOperand();
3212     } else if (Operator::getOpcode(V) == Instruction::BitCast ||
3213                Operator::getOpcode(V) == Instruction::AddrSpaceCast) {
3214       V = cast<Operator>(V)->getOperand(0);
3215     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V)) {
3216       if (GA->isInterposable())
3217         return V;
3218       V = GA->getAliasee();
3219     } else if (isa<AllocaInst>(V)) {
3220       // An alloca can't be further simplified.
3221       return V;
3222     } else {
3223       if (auto CS = CallSite(V))
3224         if (Value *RV = CS.getReturnedArgOperand()) {
3225           V = RV;
3226           continue;
3227         }
3228
3229       // See if InstructionSimplify knows any relevant tricks.
3230       if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
3231         // TODO: Acquire a DominatorTree and AssumptionCache and use them.
3232         if (Value *Simplified = SimplifyInstruction(I, {DL, I})) {
3233           V = Simplified;
3234           continue;
3235         }
3236
3237       return V;
3238     }
3239     assert(V->getType()->isPointerTy() && "Unexpected operand type!");
3240   }
3241   return V;
3242 }
3243
3244 void llvm::GetUnderlyingObjects(Value *V, SmallVectorImpl<Value *> &Objects,
3245                                 const DataLayout &DL, LoopInfo *LI,
3246                                 unsigned MaxLookup) {
3247   SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
3248   SmallVector<Value *, 4> Worklist;
3249   Worklist.push_back(V);
3250   do {
3251     Value *P = Worklist.pop_back_val();
3252     P = GetUnderlyingObject(P, DL, MaxLookup);
3253
3254     if (!Visited.insert(P).second)
3255       continue;
3256
3257     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(P)) {
3258       Worklist.push_back(SI->getTrueValue());
3259       Worklist.push_back(SI->getFalseValue());
3260       continue;
3261     }
3262
3263     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(P)) {
3264       // If this PHI changes the underlying object in every iteration of the
3265       // loop, don't look through it.  Consider:
3266       //   int **A;
3267       //   for (i) {
3268       //     Prev = Curr;     // Prev = PHI (Prev_0, Curr)
3269       //     Curr = A[i];
3270       //     *Prev, *Curr;
3271       //
3272       // Prev is tracking Curr one iteration behind so they refer to different
3273       // underlying objects.
3274       if (!LI || !LI->isLoopHeader(PN->getParent()) ||
3275           isSameUnderlyingObjectInLoop(PN, LI))
3276         for (Value *IncValue : PN->incoming_values())
3277           Worklist.push_back(IncValue);
3278       continue;
3279     }
3280
3281     Objects.push_back(P);
3282   } while (!Worklist.empty());
3283 }
3284
3285 /// Return true if the only users of this pointer are lifetime markers.
3286 bool llvm::onlyUsedByLifetimeMarkers(const Value *V) {
3287   for (const User *U : V->users()) {
3288     const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U);
3289     if (!II) return false;
3290
3291     if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
3292         II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
3293       return false;
3294   }
3295   return true;
3296 }
3297
3298 bool llvm::isSafeToSpeculativelyExecute(const Value *V,
3299                                         const Instruction *CtxI,
3300                                         const DominatorTree *DT) {
3301   const Operator *Inst = dyn_cast<Operator>(V);
3302   if (!Inst)
3303     return false;
3304
3305   for (unsigned i = 0, e = Inst->getNumOperands(); i != e; ++i)
3306     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Inst->getOperand(i)))
3307       if (C->canTrap())
3308         return false;
3309
3310   switch (Inst->getOpcode()) {
3311   default:
3312     return true;
3313   case Instruction::UDiv:
3314   case Instruction::URem: {
3315     // x / y is undefined if y == 0.
3316     const APInt *V;
3317     if (match(Inst->getOperand(1), m_APInt(V)))
3318       return *V != 0;
3319     return false;
3320   }
3321   case Instruction::SDiv:
3322   case Instruction::SRem: {
3323     // x / y is undefined if y == 0 or x == INT_MIN and y == -1
3324     const APInt *Numerator, *Denominator;
3325     if (!match(Inst->getOperand(1), m_APInt(Denominator)))
3326       return false;
3327     // We cannot hoist this division if the denominator is 0.
3328     if (*Denominator == 0)
3329       return false;
3330     // It's safe to hoist if the denominator is not 0 or -1.
3331     if (*Denominator != -1)
3332       return true;
3333     // At this point we know that the denominator is -1.  It is safe to hoist as
3334     // long we know that the numerator is not INT_MIN.
3335     if (match(Inst->getOperand(0), m_APInt(Numerator)))
3336       return !Numerator->isMinSignedValue();
3337     // The numerator *might* be MinSignedValue.
3338     return false;
3339   }
3340   case Instruction::Load: {
3341     const LoadInst *LI = cast<LoadInst>(Inst);
3342     if (!LI->isUnordered() ||
3343         // Speculative load may create a race that did not exist in the source.
3344         LI->getFunction()->hasFnAttribute(Attribute::SanitizeThread) ||
3345         // Speculative load may load data from dirty regions.
3346         LI->getFunction()->hasFnAttribute(Attribute::SanitizeAddress))
3347       return false;
3348     const DataLayout &DL = LI->getModule()->getDataLayout();
3349     return isDereferenceableAndAlignedPointer(LI->getPointerOperand(),
3350                                               LI->getAlignment(), DL, CtxI, DT);
3351   }
3352   case Instruction::Call: {
3353     auto *CI = cast<const CallInst>(Inst);
3354     const Function *Callee = CI->getCalledFunction();
3355
3356     // The called function could have undefined behavior or side-effects, even
3357     // if marked readnone nounwind.
3358     return Callee && Callee->isSpeculatable();
3359   }
3360   case Instruction::VAArg:
3361   case Instruction::Alloca:
3362   case Instruction::Invoke:
3363   case Instruction::PHI:
3364   case Instruction::Store:
3365   case Instruction::Ret:
3366   case Instruction::Br:
3367   case Instruction::IndirectBr:
3368   case Instruction::Switch:
3369   case Instruction::Unreachable:
3370   case Instruction::Fence:
3371   case Instruction::AtomicRMW:
3372   case Instruction::AtomicCmpXchg:
3373   case Instruction::LandingPad:
3374   case Instruction::Resume:
3375   case Instruction::CatchSwitch:
3376   case Instruction::CatchPad:
3377   case Instruction::CatchRet:
3378   case Instruction::CleanupPad:
3379   case Instruction::CleanupRet:
3380     return false; // Misc instructions which have effects
3381   }
3382 }
3383
3384 bool llvm::mayBeMemoryDependent(const Instruction &I) {
3385   return I.mayReadOrWriteMemory() || !isSafeToSpeculativelyExecute(&I);
3386 }
3387
3388 /// Return true if we know that the specified value is never null.
3389 bool llvm::isKnownNonNull(const Value *V) {
3390   assert(V->getType()->isPointerTy() && "V must be pointer type");
3391
3392   // Alloca never returns null, malloc might.
3393   if (isa<AllocaInst>(V)) return true;
3394
3395   // A byval, inalloca, or nonnull argument is never null.
3396   if (const Argument *A = dyn_cast<Argument>(V))
3397     return A->hasByValOrInAllocaAttr() || A->hasNonNullAttr();
3398
3399   // A global variable in address space 0 is non null unless extern weak
3400   // or an absolute symbol reference. Other address spaces may have null as a
3401   // valid address for a global, so we can't assume anything.
3402   if (const GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(V))
3403     return !GV->isAbsoluteSymbolRef() && !GV->hasExternalWeakLinkage() &&
3404            GV->getType()->getAddressSpace() == 0;
3405
3406   // A Load tagged with nonnull metadata is never null.
3407   if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(V))
3408     return LI->getMetadata(LLVMContext::MD_nonnull);
3409
3410   if (auto CS = ImmutableCallSite(V))
3411     if (CS.isReturnNonNull())
3412       return true;
3413
3414   return false;
3415 }
3416
3417 static bool isKnownNonNullFromDominatingCondition(const Value *V,
3418                                                   const Instruction *CtxI,
3419                                                   const DominatorTree *DT) {
3420   assert(V->getType()->isPointerTy() && "V must be pointer type");
3421   assert(!isa<ConstantData>(V) && "Did not expect ConstantPointerNull");
3422   assert(CtxI && "Context instruction required for analysis");
3423   assert(DT && "Dominator tree required for analysis");
3424
3425   unsigned NumUsesExplored = 0;
3426   for (auto *U : V->users()) {
3427     // Avoid massive lists
3428     if (NumUsesExplored >= DomConditionsMaxUses)
3429       break;
3430     NumUsesExplored++;
3431
3432     // If the value is used as an argument to a call or invoke, then argument
3433     // attributes may provide an answer about null-ness.
3434     if (auto CS = ImmutableCallSite(U))
3435       if (auto *CalledFunc = CS.getCalledFunction())
3436         for (const Argument &Arg : CalledFunc->args())
3437           if (CS.getArgOperand(Arg.getArgNo()) == V &&
3438               Arg.hasNonNullAttr() && DT->dominates(CS.getInstruction(), CtxI))
3439             return true;
3440
3441     // Consider only compare instructions uniquely controlling a branch
3442     CmpInst::Predicate Pred;
3443     if (!match(const_cast<User *>(U),
3444                m_c_ICmp(Pred, m_Specific(V), m_Zero())) ||
3445         (Pred != ICmpInst::ICMP_EQ && Pred != ICmpInst::ICMP_NE))
3446       continue;
3447
3448     for (auto *CmpU : U->users()) {
3449       if (const BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(CmpU)) {
3450         assert(BI->isConditional() && "uses a comparison!");
3451
3452         BasicBlock *NonNullSuccessor =
3453             BI->getSuccessor(Pred == ICmpInst::ICMP_EQ ? 1 : 0);
3454         BasicBlockEdge Edge(BI->getParent(), NonNullSuccessor);
3455         if (Edge.isSingleEdge() && DT->dominates(Edge, CtxI->getParent()))
3456           return true;
3457       } else if (Pred == ICmpInst::ICMP_NE &&
3458                  match(CmpU, m_Intrinsic<Intrinsic::experimental_guard>()) &&
3459                  DT->dominates(cast<Instruction>(CmpU), CtxI)) {
3460         return true;
3461       }
3462     }
3463   }
3464
3465   return false;
3466 }
3467
3468 bool llvm::isKnownNonNullAt(const Value *V, const Instruction *CtxI,
3469                             const DominatorTree *DT) {
3470   if (isa<ConstantPointerNull>(V) || isa<UndefValue>(V))
3471     return false;
3472
3473   if (isKnownNonNull(V))
3474     return true;
3475
3476   if (!CtxI || !DT)
3477     return false;
3478
3479   return ::isKnownNonNullFromDominatingCondition(V, CtxI, DT);
3480 }
3481
3482 OverflowResult llvm::computeOverflowForUnsignedMul(const Value *LHS,
3483                                                    const Value *RHS,
3484                                                    const DataLayout &DL,
3485                                                    AssumptionCache *AC,
3486                                                    const Instruction *CxtI,
3487                                                    const DominatorTree *DT) {
3488   // Multiplying n * m significant bits yields a result of n + m significant
3489   // bits. If the total number of significant bits does not exceed the
3490   // result bit width (minus 1), there is no overflow.
3491   // This means if we have enough leading zero bits in the operands
3492   // we can guarantee that the result does not overflow.
3493   // Ref: "Hacker's Delight" by Henry Warren
3494   unsigned BitWidth = LHS->getType()->getScalarSizeInBits();
3495   KnownBits LHSKnown(BitWidth);
3496   KnownBits RHSKnown(BitWidth);
3497   computeKnownBits(LHS, LHSKnown, DL, /*Depth=*/0, AC, CxtI, DT);
3498   computeKnownBits(RHS, RHSKnown, DL, /*Depth=*/0, AC, CxtI, DT);
3499   // Note that underestimating the number of zero bits gives a more
3500   // conservative answer.
3501   unsigned ZeroBits = LHSKnown.countMinLeadingZeros() +
3502                       RHSKnown.countMinLeadingZeros();
3503   // First handle the easy case: if we have enough zero bits there's
3504   // definitely no overflow.
3505   if (ZeroBits >= BitWidth)
3506     return OverflowResult::NeverOverflows;
3507
3508   // Get the largest possible values for each operand.
3509   APInt LHSMax = ~LHSKnown.Zero;
3510   APInt RHSMax = ~RHSKnown.Zero;
3511
3512   // We know the multiply operation doesn't overflow if the maximum values for
3513   // each operand will not overflow after we multiply them together.
3514   bool MaxOverflow;
3515   (void)LHSMax.umul_ov(RHSMax, MaxOverflow);
3516   if (!MaxOverflow)
3517     return OverflowResult::NeverOverflows;
3518
3519   // We know it always overflows if multiplying the smallest possible values for
3520   // the operands also results in overflow.
3521   bool MinOverflow;
3522   (void)LHSKnown.One.umul_ov(RHSKnown.One, MinOverflow);
3523   if (MinOverflow)
3524     return OverflowResult::AlwaysOverflows;
3525
3526   return OverflowResult::MayOverflow;
3527 }
3528
3529 OverflowResult llvm::computeOverflowForUnsignedAdd(const Value *LHS,
3530                                                    const Value *RHS,
3531                                                    const DataLayout &DL,
3532                                                    AssumptionCache *AC,
3533                                                    const Instruction *CxtI,
3534                                                    const DominatorTree *DT) {
3535   KnownBits LHSKnown = computeKnownBits(LHS, DL, /*Depth=*/0, AC, CxtI, DT);
3536   if (LHSKnown.isNonNegative() || LHSKnown.isNegative()) {
3537     KnownBits RHSKnown = computeKnownBits(RHS, DL, /*Depth=*/0, AC, CxtI, DT);
3538
3539     if (LHSKnown.isNegative() && RHSKnown.isNegative()) {
3540       // The sign bit is set in both cases: this MUST overflow.
3541       // Create a simple add instruction, and insert it into the struct.
3542       return OverflowResult::AlwaysOverflows;
3543     }
3544
3545     if (LHSKnown.isNonNegative() && RHSKnown.isNonNegative()) {
3546       // The sign bit is clear in both cases: this CANNOT overflow.
3547       // Create a simple add instruction, and insert it into the struct.
3548       return OverflowResult::NeverOverflows;
3549     }
3550   }
3551
3552   return OverflowResult::MayOverflow;
3553 }
3554
3555 /// \brief Return true if we can prove that adding the two values of the
3556 /// knownbits will not overflow.
3557 /// Otherwise return false.
3558 static bool checkRippleForSignedAdd(const KnownBits &LHSKnown,
3559                                     const KnownBits &RHSKnown) {
3560   // Addition of two 2's complement numbers having opposite signs will never
3561   // overflow.
3562   if ((LHSKnown.isNegative() && RHSKnown.isNonNegative()) ||
3563       (LHSKnown.isNonNegative() && RHSKnown.isNegative()))
3564     return true;
3565
3566   // If either of the values is known to be non-negative, adding them can only
3567   // overflow if the second is also non-negative, so we can assume that.
3568   // Two non-negative numbers will only overflow if there is a carry to the 
3569   // sign bit, so we can check if even when the values are as big as possible
3570   // there is no overflow to the sign bit.
3571   if (LHSKnown.isNonNegative() || RHSKnown.isNonNegative()) {
3572     APInt MaxLHS = ~LHSKnown.Zero;
3573     MaxLHS.clearSignBit();
3574     APInt MaxRHS = ~RHSKnown.Zero;
3575     MaxRHS.clearSignBit();
3576     APInt Result = std::move(MaxLHS) + std::move(MaxRHS);
3577     return Result.isSignBitClear();
3578   }
3579
3580   // If either of the values is known to be negative, adding them can only
3581   // overflow if the second is also negative, so we can assume that.
3582   // Two negative number will only overflow if there is no carry to the sign
3583   // bit, so we can check if even when the values are as small as possible
3584   // there is overflow to the sign bit.
3585   if (LHSKnown.isNegative() || RHSKnown.isNegative()) {
3586     APInt MinLHS = LHSKnown.One;
3587     MinLHS.clearSignBit();
3588     APInt MinRHS = RHSKnown.One;
3589     MinRHS.clearSignBit();
3590     APInt Result = std::move(MinLHS) + std::move(MinRHS);
3591     return Result.isSignBitSet();
3592   }
3593
3594   // If we reached here it means that we know nothing about the sign bits.
3595   // In this case we can't know if there will be an overflow, since by 
3596   // changing the sign bits any two values can be made to overflow.
3597   return false;
3598 }
3599
3600 static OverflowResult computeOverflowForSignedAdd(const Value *LHS,
3601                                                   const Value *RHS,
3602                                                   const AddOperator *Add,
3603                                                   const DataLayout &DL,
3604                                                   AssumptionCache *AC,
3605                                                   const Instruction *CxtI,
3606                                                   const DominatorTree *DT) {
3607   if (Add && Add->hasNoSignedWrap()) {
3608     return OverflowResult::NeverOverflows;
3609   }
3610
3611   // If LHS and RHS each have at least two sign bits, the addition will look
3612   // like
3613   //
3614   // XX..... +
3615   // YY.....
3616   //
3617   // If the carry into the most significant position is 0, X and Y can't both
3618   // be 1 and therefore the carry out of the addition is also 0.
3619   //
3620   // If the carry into the most significant position is 1, X and Y can't both
3621   // be 0 and therefore the carry out of the addition is also 1.
3622   //
3623   // Since the carry into the most significant position is always equal to
3624   // the carry out of the addition, there is no signed overflow.
3625   if (ComputeNumSignBits(LHS, DL, 0, AC, CxtI, DT) > 1 &&
3626       ComputeNumSignBits(RHS, DL, 0, AC, CxtI, DT) > 1)
3627     return OverflowResult::NeverOverflows;
3628
3629   KnownBits LHSKnown = computeKnownBits(LHS, DL, /*Depth=*/0, AC, CxtI, DT);
3630   KnownBits RHSKnown = computeKnownBits(RHS, DL, /*Depth=*/0, AC, CxtI, DT);
3631
3632   if (checkRippleForSignedAdd(LHSKnown, RHSKnown))
3633     return OverflowResult::NeverOverflows;
3634
3635   // The remaining code needs Add to be available. Early returns if not so.
3636   if (!Add)
3637     return OverflowResult::MayOverflow;
3638
3639   // If the sign of Add is the same as at least one of the operands, this add
3640   // CANNOT overflow. This is particularly useful when the sum is
3641   // @llvm.assume'ed non-negative rather than proved so from analyzing its
3642   // operands.
3643   bool LHSOrRHSKnownNonNegative =
3644       (LHSKnown.isNonNegative() || RHSKnown.isNonNegative());
3645   bool LHSOrRHSKnownNegative = 
3646       (LHSKnown.isNegative() || RHSKnown.isNegative());
3647   if (LHSOrRHSKnownNonNegative || LHSOrRHSKnownNegative) {
3648     KnownBits AddKnown = computeKnownBits(Add, DL, /*Depth=*/0, AC, CxtI, DT);
3649     if ((AddKnown.isNonNegative() && LHSOrRHSKnownNonNegative) ||
3650         (AddKnown.isNegative() && LHSOrRHSKnownNegative)) {
3651       return OverflowResult::NeverOverflows;
3652     }
3653   }
3654
3655   return OverflowResult::MayOverflow;
3656 }
3657
3658 bool llvm::isOverflowIntrinsicNoWrap(const IntrinsicInst *II,
3659                                      const DominatorTree &DT) {
3660 #ifndef NDEBUG
3661   auto IID = II->getIntrinsicID();
3662   assert((IID == Intrinsic::sadd_with_overflow ||
3663           IID == Intrinsic::uadd_with_overflow ||
3664           IID == Intrinsic::ssub_with_overflow ||
3665           IID == Intrinsic::usub_with_overflow ||
3666           IID == Intrinsic::smul_with_overflow ||
3667           IID == Intrinsic::umul_with_overflow) &&
3668          "Not an overflow intrinsic!");
3669 #endif
3670
3671   SmallVector<const BranchInst *, 2> GuardingBranches;
3672   SmallVector<const ExtractValueInst *, 2> Results;
3673
3674   for (const User *U : II->users()) {
3675     if (const auto *EVI = dyn_cast<ExtractValueInst>(U)) {
3676       assert(EVI->getNumIndices() == 1 && "Obvious from CI's type");
3677
3678       if (EVI->getIndices()[0] == 0)
3679         Results.push_back(EVI);
3680       else {
3681         assert(EVI->getIndices()[0] == 1 && "Obvious from CI's type");
3682
3683         for (const auto *U : EVI->users())
3684           if (const auto *B = dyn_cast<BranchInst>(U)) {
3685             assert(B->isConditional() && "How else is it using an i1?");
3686             GuardingBranches.push_back(B);
3687           }
3688       }
3689     } else {
3690       // We are using the aggregate directly in a way we don't want to analyze
3691       // here (storing it to a global, say).
3692       return false;
3693     }
3694   }
3695
3696   auto AllUsesGuardedByBranch = [&](const BranchInst *BI) {
3697     BasicBlockEdge NoWrapEdge(BI->getParent(), BI->getSuccessor(1));
3698     if (!NoWrapEdge.isSingleEdge())
3699       return false;
3700
3701     // Check if all users of the add are provably no-wrap.
3702     for (const auto *Result : Results) {
3703       // If the extractvalue itself is not executed on overflow, the we don't
3704       // need to check each use separately, since domination is transitive.
3705       if (DT.dominates(NoWrapEdge, Result->getParent()))
3706         continue;
3707
3708       for (auto &RU : Result->uses())
3709         if (!DT.dominates(NoWrapEdge, RU))
3710           return false;
3711     }
3712
3713     return true;
3714   };
3715
3716   return any_of(GuardingBranches, AllUsesGuardedByBranch);
3717 }
3718
3719
3720 OverflowResult llvm::computeOverflowForSignedAdd(const AddOperator *Add,
3721                                                  const DataLayout &DL,
3722                                                  AssumptionCache *AC,
3723                                                  const Instruction *CxtI,
3724                                                  const DominatorTree *DT) {
3725   return ::computeOverflowForSignedAdd(Add->getOperand(0), Add->getOperand(1),
3726                                        Add, DL, AC, CxtI, DT);
3727 }
3728
3729 OverflowResult llvm::computeOverflowForSignedAdd(const Value *LHS,
3730                                                  const Value *RHS,
3731                                                  const DataLayout &DL,
3732                                                  AssumptionCache *AC,
3733                                                  const Instruction *CxtI,
3734                                                  const DominatorTree *DT) {
3735   return ::computeOverflowForSignedAdd(LHS, RHS, nullptr, DL, AC, CxtI, DT);
3736 }
3737
3738 bool llvm::isGuaranteedToTransferExecutionToSuccessor(const Instruction *I) {
3739   // A memory operation returns normally if it isn't volatile. A volatile
3740   // operation is allowed to trap.
3741   //
3742   // An atomic operation isn't guaranteed to return in a reasonable amount of
3743   // time because it's possible for another thread to interfere with it for an
3744   // arbitrary length of time, but programs aren't allowed to rely on that.
3745   if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
3746     return !LI->isVolatile();
3747   if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I))
3748     return !SI->isVolatile();
3749   if (const AtomicCmpXchgInst *CXI = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(I))
3750     return !CXI->isVolatile();
3751   if (const AtomicRMWInst *RMWI = dyn_cast<AtomicRMWInst>(I))
3752     return !RMWI->isVolatile();
3753   if (const MemIntrinsic *MII = dyn_cast<MemIntrinsic>(I))
3754     return !MII->isVolatile();
3755
3756   // If there is no successor, then execution can't transfer to it.
3757   if (const auto *CRI = dyn_cast<CleanupReturnInst>(I))
3758     return !CRI->unwindsToCaller();
3759   if (const auto *CatchSwitch = dyn_cast<CatchSwitchInst>(I))
3760     return !CatchSwitch->unwindsToCaller();
3761   if (isa<ResumeInst>(I))
3762     return false;
3763   if (isa<ReturnInst>(I))
3764     return false;
3765   if (isa<UnreachableInst>(I))
3766     return false;
3767
3768   // Calls can throw, or contain an infinite loop, or kill the process.
3769   if (auto CS = ImmutableCallSite(I)) {
3770     // Call sites that throw have implicit non-local control flow.
3771     if (!CS.doesNotThrow())
3772       return false;
3773
3774     // Non-throwing call sites can loop infinitely, call exit/pthread_exit
3775     // etc. and thus not return.  However, LLVM already assumes that
3776     //
3777     //  - Thread exiting actions are modeled as writes to memory invisible to
3778     //    the program.
3779     //
3780     //  - Loops that don't have side effects (side effects are volatile/atomic
3781     //    stores and IO) always terminate (see http://llvm.org/PR965).
3782     //    Furthermore IO itself is also modeled as writes to memory invisible to
3783     //    the program.
3784     //
3785     // We rely on those assumptions here, and use the memory effects of the call
3786     // target as a proxy for checking that it always returns.
3787
3788     // FIXME: This isn't aggressive enough; a call which only writes to a global
3789     // is guaranteed to return.
3790     return CS.onlyReadsMemory() || CS.onlyAccessesArgMemory() ||
3791            match(I, m_Intrinsic<Intrinsic::assume>());
3792   }
3793
3794   // Other instructions return normally.
3795   return true;
3796 }
3797
3798 bool llvm::isGuaranteedToExecuteForEveryIteration(const Instruction *I,
3799                                                   const Loop *L) {
3800   // The loop header is guaranteed to be executed for every iteration.
3801   //
3802   // FIXME: Relax this constraint to cover all basic blocks that are
3803   // guaranteed to be executed at every iteration.
3804   if (I->getParent() != L->getHeader()) return false;
3805
3806   for (const Instruction &LI : *L->getHeader()) {
3807     if (&LI == I) return true;
3808     if (!isGuaranteedToTransferExecutionToSuccessor(&LI)) return false;
3809   }
3810   llvm_unreachable("Instruction not contained in its own parent basic block.");
3811 }
3812
3813 bool llvm::propagatesFullPoison(const Instruction *I) {
3814   switch (I->getOpcode()) {
3815   case Instruction::Add:
3816   case Instruction::Sub:
3817   case Instruction::Xor:
3818   case Instruction::Trunc:
3819   case Instruction::BitCast:
3820   case Instruction::AddrSpaceCast:
3821   case Instruction::Mul:
3822   case Instruction::Shl:
3823   case Instruction::GetElementPtr:
3824     // These operations all propagate poison unconditionally. Note that poison
3825     // is not any particular value, so xor or subtraction of poison with
3826     // itself still yields poison, not zero.
3827     return true;
3828
3829   case Instruction::AShr:
3830   case Instruction::SExt:
3831     // For these operations, one bit of the input is replicated across
3832     // multiple output bits. A replicated poison bit is still poison.
3833     return true;
3834
3835   case Instruction::ICmp:
3836     // Comparing poison with any value yields poison.  This is why, for
3837     // instance, x s< (x +nsw 1) can be folded to true.
3838     return true;
3839
3840   default:
3841     return false;
3842   }
3843 }
3844
3845 const Value *llvm::getGuaranteedNonFullPoisonOp(const Instruction *I) {
3846   switch (I->getOpcode()) {
3847     case Instruction::Store:
3848       return cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand();
3849
3850     case Instruction::Load:
3851       return cast<LoadInst>(I)->getPointerOperand();
3852
3853     case Instruction::AtomicCmpXchg:
3854       return cast<AtomicCmpXchgInst>(I)->getPointerOperand();
3855
3856     case Instruction::AtomicRMW:
3857       return cast<AtomicRMWInst>(I)->getPointerOperand();
3858
3859     case Instruction::UDiv:
3860     case Instruction::SDiv:
3861     case Instruction::URem:
3862     case Instruction::SRem:
3863       return I->getOperand(1);
3864
3865     default:
3866       return nullptr;
3867   }
3868 }
3869
3870 bool llvm::programUndefinedIfFullPoison(const Instruction *PoisonI) {
3871   // We currently only look for uses of poison values within the same basic
3872   // block, as that makes it easier to guarantee that the uses will be
3873   // executed given that PoisonI is executed.
3874   //
3875   // FIXME: Expand this to consider uses beyond the same basic block. To do
3876   // this, look out for the distinction between post-dominance and strong
3877   // post-dominance.
3878   const BasicBlock *BB = PoisonI->getParent();
3879
3880   // Set of instructions that we have proved will yield poison if PoisonI
3881   // does.
3882   SmallSet<const Value *, 16> YieldsPoison;
3883   SmallSet<const BasicBlock *, 4> Visited;
3884   YieldsPoison.insert(PoisonI);
3885   Visited.insert(PoisonI->getParent());
3886
3887   BasicBlock::const_iterator Begin = PoisonI->getIterator(), End = BB->end();
3888
3889   unsigned Iter = 0;
3890   while (Iter++ < MaxDepth) {
3891     for (auto &I : make_range(Begin, End)) {
3892       if (&I != PoisonI) {
3893         const Value *NotPoison = getGuaranteedNonFullPoisonOp(&I);
3894         if (NotPoison != nullptr && YieldsPoison.count(NotPoison))
3895           return true;
3896         if (!isGuaranteedToTransferExecutionToSuccessor(&I))
3897           return false;
3898       }
3899
3900       // Mark poison that propagates from I through uses of I.
3901       if (YieldsPoison.count(&I)) {
3902         for (const User *User : I.users()) {
3903           const Instruction *UserI = cast<Instruction>(User);
3904           if (propagatesFullPoison(UserI))
3905             YieldsPoison.insert(User);
3906         }
3907       }
3908     }
3909
3910     if (auto *NextBB = BB->getSingleSuccessor()) {
3911       if (Visited.insert(NextBB).second) {
3912         BB = NextBB;
3913         Begin = BB->getFirstNonPHI()->getIterator();
3914         End = BB->end();
3915         continue;
3916       }
3917     }
3918
3919     break;
3920   };
3921   return false;
3922 }
3923
3924 static bool isKnownNonNaN(const Value *V, FastMathFlags FMF) {
3925   if (FMF.noNaNs())
3926     return true;
3927
3928   if (auto *C = dyn_cast<ConstantFP>(V))
3929     return !C->isNaN();
3930   return false;
3931 }
3932
3933 static bool isKnownNonZero(const Value *V) {
3934   if (auto *C = dyn_cast<ConstantFP>(V))
3935     return !C->isZero();
3936   return false;
3937 }
3938
3939 /// Match non-obvious integer minimum and maximum sequences.
3940 static SelectPatternResult matchMinMax(CmpInst::Predicate Pred,
3941                                        Value *CmpLHS, Value *CmpRHS,
3942                                        Value *TrueVal, Value *FalseVal,
3943                                        Value *&LHS, Value *&RHS) {
3944   // Assume success. If there's no match, callers should not use these anyway.
3945   LHS = TrueVal;
3946   RHS = FalseVal;
3947
3948   // Recognize variations of:
3949   // CLAMP(v,l,h) ==> ((v) < (l) ? (l) : ((v) > (h) ? (h) : (v)))
3950   const APInt *C1;
3951   if (CmpRHS == TrueVal && match(CmpRHS, m_APInt(C1))) {
3952     const APInt *C2;
3953
3954     // (X <s C1) ? C1 : SMIN(X, C2) ==> SMAX(SMIN(X, C2), C1)
3955     if (match(FalseVal, m_SMin(m_Specific(CmpLHS), m_APInt(C2))) &&
3956         C1->slt(*C2) && Pred == CmpInst::ICMP_SLT)
3957       return {SPF_SMAX, SPNB_NA, false};
3958
3959     // (X >s C1) ? C1 : SMAX(X, C2) ==> SMIN(SMAX(X, C2), C1)
3960     if (match(FalseVal, m_SMax(m_Specific(CmpLHS), m_APInt(C2))) &&
3961         C1->sgt(*C2) && Pred == CmpInst::ICMP_SGT)
3962       return {SPF_SMIN, SPNB_NA, false};
3963
3964     // (X <u C1) ? C1 : UMIN(X, C2) ==> UMAX(UMIN(X, C2), C1)
3965     if (match(FalseVal, m_UMin(m_Specific(CmpLHS), m_APInt(C2))) &&
3966         C1->ult(*C2) && Pred == CmpInst::ICMP_ULT)
3967       return {SPF_UMAX, SPNB_NA, false};
3968
3969     // (X >u C1) ? C1 : UMAX(X, C2) ==> UMIN(UMAX(X, C2), C1)
3970     if (match(FalseVal, m_UMax(m_Specific(CmpLHS), m_APInt(C2))) &&
3971         C1->ugt(*C2) && Pred == CmpInst::ICMP_UGT)
3972       return {SPF_UMIN, SPNB_NA, false};
3973   }
3974
3975   if (Pred != CmpInst::ICMP_SGT && Pred != CmpInst::ICMP_SLT)
3976     return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
3977
3978   // Z = X -nsw Y
3979   // (X >s Y) ? 0 : Z ==> (Z >s 0) ? 0 : Z ==> SMIN(Z, 0)
3980   // (X <s Y) ? 0 : Z ==> (Z <s 0) ? 0 : Z ==> SMAX(Z, 0)
3981   if (match(TrueVal, m_Zero()) &&
3982       match(FalseVal, m_NSWSub(m_Specific(CmpLHS), m_Specific(CmpRHS))))
3983     return {Pred == CmpInst::ICMP_SGT ? SPF_SMIN : SPF_SMAX, SPNB_NA, false};
3984
3985   // Z = X -nsw Y
3986   // (X >s Y) ? Z : 0 ==> (Z >s 0) ? Z : 0 ==> SMAX(Z, 0)
3987   // (X <s Y) ? Z : 0 ==> (Z <s 0) ? Z : 0 ==> SMIN(Z, 0)
3988   if (match(FalseVal, m_Zero()) &&
3989       match(TrueVal, m_NSWSub(m_Specific(CmpLHS), m_Specific(CmpRHS))))
3990     return {Pred == CmpInst::ICMP_SGT ? SPF_SMAX : SPF_SMIN, SPNB_NA, false};
3991
3992   if (!match(CmpRHS, m_APInt(C1)))
3993     return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
3994
3995   // An unsigned min/max can be written with a signed compare.
3996   const APInt *C2;
3997   if ((CmpLHS == TrueVal && match(FalseVal, m_APInt(C2))) ||
3998       (CmpLHS == FalseVal && match(TrueVal, m_APInt(C2)))) {
3999     // Is the sign bit set?
4000     // (X <s 0) ? X : MAXVAL ==> (X >u MAXVAL) ? X : MAXVAL ==> UMAX
4001     // (X <s 0) ? MAXVAL : X ==> (X >u MAXVAL) ? MAXVAL : X ==> UMIN
4002     if (Pred == CmpInst::ICMP_SLT && *C1 == 0 && C2->isMaxSignedValue())
4003       return {CmpLHS == TrueVal ? SPF_UMAX : SPF_UMIN, SPNB_NA, false};
4004
4005     // Is the sign bit clear?
4006     // (X >s -1) ? MINVAL : X ==> (X <u MINVAL) ? MINVAL : X ==> UMAX
4007     // (X >s -1) ? X : MINVAL ==> (X <u MINVAL) ? X : MINVAL ==> UMIN
4008     if (Pred == CmpInst::ICMP_SGT && C1->isAllOnesValue() &&
4009         C2->isMinSignedValue())
4010       return {CmpLHS == FalseVal ? SPF_UMAX : SPF_UMIN, SPNB_NA, false};
4011   }
4012
4013   // Look through 'not' ops to find disguised signed min/max.
4014   // (X >s C) ? ~X : ~C ==> (~X <s ~C) ? ~X : ~C ==> SMIN(~X, ~C)
4015   // (X <s C) ? ~X : ~C ==> (~X >s ~C) ? ~X : ~C ==> SMAX(~X, ~C)
4016   if (match(TrueVal, m_Not(m_Specific(CmpLHS))) &&
4017       match(FalseVal, m_APInt(C2)) && ~(*C1) == *C2)
4018     return {Pred == CmpInst::ICMP_SGT ? SPF_SMIN : SPF_SMAX, SPNB_NA, false};
4019
4020   // (X >s C) ? ~C : ~X ==> (~X <s ~C) ? ~C : ~X ==> SMAX(~C, ~X)
4021   // (X <s C) ? ~C : ~X ==> (~X >s ~C) ? ~C : ~X ==> SMIN(~C, ~X)
4022   if (match(FalseVal, m_Not(m_Specific(CmpLHS))) &&
4023       match(TrueVal, m_APInt(C2)) && ~(*C1) == *C2)
4024     return {Pred == CmpInst::ICMP_SGT ? SPF_SMAX : SPF_SMIN, SPNB_NA, false};
4025
4026   return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4027 }
4028
4029 static SelectPatternResult matchSelectPattern(CmpInst::Predicate Pred,
4030                                               FastMathFlags FMF,
4031                                               Value *CmpLHS, Value *CmpRHS,
4032                                               Value *TrueVal, Value *FalseVal,
4033                                               Value *&LHS, Value *&RHS) {
4034   LHS = CmpLHS;
4035   RHS = CmpRHS;
4036
4037   // If the predicate is an "or-equal"  (FP) predicate, then signed zeroes may
4038   // return inconsistent results between implementations.
4039   //   (0.0 <= -0.0) ? 0.0 : -0.0 // Returns 0.0
4040   //   minNum(0.0, -0.0)          // May return -0.0 or 0.0 (IEEE 754-2008 5.3.1)
4041   // Therefore we behave conservatively and only proceed if at least one of the
4042   // operands is known to not be zero, or if we don't care about signed zeroes.
4043   switch (Pred) {
4044   default: break;
4045   case CmpInst::FCMP_OGE: case CmpInst::FCMP_OLE:
4046   case CmpInst::FCMP_UGE: case CmpInst::FCMP_ULE:
4047     if (!FMF.noSignedZeros() && !isKnownNonZero(CmpLHS) &&
4048         !isKnownNonZero(CmpRHS))
4049       return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4050   }
4051
4052   SelectPatternNaNBehavior NaNBehavior = SPNB_NA;
4053   bool Ordered = false;
4054
4055   // When given one NaN and one non-NaN input:
4056   //   - maxnum/minnum (C99 fmaxf()/fminf()) return the non-NaN input.
4057   //   - A simple C99 (a < b ? a : b) construction will return 'b' (as the
4058   //     ordered comparison fails), which could be NaN or non-NaN.
4059   // so here we discover exactly what NaN behavior is required/accepted.
4060   if (CmpInst::isFPPredicate(Pred)) {
4061     bool LHSSafe = isKnownNonNaN(CmpLHS, FMF);
4062     bool RHSSafe = isKnownNonNaN(CmpRHS, FMF);
4063
4064     if (LHSSafe && RHSSafe) {
4065       // Both operands are known non-NaN.
4066       NaNBehavior = SPNB_RETURNS_ANY;
4067     } else if (CmpInst::isOrdered(Pred)) {
4068       // An ordered comparison will return false when given a NaN, so it
4069       // returns the RHS.
4070       Ordered = true;
4071       if (LHSSafe)
4072         // LHS is non-NaN, so if RHS is NaN then NaN will be returned.
4073         NaNBehavior = SPNB_RETURNS_NAN;
4074       else if (RHSSafe)
4075         NaNBehavior = SPNB_RETURNS_OTHER;
4076       else
4077         // Completely unsafe.
4078         return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4079     } else {
4080       Ordered = false;
4081       // An unordered comparison will return true when given a NaN, so it
4082       // returns the LHS.
4083       if (LHSSafe)
4084         // LHS is non-NaN, so if RHS is NaN then non-NaN will be returned.
4085         NaNBehavior = SPNB_RETURNS_OTHER;
4086       else if (RHSSafe)
4087         NaNBehavior = SPNB_RETURNS_NAN;
4088       else
4089         // Completely unsafe.
4090         return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4091     }
4092   }
4093
4094   if (TrueVal == CmpRHS && FalseVal == CmpLHS) {
4095     std::swap(CmpLHS, CmpRHS);
4096     Pred = CmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
4097     if (NaNBehavior == SPNB_RETURNS_NAN)
4098       NaNBehavior = SPNB_RETURNS_OTHER;
4099     else if (NaNBehavior == SPNB_RETURNS_OTHER)
4100       NaNBehavior = SPNB_RETURNS_NAN;
4101     Ordered = !Ordered;
4102   }
4103
4104   // ([if]cmp X, Y) ? X : Y
4105   if (TrueVal == CmpLHS && FalseVal == CmpRHS) {
4106     switch (Pred) {
4107     default: return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false}; // Equality.
4108     case ICmpInst::ICMP_UGT:
4109     case ICmpInst::ICMP_UGE: return {SPF_UMAX, SPNB_NA, false};
4110     case ICmpInst::ICMP_SGT:
4111     case ICmpInst::ICMP_SGE: return {SPF_SMAX, SPNB_NA, false};
4112     case ICmpInst::ICMP_ULT:
4113     case ICmpInst::ICMP_ULE: return {SPF_UMIN, SPNB_NA, false};
4114     case ICmpInst::ICMP_SLT:
4115     case ICmpInst::ICMP_SLE: return {SPF_SMIN, SPNB_NA, false};
4116     case FCmpInst::FCMP_UGT:
4117     case FCmpInst::FCMP_UGE:
4118     case FCmpInst::FCMP_OGT:
4119     case FCmpInst::FCMP_OGE: return {SPF_FMAXNUM, NaNBehavior, Ordered};
4120     case FCmpInst::FCMP_ULT:
4121     case FCmpInst::FCMP_ULE:
4122     case FCmpInst::FCMP_OLT:
4123     case FCmpInst::FCMP_OLE: return {SPF_FMINNUM, NaNBehavior, Ordered};
4124     }
4125   }
4126
4127   const APInt *C1;
4128   if (match(CmpRHS, m_APInt(C1))) {
4129     if ((CmpLHS == TrueVal && match(FalseVal, m_Neg(m_Specific(CmpLHS)))) ||
4130         (CmpLHS == FalseVal && match(TrueVal, m_Neg(m_Specific(CmpLHS))))) {
4131
4132       // ABS(X) ==> (X >s 0) ? X : -X and (X >s -1) ? X : -X
4133       // NABS(X) ==> (X >s 0) ? -X : X and (X >s -1) ? -X : X
4134       if (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT && (*C1 == 0 || C1->isAllOnesValue())) {
4135         return {(CmpLHS == TrueVal) ? SPF_ABS : SPF_NABS, SPNB_NA, false};
4136       }
4137
4138       // ABS(X) ==> (X <s 0) ? -X : X and (X <s 1) ? -X : X
4139       // NABS(X) ==> (X <s 0) ? X : -X and (X <s 1) ? X : -X
4140       if (Pred == ICmpInst::ICMP_SLT && (*C1 == 0 || *C1 == 1)) {
4141         return {(CmpLHS == FalseVal) ? SPF_ABS : SPF_NABS, SPNB_NA, false};
4142       }
4143     }
4144   }
4145
4146   return matchMinMax(Pred, CmpLHS, CmpRHS, TrueVal, FalseVal, LHS, RHS);
4147 }
4148
4149 static Value *lookThroughCast(CmpInst *CmpI, Value *V1, Value *V2,
4150                               Instruction::CastOps *CastOp) {
4151   auto *Cast1 = dyn_cast<CastInst>(V1);
4152   if (!Cast1)
4153     return nullptr;
4154
4155   *CastOp = Cast1->getOpcode();
4156   Type *SrcTy = Cast1->getSrcTy();
4157   if (auto *Cast2 = dyn_cast<CastInst>(V2)) {
4158     // If V1 and V2 are both the same cast from the same type, look through V1.
4159     if (*CastOp == Cast2->getOpcode() && SrcTy == Cast2->getSrcTy())
4160       return Cast2->getOperand(0);
4161     return nullptr;
4162   }
4163
4164   auto *C = dyn_cast<Constant>(V2);
4165   if (!C)
4166     return nullptr;
4167
4168   Constant *CastedTo = nullptr;
4169   switch (*CastOp) {
4170   case Instruction::ZExt:
4171     if (CmpI->isUnsigned())
4172       CastedTo = ConstantExpr::getTrunc(C, SrcTy);
4173     break;
4174   case Instruction::SExt:
4175     if (CmpI->isSigned())
4176       CastedTo = ConstantExpr::getTrunc(C, SrcTy, true);
4177     break;
4178   case Instruction::Trunc:
4179     CastedTo = ConstantExpr::getIntegerCast(C, SrcTy, CmpI->isSigned());
4180     break;
4181   case Instruction::FPTrunc:
4182     CastedTo = ConstantExpr::getFPExtend(C, SrcTy, true);
4183     break;
4184   case Instruction::FPExt:
4185     CastedTo = ConstantExpr::getFPTrunc(C, SrcTy, true);
4186     break;
4187   case Instruction::FPToUI:
4188     CastedTo = ConstantExpr::getUIToFP(C, SrcTy, true);
4189     break;
4190   case Instruction::FPToSI:
4191     CastedTo = ConstantExpr::getSIToFP(C, SrcTy, true);
4192     break;
4193   case Instruction::UIToFP:
4194     CastedTo = ConstantExpr::getFPToUI(C, SrcTy, true);
4195     break;
4196   case Instruction::SIToFP:
4197     CastedTo = ConstantExpr::getFPToSI(C, SrcTy, true);
4198     break;
4199   default:
4200     break;
4201   }
4202
4203   if (!CastedTo)
4204     return nullptr;
4205
4206   // Make sure the cast doesn't lose any information.
4207   Constant *CastedBack =
4208       ConstantExpr::getCast(*CastOp, CastedTo, C->getType(), true);
4209   if (CastedBack != C)
4210     return nullptr;
4211
4212   return CastedTo;
4213 }
4214
4215 SelectPatternResult llvm::matchSelectPattern(Value *V, Value *&LHS, Value *&RHS,
4216                                              Instruction::CastOps *CastOp) {
4217   SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V);
4218   if (!SI) return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4219
4220   CmpInst *CmpI = dyn_cast<CmpInst>(SI->getCondition());
4221   if (!CmpI) return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4222
4223   CmpInst::Predicate Pred = CmpI->getPredicate();
4224   Value *CmpLHS = CmpI->getOperand(0);
4225   Value *CmpRHS = CmpI->getOperand(1);
4226   Value *TrueVal = SI->getTrueValue();
4227   Value *FalseVal = SI->getFalseValue();
4228   FastMathFlags FMF;
4229   if (isa<FPMathOperator>(CmpI))
4230     FMF = CmpI->getFastMathFlags();
4231
4232   // Bail out early.
4233   if (CmpI->isEquality())
4234     return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4235
4236   // Deal with type mismatches.
4237   if (CastOp && CmpLHS->getType() != TrueVal->getType()) {
4238     if (Value *C = lookThroughCast(CmpI, TrueVal, FalseVal, CastOp))
4239       return ::matchSelectPattern(Pred, FMF, CmpLHS, CmpRHS,
4240                                   cast<CastInst>(TrueVal)->getOperand(0), C,
4241                                   LHS, RHS);
4242     if (Value *C = lookThroughCast(CmpI, FalseVal, TrueVal, CastOp))
4243       return ::matchSelectPattern(Pred, FMF, CmpLHS, CmpRHS,
4244                                   C, cast<CastInst>(FalseVal)->getOperand(0),
4245                                   LHS, RHS);
4246   }
4247   return ::matchSelectPattern(Pred, FMF, CmpLHS, CmpRHS, TrueVal, FalseVal,
4248                               LHS, RHS);
4249 }
4250
4251 /// Return true if "icmp Pred LHS RHS" is always true.
4252 static bool isTruePredicate(CmpInst::Predicate Pred,
4253                             const Value *LHS, const Value *RHS,
4254                             const DataLayout &DL, unsigned Depth,
4255                             AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
4256                             const DominatorTree *DT) {
4257   assert(!LHS->getType()->isVectorTy() && "TODO: extend to handle vectors!");
4258   if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred) && LHS == RHS)
4259     return true;
4260
4261   switch (Pred) {
4262   default:
4263     return false;
4264
4265   case CmpInst::ICMP_SLE: {
4266     const APInt *C;
4267
4268     // LHS s<= LHS +_{nsw} C   if C >= 0
4269     if (match(RHS, m_NSWAdd(m_Specific(LHS), m_APInt(C))))
4270       return !C->isNegative();
4271     return false;
4272   }
4273
4274   case CmpInst::ICMP_ULE: {
4275     const APInt *C;
4276
4277     // LHS u<= LHS +_{nuw} C   for any C
4278     if (match(RHS, m_NUWAdd(m_Specific(LHS), m_APInt(C))))
4279       return true;
4280
4281     // Match A to (X +_{nuw} CA) and B to (X +_{nuw} CB)
4282     auto MatchNUWAddsToSameValue = [&](const Value *A, const Value *B,
4283                                        const Value *&X,
4284                                        const APInt *&CA, const APInt *&CB) {
4285       if (match(A, m_NUWAdd(m_Value(X), m_APInt(CA))) &&
4286           match(B, m_NUWAdd(m_Specific(X), m_APInt(CB))))
4287         return true;
4288
4289       // If X & C == 0 then (X | C) == X +_{nuw} C
4290       if (match(A, m_Or(m_Value(X), m_APInt(CA))) &&
4291           match(B, m_Or(m_Specific(X), m_APInt(CB)))) {
4292         KnownBits Known(CA->getBitWidth());
4293         computeKnownBits(X, Known, DL, Depth + 1, AC, CxtI, DT);
4294
4295         if (CA->isSubsetOf(Known.Zero) && CB->isSubsetOf(Known.Zero))
4296           return true;
4297       }
4298
4299       return false;
4300     };
4301
4302     const Value *X;
4303     const APInt *CLHS, *CRHS;
4304     if (MatchNUWAddsToSameValue(LHS, RHS, X, CLHS, CRHS))
4305       return CLHS->ule(*CRHS);
4306
4307     return false;
4308   }
4309   }
4310 }
4311
4312 /// Return true if "icmp Pred BLHS BRHS" is true whenever "icmp Pred
4313 /// ALHS ARHS" is true.  Otherwise, return None.
4314 static Optional<bool>
4315 isImpliedCondOperands(CmpInst::Predicate Pred, const Value *ALHS,
4316                       const Value *ARHS, const Value *BLHS,
4317                       const Value *BRHS, const DataLayout &DL,
4318                       unsigned Depth, AssumptionCache *AC,
4319                       const Instruction *CxtI, const DominatorTree *DT) {
4320   switch (Pred) {
4321   default:
4322     return None;
4323
4324   case CmpInst::ICMP_SLT:
4325   case CmpInst::ICMP_SLE:
4326     if (isTruePredicate(CmpInst::ICMP_SLE, BLHS, ALHS, DL, Depth, AC, CxtI,
4327                         DT) &&
4328         isTruePredicate(CmpInst::ICMP_SLE, ARHS, BRHS, DL, Depth, AC, CxtI, DT))
4329       return true;
4330     return None;
4331
4332   case CmpInst::ICMP_ULT:
4333   case CmpInst::ICMP_ULE:
4334     if (isTruePredicate(CmpInst::ICMP_ULE, BLHS, ALHS, DL, Depth, AC, CxtI,
4335                         DT) &&
4336         isTruePredicate(CmpInst::ICMP_ULE, ARHS, BRHS, DL, Depth, AC, CxtI, DT))
4337       return true;
4338     return None;
4339   }
4340 }
4341
4342 /// Return true if the operands of the two compares match.  IsSwappedOps is true
4343 /// when the operands match, but are swapped.
4344 static bool isMatchingOps(const Value *ALHS, const Value *ARHS,
4345                           const Value *BLHS, const Value *BRHS,
4346                           bool &IsSwappedOps) {
4347
4348   bool IsMatchingOps = (ALHS == BLHS && ARHS == BRHS);
4349   IsSwappedOps = (ALHS == BRHS && ARHS == BLHS);
4350   return IsMatchingOps || IsSwappedOps;
4351 }
4352
4353 /// Return true if "icmp1 APred ALHS ARHS" implies "icmp2 BPred BLHS BRHS" is
4354 /// true.  Return false if "icmp1 APred ALHS ARHS" implies "icmp2 BPred BLHS
4355 /// BRHS" is false.  Otherwise, return None if we can't infer anything.
4356 static Optional<bool> isImpliedCondMatchingOperands(CmpInst::Predicate APred,
4357                                                     const Value *ALHS,
4358                                                     const Value *ARHS,
4359                                                     CmpInst::Predicate BPred,
4360                                                     const Value *BLHS,
4361                                                     const Value *BRHS,
4362                                                     bool IsSwappedOps) {
4363   // Canonicalize the operands so they're matching.
4364   if (IsSwappedOps) {
4365     std::swap(BLHS, BRHS);
4366     BPred = ICmpInst::getSwappedPredicate(BPred);
4367   }
4368   if (CmpInst::isImpliedTrueByMatchingCmp(APred, BPred))
4369     return true;
4370   if (CmpInst::isImpliedFalseByMatchingCmp(APred, BPred))
4371     return false;
4372
4373   return None;
4374 }
4375
4376 /// Return true if "icmp1 APred ALHS C1" implies "icmp2 BPred BLHS C2" is
4377 /// true.  Return false if "icmp1 APred ALHS C1" implies "icmp2 BPred BLHS
4378 /// C2" is false.  Otherwise, return None if we can't infer anything.
4379 static Optional<bool>
4380 isImpliedCondMatchingImmOperands(CmpInst::Predicate APred, const Value *ALHS,
4381                                  const ConstantInt *C1,
4382                                  CmpInst::Predicate BPred,
4383                                  const Value *BLHS, const ConstantInt *C2) {
4384   assert(ALHS == BLHS && "LHS operands must match.");
4385   ConstantRange DomCR =
4386       ConstantRange::makeExactICmpRegion(APred, C1->getValue());
4387   ConstantRange CR =
4388       ConstantRange::makeAllowedICmpRegion(BPred, C2->getValue());
4389   ConstantRange Intersection = DomCR.intersectWith(CR);
4390   ConstantRange Difference = DomCR.difference(CR);
4391   if (Intersection.isEmptySet())
4392     return false;
4393   if (Difference.isEmptySet())
4394     return true;
4395   return None;
4396 }
4397
4398 Optional<bool> llvm::isImpliedCondition(const Value *LHS, const Value *RHS,
4399                                         const DataLayout &DL, bool InvertAPred,
4400                                         unsigned Depth, AssumptionCache *AC,
4401                                         const Instruction *CxtI,
4402                                         const DominatorTree *DT) {
4403   // A mismatch occurs when we compare a scalar cmp to a vector cmp, for example.
4404   if (LHS->getType() != RHS->getType())
4405     return None;
4406
4407   Type *OpTy = LHS->getType();
4408   assert(OpTy->getScalarType()->isIntegerTy(1));
4409
4410   // LHS ==> RHS by definition
4411   if (!InvertAPred && LHS == RHS)
4412     return true;
4413
4414   if (OpTy->isVectorTy())
4415     // TODO: extending the code below to handle vectors
4416     return None;
4417   assert(OpTy->isIntegerTy(1) && "implied by above");
4418
4419   ICmpInst::Predicate APred, BPred;
4420   Value *ALHS, *ARHS;
4421   Value *BLHS, *BRHS;
4422
4423   if (!match(LHS, m_ICmp(APred, m_Value(ALHS), m_Value(ARHS))) ||
4424       !match(RHS, m_ICmp(BPred, m_Value(BLHS), m_Value(BRHS))))
4425     return None;
4426
4427   if (InvertAPred)
4428     APred = CmpInst::getInversePredicate(APred);
4429
4430   // Can we infer anything when the two compares have matching operands?
4431   bool IsSwappedOps;
4432   if (isMatchingOps(ALHS, ARHS, BLHS, BRHS, IsSwappedOps)) {
4433     if (Optional<bool> Implication = isImpliedCondMatchingOperands(
4434             APred, ALHS, ARHS, BPred, BLHS, BRHS, IsSwappedOps))
4435       return Implication;
4436     // No amount of additional analysis will infer the second condition, so
4437     // early exit.
4438     return None;
4439   }
4440
4441   // Can we infer anything when the LHS operands match and the RHS operands are
4442   // constants (not necessarily matching)?
4443   if (ALHS == BLHS && isa<ConstantInt>(ARHS) && isa<ConstantInt>(BRHS)) {
4444     if (Optional<bool> Implication = isImpliedCondMatchingImmOperands(
4445             APred, ALHS, cast<ConstantInt>(ARHS), BPred, BLHS,
4446             cast<ConstantInt>(BRHS)))
4447       return Implication;
4448     // No amount of additional analysis will infer the second condition, so
4449     // early exit.
4450     return None;
4451   }
4452
4453   if (APred == BPred)
4454     return isImpliedCondOperands(APred, ALHS, ARHS, BLHS, BRHS, DL, Depth, AC,
4455                                  CxtI, DT);
4456
4457   return None;
4458 }