]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/Analysis/ValueTracking.cpp
Merge ^/head r312207 through r312308.
[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/MemoryBuiltins.h"
21 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
22 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
23 #include "llvm/Analysis/VectorUtils.h"
24 #include "llvm/IR/CallSite.h"
25 #include "llvm/IR/ConstantRange.h"
26 #include "llvm/IR/Constants.h"
27 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
28 #include "llvm/IR/Dominators.h"
29 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
30 #include "llvm/IR/GlobalAlias.h"
31 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
32 #include "llvm/IR/Instructions.h"
33 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
34 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
35 #include "llvm/IR/Metadata.h"
36 #include "llvm/IR/Operator.h"
37 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
38 #include "llvm/IR/Statepoint.h"
39 #include "llvm/Support/Debug.h"
40 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
41 #include <algorithm>
42 #include <array>
43 #include <cstring>
44 using namespace llvm;
45 using namespace llvm::PatternMatch;
46
47 const unsigned MaxDepth = 6;
48
49 // Controls the number of uses of the value searched for possible
50 // dominating comparisons.
51 static cl::opt<unsigned> DomConditionsMaxUses("dom-conditions-max-uses",
52                                               cl::Hidden, cl::init(20));
53
54 // This optimization is known to cause performance regressions is some cases,
55 // keep it under a temporary flag for now.
56 static cl::opt<bool>
57 DontImproveNonNegativePhiBits("dont-improve-non-negative-phi-bits",
58                               cl::Hidden, cl::init(true));
59
60 /// Returns the bitwidth of the given scalar or pointer type (if unknown returns
61 /// 0). For vector types, returns the element type's bitwidth.
62 static unsigned getBitWidth(Type *Ty, const DataLayout &DL) {
63   if (unsigned BitWidth = Ty->getScalarSizeInBits())
64     return BitWidth;
65
66   return DL.getPointerTypeSizeInBits(Ty);
67 }
68
69 namespace {
70 // Simplifying using an assume can only be done in a particular control-flow
71 // context (the context instruction provides that context). If an assume and
72 // the context instruction are not in the same block then the DT helps in
73 // figuring out if we can use it.
74 struct Query {
75   const DataLayout &DL;
76   AssumptionCache *AC;
77   const Instruction *CxtI;
78   const DominatorTree *DT;
79
80   /// Set of assumptions that should be excluded from further queries.
81   /// This is because of the potential for mutual recursion to cause
82   /// computeKnownBits to repeatedly visit the same assume intrinsic. The
83   /// classic case of this is assume(x = y), which will attempt to determine
84   /// bits in x from bits in y, which will attempt to determine bits in y from
85   /// bits in x, etc. Regarding the mutual recursion, computeKnownBits can call
86   /// isKnownNonZero, which calls computeKnownBits and ComputeSignBit and
87   /// isKnownToBeAPowerOfTwo (all of which can call computeKnownBits), and so
88   /// on.
89   std::array<const Value *, MaxDepth> Excluded;
90   unsigned NumExcluded;
91
92   Query(const DataLayout &DL, AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
93         const DominatorTree *DT)
94       : DL(DL), AC(AC), CxtI(CxtI), DT(DT), NumExcluded(0) {}
95
96   Query(const Query &Q, const Value *NewExcl)
97       : DL(Q.DL), AC(Q.AC), CxtI(Q.CxtI), DT(Q.DT), NumExcluded(Q.NumExcluded) {
98     Excluded = Q.Excluded;
99     Excluded[NumExcluded++] = NewExcl;
100     assert(NumExcluded <= Excluded.size());
101   }
102
103   bool isExcluded(const Value *Value) const {
104     if (NumExcluded == 0)
105       return false;
106     auto End = Excluded.begin() + NumExcluded;
107     return std::find(Excluded.begin(), End, Value) != End;
108   }
109 };
110 } // end anonymous namespace
111
112 // Given the provided Value and, potentially, a context instruction, return
113 // the preferred context instruction (if any).
114 static const Instruction *safeCxtI(const Value *V, const Instruction *CxtI) {
115   // If we've been provided with a context instruction, then use that (provided
116   // it has been inserted).
117   if (CxtI && CxtI->getParent())
118     return CxtI;
119
120   // If the value is really an already-inserted instruction, then use that.
121   CxtI = dyn_cast<Instruction>(V);
122   if (CxtI && CxtI->getParent())
123     return CxtI;
124
125   return nullptr;
126 }
127
128 static void computeKnownBits(const Value *V, APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
129                              unsigned Depth, const Query &Q);
130
131 void llvm::computeKnownBits(const Value *V, APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
132                             const DataLayout &DL, unsigned Depth,
133                             AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
134                             const DominatorTree *DT) {
135   ::computeKnownBits(V, KnownZero, KnownOne, Depth,
136                      Query(DL, AC, safeCxtI(V, CxtI), DT));
137 }
138
139 bool llvm::haveNoCommonBitsSet(const Value *LHS, const Value *RHS,
140                                const DataLayout &DL,
141                                AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
142                                const DominatorTree *DT) {
143   assert(LHS->getType() == RHS->getType() &&
144          "LHS and RHS should have the same type");
145   assert(LHS->getType()->isIntOrIntVectorTy() &&
146          "LHS and RHS should be integers");
147   IntegerType *IT = cast<IntegerType>(LHS->getType()->getScalarType());
148   APInt LHSKnownZero(IT->getBitWidth(), 0), LHSKnownOne(IT->getBitWidth(), 0);
149   APInt RHSKnownZero(IT->getBitWidth(), 0), RHSKnownOne(IT->getBitWidth(), 0);
150   computeKnownBits(LHS, LHSKnownZero, LHSKnownOne, DL, 0, AC, CxtI, DT);
151   computeKnownBits(RHS, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, 0, AC, CxtI, DT);
152   return (LHSKnownZero | RHSKnownZero).isAllOnesValue();
153 }
154
155 static void ComputeSignBit(const Value *V, bool &KnownZero, bool &KnownOne,
156                            unsigned Depth, const Query &Q);
157
158 void llvm::ComputeSignBit(const Value *V, bool &KnownZero, bool &KnownOne,
159                           const DataLayout &DL, unsigned Depth,
160                           AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
161                           const DominatorTree *DT) {
162   ::ComputeSignBit(V, KnownZero, KnownOne, Depth,
163                    Query(DL, AC, safeCxtI(V, CxtI), DT));
164 }
165
166 static bool isKnownToBeAPowerOfTwo(const Value *V, bool OrZero, unsigned Depth,
167                                    const Query &Q);
168
169 bool llvm::isKnownToBeAPowerOfTwo(const Value *V, const DataLayout &DL,
170                                   bool OrZero,
171                                   unsigned Depth, AssumptionCache *AC,
172                                   const Instruction *CxtI,
173                                   const DominatorTree *DT) {
174   return ::isKnownToBeAPowerOfTwo(V, OrZero, Depth,
175                                   Query(DL, AC, safeCxtI(V, CxtI), DT));
176 }
177
178 static bool isKnownNonZero(const Value *V, unsigned Depth, const Query &Q);
179
180 bool llvm::isKnownNonZero(const Value *V, const DataLayout &DL, unsigned Depth,
181                           AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
182                           const DominatorTree *DT) {
183   return ::isKnownNonZero(V, Depth, Query(DL, AC, safeCxtI(V, CxtI), DT));
184 }
185
186 bool llvm::isKnownNonNegative(const Value *V, const DataLayout &DL,
187                               unsigned Depth,
188                               AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
189                               const DominatorTree *DT) {
190   bool NonNegative, Negative;
191   ComputeSignBit(V, NonNegative, Negative, DL, Depth, AC, CxtI, DT);
192   return NonNegative;
193 }
194
195 bool llvm::isKnownPositive(const Value *V, const DataLayout &DL, unsigned Depth,
196                            AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
197                            const DominatorTree *DT) {
198   if (auto *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V))
199     return CI->getValue().isStrictlyPositive();
200
201   // TODO: We'd doing two recursive queries here.  We should factor this such
202   // that only a single query is needed.
203   return isKnownNonNegative(V, DL, Depth, AC, CxtI, DT) &&
204     isKnownNonZero(V, DL, Depth, AC, CxtI, DT);
205 }
206
207 bool llvm::isKnownNegative(const Value *V, const DataLayout &DL, unsigned Depth,
208                            AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
209                            const DominatorTree *DT) {
210   bool NonNegative, Negative;
211   ComputeSignBit(V, NonNegative, Negative, DL, Depth, AC, CxtI, DT);
212   return Negative;
213 }
214
215 static bool isKnownNonEqual(const Value *V1, const Value *V2, const Query &Q);
216
217 bool llvm::isKnownNonEqual(const Value *V1, const Value *V2,
218                            const DataLayout &DL,
219                            AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
220                            const DominatorTree *DT) {
221   return ::isKnownNonEqual(V1, V2, Query(DL, AC,
222                                          safeCxtI(V1, safeCxtI(V2, CxtI)),
223                                          DT));
224 }
225
226 static bool MaskedValueIsZero(const Value *V, const APInt &Mask, unsigned Depth,
227                               const Query &Q);
228
229 bool llvm::MaskedValueIsZero(const Value *V, const APInt &Mask,
230                              const DataLayout &DL,
231                              unsigned Depth, AssumptionCache *AC,
232                              const Instruction *CxtI, const DominatorTree *DT) {
233   return ::MaskedValueIsZero(V, Mask, Depth,
234                              Query(DL, AC, safeCxtI(V, CxtI), DT));
235 }
236
237 static unsigned ComputeNumSignBits(const Value *V, unsigned Depth,
238                                    const Query &Q);
239
240 unsigned llvm::ComputeNumSignBits(const Value *V, const DataLayout &DL,
241                                   unsigned Depth, AssumptionCache *AC,
242                                   const Instruction *CxtI,
243                                   const DominatorTree *DT) {
244   return ::ComputeNumSignBits(V, Depth, Query(DL, AC, safeCxtI(V, CxtI), DT));
245 }
246
247 static void computeKnownBitsAddSub(bool Add, const Value *Op0, const Value *Op1,
248                                    bool NSW,
249                                    APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
250                                    APInt &KnownZero2, APInt &KnownOne2,
251                                    unsigned Depth, const Query &Q) {
252   if (!Add) {
253     if (const ConstantInt *CLHS = dyn_cast<ConstantInt>(Op0)) {
254       // We know that the top bits of C-X are clear if X contains less bits
255       // than C (i.e. no wrap-around can happen).  For example, 20-X is
256       // positive if we can prove that X is >= 0 and < 16.
257       if (!CLHS->getValue().isNegative()) {
258         unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
259         unsigned NLZ = (CLHS->getValue()+1).countLeadingZeros();
260         // NLZ can't be BitWidth with no sign bit
261         APInt MaskV = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, NLZ+1);
262         computeKnownBits(Op1, KnownZero2, KnownOne2, Depth + 1, Q);
263
264         // If all of the MaskV bits are known to be zero, then we know the
265         // output top bits are zero, because we now know that the output is
266         // from [0-C].
267         if ((KnownZero2 & MaskV) == MaskV) {
268           unsigned NLZ2 = CLHS->getValue().countLeadingZeros();
269           // Top bits known zero.
270           KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, NLZ2);
271         }
272       }
273     }
274   }
275
276   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
277
278   // If an initial sequence of bits in the result is not needed, the
279   // corresponding bits in the operands are not needed.
280   APInt LHSKnownZero(BitWidth, 0), LHSKnownOne(BitWidth, 0);
281   computeKnownBits(Op0, LHSKnownZero, LHSKnownOne, Depth + 1, Q);
282   computeKnownBits(Op1, KnownZero2, KnownOne2, Depth + 1, Q);
283
284   // Carry in a 1 for a subtract, rather than a 0.
285   APInt CarryIn(BitWidth, 0);
286   if (!Add) {
287     // Sum = LHS + ~RHS + 1
288     std::swap(KnownZero2, KnownOne2);
289     CarryIn.setBit(0);
290   }
291
292   APInt PossibleSumZero = ~LHSKnownZero + ~KnownZero2 + CarryIn;
293   APInt PossibleSumOne = LHSKnownOne + KnownOne2 + CarryIn;
294
295   // Compute known bits of the carry.
296   APInt CarryKnownZero = ~(PossibleSumZero ^ LHSKnownZero ^ KnownZero2);
297   APInt CarryKnownOne = PossibleSumOne ^ LHSKnownOne ^ KnownOne2;
298
299   // Compute set of known bits (where all three relevant bits are known).
300   APInt LHSKnown = LHSKnownZero | LHSKnownOne;
301   APInt RHSKnown = KnownZero2 | KnownOne2;
302   APInt CarryKnown = CarryKnownZero | CarryKnownOne;
303   APInt Known = LHSKnown & RHSKnown & CarryKnown;
304
305   assert((PossibleSumZero & Known) == (PossibleSumOne & Known) &&
306          "known bits of sum differ");
307
308   // Compute known bits of the result.
309   KnownZero = ~PossibleSumOne & Known;
310   KnownOne = PossibleSumOne & Known;
311
312   // Are we still trying to solve for the sign bit?
313   if (!Known.isNegative()) {
314     if (NSW) {
315       // Adding two non-negative numbers, or subtracting a negative number from
316       // a non-negative one, can't wrap into negative.
317       if (LHSKnownZero.isNegative() && KnownZero2.isNegative())
318         KnownZero |= APInt::getSignBit(BitWidth);
319       // Adding two negative numbers, or subtracting a non-negative number from
320       // a negative one, can't wrap into non-negative.
321       else if (LHSKnownOne.isNegative() && KnownOne2.isNegative())
322         KnownOne |= APInt::getSignBit(BitWidth);
323     }
324   }
325 }
326
327 static void computeKnownBitsMul(const Value *Op0, const Value *Op1, bool NSW,
328                                 APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
329                                 APInt &KnownZero2, APInt &KnownOne2,
330                                 unsigned Depth, const Query &Q) {
331   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
332   computeKnownBits(Op1, KnownZero, KnownOne, Depth + 1, Q);
333   computeKnownBits(Op0, KnownZero2, KnownOne2, Depth + 1, Q);
334
335   bool isKnownNegative = false;
336   bool isKnownNonNegative = false;
337   // If the multiplication is known not to overflow, compute the sign bit.
338   if (NSW) {
339     if (Op0 == Op1) {
340       // The product of a number with itself is non-negative.
341       isKnownNonNegative = true;
342     } else {
343       bool isKnownNonNegativeOp1 = KnownZero.isNegative();
344       bool isKnownNonNegativeOp0 = KnownZero2.isNegative();
345       bool isKnownNegativeOp1 = KnownOne.isNegative();
346       bool isKnownNegativeOp0 = KnownOne2.isNegative();
347       // The product of two numbers with the same sign is non-negative.
348       isKnownNonNegative = (isKnownNegativeOp1 && isKnownNegativeOp0) ||
349         (isKnownNonNegativeOp1 && isKnownNonNegativeOp0);
350       // The product of a negative number and a non-negative number is either
351       // negative or zero.
352       if (!isKnownNonNegative)
353         isKnownNegative = (isKnownNegativeOp1 && isKnownNonNegativeOp0 &&
354                            isKnownNonZero(Op0, Depth, Q)) ||
355                           (isKnownNegativeOp0 && isKnownNonNegativeOp1 &&
356                            isKnownNonZero(Op1, Depth, Q));
357     }
358   }
359
360   // If low bits are zero in either operand, output low known-0 bits.
361   // Also compute a conservative estimate for high known-0 bits.
362   // More trickiness is possible, but this is sufficient for the
363   // interesting case of alignment computation.
364   KnownOne.clearAllBits();
365   unsigned TrailZ = KnownZero.countTrailingOnes() +
366                     KnownZero2.countTrailingOnes();
367   unsigned LeadZ =  std::max(KnownZero.countLeadingOnes() +
368                              KnownZero2.countLeadingOnes(),
369                              BitWidth) - BitWidth;
370
371   TrailZ = std::min(TrailZ, BitWidth);
372   LeadZ = std::min(LeadZ, BitWidth);
373   KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, TrailZ) |
374               APInt::getHighBitsSet(BitWidth, LeadZ);
375
376   // Only make use of no-wrap flags if we failed to compute the sign bit
377   // directly.  This matters if the multiplication always overflows, in
378   // which case we prefer to follow the result of the direct computation,
379   // though as the program is invoking undefined behaviour we can choose
380   // whatever we like here.
381   if (isKnownNonNegative && !KnownOne.isNegative())
382     KnownZero.setBit(BitWidth - 1);
383   else if (isKnownNegative && !KnownZero.isNegative())
384     KnownOne.setBit(BitWidth - 1);
385 }
386
387 void llvm::computeKnownBitsFromRangeMetadata(const MDNode &Ranges,
388                                              APInt &KnownZero,
389                                              APInt &KnownOne) {
390   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
391   unsigned NumRanges = Ranges.getNumOperands() / 2;
392   assert(NumRanges >= 1);
393
394   KnownZero.setAllBits();
395   KnownOne.setAllBits();
396
397   for (unsigned i = 0; i < NumRanges; ++i) {
398     ConstantInt *Lower =
399         mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges.getOperand(2 * i + 0));
400     ConstantInt *Upper =
401         mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges.getOperand(2 * i + 1));
402     ConstantRange Range(Lower->getValue(), Upper->getValue());
403
404     // The first CommonPrefixBits of all values in Range are equal.
405     unsigned CommonPrefixBits =
406         (Range.getUnsignedMax() ^ Range.getUnsignedMin()).countLeadingZeros();
407
408     APInt Mask = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, CommonPrefixBits);
409     KnownOne &= Range.getUnsignedMax() & Mask;
410     KnownZero &= ~Range.getUnsignedMax() & Mask;
411   }
412 }
413
414 static bool isEphemeralValueOf(const Instruction *I, const Value *E) {
415   SmallVector<const Value *, 16> WorkSet(1, I);
416   SmallPtrSet<const Value *, 32> Visited;
417   SmallPtrSet<const Value *, 16> EphValues;
418
419   // The instruction defining an assumption's condition itself is always
420   // considered ephemeral to that assumption (even if it has other
421   // non-ephemeral users). See r246696's test case for an example.
422   if (is_contained(I->operands(), E))
423     return true;
424
425   while (!WorkSet.empty()) {
426     const Value *V = WorkSet.pop_back_val();
427     if (!Visited.insert(V).second)
428       continue;
429
430     // If all uses of this value are ephemeral, then so is this value.
431     if (all_of(V->users(), [&](const User *U) { return EphValues.count(U); })) {
432       if (V == E)
433         return true;
434
435       EphValues.insert(V);
436       if (const User *U = dyn_cast<User>(V))
437         for (User::const_op_iterator J = U->op_begin(), JE = U->op_end();
438              J != JE; ++J) {
439           if (isSafeToSpeculativelyExecute(*J))
440             WorkSet.push_back(*J);
441         }
442     }
443   }
444
445   return false;
446 }
447
448 // Is this an intrinsic that cannot be speculated but also cannot trap?
449 static bool isAssumeLikeIntrinsic(const Instruction *I) {
450   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
451     if (Function *F = CI->getCalledFunction())
452       switch (F->getIntrinsicID()) {
453       default: break;
454       // FIXME: This list is repeated from NoTTI::getIntrinsicCost.
455       case Intrinsic::assume:
456       case Intrinsic::dbg_declare:
457       case Intrinsic::dbg_value:
458       case Intrinsic::invariant_start:
459       case Intrinsic::invariant_end:
460       case Intrinsic::lifetime_start:
461       case Intrinsic::lifetime_end:
462       case Intrinsic::objectsize:
463       case Intrinsic::ptr_annotation:
464       case Intrinsic::var_annotation:
465         return true;
466       }
467
468   return false;
469 }
470
471 bool llvm::isValidAssumeForContext(const Instruction *Inv,
472                                    const Instruction *CxtI,
473                                    const DominatorTree *DT) {
474
475   // There are two restrictions on the use of an assume:
476   //  1. The assume must dominate the context (or the control flow must
477   //     reach the assume whenever it reaches the context).
478   //  2. The context must not be in the assume's set of ephemeral values
479   //     (otherwise we will use the assume to prove that the condition
480   //     feeding the assume is trivially true, thus causing the removal of
481   //     the assume).
482
483   if (DT) {
484     if (DT->dominates(Inv, CxtI))
485       return true;
486   } else if (Inv->getParent() == CxtI->getParent()->getSinglePredecessor()) {
487     // We don't have a DT, but this trivially dominates.
488     return true;
489   }
490
491   // With or without a DT, the only remaining case we will check is if the
492   // instructions are in the same BB.  Give up if that is not the case.
493   if (Inv->getParent() != CxtI->getParent())
494     return false;
495
496   // If we have a dom tree, then we now know that the assume doens't dominate
497   // the other instruction.  If we don't have a dom tree then we can check if
498   // the assume is first in the BB.
499   if (!DT) {
500     // Search forward from the assume until we reach the context (or the end
501     // of the block); the common case is that the assume will come first.
502     for (auto I = std::next(BasicBlock::const_iterator(Inv)),
503          IE = Inv->getParent()->end(); I != IE; ++I)
504       if (&*I == CxtI)
505         return true;
506   }
507
508   // The context comes first, but they're both in the same block. Make sure
509   // there is nothing in between that might interrupt the control flow.
510   for (BasicBlock::const_iterator I =
511          std::next(BasicBlock::const_iterator(CxtI)), IE(Inv);
512        I != IE; ++I)
513     if (!isSafeToSpeculativelyExecute(&*I) && !isAssumeLikeIntrinsic(&*I))
514       return false;
515
516   return !isEphemeralValueOf(Inv, CxtI);
517 }
518
519 static void computeKnownBitsFromAssume(const Value *V, APInt &KnownZero,
520                                        APInt &KnownOne, unsigned Depth,
521                                        const Query &Q) {
522   // Use of assumptions is context-sensitive. If we don't have a context, we
523   // cannot use them!
524   if (!Q.AC || !Q.CxtI)
525     return;
526
527   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
528
529   // Note that the patterns below need to be kept in sync with the code
530   // in AssumptionCache::updateAffectedValues.
531
532   for (auto &AssumeVH : Q.AC->assumptionsFor(V)) {
533     if (!AssumeVH)
534       continue;
535     CallInst *I = cast<CallInst>(AssumeVH);
536     assert(I->getParent()->getParent() == Q.CxtI->getParent()->getParent() &&
537            "Got assumption for the wrong function!");
538     if (Q.isExcluded(I))
539       continue;
540
541     // Warning: This loop can end up being somewhat performance sensetive.
542     // We're running this loop for once for each value queried resulting in a
543     // runtime of ~O(#assumes * #values).
544
545     assert(I->getCalledFunction()->getIntrinsicID() == Intrinsic::assume &&
546            "must be an assume intrinsic");
547
548     Value *Arg = I->getArgOperand(0);
549
550     if (Arg == V && isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
551       assert(BitWidth == 1 && "assume operand is not i1?");
552       KnownZero.clearAllBits();
553       KnownOne.setAllBits();
554       return;
555     }
556
557     // The remaining tests are all recursive, so bail out if we hit the limit.
558     if (Depth == MaxDepth)
559       continue;
560
561     Value *A, *B;
562     auto m_V = m_CombineOr(m_Specific(V),
563                            m_CombineOr(m_PtrToInt(m_Specific(V)),
564                            m_BitCast(m_Specific(V))));
565
566     CmpInst::Predicate Pred;
567     ConstantInt *C;
568     // assume(v = a)
569     if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
570         Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
571       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
572       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, Depth+1, Query(Q, I));
573       KnownZero |= RHSKnownZero;
574       KnownOne  |= RHSKnownOne;
575     // assume(v & b = a)
576     } else if (match(Arg,
577                      m_c_ICmp(Pred, m_c_And(m_V, m_Value(B)), m_Value(A))) &&
578                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
579                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
580       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
581       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, Depth+1, Query(Q, I));
582       APInt MaskKnownZero(BitWidth, 0), MaskKnownOne(BitWidth, 0);
583       computeKnownBits(B, MaskKnownZero, MaskKnownOne, Depth+1, Query(Q, I));
584
585       // For those bits in the mask that are known to be one, we can propagate
586       // known bits from the RHS to V.
587       KnownZero |= RHSKnownZero & MaskKnownOne;
588       KnownOne  |= RHSKnownOne  & MaskKnownOne;
589     // assume(~(v & b) = a)
590     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_c_And(m_V, m_Value(B))),
591                                    m_Value(A))) &&
592                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
593                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
594       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
595       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, Depth+1, Query(Q, I));
596       APInt MaskKnownZero(BitWidth, 0), MaskKnownOne(BitWidth, 0);
597       computeKnownBits(B, MaskKnownZero, MaskKnownOne, Depth+1, Query(Q, I));
598
599       // For those bits in the mask that are known to be one, we can propagate
600       // inverted known bits from the RHS to V.
601       KnownZero |= RHSKnownOne  & MaskKnownOne;
602       KnownOne  |= RHSKnownZero & MaskKnownOne;
603     // assume(v | b = a)
604     } else if (match(Arg,
605                      m_c_ICmp(Pred, m_c_Or(m_V, m_Value(B)), m_Value(A))) &&
606                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
607                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
608       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
609       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, Depth+1, Query(Q, I));
610       APInt BKnownZero(BitWidth, 0), BKnownOne(BitWidth, 0);
611       computeKnownBits(B, BKnownZero, BKnownOne, Depth+1, Query(Q, I));
612
613       // For those bits in B that are known to be zero, we can propagate known
614       // bits from the RHS to V.
615       KnownZero |= RHSKnownZero & BKnownZero;
616       KnownOne  |= RHSKnownOne  & BKnownZero;
617     // assume(~(v | b) = a)
618     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_c_Or(m_V, m_Value(B))),
619                                    m_Value(A))) &&
620                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
621                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
622       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
623       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, Depth+1, Query(Q, I));
624       APInt BKnownZero(BitWidth, 0), BKnownOne(BitWidth, 0);
625       computeKnownBits(B, BKnownZero, BKnownOne, Depth+1, Query(Q, I));
626
627       // For those bits in B that are known to be zero, we can propagate
628       // inverted known bits from the RHS to V.
629       KnownZero |= RHSKnownOne  & BKnownZero;
630       KnownOne  |= RHSKnownZero & BKnownZero;
631     // assume(v ^ b = a)
632     } else if (match(Arg,
633                      m_c_ICmp(Pred, m_c_Xor(m_V, m_Value(B)), m_Value(A))) &&
634                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
635                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
636       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
637       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, Depth+1, Query(Q, I));
638       APInt BKnownZero(BitWidth, 0), BKnownOne(BitWidth, 0);
639       computeKnownBits(B, BKnownZero, BKnownOne, Depth+1, Query(Q, I));
640
641       // For those bits in B that are known to be zero, we can propagate known
642       // bits from the RHS to V. For those bits in B that are known to be one,
643       // we can propagate inverted known bits from the RHS to V.
644       KnownZero |= RHSKnownZero & BKnownZero;
645       KnownOne  |= RHSKnownOne  & BKnownZero;
646       KnownZero |= RHSKnownOne  & BKnownOne;
647       KnownOne  |= RHSKnownZero & BKnownOne;
648     // assume(~(v ^ b) = a)
649     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_c_Xor(m_V, m_Value(B))),
650                                    m_Value(A))) &&
651                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
652                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
653       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
654       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, Depth+1, Query(Q, I));
655       APInt BKnownZero(BitWidth, 0), BKnownOne(BitWidth, 0);
656       computeKnownBits(B, BKnownZero, BKnownOne, Depth+1, Query(Q, I));
657
658       // For those bits in B that are known to be zero, we can propagate
659       // inverted known bits from the RHS to V. For those bits in B that are
660       // known to be one, we can propagate known bits from the RHS to V.
661       KnownZero |= RHSKnownOne  & BKnownZero;
662       KnownOne  |= RHSKnownZero & BKnownZero;
663       KnownZero |= RHSKnownZero & BKnownOne;
664       KnownOne  |= RHSKnownOne  & BKnownOne;
665     // assume(v << c = a)
666     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Shl(m_V, m_ConstantInt(C)),
667                                    m_Value(A))) &&
668                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
669                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
670       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
671       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, Depth+1, Query(Q, I));
672       // For those bits in RHS that are known, we can propagate them to known
673       // bits in V shifted to the right by C.
674       KnownZero |= RHSKnownZero.lshr(C->getZExtValue());
675       KnownOne  |= RHSKnownOne.lshr(C->getZExtValue());
676     // assume(~(v << c) = a)
677     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_Shl(m_V, m_ConstantInt(C))),
678                                    m_Value(A))) &&
679                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
680                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
681       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
682       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, Depth+1, Query(Q, I));
683       // For those bits in RHS that are known, we can propagate them inverted
684       // to known bits in V shifted to the right by C.
685       KnownZero |= RHSKnownOne.lshr(C->getZExtValue());
686       KnownOne  |= RHSKnownZero.lshr(C->getZExtValue());
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       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
695       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, 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       KnownZero |= RHSKnownZero << C->getZExtValue();
699       KnownOne  |= RHSKnownOne  << 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       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
708       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, 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       KnownZero |= RHSKnownOne  << C->getZExtValue();
712       KnownOne  |= RHSKnownZero << 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       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
718       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, Depth+1, Query(Q, I));
719
720       if (RHSKnownZero.isNegative()) {
721         // We know that the sign bit is zero.
722         KnownZero |= APInt::getSignBit(BitWidth);
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       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
729       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, Depth+1, Query(Q, I));
730
731       if (RHSKnownOne.isAllOnesValue() || RHSKnownZero.isNegative()) {
732         // We know that the sign bit is zero.
733         KnownZero |= APInt::getSignBit(BitWidth);
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       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
740       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, Depth+1, Query(Q, I));
741
742       if (RHSKnownOne.isNegative()) {
743         // We know that the sign bit is one.
744         KnownOne |= APInt::getSignBit(BitWidth);
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       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
751       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, Depth+1, Query(Q, I));
752
753       if (RHSKnownZero.isAllOnesValue() || RHSKnownOne.isNegative()) {
754         // We know that the sign bit is one.
755         KnownOne |= APInt::getSignBit(BitWidth);
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       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
762       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, Depth+1, Query(Q, I));
763
764       // Whatever high bits in c are zero are known to be zero.
765       KnownZero |=
766         APInt::getHighBitsSet(BitWidth, RHSKnownZero.countLeadingOnes());
767     // assume(v <_u c)
768     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
769                Pred == ICmpInst::ICMP_ULT &&
770                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
771       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
772       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, Depth+1, Query(Q, I));
773
774       // Whatever high bits in c are zero are known to be zero (if c is a power
775       // of 2, then one more).
776       if (isKnownToBeAPowerOfTwo(A, false, Depth + 1, Query(Q, I)))
777         KnownZero |=
778           APInt::getHighBitsSet(BitWidth, RHSKnownZero.countLeadingOnes()+1);
779       else
780         KnownZero |=
781           APInt::getHighBitsSet(BitWidth, RHSKnownZero.countLeadingOnes());
782     }
783   }
784 }
785
786 // Compute known bits from a shift operator, including those with a
787 // non-constant shift amount. KnownZero and KnownOne are the outputs of this
788 // function. KnownZero2 and KnownOne2 are pre-allocated temporaries with the
789 // same bit width as KnownZero and KnownOne. KZF and KOF are operator-specific
790 // functors that, given the known-zero or known-one bits respectively, and a
791 // shift amount, compute the implied known-zero or known-one bits of the shift
792 // operator's result respectively for that shift amount. The results from calling
793 // KZF and KOF are conservatively combined for all permitted shift amounts.
794 static void computeKnownBitsFromShiftOperator(
795     const Operator *I, APInt &KnownZero, APInt &KnownOne, APInt &KnownZero2,
796     APInt &KnownOne2, unsigned Depth, const Query &Q,
797     function_ref<APInt(const APInt &, unsigned)> KZF,
798     function_ref<APInt(const APInt &, unsigned)> KOF) {
799   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
800
801   if (auto *SA = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
802     unsigned ShiftAmt = SA->getLimitedValue(BitWidth-1);
803
804     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, Depth + 1, Q);
805     KnownZero = KZF(KnownZero, ShiftAmt);
806     KnownOne  = KOF(KnownOne, ShiftAmt);
807     // If there is conflict between KnownZero and KnownOne, this must be an
808     // overflowing left shift, so the shift result is undefined. Clear KnownZero
809     // and KnownOne bits so that other code could propagate this undef.
810     if ((KnownZero & KnownOne) != 0) {
811       KnownZero.clearAllBits();
812       KnownOne.clearAllBits();
813     }
814
815     return;
816   }
817
818   computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, Depth + 1, Q);
819
820   // Note: We cannot use KnownZero.getLimitedValue() here, because if
821   // BitWidth > 64 and any upper bits are known, we'll end up returning the
822   // limit value (which implies all bits are known).
823   uint64_t ShiftAmtKZ = KnownZero.zextOrTrunc(64).getZExtValue();
824   uint64_t ShiftAmtKO = KnownOne.zextOrTrunc(64).getZExtValue();
825
826   // It would be more-clearly correct to use the two temporaries for this
827   // calculation. Reusing the APInts here to prevent unnecessary allocations.
828   KnownZero.clearAllBits();
829   KnownOne.clearAllBits();
830
831   // If we know the shifter operand is nonzero, we can sometimes infer more
832   // known bits. However this is expensive to compute, so be lazy about it and
833   // only compute it when absolutely necessary.
834   Optional<bool> ShifterOperandIsNonZero;
835
836   // Early exit if we can't constrain any well-defined shift amount.
837   if (!(ShiftAmtKZ & (BitWidth - 1)) && !(ShiftAmtKO & (BitWidth - 1))) {
838     ShifterOperandIsNonZero =
839         isKnownNonZero(I->getOperand(1), Depth + 1, Q);
840     if (!*ShifterOperandIsNonZero)
841       return;
842   }
843
844   computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, Depth + 1, Q);
845
846   KnownZero = KnownOne = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
847   for (unsigned ShiftAmt = 0; ShiftAmt < BitWidth; ++ShiftAmt) {
848     // Combine the shifted known input bits only for those shift amounts
849     // compatible with its known constraints.
850     if ((ShiftAmt & ~ShiftAmtKZ) != ShiftAmt)
851       continue;
852     if ((ShiftAmt | ShiftAmtKO) != ShiftAmt)
853       continue;
854     // If we know the shifter is nonzero, we may be able to infer more known
855     // bits. This check is sunk down as far as possible to avoid the expensive
856     // call to isKnownNonZero if the cheaper checks above fail.
857     if (ShiftAmt == 0) {
858       if (!ShifterOperandIsNonZero.hasValue())
859         ShifterOperandIsNonZero =
860             isKnownNonZero(I->getOperand(1), Depth + 1, Q);
861       if (*ShifterOperandIsNonZero)
862         continue;
863     }
864
865     KnownZero &= KZF(KnownZero2, ShiftAmt);
866     KnownOne  &= KOF(KnownOne2, ShiftAmt);
867   }
868
869   // If there are no compatible shift amounts, then we've proven that the shift
870   // amount must be >= the BitWidth, and the result is undefined. We could
871   // return anything we'd like, but we need to make sure the sets of known bits
872   // stay disjoint (it should be better for some other code to actually
873   // propagate the undef than to pick a value here using known bits).
874   if ((KnownZero & KnownOne) != 0) {
875     KnownZero.clearAllBits();
876     KnownOne.clearAllBits();
877   }
878 }
879
880 static void computeKnownBitsFromOperator(const Operator *I, APInt &KnownZero,
881                                          APInt &KnownOne, unsigned Depth,
882                                          const Query &Q) {
883   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
884
885   APInt KnownZero2(KnownZero), KnownOne2(KnownOne);
886   switch (I->getOpcode()) {
887   default: break;
888   case Instruction::Load:
889     if (MDNode *MD = cast<LoadInst>(I)->getMetadata(LLVMContext::MD_range))
890       computeKnownBitsFromRangeMetadata(*MD, KnownZero, KnownOne);
891     break;
892   case Instruction::And: {
893     // If either the LHS or the RHS are Zero, the result is zero.
894     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, Depth + 1, Q);
895     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, Depth + 1, Q);
896
897     // Output known-1 bits are only known if set in both the LHS & RHS.
898     KnownOne &= KnownOne2;
899     // Output known-0 are known to be clear if zero in either the LHS | RHS.
900     KnownZero |= KnownZero2;
901
902     // and(x, add (x, -1)) is a common idiom that always clears the low bit;
903     // here we handle the more general case of adding any odd number by
904     // matching the form add(x, add(x, y)) where y is odd.
905     // TODO: This could be generalized to clearing any bit set in y where the
906     // following bit is known to be unset in y.
907     Value *Y = nullptr;
908     if (match(I->getOperand(0), m_Add(m_Specific(I->getOperand(1)),
909                                       m_Value(Y))) ||
910         match(I->getOperand(1), m_Add(m_Specific(I->getOperand(0)),
911                                       m_Value(Y)))) {
912       APInt KnownZero3(BitWidth, 0), KnownOne3(BitWidth, 0);
913       computeKnownBits(Y, KnownZero3, KnownOne3, Depth + 1, Q);
914       if (KnownOne3.countTrailingOnes() > 0)
915         KnownZero |= APInt::getLowBitsSet(BitWidth, 1);
916     }
917     break;
918   }
919   case Instruction::Or: {
920     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, Depth + 1, Q);
921     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, Depth + 1, Q);
922
923     // Output known-0 bits are only known if clear in both the LHS & RHS.
924     KnownZero &= KnownZero2;
925     // Output known-1 are known to be set if set in either the LHS | RHS.
926     KnownOne |= KnownOne2;
927     break;
928   }
929   case Instruction::Xor: {
930     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, Depth + 1, Q);
931     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, Depth + 1, Q);
932
933     // Output known-0 bits are known if clear or set in both the LHS & RHS.
934     APInt KnownZeroOut = (KnownZero & KnownZero2) | (KnownOne & KnownOne2);
935     // Output known-1 are known to be set if set in only one of the LHS, RHS.
936     KnownOne = (KnownZero & KnownOne2) | (KnownOne & KnownZero2);
937     KnownZero = KnownZeroOut;
938     break;
939   }
940   case Instruction::Mul: {
941     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
942     computeKnownBitsMul(I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW, KnownZero,
943                         KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, Depth, Q);
944     break;
945   }
946   case Instruction::UDiv: {
947     // For the purposes of computing leading zeros we can conservatively
948     // treat a udiv as a logical right shift by the power of 2 known to
949     // be less than the denominator.
950     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, Depth + 1, Q);
951     unsigned LeadZ = KnownZero2.countLeadingOnes();
952
953     KnownOne2.clearAllBits();
954     KnownZero2.clearAllBits();
955     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero2, KnownOne2, Depth + 1, Q);
956     unsigned RHSUnknownLeadingOnes = KnownOne2.countLeadingZeros();
957     if (RHSUnknownLeadingOnes != BitWidth)
958       LeadZ = std::min(BitWidth,
959                        LeadZ + BitWidth - RHSUnknownLeadingOnes - 1);
960
961     KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, LeadZ);
962     break;
963   }
964   case Instruction::Select: {
965     computeKnownBits(I->getOperand(2), KnownZero, KnownOne, Depth + 1, Q);
966     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero2, KnownOne2, Depth + 1, Q);
967
968     const Value *LHS;
969     const Value *RHS;
970     SelectPatternFlavor SPF = matchSelectPattern(I, LHS, RHS).Flavor;
971     if (SelectPatternResult::isMinOrMax(SPF)) {
972       computeKnownBits(RHS, KnownZero, KnownOne, Depth + 1, Q);
973       computeKnownBits(LHS, KnownZero2, KnownOne2, Depth + 1, Q);
974     } else {
975       computeKnownBits(I->getOperand(2), KnownZero, KnownOne, Depth + 1, Q);
976       computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero2, KnownOne2, Depth + 1, Q);
977     }
978
979     unsigned MaxHighOnes = 0;
980     unsigned MaxHighZeros = 0;
981     if (SPF == SPF_SMAX) {
982       // If both sides are negative, the result is negative.
983       if (KnownOne[BitWidth - 1] && KnownOne2[BitWidth - 1])
984         // We can derive a lower bound on the result by taking the max of the
985         // leading one bits.
986         MaxHighOnes =
987             std::max(KnownOne.countLeadingOnes(), KnownOne2.countLeadingOnes());
988       // If either side is non-negative, the result is non-negative.
989       else if (KnownZero[BitWidth - 1] || KnownZero2[BitWidth - 1])
990         MaxHighZeros = 1;
991     } else if (SPF == SPF_SMIN) {
992       // If both sides are non-negative, the result is non-negative.
993       if (KnownZero[BitWidth - 1] && KnownZero2[BitWidth - 1])
994         // We can derive an upper bound on the result by taking the max of the
995         // leading zero bits.
996         MaxHighZeros = std::max(KnownZero.countLeadingOnes(),
997                                 KnownZero2.countLeadingOnes());
998       // If either side is negative, the result is negative.
999       else if (KnownOne[BitWidth - 1] || KnownOne2[BitWidth - 1])
1000         MaxHighOnes = 1;
1001     } else if (SPF == SPF_UMAX) {
1002       // We can derive a lower bound on the result by taking the max of the
1003       // leading one bits.
1004       MaxHighOnes =
1005           std::max(KnownOne.countLeadingOnes(), KnownOne2.countLeadingOnes());
1006     } else if (SPF == SPF_UMIN) {
1007       // We can derive an upper bound on the result by taking the max of the
1008       // leading zero bits.
1009       MaxHighZeros =
1010           std::max(KnownZero.countLeadingOnes(), KnownZero2.countLeadingOnes());
1011     }
1012
1013     // Only known if known in both the LHS and RHS.
1014     KnownOne &= KnownOne2;
1015     KnownZero &= KnownZero2;
1016     if (MaxHighOnes > 0)
1017       KnownOne |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, MaxHighOnes);
1018     if (MaxHighZeros > 0)
1019       KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, MaxHighZeros);
1020     break;
1021   }
1022   case Instruction::FPTrunc:
1023   case Instruction::FPExt:
1024   case Instruction::FPToUI:
1025   case Instruction::FPToSI:
1026   case Instruction::SIToFP:
1027   case Instruction::UIToFP:
1028     break; // Can't work with floating point.
1029   case Instruction::PtrToInt:
1030   case Instruction::IntToPtr:
1031     // Fall through and handle them the same as zext/trunc.
1032     LLVM_FALLTHROUGH;
1033   case Instruction::ZExt:
1034   case Instruction::Trunc: {
1035     Type *SrcTy = I->getOperand(0)->getType();
1036
1037     unsigned SrcBitWidth;
1038     // Note that we handle pointer operands here because of inttoptr/ptrtoint
1039     // which fall through here.
1040     SrcBitWidth = Q.DL.getTypeSizeInBits(SrcTy->getScalarType());
1041
1042     assert(SrcBitWidth && "SrcBitWidth can't be zero");
1043     KnownZero = KnownZero.zextOrTrunc(SrcBitWidth);
1044     KnownOne = KnownOne.zextOrTrunc(SrcBitWidth);
1045     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, Depth + 1, Q);
1046     KnownZero = KnownZero.zextOrTrunc(BitWidth);
1047     KnownOne = KnownOne.zextOrTrunc(BitWidth);
1048     // Any top bits are known to be zero.
1049     if (BitWidth > SrcBitWidth)
1050       KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - SrcBitWidth);
1051     break;
1052   }
1053   case Instruction::BitCast: {
1054     Type *SrcTy = I->getOperand(0)->getType();
1055     if ((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
1056         // TODO: For now, not handling conversions like:
1057         // (bitcast i64 %x to <2 x i32>)
1058         !I->getType()->isVectorTy()) {
1059       computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, Depth + 1, Q);
1060       break;
1061     }
1062     break;
1063   }
1064   case Instruction::SExt: {
1065     // Compute the bits in the result that are not present in the input.
1066     unsigned SrcBitWidth = I->getOperand(0)->getType()->getScalarSizeInBits();
1067
1068     KnownZero = KnownZero.trunc(SrcBitWidth);
1069     KnownOne = KnownOne.trunc(SrcBitWidth);
1070     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, Depth + 1, Q);
1071     KnownZero = KnownZero.zext(BitWidth);
1072     KnownOne = KnownOne.zext(BitWidth);
1073
1074     // If the sign bit of the input is known set or clear, then we know the
1075     // top bits of the result.
1076     if (KnownZero[SrcBitWidth-1])             // Input sign bit known zero
1077       KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - SrcBitWidth);
1078     else if (KnownOne[SrcBitWidth-1])           // Input sign bit known set
1079       KnownOne |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - SrcBitWidth);
1080     break;
1081   }
1082   case Instruction::Shl: {
1083     // (shl X, C1) & C2 == 0   iff   (X & C2 >>u C1) == 0
1084     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
1085     auto KZF = [BitWidth, NSW](const APInt &KnownZero, unsigned ShiftAmt) {
1086       APInt KZResult =
1087           (KnownZero << ShiftAmt) |
1088           APInt::getLowBitsSet(BitWidth, ShiftAmt); // Low bits known 0.
1089       // If this shift has "nsw" keyword, then the result is either a poison
1090       // value or has the same sign bit as the first operand.
1091       if (NSW && KnownZero.isNegative())
1092         KZResult.setBit(BitWidth - 1);
1093       return KZResult;
1094     };
1095
1096     auto KOF = [BitWidth, NSW](const APInt &KnownOne, unsigned ShiftAmt) {
1097       APInt KOResult = KnownOne << ShiftAmt;
1098       if (NSW && KnownOne.isNegative())
1099         KOResult.setBit(BitWidth - 1);
1100       return KOResult;
1101     };
1102
1103     computeKnownBitsFromShiftOperator(I, KnownZero, KnownOne,
1104                                       KnownZero2, KnownOne2, Depth, Q, KZF,
1105                                       KOF);
1106     break;
1107   }
1108   case Instruction::LShr: {
1109     // (ushr X, C1) & C2 == 0   iff  (-1 >> C1) & C2 == 0
1110     auto KZF = [BitWidth](const APInt &KnownZero, unsigned ShiftAmt) {
1111       return APIntOps::lshr(KnownZero, ShiftAmt) |
1112              // High bits known zero.
1113              APInt::getHighBitsSet(BitWidth, ShiftAmt);
1114     };
1115
1116     auto KOF = [BitWidth](const APInt &KnownOne, unsigned ShiftAmt) {
1117       return APIntOps::lshr(KnownOne, ShiftAmt);
1118     };
1119
1120     computeKnownBitsFromShiftOperator(I, KnownZero, KnownOne,
1121                                       KnownZero2, KnownOne2, Depth, Q, KZF,
1122                                       KOF);
1123     break;
1124   }
1125   case Instruction::AShr: {
1126     // (ashr X, C1) & C2 == 0   iff  (-1 >> C1) & C2 == 0
1127     auto KZF = [BitWidth](const APInt &KnownZero, unsigned ShiftAmt) {
1128       return APIntOps::ashr(KnownZero, ShiftAmt);
1129     };
1130
1131     auto KOF = [BitWidth](const APInt &KnownOne, unsigned ShiftAmt) {
1132       return APIntOps::ashr(KnownOne, ShiftAmt);
1133     };
1134
1135     computeKnownBitsFromShiftOperator(I, KnownZero, KnownOne,
1136                                       KnownZero2, KnownOne2, Depth, Q, KZF,
1137                                       KOF);
1138     break;
1139   }
1140   case Instruction::Sub: {
1141     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
1142     computeKnownBitsAddSub(false, I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW,
1143                            KnownZero, KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, Depth,
1144                            Q);
1145     break;
1146   }
1147   case Instruction::Add: {
1148     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
1149     computeKnownBitsAddSub(true, I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW,
1150                            KnownZero, KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, Depth,
1151                            Q);
1152     break;
1153   }
1154   case Instruction::SRem:
1155     if (ConstantInt *Rem = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1156       APInt RA = Rem->getValue().abs();
1157       if (RA.isPowerOf2()) {
1158         APInt LowBits = RA - 1;
1159         computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, Depth + 1,
1160                          Q);
1161
1162         // The low bits of the first operand are unchanged by the srem.
1163         KnownZero = KnownZero2 & LowBits;
1164         KnownOne = KnownOne2 & LowBits;
1165
1166         // If the first operand is non-negative or has all low bits zero, then
1167         // the upper bits are all zero.
1168         if (KnownZero2[BitWidth-1] || ((KnownZero2 & LowBits) == LowBits))
1169           KnownZero |= ~LowBits;
1170
1171         // If the first operand is negative and not all low bits are zero, then
1172         // the upper bits are all one.
1173         if (KnownOne2[BitWidth-1] && ((KnownOne2 & LowBits) != 0))
1174           KnownOne |= ~LowBits;
1175
1176         assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
1177       }
1178     }
1179
1180     // The sign bit is the LHS's sign bit, except when the result of the
1181     // remainder is zero.
1182     if (KnownZero.isNonNegative()) {
1183       APInt LHSKnownZero(BitWidth, 0), LHSKnownOne(BitWidth, 0);
1184       computeKnownBits(I->getOperand(0), LHSKnownZero, LHSKnownOne, Depth + 1,
1185                        Q);
1186       // If it's known zero, our sign bit is also zero.
1187       if (LHSKnownZero.isNegative())
1188         KnownZero.setBit(BitWidth - 1);
1189     }
1190
1191     break;
1192   case Instruction::URem: {
1193     if (ConstantInt *Rem = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1194       const APInt &RA = Rem->getValue();
1195       if (RA.isPowerOf2()) {
1196         APInt LowBits = (RA - 1);
1197         computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, Depth + 1, Q);
1198         KnownZero |= ~LowBits;
1199         KnownOne &= LowBits;
1200         break;
1201       }
1202     }
1203
1204     // Since the result is less than or equal to either operand, any leading
1205     // zero bits in either operand must also exist in the result.
1206     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, Depth + 1, Q);
1207     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero2, KnownOne2, Depth + 1, Q);
1208
1209     unsigned Leaders = std::max(KnownZero.countLeadingOnes(),
1210                                 KnownZero2.countLeadingOnes());
1211     KnownOne.clearAllBits();
1212     KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, Leaders);
1213     break;
1214   }
1215
1216   case Instruction::Alloca: {
1217     const AllocaInst *AI = cast<AllocaInst>(I);
1218     unsigned Align = AI->getAlignment();
1219     if (Align == 0)
1220       Align = Q.DL.getABITypeAlignment(AI->getAllocatedType());
1221
1222     if (Align > 0)
1223       KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, countTrailingZeros(Align));
1224     break;
1225   }
1226   case Instruction::GetElementPtr: {
1227     // Analyze all of the subscripts of this getelementptr instruction
1228     // to determine if we can prove known low zero bits.
1229     APInt LocalKnownZero(BitWidth, 0), LocalKnownOne(BitWidth, 0);
1230     computeKnownBits(I->getOperand(0), LocalKnownZero, LocalKnownOne, Depth + 1,
1231                      Q);
1232     unsigned TrailZ = LocalKnownZero.countTrailingOnes();
1233
1234     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(I);
1235     for (unsigned i = 1, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i, ++GTI) {
1236       Value *Index = I->getOperand(i);
1237       if (StructType *STy = GTI.getStructTypeOrNull()) {
1238         // Handle struct member offset arithmetic.
1239
1240         // Handle case when index is vector zeroinitializer
1241         Constant *CIndex = cast<Constant>(Index);
1242         if (CIndex->isZeroValue())
1243           continue;
1244
1245         if (CIndex->getType()->isVectorTy())
1246           Index = CIndex->getSplatValue();
1247
1248         unsigned Idx = cast<ConstantInt>(Index)->getZExtValue();
1249         const StructLayout *SL = Q.DL.getStructLayout(STy);
1250         uint64_t Offset = SL->getElementOffset(Idx);
1251         TrailZ = std::min<unsigned>(TrailZ,
1252                                     countTrailingZeros(Offset));
1253       } else {
1254         // Handle array index arithmetic.
1255         Type *IndexedTy = GTI.getIndexedType();
1256         if (!IndexedTy->isSized()) {
1257           TrailZ = 0;
1258           break;
1259         }
1260         unsigned GEPOpiBits = Index->getType()->getScalarSizeInBits();
1261         uint64_t TypeSize = Q.DL.getTypeAllocSize(IndexedTy);
1262         LocalKnownZero = LocalKnownOne = APInt(GEPOpiBits, 0);
1263         computeKnownBits(Index, LocalKnownZero, LocalKnownOne, Depth + 1, Q);
1264         TrailZ = std::min(TrailZ,
1265                           unsigned(countTrailingZeros(TypeSize) +
1266                                    LocalKnownZero.countTrailingOnes()));
1267       }
1268     }
1269
1270     KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, TrailZ);
1271     break;
1272   }
1273   case Instruction::PHI: {
1274     const PHINode *P = cast<PHINode>(I);
1275     // Handle the case of a simple two-predecessor recurrence PHI.
1276     // There's a lot more that could theoretically be done here, but
1277     // this is sufficient to catch some interesting cases.
1278     if (P->getNumIncomingValues() == 2) {
1279       for (unsigned i = 0; i != 2; ++i) {
1280         Value *L = P->getIncomingValue(i);
1281         Value *R = P->getIncomingValue(!i);
1282         Operator *LU = dyn_cast<Operator>(L);
1283         if (!LU)
1284           continue;
1285         unsigned Opcode = LU->getOpcode();
1286         // Check for operations that have the property that if
1287         // both their operands have low zero bits, the result
1288         // will have low zero bits.
1289         if (Opcode == Instruction::Add ||
1290             Opcode == Instruction::Sub ||
1291             Opcode == Instruction::And ||
1292             Opcode == Instruction::Or ||
1293             Opcode == Instruction::Mul) {
1294           Value *LL = LU->getOperand(0);
1295           Value *LR = LU->getOperand(1);
1296           // Find a recurrence.
1297           if (LL == I)
1298             L = LR;
1299           else if (LR == I)
1300             L = LL;
1301           else
1302             break;
1303           // Ok, we have a PHI of the form L op= R. Check for low
1304           // zero bits.
1305           computeKnownBits(R, KnownZero2, KnownOne2, Depth + 1, Q);
1306
1307           // We need to take the minimum number of known bits
1308           APInt KnownZero3(KnownZero), KnownOne3(KnownOne);
1309           computeKnownBits(L, KnownZero3, KnownOne3, Depth + 1, Q);
1310
1311           KnownZero = APInt::getLowBitsSet(
1312               BitWidth, std::min(KnownZero2.countTrailingOnes(),
1313                                  KnownZero3.countTrailingOnes()));
1314
1315           if (DontImproveNonNegativePhiBits)
1316             break;
1317
1318           auto *OverflowOp = dyn_cast<OverflowingBinaryOperator>(LU);
1319           if (OverflowOp && OverflowOp->hasNoSignedWrap()) {
1320             // If initial value of recurrence is nonnegative, and we are adding
1321             // a nonnegative number with nsw, the result can only be nonnegative
1322             // or poison value regardless of the number of times we execute the
1323             // add in phi recurrence. If initial value is negative and we are
1324             // adding a negative number with nsw, the result can only be
1325             // negative or poison value. Similar arguments apply to sub and mul.
1326             //
1327             // (add non-negative, non-negative) --> non-negative
1328             // (add negative, negative) --> negative
1329             if (Opcode == Instruction::Add) {
1330               if (KnownZero2.isNegative() && KnownZero3.isNegative())
1331                 KnownZero.setBit(BitWidth - 1);
1332               else if (KnownOne2.isNegative() && KnownOne3.isNegative())
1333                 KnownOne.setBit(BitWidth - 1);
1334             }
1335
1336             // (sub nsw non-negative, negative) --> non-negative
1337             // (sub nsw negative, non-negative) --> negative
1338             else if (Opcode == Instruction::Sub && LL == I) {
1339               if (KnownZero2.isNegative() && KnownOne3.isNegative())
1340                 KnownZero.setBit(BitWidth - 1);
1341               else if (KnownOne2.isNegative() && KnownZero3.isNegative())
1342                 KnownOne.setBit(BitWidth - 1);
1343             }
1344
1345             // (mul nsw non-negative, non-negative) --> non-negative
1346             else if (Opcode == Instruction::Mul && KnownZero2.isNegative() &&
1347                      KnownZero3.isNegative())
1348               KnownZero.setBit(BitWidth - 1);
1349           }
1350
1351           break;
1352         }
1353       }
1354     }
1355
1356     // Unreachable blocks may have zero-operand PHI nodes.
1357     if (P->getNumIncomingValues() == 0)
1358       break;
1359
1360     // Otherwise take the unions of the known bit sets of the operands,
1361     // taking conservative care to avoid excessive recursion.
1362     if (Depth < MaxDepth - 1 && !KnownZero && !KnownOne) {
1363       // Skip if every incoming value references to ourself.
1364       if (dyn_cast_or_null<UndefValue>(P->hasConstantValue()))
1365         break;
1366
1367       KnownZero = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
1368       KnownOne = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
1369       for (Value *IncValue : P->incoming_values()) {
1370         // Skip direct self references.
1371         if (IncValue == P) continue;
1372
1373         KnownZero2 = APInt(BitWidth, 0);
1374         KnownOne2 = APInt(BitWidth, 0);
1375         // Recurse, but cap the recursion to one level, because we don't
1376         // want to waste time spinning around in loops.
1377         computeKnownBits(IncValue, KnownZero2, KnownOne2, MaxDepth - 1, Q);
1378         KnownZero &= KnownZero2;
1379         KnownOne &= KnownOne2;
1380         // If all bits have been ruled out, there's no need to check
1381         // more operands.
1382         if (!KnownZero && !KnownOne)
1383           break;
1384       }
1385     }
1386     break;
1387   }
1388   case Instruction::Call:
1389   case Instruction::Invoke:
1390     // If range metadata is attached to this call, set known bits from that,
1391     // and then intersect with known bits based on other properties of the
1392     // function.
1393     if (MDNode *MD = cast<Instruction>(I)->getMetadata(LLVMContext::MD_range))
1394       computeKnownBitsFromRangeMetadata(*MD, KnownZero, KnownOne);
1395     if (const Value *RV = ImmutableCallSite(I).getReturnedArgOperand()) {
1396       computeKnownBits(RV, KnownZero2, KnownOne2, Depth + 1, Q);
1397       KnownZero |= KnownZero2;
1398       KnownOne |= KnownOne2;
1399     }
1400     if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
1401       switch (II->getIntrinsicID()) {
1402       default: break;
1403       case Intrinsic::bswap:
1404         computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, Depth + 1, Q);
1405         KnownZero |= KnownZero2.byteSwap();
1406         KnownOne |= KnownOne2.byteSwap();
1407         break;
1408       case Intrinsic::ctlz:
1409       case Intrinsic::cttz: {
1410         unsigned LowBits = Log2_32(BitWidth)+1;
1411         // If this call is undefined for 0, the result will be less than 2^n.
1412         if (II->getArgOperand(1) == ConstantInt::getTrue(II->getContext()))
1413           LowBits -= 1;
1414         KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - LowBits);
1415         break;
1416       }
1417       case Intrinsic::ctpop: {
1418         computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, Depth + 1, Q);
1419         // We can bound the space the count needs.  Also, bits known to be zero
1420         // can't contribute to the population.
1421         unsigned BitsPossiblySet = BitWidth - KnownZero2.countPopulation();
1422         unsigned LeadingZeros =
1423           APInt(BitWidth, BitsPossiblySet).countLeadingZeros();
1424         assert(LeadingZeros <= BitWidth);
1425         KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, LeadingZeros);
1426         KnownOne &= ~KnownZero;
1427         // TODO: we could bound KnownOne using the lower bound on the number
1428         // of bits which might be set provided by popcnt KnownOne2.
1429         break;
1430       }
1431       case Intrinsic::x86_sse42_crc32_64_64:
1432         KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(64, 32);
1433         break;
1434       }
1435     }
1436     break;
1437   case Instruction::ExtractElement:
1438     // Look through extract element. At the moment we keep this simple and skip
1439     // tracking the specific element. But at least we might find information
1440     // valid for all elements of the vector (for example if vector is sign
1441     // extended, shifted, etc).
1442     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, Depth + 1, Q);
1443     break;
1444   case Instruction::ExtractValue:
1445     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I->getOperand(0))) {
1446       const ExtractValueInst *EVI = cast<ExtractValueInst>(I);
1447       if (EVI->getNumIndices() != 1) break;
1448       if (EVI->getIndices()[0] == 0) {
1449         switch (II->getIntrinsicID()) {
1450         default: break;
1451         case Intrinsic::uadd_with_overflow:
1452         case Intrinsic::sadd_with_overflow:
1453           computeKnownBitsAddSub(true, II->getArgOperand(0),
1454                                  II->getArgOperand(1), false, KnownZero,
1455                                  KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, Depth, Q);
1456           break;
1457         case Intrinsic::usub_with_overflow:
1458         case Intrinsic::ssub_with_overflow:
1459           computeKnownBitsAddSub(false, II->getArgOperand(0),
1460                                  II->getArgOperand(1), false, KnownZero,
1461                                  KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, Depth, Q);
1462           break;
1463         case Intrinsic::umul_with_overflow:
1464         case Intrinsic::smul_with_overflow:
1465           computeKnownBitsMul(II->getArgOperand(0), II->getArgOperand(1), false,
1466                               KnownZero, KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, Depth,
1467                               Q);
1468           break;
1469         }
1470       }
1471     }
1472   }
1473 }
1474
1475 /// Determine which bits of V are known to be either zero or one and return
1476 /// them in the KnownZero/KnownOne bit sets.
1477 ///
1478 /// NOTE: we cannot consider 'undef' to be "IsZero" here.  The problem is that
1479 /// we cannot optimize based on the assumption that it is zero without changing
1480 /// it to be an explicit zero.  If we don't change it to zero, other code could
1481 /// optimized based on the contradictory assumption that it is non-zero.
1482 /// Because instcombine aggressively folds operations with undef args anyway,
1483 /// this won't lose us code quality.
1484 ///
1485 /// This function is defined on values with integer type, values with pointer
1486 /// type, and vectors of integers.  In the case
1487 /// where V is a vector, known zero, and known one values are the
1488 /// same width as the vector element, and the bit is set only if it is true
1489 /// for all of the elements in the vector.
1490 void computeKnownBits(const Value *V, APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
1491                       unsigned Depth, const Query &Q) {
1492   assert(V && "No Value?");
1493   assert(Depth <= MaxDepth && "Limit Search Depth");
1494   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
1495
1496   assert((V->getType()->isIntOrIntVectorTy() ||
1497           V->getType()->getScalarType()->isPointerTy()) &&
1498          "Not integer or pointer type!");
1499   assert((Q.DL.getTypeSizeInBits(V->getType()->getScalarType()) == BitWidth) &&
1500          (!V->getType()->isIntOrIntVectorTy() ||
1501           V->getType()->getScalarSizeInBits() == BitWidth) &&
1502          KnownZero.getBitWidth() == BitWidth &&
1503          KnownOne.getBitWidth() == BitWidth &&
1504          "V, KnownOne and KnownZero should have same BitWidth");
1505
1506   const APInt *C;
1507   if (match(V, m_APInt(C))) {
1508     // We know all of the bits for a scalar constant or a splat vector constant!
1509     KnownOne = *C;
1510     KnownZero = ~KnownOne;
1511     return;
1512   }
1513   // Null and aggregate-zero are all-zeros.
1514   if (isa<ConstantPointerNull>(V) || isa<ConstantAggregateZero>(V)) {
1515     KnownOne.clearAllBits();
1516     KnownZero = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
1517     return;
1518   }
1519   // Handle a constant vector by taking the intersection of the known bits of
1520   // each element.
1521   if (const ConstantDataSequential *CDS = dyn_cast<ConstantDataSequential>(V)) {
1522     // We know that CDS must be a vector of integers. Take the intersection of
1523     // each element.
1524     KnownZero.setAllBits(); KnownOne.setAllBits();
1525     APInt Elt(KnownZero.getBitWidth(), 0);
1526     for (unsigned i = 0, e = CDS->getNumElements(); i != e; ++i) {
1527       Elt = CDS->getElementAsInteger(i);
1528       KnownZero &= ~Elt;
1529       KnownOne &= Elt;
1530     }
1531     return;
1532   }
1533
1534   if (const auto *CV = dyn_cast<ConstantVector>(V)) {
1535     // We know that CV must be a vector of integers. Take the intersection of
1536     // each element.
1537     KnownZero.setAllBits(); KnownOne.setAllBits();
1538     APInt Elt(KnownZero.getBitWidth(), 0);
1539     for (unsigned i = 0, e = CV->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1540       Constant *Element = CV->getAggregateElement(i);
1541       auto *ElementCI = dyn_cast_or_null<ConstantInt>(Element);
1542       if (!ElementCI) {
1543         KnownZero.clearAllBits();
1544         KnownOne.clearAllBits();
1545         return;
1546       }
1547       Elt = ElementCI->getValue();
1548       KnownZero &= ~Elt;
1549       KnownOne &= Elt;
1550     }
1551     return;
1552   }
1553
1554   // Start out not knowing anything.
1555   KnownZero.clearAllBits(); KnownOne.clearAllBits();
1556
1557   // We can't imply anything about undefs.
1558   if (isa<UndefValue>(V))
1559     return;
1560
1561   // There's no point in looking through other users of ConstantData for
1562   // assumptions.  Confirm that we've handled them all.
1563   assert(!isa<ConstantData>(V) && "Unhandled constant data!");
1564
1565   // Limit search depth.
1566   // All recursive calls that increase depth must come after this.
1567   if (Depth == MaxDepth)
1568     return;
1569
1570   // A weak GlobalAlias is totally unknown. A non-weak GlobalAlias has
1571   // the bits of its aliasee.
1572   if (const GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V)) {
1573     if (!GA->isInterposable())
1574       computeKnownBits(GA->getAliasee(), KnownZero, KnownOne, Depth + 1, Q);
1575     return;
1576   }
1577
1578   if (const Operator *I = dyn_cast<Operator>(V))
1579     computeKnownBitsFromOperator(I, KnownZero, KnownOne, Depth, Q);
1580
1581   // Aligned pointers have trailing zeros - refine KnownZero set
1582   if (V->getType()->isPointerTy()) {
1583     unsigned Align = V->getPointerAlignment(Q.DL);
1584     if (Align)
1585       KnownZero |= APInt::getLowBitsSet(BitWidth, countTrailingZeros(Align));
1586   }
1587
1588   // computeKnownBitsFromAssume strictly refines KnownZero and
1589   // KnownOne. Therefore, we run them after computeKnownBitsFromOperator.
1590
1591   // Check whether a nearby assume intrinsic can determine some known bits.
1592   computeKnownBitsFromAssume(V, KnownZero, KnownOne, Depth, Q);
1593
1594   assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
1595 }
1596
1597 /// Determine whether the sign bit is known to be zero or one.
1598 /// Convenience wrapper around computeKnownBits.
1599 void ComputeSignBit(const Value *V, bool &KnownZero, bool &KnownOne,
1600                     unsigned Depth, const Query &Q) {
1601   unsigned BitWidth = getBitWidth(V->getType(), Q.DL);
1602   if (!BitWidth) {
1603     KnownZero = false;
1604     KnownOne = false;
1605     return;
1606   }
1607   APInt ZeroBits(BitWidth, 0);
1608   APInt OneBits(BitWidth, 0);
1609   computeKnownBits(V, ZeroBits, OneBits, Depth, Q);
1610   KnownOne = OneBits[BitWidth - 1];
1611   KnownZero = ZeroBits[BitWidth - 1];
1612 }
1613
1614 /// Return true if the given value is known to have exactly one
1615 /// bit set when defined. For vectors return true if every element is known to
1616 /// be a power of two when defined. Supports values with integer or pointer
1617 /// types and vectors of integers.
1618 bool isKnownToBeAPowerOfTwo(const Value *V, bool OrZero, unsigned Depth,
1619                             const Query &Q) {
1620   if (const Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
1621     if (C->isNullValue())
1622       return OrZero;
1623
1624     const APInt *ConstIntOrConstSplatInt;
1625     if (match(C, m_APInt(ConstIntOrConstSplatInt)))
1626       return ConstIntOrConstSplatInt->isPowerOf2();
1627   }
1628
1629   // 1 << X is clearly a power of two if the one is not shifted off the end.  If
1630   // it is shifted off the end then the result is undefined.
1631   if (match(V, m_Shl(m_One(), m_Value())))
1632     return true;
1633
1634   // (signbit) >>l X is clearly a power of two if the one is not shifted off the
1635   // bottom.  If it is shifted off the bottom then the result is undefined.
1636   if (match(V, m_LShr(m_SignBit(), m_Value())))
1637     return true;
1638
1639   // The remaining tests are all recursive, so bail out if we hit the limit.
1640   if (Depth++ == MaxDepth)
1641     return false;
1642
1643   Value *X = nullptr, *Y = nullptr;
1644   // A shift left or a logical shift right of a power of two is a power of two
1645   // or zero.
1646   if (OrZero && (match(V, m_Shl(m_Value(X), m_Value())) ||
1647                  match(V, m_LShr(m_Value(X), m_Value()))))
1648     return isKnownToBeAPowerOfTwo(X, /*OrZero*/ true, Depth, Q);
1649
1650   if (const ZExtInst *ZI = dyn_cast<ZExtInst>(V))
1651     return isKnownToBeAPowerOfTwo(ZI->getOperand(0), OrZero, Depth, Q);
1652
1653   if (const SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V))
1654     return isKnownToBeAPowerOfTwo(SI->getTrueValue(), OrZero, Depth, Q) &&
1655            isKnownToBeAPowerOfTwo(SI->getFalseValue(), OrZero, Depth, Q);
1656
1657   if (OrZero && match(V, m_And(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1658     // A power of two and'd with anything is a power of two or zero.
1659     if (isKnownToBeAPowerOfTwo(X, /*OrZero*/ true, Depth, Q) ||
1660         isKnownToBeAPowerOfTwo(Y, /*OrZero*/ true, Depth, Q))
1661       return true;
1662     // X & (-X) is always a power of two or zero.
1663     if (match(X, m_Neg(m_Specific(Y))) || match(Y, m_Neg(m_Specific(X))))
1664       return true;
1665     return false;
1666   }
1667
1668   // Adding a power-of-two or zero to the same power-of-two or zero yields
1669   // either the original power-of-two, a larger power-of-two or zero.
1670   if (match(V, m_Add(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1671     const OverflowingBinaryOperator *VOBO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V);
1672     if (OrZero || VOBO->hasNoUnsignedWrap() || VOBO->hasNoSignedWrap()) {
1673       if (match(X, m_And(m_Specific(Y), m_Value())) ||
1674           match(X, m_And(m_Value(), m_Specific(Y))))
1675         if (isKnownToBeAPowerOfTwo(Y, OrZero, Depth, Q))
1676           return true;
1677       if (match(Y, m_And(m_Specific(X), m_Value())) ||
1678           match(Y, m_And(m_Value(), m_Specific(X))))
1679         if (isKnownToBeAPowerOfTwo(X, OrZero, Depth, Q))
1680           return true;
1681
1682       unsigned BitWidth = V->getType()->getScalarSizeInBits();
1683       APInt LHSZeroBits(BitWidth, 0), LHSOneBits(BitWidth, 0);
1684       computeKnownBits(X, LHSZeroBits, LHSOneBits, Depth, Q);
1685
1686       APInt RHSZeroBits(BitWidth, 0), RHSOneBits(BitWidth, 0);
1687       computeKnownBits(Y, RHSZeroBits, RHSOneBits, Depth, Q);
1688       // If i8 V is a power of two or zero:
1689       //  ZeroBits: 1 1 1 0 1 1 1 1
1690       // ~ZeroBits: 0 0 0 1 0 0 0 0
1691       if ((~(LHSZeroBits & RHSZeroBits)).isPowerOf2())
1692         // If OrZero isn't set, we cannot give back a zero result.
1693         // Make sure either the LHS or RHS has a bit set.
1694         if (OrZero || RHSOneBits.getBoolValue() || LHSOneBits.getBoolValue())
1695           return true;
1696     }
1697   }
1698
1699   // An exact divide or right shift can only shift off zero bits, so the result
1700   // is a power of two only if the first operand is a power of two and not
1701   // copying a sign bit (sdiv int_min, 2).
1702   if (match(V, m_Exact(m_LShr(m_Value(), m_Value()))) ||
1703       match(V, m_Exact(m_UDiv(m_Value(), m_Value())))) {
1704     return isKnownToBeAPowerOfTwo(cast<Operator>(V)->getOperand(0), OrZero,
1705                                   Depth, Q);
1706   }
1707
1708   return false;
1709 }
1710
1711 /// \brief Test whether a GEP's result is known to be non-null.
1712 ///
1713 /// Uses properties inherent in a GEP to try to determine whether it is known
1714 /// to be non-null.
1715 ///
1716 /// Currently this routine does not support vector GEPs.
1717 static bool isGEPKnownNonNull(const GEPOperator *GEP, unsigned Depth,
1718                               const Query &Q) {
1719   if (!GEP->isInBounds() || GEP->getPointerAddressSpace() != 0)
1720     return false;
1721
1722   // FIXME: Support vector-GEPs.
1723   assert(GEP->getType()->isPointerTy() && "We only support plain pointer GEP");
1724
1725   // If the base pointer is non-null, we cannot walk to a null address with an
1726   // inbounds GEP in address space zero.
1727   if (isKnownNonZero(GEP->getPointerOperand(), Depth, Q))
1728     return true;
1729
1730   // Walk the GEP operands and see if any operand introduces a non-zero offset.
1731   // If so, then the GEP cannot produce a null pointer, as doing so would
1732   // inherently violate the inbounds contract within address space zero.
1733   for (gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP), GTE = gep_type_end(GEP);
1734        GTI != GTE; ++GTI) {
1735     // Struct types are easy -- they must always be indexed by a constant.
1736     if (StructType *STy = GTI.getStructTypeOrNull()) {
1737       ConstantInt *OpC = cast<ConstantInt>(GTI.getOperand());
1738       unsigned ElementIdx = OpC->getZExtValue();
1739       const StructLayout *SL = Q.DL.getStructLayout(STy);
1740       uint64_t ElementOffset = SL->getElementOffset(ElementIdx);
1741       if (ElementOffset > 0)
1742         return true;
1743       continue;
1744     }
1745
1746     // If we have a zero-sized type, the index doesn't matter. Keep looping.
1747     if (Q.DL.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType()) == 0)
1748       continue;
1749
1750     // Fast path the constant operand case both for efficiency and so we don't
1751     // increment Depth when just zipping down an all-constant GEP.
1752     if (ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GTI.getOperand())) {
1753       if (!OpC->isZero())
1754         return true;
1755       continue;
1756     }
1757
1758     // We post-increment Depth here because while isKnownNonZero increments it
1759     // as well, when we pop back up that increment won't persist. We don't want
1760     // to recurse 10k times just because we have 10k GEP operands. We don't
1761     // bail completely out because we want to handle constant GEPs regardless
1762     // of depth.
1763     if (Depth++ >= MaxDepth)
1764       continue;
1765
1766     if (isKnownNonZero(GTI.getOperand(), Depth, Q))
1767       return true;
1768   }
1769
1770   return false;
1771 }
1772
1773 /// Does the 'Range' metadata (which must be a valid MD_range operand list)
1774 /// ensure that the value it's attached to is never Value?  'RangeType' is
1775 /// is the type of the value described by the range.
1776 static bool rangeMetadataExcludesValue(const MDNode* Ranges, const APInt& Value) {
1777   const unsigned NumRanges = Ranges->getNumOperands() / 2;
1778   assert(NumRanges >= 1);
1779   for (unsigned i = 0; i < NumRanges; ++i) {
1780     ConstantInt *Lower =
1781         mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges->getOperand(2 * i + 0));
1782     ConstantInt *Upper =
1783         mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges->getOperand(2 * i + 1));
1784     ConstantRange Range(Lower->getValue(), Upper->getValue());
1785     if (Range.contains(Value))
1786       return false;
1787   }
1788   return true;
1789 }
1790
1791 /// Return true if the given value is known to be non-zero when defined.
1792 /// For vectors return true if every element is known to be non-zero when
1793 /// defined. Supports values with integer or pointer type and vectors of
1794 /// integers.
1795 bool isKnownNonZero(const Value *V, unsigned Depth, const Query &Q) {
1796   if (auto *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
1797     if (C->isNullValue())
1798       return false;
1799     if (isa<ConstantInt>(C))
1800       // Must be non-zero due to null test above.
1801       return true;
1802
1803     // For constant vectors, check that all elements are undefined or known
1804     // non-zero to determine that the whole vector is known non-zero.
1805     if (auto *VecTy = dyn_cast<VectorType>(C->getType())) {
1806       for (unsigned i = 0, e = VecTy->getNumElements(); i != e; ++i) {
1807         Constant *Elt = C->getAggregateElement(i);
1808         if (!Elt || Elt->isNullValue())
1809           return false;
1810         if (!isa<UndefValue>(Elt) && !isa<ConstantInt>(Elt))
1811           return false;
1812       }
1813       return true;
1814     }
1815
1816     return false;
1817   }
1818
1819   if (auto *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
1820     if (MDNode *Ranges = I->getMetadata(LLVMContext::MD_range)) {
1821       // If the possible ranges don't contain zero, then the value is
1822       // definitely non-zero.
1823       if (auto *Ty = dyn_cast<IntegerType>(V->getType())) {
1824         const APInt ZeroValue(Ty->getBitWidth(), 0);
1825         if (rangeMetadataExcludesValue(Ranges, ZeroValue))
1826           return true;
1827       }
1828     }
1829   }
1830
1831   // The remaining tests are all recursive, so bail out if we hit the limit.
1832   if (Depth++ >= MaxDepth)
1833     return false;
1834
1835   // Check for pointer simplifications.
1836   if (V->getType()->isPointerTy()) {
1837     if (isKnownNonNull(V))
1838       return true;
1839     if (const GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V))
1840       if (isGEPKnownNonNull(GEP, Depth, Q))
1841         return true;
1842   }
1843
1844   unsigned BitWidth = getBitWidth(V->getType()->getScalarType(), Q.DL);
1845
1846   // X | Y != 0 if X != 0 or Y != 0.
1847   Value *X = nullptr, *Y = nullptr;
1848   if (match(V, m_Or(m_Value(X), m_Value(Y))))
1849     return isKnownNonZero(X, Depth, Q) || isKnownNonZero(Y, Depth, Q);
1850
1851   // ext X != 0 if X != 0.
1852   if (isa<SExtInst>(V) || isa<ZExtInst>(V))
1853     return isKnownNonZero(cast<Instruction>(V)->getOperand(0), Depth, Q);
1854
1855   // shl X, Y != 0 if X is odd.  Note that the value of the shift is undefined
1856   // if the lowest bit is shifted off the end.
1857   if (BitWidth && match(V, m_Shl(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1858     // shl nuw can't remove any non-zero bits.
1859     const OverflowingBinaryOperator *BO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V);
1860     if (BO->hasNoUnsignedWrap())
1861       return isKnownNonZero(X, Depth, Q);
1862
1863     APInt KnownZero(BitWidth, 0);
1864     APInt KnownOne(BitWidth, 0);
1865     computeKnownBits(X, KnownZero, KnownOne, Depth, Q);
1866     if (KnownOne[0])
1867       return true;
1868   }
1869   // shr X, Y != 0 if X is negative.  Note that the value of the shift is not
1870   // defined if the sign bit is shifted off the end.
1871   else if (match(V, m_Shr(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1872     // shr exact can only shift out zero bits.
1873     const PossiblyExactOperator *BO = cast<PossiblyExactOperator>(V);
1874     if (BO->isExact())
1875       return isKnownNonZero(X, Depth, Q);
1876
1877     bool XKnownNonNegative, XKnownNegative;
1878     ComputeSignBit(X, XKnownNonNegative, XKnownNegative, Depth, Q);
1879     if (XKnownNegative)
1880       return true;
1881
1882     // If the shifter operand is a constant, and all of the bits shifted
1883     // out are known to be zero, and X is known non-zero then at least one
1884     // non-zero bit must remain.
1885     if (ConstantInt *Shift = dyn_cast<ConstantInt>(Y)) {
1886       APInt KnownZero(BitWidth, 0);
1887       APInt KnownOne(BitWidth, 0);
1888       computeKnownBits(X, KnownZero, KnownOne, Depth, Q);
1889
1890       auto ShiftVal = Shift->getLimitedValue(BitWidth - 1);
1891       // Is there a known one in the portion not shifted out?
1892       if (KnownOne.countLeadingZeros() < BitWidth - ShiftVal)
1893         return true;
1894       // Are all the bits to be shifted out known zero?
1895       if (KnownZero.countTrailingOnes() >= ShiftVal)
1896         return isKnownNonZero(X, Depth, Q);
1897     }
1898   }
1899   // div exact can only produce a zero if the dividend is zero.
1900   else if (match(V, m_Exact(m_IDiv(m_Value(X), m_Value())))) {
1901     return isKnownNonZero(X, Depth, Q);
1902   }
1903   // X + Y.
1904   else if (match(V, m_Add(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1905     bool XKnownNonNegative, XKnownNegative;
1906     bool YKnownNonNegative, YKnownNegative;
1907     ComputeSignBit(X, XKnownNonNegative, XKnownNegative, Depth, Q);
1908     ComputeSignBit(Y, YKnownNonNegative, YKnownNegative, Depth, Q);
1909
1910     // If X and Y are both non-negative (as signed values) then their sum is not
1911     // zero unless both X and Y are zero.
1912     if (XKnownNonNegative && YKnownNonNegative)
1913       if (isKnownNonZero(X, Depth, Q) || isKnownNonZero(Y, Depth, Q))
1914         return true;
1915
1916     // If X and Y are both negative (as signed values) then their sum is not
1917     // zero unless both X and Y equal INT_MIN.
1918     if (BitWidth && XKnownNegative && YKnownNegative) {
1919       APInt KnownZero(BitWidth, 0);
1920       APInt KnownOne(BitWidth, 0);
1921       APInt Mask = APInt::getSignedMaxValue(BitWidth);
1922       // The sign bit of X is set.  If some other bit is set then X is not equal
1923       // to INT_MIN.
1924       computeKnownBits(X, KnownZero, KnownOne, Depth, Q);
1925       if ((KnownOne & Mask) != 0)
1926         return true;
1927       // The sign bit of Y is set.  If some other bit is set then Y is not equal
1928       // to INT_MIN.
1929       computeKnownBits(Y, KnownZero, KnownOne, Depth, Q);
1930       if ((KnownOne & Mask) != 0)
1931         return true;
1932     }
1933
1934     // The sum of a non-negative number and a power of two is not zero.
1935     if (XKnownNonNegative &&
1936         isKnownToBeAPowerOfTwo(Y, /*OrZero*/ false, Depth, Q))
1937       return true;
1938     if (YKnownNonNegative &&
1939         isKnownToBeAPowerOfTwo(X, /*OrZero*/ false, Depth, Q))
1940       return true;
1941   }
1942   // X * Y.
1943   else if (match(V, m_Mul(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1944     const OverflowingBinaryOperator *BO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V);
1945     // If X and Y are non-zero then so is X * Y as long as the multiplication
1946     // does not overflow.
1947     if ((BO->hasNoSignedWrap() || BO->hasNoUnsignedWrap()) &&
1948         isKnownNonZero(X, Depth, Q) && isKnownNonZero(Y, Depth, Q))
1949       return true;
1950   }
1951   // (C ? X : Y) != 0 if X != 0 and Y != 0.
1952   else if (const SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
1953     if (isKnownNonZero(SI->getTrueValue(), Depth, Q) &&
1954         isKnownNonZero(SI->getFalseValue(), Depth, Q))
1955       return true;
1956   }
1957   // PHI
1958   else if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
1959     // Try and detect a recurrence that monotonically increases from a
1960     // starting value, as these are common as induction variables.
1961     if (PN->getNumIncomingValues() == 2) {
1962       Value *Start = PN->getIncomingValue(0);
1963       Value *Induction = PN->getIncomingValue(1);
1964       if (isa<ConstantInt>(Induction) && !isa<ConstantInt>(Start))
1965         std::swap(Start, Induction);
1966       if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Start)) {
1967         if (!C->isZero() && !C->isNegative()) {
1968           ConstantInt *X;
1969           if ((match(Induction, m_NSWAdd(m_Specific(PN), m_ConstantInt(X))) ||
1970                match(Induction, m_NUWAdd(m_Specific(PN), m_ConstantInt(X)))) &&
1971               !X->isNegative())
1972             return true;
1973         }
1974       }
1975     }
1976     // Check if all incoming values are non-zero constant.
1977     bool AllNonZeroConstants = all_of(PN->operands(), [](Value *V) {
1978       return isa<ConstantInt>(V) && !cast<ConstantInt>(V)->isZeroValue();
1979     });
1980     if (AllNonZeroConstants)
1981       return true;
1982   }
1983
1984   if (!BitWidth) return false;
1985   APInt KnownZero(BitWidth, 0);
1986   APInt KnownOne(BitWidth, 0);
1987   computeKnownBits(V, KnownZero, KnownOne, Depth, Q);
1988   return KnownOne != 0;
1989 }
1990
1991 /// Return true if V2 == V1 + X, where X is known non-zero.
1992 static bool isAddOfNonZero(const Value *V1, const Value *V2, const Query &Q) {
1993   const BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(V1);
1994   if (!BO || BO->getOpcode() != Instruction::Add)
1995     return false;
1996   Value *Op = nullptr;
1997   if (V2 == BO->getOperand(0))
1998     Op = BO->getOperand(1);
1999   else if (V2 == BO->getOperand(1))
2000     Op = BO->getOperand(0);
2001   else
2002     return false;
2003   return isKnownNonZero(Op, 0, Q);
2004 }
2005
2006 /// Return true if it is known that V1 != V2.
2007 static bool isKnownNonEqual(const Value *V1, const Value *V2, const Query &Q) {
2008   if (V1->getType()->isVectorTy() || V1 == V2)
2009     return false;
2010   if (V1->getType() != V2->getType())
2011     // We can't look through casts yet.
2012     return false;
2013   if (isAddOfNonZero(V1, V2, Q) || isAddOfNonZero(V2, V1, Q))
2014     return true;
2015
2016   if (IntegerType *Ty = dyn_cast<IntegerType>(V1->getType())) {
2017     // Are any known bits in V1 contradictory to known bits in V2? If V1
2018     // has a known zero where V2 has a known one, they must not be equal.
2019     auto BitWidth = Ty->getBitWidth();
2020     APInt KnownZero1(BitWidth, 0);
2021     APInt KnownOne1(BitWidth, 0);
2022     computeKnownBits(V1, KnownZero1, KnownOne1, 0, Q);
2023     APInt KnownZero2(BitWidth, 0);
2024     APInt KnownOne2(BitWidth, 0);
2025     computeKnownBits(V2, KnownZero2, KnownOne2, 0, Q);
2026
2027     auto OppositeBits = (KnownZero1 & KnownOne2) | (KnownZero2 & KnownOne1);
2028     if (OppositeBits.getBoolValue())
2029       return true;
2030   }
2031   return false;
2032 }
2033
2034 /// Return true if 'V & Mask' is known to be zero.  We use this predicate to
2035 /// simplify operations downstream. Mask is known to be zero for bits that V
2036 /// cannot have.
2037 ///
2038 /// This function is defined on values with integer type, values with pointer
2039 /// type, and vectors of integers.  In the case
2040 /// where V is a vector, the mask, known zero, and known one values are the
2041 /// same width as the vector element, and the bit is set only if it is true
2042 /// for all of the elements in the vector.
2043 bool MaskedValueIsZero(const Value *V, const APInt &Mask, unsigned Depth,
2044                        const Query &Q) {
2045   APInt KnownZero(Mask.getBitWidth(), 0), KnownOne(Mask.getBitWidth(), 0);
2046   computeKnownBits(V, KnownZero, KnownOne, Depth, Q);
2047   return (KnownZero & Mask) == Mask;
2048 }
2049
2050 /// For vector constants, loop over the elements and find the constant with the
2051 /// minimum number of sign bits. Return 0 if the value is not a vector constant
2052 /// or if any element was not analyzed; otherwise, return the count for the
2053 /// element with the minimum number of sign bits.
2054 static unsigned computeNumSignBitsVectorConstant(const Value *V,
2055                                                  unsigned TyBits) {
2056   const auto *CV = dyn_cast<Constant>(V);
2057   if (!CV || !CV->getType()->isVectorTy())
2058     return 0;
2059
2060   unsigned MinSignBits = TyBits;
2061   unsigned NumElts = CV->getType()->getVectorNumElements();
2062   for (unsigned i = 0; i != NumElts; ++i) {
2063     // If we find a non-ConstantInt, bail out.
2064     auto *Elt = dyn_cast_or_null<ConstantInt>(CV->getAggregateElement(i));
2065     if (!Elt)
2066       return 0;
2067
2068     // If the sign bit is 1, flip the bits, so we always count leading zeros.
2069     APInt EltVal = Elt->getValue();
2070     if (EltVal.isNegative())
2071       EltVal = ~EltVal;
2072     MinSignBits = std::min(MinSignBits, EltVal.countLeadingZeros());
2073   }
2074
2075   return MinSignBits;
2076 }
2077
2078 /// Return the number of times the sign bit of the register is replicated into
2079 /// the other bits. We know that at least 1 bit is always equal to the sign bit
2080 /// (itself), but other cases can give us information. For example, immediately
2081 /// after an "ashr X, 2", we know that the top 3 bits are all equal to each
2082 /// other, so we return 3. For vectors, return the number of sign bits for the
2083 /// vector element with the mininum number of known sign bits.
2084 unsigned ComputeNumSignBits(const Value *V, unsigned Depth, const Query &Q) {
2085   unsigned TyBits = Q.DL.getTypeSizeInBits(V->getType()->getScalarType());
2086   unsigned Tmp, Tmp2;
2087   unsigned FirstAnswer = 1;
2088
2089   // Note that ConstantInt is handled by the general computeKnownBits case
2090   // below.
2091
2092   if (Depth == MaxDepth)
2093     return 1;  // Limit search depth.
2094
2095   const Operator *U = dyn_cast<Operator>(V);
2096   switch (Operator::getOpcode(V)) {
2097   default: break;
2098   case Instruction::SExt:
2099     Tmp = TyBits - U->getOperand(0)->getType()->getScalarSizeInBits();
2100     return ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q) + Tmp;
2101
2102   case Instruction::SDiv: {
2103     const APInt *Denominator;
2104     // sdiv X, C -> adds log(C) sign bits.
2105     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(Denominator))) {
2106
2107       // Ignore non-positive denominator.
2108       if (!Denominator->isStrictlyPositive())
2109         break;
2110
2111       // Calculate the incoming numerator bits.
2112       unsigned NumBits = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q);
2113
2114       // Add floor(log(C)) bits to the numerator bits.
2115       return std::min(TyBits, NumBits + Denominator->logBase2());
2116     }
2117     break;
2118   }
2119
2120   case Instruction::SRem: {
2121     const APInt *Denominator;
2122     // srem X, C -> we know that the result is within [-C+1,C) when C is a
2123     // positive constant.  This let us put a lower bound on the number of sign
2124     // bits.
2125     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(Denominator))) {
2126
2127       // Ignore non-positive denominator.
2128       if (!Denominator->isStrictlyPositive())
2129         break;
2130
2131       // Calculate the incoming numerator bits. SRem by a positive constant
2132       // can't lower the number of sign bits.
2133       unsigned NumrBits =
2134           ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q);
2135
2136       // Calculate the leading sign bit constraints by examining the
2137       // denominator.  Given that the denominator is positive, there are two
2138       // cases:
2139       //
2140       //  1. the numerator is positive.  The result range is [0,C) and [0,C) u<
2141       //     (1 << ceilLogBase2(C)).
2142       //
2143       //  2. the numerator is negative.  Then the result range is (-C,0] and
2144       //     integers in (-C,0] are either 0 or >u (-1 << ceilLogBase2(C)).
2145       //
2146       // Thus a lower bound on the number of sign bits is `TyBits -
2147       // ceilLogBase2(C)`.
2148
2149       unsigned ResBits = TyBits - Denominator->ceilLogBase2();
2150       return std::max(NumrBits, ResBits);
2151     }
2152     break;
2153   }
2154
2155   case Instruction::AShr: {
2156     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q);
2157     // ashr X, C   -> adds C sign bits.  Vectors too.
2158     const APInt *ShAmt;
2159     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(ShAmt))) {
2160       Tmp += ShAmt->getZExtValue();
2161       if (Tmp > TyBits) Tmp = TyBits;
2162     }
2163     return Tmp;
2164   }
2165   case Instruction::Shl: {
2166     const APInt *ShAmt;
2167     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(ShAmt))) {
2168       // shl destroys sign bits.
2169       Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q);
2170       Tmp2 = ShAmt->getZExtValue();
2171       if (Tmp2 >= TyBits ||      // Bad shift.
2172           Tmp2 >= Tmp) break;    // Shifted all sign bits out.
2173       return Tmp - Tmp2;
2174     }
2175     break;
2176   }
2177   case Instruction::And:
2178   case Instruction::Or:
2179   case Instruction::Xor:    // NOT is handled here.
2180     // Logical binary ops preserve the number of sign bits at the worst.
2181     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q);
2182     if (Tmp != 1) {
2183       Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), Depth + 1, Q);
2184       FirstAnswer = std::min(Tmp, Tmp2);
2185       // We computed what we know about the sign bits as our first
2186       // answer. Now proceed to the generic code that uses
2187       // computeKnownBits, and pick whichever answer is better.
2188     }
2189     break;
2190
2191   case Instruction::Select:
2192     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), Depth + 1, Q);
2193     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
2194     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(2), Depth + 1, Q);
2195     return std::min(Tmp, Tmp2);
2196
2197   case Instruction::Add:
2198     // Add can have at most one carry bit.  Thus we know that the output
2199     // is, at worst, one more bit than the inputs.
2200     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q);
2201     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
2202
2203     // Special case decrementing a value (ADD X, -1):
2204     if (const auto *CRHS = dyn_cast<Constant>(U->getOperand(1)))
2205       if (CRHS->isAllOnesValue()) {
2206         APInt KnownZero(TyBits, 0), KnownOne(TyBits, 0);
2207         computeKnownBits(U->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, Depth + 1, Q);
2208
2209         // If the input is known to be 0 or 1, the output is 0/-1, which is all
2210         // sign bits set.
2211         if ((KnownZero | APInt(TyBits, 1)).isAllOnesValue())
2212           return TyBits;
2213
2214         // If we are subtracting one from a positive number, there is no carry
2215         // out of the result.
2216         if (KnownZero.isNegative())
2217           return Tmp;
2218       }
2219
2220     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), Depth + 1, Q);
2221     if (Tmp2 == 1) return 1;
2222     return std::min(Tmp, Tmp2)-1;
2223
2224   case Instruction::Sub:
2225     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), Depth + 1, Q);
2226     if (Tmp2 == 1) return 1;
2227
2228     // Handle NEG.
2229     if (const auto *CLHS = dyn_cast<Constant>(U->getOperand(0)))
2230       if (CLHS->isNullValue()) {
2231         APInt KnownZero(TyBits, 0), KnownOne(TyBits, 0);
2232         computeKnownBits(U->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, Depth + 1, Q);
2233         // If the input is known to be 0 or 1, the output is 0/-1, which is all
2234         // sign bits set.
2235         if ((KnownZero | APInt(TyBits, 1)).isAllOnesValue())
2236           return TyBits;
2237
2238         // If the input is known to be positive (the sign bit is known clear),
2239         // the output of the NEG has the same number of sign bits as the input.
2240         if (KnownZero.isNegative())
2241           return Tmp2;
2242
2243         // Otherwise, we treat this like a SUB.
2244       }
2245
2246     // Sub can have at most one carry bit.  Thus we know that the output
2247     // is, at worst, one more bit than the inputs.
2248     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q);
2249     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
2250     return std::min(Tmp, Tmp2)-1;
2251
2252   case Instruction::PHI: {
2253     const PHINode *PN = cast<PHINode>(U);
2254     unsigned NumIncomingValues = PN->getNumIncomingValues();
2255     // Don't analyze large in-degree PHIs.
2256     if (NumIncomingValues > 4) break;
2257     // Unreachable blocks may have zero-operand PHI nodes.
2258     if (NumIncomingValues == 0) break;
2259
2260     // Take the minimum of all incoming values.  This can't infinitely loop
2261     // because of our depth threshold.
2262     Tmp = ComputeNumSignBits(PN->getIncomingValue(0), Depth + 1, Q);
2263     for (unsigned i = 1, e = NumIncomingValues; i != e; ++i) {
2264       if (Tmp == 1) return Tmp;
2265       Tmp = std::min(
2266           Tmp, ComputeNumSignBits(PN->getIncomingValue(i), Depth + 1, Q));
2267     }
2268     return Tmp;
2269   }
2270
2271   case Instruction::Trunc:
2272     // FIXME: it's tricky to do anything useful for this, but it is an important
2273     // case for targets like X86.
2274     break;
2275
2276   case Instruction::ExtractElement:
2277     // Look through extract element. At the moment we keep this simple and skip
2278     // tracking the specific element. But at least we might find information
2279     // valid for all elements of the vector (for example if vector is sign
2280     // extended, shifted, etc).
2281     return ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q);
2282   }
2283
2284   // Finally, if we can prove that the top bits of the result are 0's or 1's,
2285   // use this information.
2286
2287   // If we can examine all elements of a vector constant successfully, we're
2288   // done (we can't do any better than that). If not, keep trying.
2289   if (unsigned VecSignBits = computeNumSignBitsVectorConstant(V, TyBits))
2290     return VecSignBits;
2291
2292   APInt KnownZero(TyBits, 0), KnownOne(TyBits, 0);
2293   computeKnownBits(V, KnownZero, KnownOne, Depth, Q);
2294
2295   // If we know that the sign bit is either zero or one, determine the number of
2296   // identical bits in the top of the input value.
2297   if (KnownZero.isNegative())
2298     return std::max(FirstAnswer, KnownZero.countLeadingOnes());
2299
2300   if (KnownOne.isNegative())
2301     return std::max(FirstAnswer, KnownOne.countLeadingOnes());
2302
2303   // computeKnownBits gave us no extra information about the top bits.
2304   return FirstAnswer;
2305 }
2306
2307 /// This function computes the integer multiple of Base that equals V.
2308 /// If successful, it returns true and returns the multiple in
2309 /// Multiple. If unsuccessful, it returns false. It looks
2310 /// through SExt instructions only if LookThroughSExt is true.
2311 bool llvm::ComputeMultiple(Value *V, unsigned Base, Value *&Multiple,
2312                            bool LookThroughSExt, unsigned Depth) {
2313   const unsigned MaxDepth = 6;
2314
2315   assert(V && "No Value?");
2316   assert(Depth <= MaxDepth && "Limit Search Depth");
2317   assert(V->getType()->isIntegerTy() && "Not integer or pointer type!");
2318
2319   Type *T = V->getType();
2320
2321   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
2322
2323   if (Base == 0)
2324     return false;
2325
2326   if (Base == 1) {
2327     Multiple = V;
2328     return true;
2329   }
2330
2331   ConstantExpr *CO = dyn_cast<ConstantExpr>(V);
2332   Constant *BaseVal = ConstantInt::get(T, Base);
2333   if (CO && CO == BaseVal) {
2334     // Multiple is 1.
2335     Multiple = ConstantInt::get(T, 1);
2336     return true;
2337   }
2338
2339   if (CI && CI->getZExtValue() % Base == 0) {
2340     Multiple = ConstantInt::get(T, CI->getZExtValue() / Base);
2341     return true;
2342   }
2343
2344   if (Depth == MaxDepth) return false;  // Limit search depth.
2345
2346   Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
2347   if (!I) return false;
2348
2349   switch (I->getOpcode()) {
2350   default: break;
2351   case Instruction::SExt:
2352     if (!LookThroughSExt) return false;
2353     // otherwise fall through to ZExt
2354   case Instruction::ZExt:
2355     return ComputeMultiple(I->getOperand(0), Base, Multiple,
2356                            LookThroughSExt, Depth+1);
2357   case Instruction::Shl:
2358   case Instruction::Mul: {
2359     Value *Op0 = I->getOperand(0);
2360     Value *Op1 = I->getOperand(1);
2361
2362     if (I->getOpcode() == Instruction::Shl) {
2363       ConstantInt *Op1CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op1);
2364       if (!Op1CI) return false;
2365       // Turn Op0 << Op1 into Op0 * 2^Op1
2366       APInt Op1Int = Op1CI->getValue();
2367       uint64_t BitToSet = Op1Int.getLimitedValue(Op1Int.getBitWidth() - 1);
2368       APInt API(Op1Int.getBitWidth(), 0);
2369       API.setBit(BitToSet);
2370       Op1 = ConstantInt::get(V->getContext(), API);
2371     }
2372
2373     Value *Mul0 = nullptr;
2374     if (ComputeMultiple(Op0, Base, Mul0, LookThroughSExt, Depth+1)) {
2375       if (Constant *Op1C = dyn_cast<Constant>(Op1))
2376         if (Constant *MulC = dyn_cast<Constant>(Mul0)) {
2377           if (Op1C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
2378               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
2379             Op1C = ConstantExpr::getZExt(Op1C, MulC->getType());
2380           if (Op1C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() >
2381               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
2382             MulC = ConstantExpr::getZExt(MulC, Op1C->getType());
2383
2384           // V == Base * (Mul0 * Op1), so return (Mul0 * Op1)
2385           Multiple = ConstantExpr::getMul(MulC, Op1C);
2386           return true;
2387         }
2388
2389       if (ConstantInt *Mul0CI = dyn_cast<ConstantInt>(Mul0))
2390         if (Mul0CI->getValue() == 1) {
2391           // V == Base * Op1, so return Op1
2392           Multiple = Op1;
2393           return true;
2394         }
2395     }
2396
2397     Value *Mul1 = nullptr;
2398     if (ComputeMultiple(Op1, Base, Mul1, LookThroughSExt, Depth+1)) {
2399       if (Constant *Op0C = dyn_cast<Constant>(Op0))
2400         if (Constant *MulC = dyn_cast<Constant>(Mul1)) {
2401           if (Op0C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
2402               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
2403             Op0C = ConstantExpr::getZExt(Op0C, MulC->getType());
2404           if (Op0C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() >
2405               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
2406             MulC = ConstantExpr::getZExt(MulC, Op0C->getType());
2407
2408           // V == Base * (Mul1 * Op0), so return (Mul1 * Op0)
2409           Multiple = ConstantExpr::getMul(MulC, Op0C);
2410           return true;
2411         }
2412
2413       if (ConstantInt *Mul1CI = dyn_cast<ConstantInt>(Mul1))
2414         if (Mul1CI->getValue() == 1) {
2415           // V == Base * Op0, so return Op0
2416           Multiple = Op0;
2417           return true;
2418         }
2419     }
2420   }
2421   }
2422
2423   // We could not determine if V is a multiple of Base.
2424   return false;
2425 }
2426
2427 Intrinsic::ID llvm::getIntrinsicForCallSite(ImmutableCallSite ICS,
2428                                             const TargetLibraryInfo *TLI) {
2429   const Function *F = ICS.getCalledFunction();
2430   if (!F)
2431     return Intrinsic::not_intrinsic;
2432
2433   if (F->isIntrinsic())
2434     return F->getIntrinsicID();
2435
2436   if (!TLI)
2437     return Intrinsic::not_intrinsic;
2438
2439   LibFunc::Func Func;
2440   // We're going to make assumptions on the semantics of the functions, check
2441   // that the target knows that it's available in this environment and it does
2442   // not have local linkage.
2443   if (!F || F->hasLocalLinkage() || !TLI->getLibFunc(*F, Func))
2444     return Intrinsic::not_intrinsic;
2445
2446   if (!ICS.onlyReadsMemory())
2447     return Intrinsic::not_intrinsic;
2448
2449   // Otherwise check if we have a call to a function that can be turned into a
2450   // vector intrinsic.
2451   switch (Func) {
2452   default:
2453     break;
2454   case LibFunc::sin:
2455   case LibFunc::sinf:
2456   case LibFunc::sinl:
2457     return Intrinsic::sin;
2458   case LibFunc::cos:
2459   case LibFunc::cosf:
2460   case LibFunc::cosl:
2461     return Intrinsic::cos;
2462   case LibFunc::exp:
2463   case LibFunc::expf:
2464   case LibFunc::expl:
2465     return Intrinsic::exp;
2466   case LibFunc::exp2:
2467   case LibFunc::exp2f:
2468   case LibFunc::exp2l:
2469     return Intrinsic::exp2;
2470   case LibFunc::log:
2471   case LibFunc::logf:
2472   case LibFunc::logl:
2473     return Intrinsic::log;
2474   case LibFunc::log10:
2475   case LibFunc::log10f:
2476   case LibFunc::log10l:
2477     return Intrinsic::log10;
2478   case LibFunc::log2:
2479   case LibFunc::log2f:
2480   case LibFunc::log2l:
2481     return Intrinsic::log2;
2482   case LibFunc::fabs:
2483   case LibFunc::fabsf:
2484   case LibFunc::fabsl:
2485     return Intrinsic::fabs;
2486   case LibFunc::fmin:
2487   case LibFunc::fminf:
2488   case LibFunc::fminl:
2489     return Intrinsic::minnum;
2490   case LibFunc::fmax:
2491   case LibFunc::fmaxf:
2492   case LibFunc::fmaxl:
2493     return Intrinsic::maxnum;
2494   case LibFunc::copysign:
2495   case LibFunc::copysignf:
2496   case LibFunc::copysignl:
2497     return Intrinsic::copysign;
2498   case LibFunc::floor:
2499   case LibFunc::floorf:
2500   case LibFunc::floorl:
2501     return Intrinsic::floor;
2502   case LibFunc::ceil:
2503   case LibFunc::ceilf:
2504   case LibFunc::ceill:
2505     return Intrinsic::ceil;
2506   case LibFunc::trunc:
2507   case LibFunc::truncf:
2508   case LibFunc::truncl:
2509     return Intrinsic::trunc;
2510   case LibFunc::rint:
2511   case LibFunc::rintf:
2512   case LibFunc::rintl:
2513     return Intrinsic::rint;
2514   case LibFunc::nearbyint:
2515   case LibFunc::nearbyintf:
2516   case LibFunc::nearbyintl:
2517     return Intrinsic::nearbyint;
2518   case LibFunc::round:
2519   case LibFunc::roundf:
2520   case LibFunc::roundl:
2521     return Intrinsic::round;
2522   case LibFunc::pow:
2523   case LibFunc::powf:
2524   case LibFunc::powl:
2525     return Intrinsic::pow;
2526   case LibFunc::sqrt:
2527   case LibFunc::sqrtf:
2528   case LibFunc::sqrtl:
2529     if (ICS->hasNoNaNs())
2530       return Intrinsic::sqrt;
2531     return Intrinsic::not_intrinsic;
2532   }
2533
2534   return Intrinsic::not_intrinsic;
2535 }
2536
2537 /// Return true if we can prove that the specified FP value is never equal to
2538 /// -0.0.
2539 ///
2540 /// NOTE: this function will need to be revisited when we support non-default
2541 /// rounding modes!
2542 ///
2543 bool llvm::CannotBeNegativeZero(const Value *V, const TargetLibraryInfo *TLI,
2544                                 unsigned Depth) {
2545   if (const ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V))
2546     return !CFP->getValueAPF().isNegZero();
2547
2548   if (Depth == MaxDepth)
2549     return false;  // Limit search depth.
2550
2551   const Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
2552   if (!I) return false;
2553
2554   // Check if the nsz fast-math flag is set
2555   if (const FPMathOperator *FPO = dyn_cast<FPMathOperator>(I))
2556     if (FPO->hasNoSignedZeros())
2557       return true;
2558
2559   // (add x, 0.0) is guaranteed to return +0.0, not -0.0.
2560   if (I->getOpcode() == Instruction::FAdd)
2561     if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(I->getOperand(1)))
2562       if (CFP->isNullValue())
2563         return true;
2564
2565   // sitofp and uitofp turn into +0.0 for zero.
2566   if (isa<SIToFPInst>(I) || isa<UIToFPInst>(I))
2567     return true;
2568
2569   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
2570     Intrinsic::ID IID = getIntrinsicForCallSite(CI, TLI);
2571     switch (IID) {
2572     default:
2573       break;
2574     // sqrt(-0.0) = -0.0, no other negative results are possible.
2575     case Intrinsic::sqrt:
2576       return CannotBeNegativeZero(CI->getArgOperand(0), TLI, Depth + 1);
2577     // fabs(x) != -0.0
2578     case Intrinsic::fabs:
2579       return true;
2580     }
2581   }
2582
2583   return false;
2584 }
2585
2586 /// If \p SignBitOnly is true, test for a known 0 sign bit rather than a
2587 /// standard ordered compare. e.g. make -0.0 olt 0.0 be true because of the sign
2588 /// bit despite comparing equal.
2589 static bool cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(const Value *V,
2590                                             const TargetLibraryInfo *TLI,
2591                                             bool SignBitOnly,
2592                                             unsigned Depth) {
2593   if (const ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V)) {
2594     return !CFP->getValueAPF().isNegative() ||
2595            (!SignBitOnly && CFP->getValueAPF().isZero());
2596   }
2597
2598   if (Depth == MaxDepth)
2599     return false; // Limit search depth.
2600
2601   const Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
2602   if (!I)
2603     return false;
2604
2605   switch (I->getOpcode()) {
2606   default:
2607     break;
2608   // Unsigned integers are always nonnegative.
2609   case Instruction::UIToFP:
2610     return true;
2611   case Instruction::FMul:
2612     // x*x is always non-negative or a NaN.
2613     if (I->getOperand(0) == I->getOperand(1) &&
2614         (!SignBitOnly || cast<FPMathOperator>(I)->hasNoNaNs()))
2615       return true;
2616
2617     LLVM_FALLTHROUGH;
2618   case Instruction::FAdd:
2619   case Instruction::FDiv:
2620   case Instruction::FRem:
2621     return cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(0), TLI, SignBitOnly,
2622                                            Depth + 1) &&
2623            cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(1), TLI, SignBitOnly,
2624                                            Depth + 1);
2625   case Instruction::Select:
2626     return cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(1), TLI, SignBitOnly,
2627                                            Depth + 1) &&
2628            cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(2), TLI, SignBitOnly,
2629                                            Depth + 1);
2630   case Instruction::FPExt:
2631   case Instruction::FPTrunc:
2632     // Widening/narrowing never change sign.
2633     return cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(0), TLI, SignBitOnly,
2634                                            Depth + 1);
2635   case Instruction::Call:
2636     Intrinsic::ID IID = getIntrinsicForCallSite(cast<CallInst>(I), TLI);
2637     switch (IID) {
2638     default:
2639       break;
2640     case Intrinsic::maxnum:
2641       return cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(0), TLI, SignBitOnly,
2642                                              Depth + 1) ||
2643              cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(1), TLI, SignBitOnly,
2644                                              Depth + 1);
2645     case Intrinsic::minnum:
2646       return cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(0), TLI, SignBitOnly,
2647                                              Depth + 1) &&
2648              cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(1), TLI, SignBitOnly,
2649                                              Depth + 1);
2650     case Intrinsic::exp:
2651     case Intrinsic::exp2:
2652     case Intrinsic::fabs:
2653     case Intrinsic::sqrt:
2654       return true;
2655     case Intrinsic::powi:
2656       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
2657         // powi(x,n) is non-negative if n is even.
2658         if (CI->getBitWidth() <= 64 && CI->getSExtValue() % 2u == 0)
2659           return true;
2660       }
2661       return cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(0), TLI, SignBitOnly,
2662                                              Depth + 1);
2663     case Intrinsic::fma:
2664     case Intrinsic::fmuladd:
2665       // x*x+y is non-negative if y is non-negative.
2666       return I->getOperand(0) == I->getOperand(1) &&
2667              (!SignBitOnly || cast<FPMathOperator>(I)->hasNoNaNs()) &&
2668              cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(2), TLI, SignBitOnly,
2669                                              Depth + 1);
2670     }
2671     break;
2672   }
2673   return false;
2674 }
2675
2676 bool llvm::CannotBeOrderedLessThanZero(const Value *V,
2677                                        const TargetLibraryInfo *TLI) {
2678   return cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(V, TLI, false, 0);
2679 }
2680
2681 bool llvm::SignBitMustBeZero(const Value *V, const TargetLibraryInfo *TLI) {
2682   return cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(V, TLI, true, 0);
2683 }
2684
2685 /// If the specified value can be set by repeating the same byte in memory,
2686 /// return the i8 value that it is represented with.  This is
2687 /// true for all i8 values obviously, but is also true for i32 0, i32 -1,
2688 /// i16 0xF0F0, double 0.0 etc.  If the value can't be handled with a repeated
2689 /// byte store (e.g. i16 0x1234), return null.
2690 Value *llvm::isBytewiseValue(Value *V) {
2691   // All byte-wide stores are splatable, even of arbitrary variables.
2692   if (V->getType()->isIntegerTy(8)) return V;
2693
2694   // Handle 'null' ConstantArrayZero etc.
2695   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
2696     if (C->isNullValue())
2697       return Constant::getNullValue(Type::getInt8Ty(V->getContext()));
2698
2699   // Constant float and double values can be handled as integer values if the
2700   // corresponding integer value is "byteable".  An important case is 0.0.
2701   if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V)) {
2702     if (CFP->getType()->isFloatTy())
2703       V = ConstantExpr::getBitCast(CFP, Type::getInt32Ty(V->getContext()));
2704     if (CFP->getType()->isDoubleTy())
2705       V = ConstantExpr::getBitCast(CFP, Type::getInt64Ty(V->getContext()));
2706     // Don't handle long double formats, which have strange constraints.
2707   }
2708
2709   // We can handle constant integers that are multiple of 8 bits.
2710   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V)) {
2711     if (CI->getBitWidth() % 8 == 0) {
2712       assert(CI->getBitWidth() > 8 && "8 bits should be handled above!");
2713
2714       if (!CI->getValue().isSplat(8))
2715         return nullptr;
2716       return ConstantInt::get(V->getContext(), CI->getValue().trunc(8));
2717     }
2718   }
2719
2720   // A ConstantDataArray/Vector is splatable if all its members are equal and
2721   // also splatable.
2722   if (ConstantDataSequential *CA = dyn_cast<ConstantDataSequential>(V)) {
2723     Value *Elt = CA->getElementAsConstant(0);
2724     Value *Val = isBytewiseValue(Elt);
2725     if (!Val)
2726       return nullptr;
2727
2728     for (unsigned I = 1, E = CA->getNumElements(); I != E; ++I)
2729       if (CA->getElementAsConstant(I) != Elt)
2730         return nullptr;
2731
2732     return Val;
2733   }
2734
2735   // Conceptually, we could handle things like:
2736   //   %a = zext i8 %X to i16
2737   //   %b = shl i16 %a, 8
2738   //   %c = or i16 %a, %b
2739   // but until there is an example that actually needs this, it doesn't seem
2740   // worth worrying about.
2741   return nullptr;
2742 }
2743
2744
2745 // This is the recursive version of BuildSubAggregate. It takes a few different
2746 // arguments. Idxs is the index within the nested struct From that we are
2747 // looking at now (which is of type IndexedType). IdxSkip is the number of
2748 // indices from Idxs that should be left out when inserting into the resulting
2749 // struct. To is the result struct built so far, new insertvalue instructions
2750 // build on that.
2751 static Value *BuildSubAggregate(Value *From, Value* To, Type *IndexedType,
2752                                 SmallVectorImpl<unsigned> &Idxs,
2753                                 unsigned IdxSkip,
2754                                 Instruction *InsertBefore) {
2755   llvm::StructType *STy = dyn_cast<llvm::StructType>(IndexedType);
2756   if (STy) {
2757     // Save the original To argument so we can modify it
2758     Value *OrigTo = To;
2759     // General case, the type indexed by Idxs is a struct
2760     for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
2761       // Process each struct element recursively
2762       Idxs.push_back(i);
2763       Value *PrevTo = To;
2764       To = BuildSubAggregate(From, To, STy->getElementType(i), Idxs, IdxSkip,
2765                              InsertBefore);
2766       Idxs.pop_back();
2767       if (!To) {
2768         // Couldn't find any inserted value for this index? Cleanup
2769         while (PrevTo != OrigTo) {
2770           InsertValueInst* Del = cast<InsertValueInst>(PrevTo);
2771           PrevTo = Del->getAggregateOperand();
2772           Del->eraseFromParent();
2773         }
2774         // Stop processing elements
2775         break;
2776       }
2777     }
2778     // If we successfully found a value for each of our subaggregates
2779     if (To)
2780       return To;
2781   }
2782   // Base case, the type indexed by SourceIdxs is not a struct, or not all of
2783   // the struct's elements had a value that was inserted directly. In the latter
2784   // case, perhaps we can't determine each of the subelements individually, but
2785   // we might be able to find the complete struct somewhere.
2786
2787   // Find the value that is at that particular spot
2788   Value *V = FindInsertedValue(From, Idxs);
2789
2790   if (!V)
2791     return nullptr;
2792
2793   // Insert the value in the new (sub) aggregrate
2794   return llvm::InsertValueInst::Create(To, V, makeArrayRef(Idxs).slice(IdxSkip),
2795                                        "tmp", InsertBefore);
2796 }
2797
2798 // This helper takes a nested struct and extracts a part of it (which is again a
2799 // struct) into a new value. For example, given the struct:
2800 // { a, { b, { c, d }, e } }
2801 // and the indices "1, 1" this returns
2802 // { c, d }.
2803 //
2804 // It does this by inserting an insertvalue for each element in the resulting
2805 // struct, as opposed to just inserting a single struct. This will only work if
2806 // each of the elements of the substruct are known (ie, inserted into From by an
2807 // insertvalue instruction somewhere).
2808 //
2809 // All inserted insertvalue instructions are inserted before InsertBefore
2810 static Value *BuildSubAggregate(Value *From, ArrayRef<unsigned> idx_range,
2811                                 Instruction *InsertBefore) {
2812   assert(InsertBefore && "Must have someplace to insert!");
2813   Type *IndexedType = ExtractValueInst::getIndexedType(From->getType(),
2814                                                              idx_range);
2815   Value *To = UndefValue::get(IndexedType);
2816   SmallVector<unsigned, 10> Idxs(idx_range.begin(), idx_range.end());
2817   unsigned IdxSkip = Idxs.size();
2818
2819   return BuildSubAggregate(From, To, IndexedType, Idxs, IdxSkip, InsertBefore);
2820 }
2821
2822 /// Given an aggregrate and an sequence of indices, see if
2823 /// the scalar value indexed is already around as a register, for example if it
2824 /// were inserted directly into the aggregrate.
2825 ///
2826 /// If InsertBefore is not null, this function will duplicate (modified)
2827 /// insertvalues when a part of a nested struct is extracted.
2828 Value *llvm::FindInsertedValue(Value *V, ArrayRef<unsigned> idx_range,
2829                                Instruction *InsertBefore) {
2830   // Nothing to index? Just return V then (this is useful at the end of our
2831   // recursion).
2832   if (idx_range.empty())
2833     return V;
2834   // We have indices, so V should have an indexable type.
2835   assert((V->getType()->isStructTy() || V->getType()->isArrayTy()) &&
2836          "Not looking at a struct or array?");
2837   assert(ExtractValueInst::getIndexedType(V->getType(), idx_range) &&
2838          "Invalid indices for type?");
2839
2840   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
2841     C = C->getAggregateElement(idx_range[0]);
2842     if (!C) return nullptr;
2843     return FindInsertedValue(C, idx_range.slice(1), InsertBefore);
2844   }
2845
2846   if (InsertValueInst *I = dyn_cast<InsertValueInst>(V)) {
2847     // Loop the indices for the insertvalue instruction in parallel with the
2848     // requested indices
2849     const unsigned *req_idx = idx_range.begin();
2850     for (const unsigned *i = I->idx_begin(), *e = I->idx_end();
2851          i != e; ++i, ++req_idx) {
2852       if (req_idx == idx_range.end()) {
2853         // We can't handle this without inserting insertvalues
2854         if (!InsertBefore)
2855           return nullptr;
2856
2857         // The requested index identifies a part of a nested aggregate. Handle
2858         // this specially. For example,
2859         // %A = insertvalue { i32, {i32, i32 } } undef, i32 10, 1, 0
2860         // %B = insertvalue { i32, {i32, i32 } } %A, i32 11, 1, 1
2861         // %C = extractvalue {i32, { i32, i32 } } %B, 1
2862         // This can be changed into
2863         // %A = insertvalue {i32, i32 } undef, i32 10, 0
2864         // %C = insertvalue {i32, i32 } %A, i32 11, 1
2865         // which allows the unused 0,0 element from the nested struct to be
2866         // removed.
2867         return BuildSubAggregate(V, makeArrayRef(idx_range.begin(), req_idx),
2868                                  InsertBefore);
2869       }
2870
2871       // This insert value inserts something else than what we are looking for.
2872       // See if the (aggregate) value inserted into has the value we are
2873       // looking for, then.
2874       if (*req_idx != *i)
2875         return FindInsertedValue(I->getAggregateOperand(), idx_range,
2876                                  InsertBefore);
2877     }
2878     // If we end up here, the indices of the insertvalue match with those
2879     // requested (though possibly only partially). Now we recursively look at
2880     // the inserted value, passing any remaining indices.
2881     return FindInsertedValue(I->getInsertedValueOperand(),
2882                              makeArrayRef(req_idx, idx_range.end()),
2883                              InsertBefore);
2884   }
2885
2886   if (ExtractValueInst *I = dyn_cast<ExtractValueInst>(V)) {
2887     // If we're extracting a value from an aggregate that was extracted from
2888     // something else, we can extract from that something else directly instead.
2889     // However, we will need to chain I's indices with the requested indices.
2890
2891     // Calculate the number of indices required
2892     unsigned size = I->getNumIndices() + idx_range.size();
2893     // Allocate some space to put the new indices in
2894     SmallVector<unsigned, 5> Idxs;
2895     Idxs.reserve(size);
2896     // Add indices from the extract value instruction
2897     Idxs.append(I->idx_begin(), I->idx_end());
2898
2899     // Add requested indices
2900     Idxs.append(idx_range.begin(), idx_range.end());
2901
2902     assert(Idxs.size() == size
2903            && "Number of indices added not correct?");
2904
2905     return FindInsertedValue(I->getAggregateOperand(), Idxs, InsertBefore);
2906   }
2907   // Otherwise, we don't know (such as, extracting from a function return value
2908   // or load instruction)
2909   return nullptr;
2910 }
2911
2912 /// Analyze the specified pointer to see if it can be expressed as a base
2913 /// pointer plus a constant offset. Return the base and offset to the caller.
2914 Value *llvm::GetPointerBaseWithConstantOffset(Value *Ptr, int64_t &Offset,
2915                                               const DataLayout &DL) {
2916   unsigned BitWidth = DL.getPointerTypeSizeInBits(Ptr->getType());
2917   APInt ByteOffset(BitWidth, 0);
2918
2919   // We walk up the defs but use a visited set to handle unreachable code. In
2920   // that case, we stop after accumulating the cycle once (not that it
2921   // matters).
2922   SmallPtrSet<Value *, 16> Visited;
2923   while (Visited.insert(Ptr).second) {
2924     if (Ptr->getType()->isVectorTy())
2925       break;
2926
2927     if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr)) {
2928       // If one of the values we have visited is an addrspacecast, then
2929       // the pointer type of this GEP may be different from the type
2930       // of the Ptr parameter which was passed to this function.  This
2931       // means when we construct GEPOffset, we need to use the size
2932       // of GEP's pointer type rather than the size of the original
2933       // pointer type.
2934       APInt GEPOffset(DL.getPointerTypeSizeInBits(Ptr->getType()), 0);
2935       if (!GEP->accumulateConstantOffset(DL, GEPOffset))
2936         break;
2937
2938       ByteOffset += GEPOffset.getSExtValue();
2939
2940       Ptr = GEP->getPointerOperand();
2941     } else if (Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::BitCast ||
2942                Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::AddrSpaceCast) {
2943       Ptr = cast<Operator>(Ptr)->getOperand(0);
2944     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(Ptr)) {
2945       if (GA->isInterposable())
2946         break;
2947       Ptr = GA->getAliasee();
2948     } else {
2949       break;
2950     }
2951   }
2952   Offset = ByteOffset.getSExtValue();
2953   return Ptr;
2954 }
2955
2956 bool llvm::isGEPBasedOnPointerToString(const GEPOperator *GEP) {
2957   // Make sure the GEP has exactly three arguments.
2958   if (GEP->getNumOperands() != 3)
2959     return false;
2960
2961   // Make sure the index-ee is a pointer to array of i8.
2962   ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(GEP->getSourceElementType());
2963   if (!AT || !AT->getElementType()->isIntegerTy(8))
2964     return false;
2965
2966   // Check to make sure that the first operand of the GEP is an integer and
2967   // has value 0 so that we are sure we're indexing into the initializer.
2968   const ConstantInt *FirstIdx = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(1));
2969   if (!FirstIdx || !FirstIdx->isZero())
2970     return false;
2971
2972   return true;
2973 }
2974
2975 /// This function computes the length of a null-terminated C string pointed to
2976 /// by V. If successful, it returns true and returns the string in Str.
2977 /// If unsuccessful, it returns false.
2978 bool llvm::getConstantStringInfo(const Value *V, StringRef &Str,
2979                                  uint64_t Offset, bool TrimAtNul) {
2980   assert(V);
2981
2982   // Look through bitcast instructions and geps.
2983   V = V->stripPointerCasts();
2984
2985   // If the value is a GEP instruction or constant expression, treat it as an
2986   // offset.
2987   if (const GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V)) {
2988     // The GEP operator should be based on a pointer to string constant, and is
2989     // indexing into the string constant.
2990     if (!isGEPBasedOnPointerToString(GEP))
2991       return false;
2992
2993     // If the second index isn't a ConstantInt, then this is a variable index
2994     // into the array.  If this occurs, we can't say anything meaningful about
2995     // the string.
2996     uint64_t StartIdx = 0;
2997     if (const ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(2)))
2998       StartIdx = CI->getZExtValue();
2999     else
3000       return false;
3001     return getConstantStringInfo(GEP->getOperand(0), Str, StartIdx + Offset,
3002                                  TrimAtNul);
3003   }
3004
3005   // The GEP instruction, constant or instruction, must reference a global
3006   // variable that is a constant and is initialized. The referenced constant
3007   // initializer is the array that we'll use for optimization.
3008   const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V);
3009   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasDefinitiveInitializer())
3010     return false;
3011
3012   // Handle the all-zeros case.
3013   if (GV->getInitializer()->isNullValue()) {
3014     // This is a degenerate case. The initializer is constant zero so the
3015     // length of the string must be zero.
3016     Str = "";
3017     return true;
3018   }
3019
3020   // This must be a ConstantDataArray.
3021   const auto *Array = dyn_cast<ConstantDataArray>(GV->getInitializer());
3022   if (!Array || !Array->isString())
3023     return false;
3024
3025   // Get the number of elements in the array.
3026   uint64_t NumElts = Array->getType()->getArrayNumElements();
3027
3028   // Start out with the entire array in the StringRef.
3029   Str = Array->getAsString();
3030
3031   if (Offset > NumElts)
3032     return false;
3033
3034   // Skip over 'offset' bytes.
3035   Str = Str.substr(Offset);
3036
3037   if (TrimAtNul) {
3038     // Trim off the \0 and anything after it.  If the array is not nul
3039     // terminated, we just return the whole end of string.  The client may know
3040     // some other way that the string is length-bound.
3041     Str = Str.substr(0, Str.find('\0'));
3042   }
3043   return true;
3044 }
3045
3046 // These next two are very similar to the above, but also look through PHI
3047 // nodes.
3048 // TODO: See if we can integrate these two together.
3049
3050 /// If we can compute the length of the string pointed to by
3051 /// the specified pointer, return 'len+1'.  If we can't, return 0.
3052 static uint64_t GetStringLengthH(const Value *V,
3053                                  SmallPtrSetImpl<const PHINode*> &PHIs) {
3054   // Look through noop bitcast instructions.
3055   V = V->stripPointerCasts();
3056
3057   // If this is a PHI node, there are two cases: either we have already seen it
3058   // or we haven't.
3059   if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
3060     if (!PHIs.insert(PN).second)
3061       return ~0ULL;  // already in the set.
3062
3063     // If it was new, see if all the input strings are the same length.
3064     uint64_t LenSoFar = ~0ULL;
3065     for (Value *IncValue : PN->incoming_values()) {
3066       uint64_t Len = GetStringLengthH(IncValue, PHIs);
3067       if (Len == 0) return 0; // Unknown length -> unknown.
3068
3069       if (Len == ~0ULL) continue;
3070
3071       if (Len != LenSoFar && LenSoFar != ~0ULL)
3072         return 0;    // Disagree -> unknown.
3073       LenSoFar = Len;
3074     }
3075
3076     // Success, all agree.
3077     return LenSoFar;
3078   }
3079
3080   // strlen(select(c,x,y)) -> strlen(x) ^ strlen(y)
3081   if (const SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
3082     uint64_t Len1 = GetStringLengthH(SI->getTrueValue(), PHIs);
3083     if (Len1 == 0) return 0;
3084     uint64_t Len2 = GetStringLengthH(SI->getFalseValue(), PHIs);
3085     if (Len2 == 0) return 0;
3086     if (Len1 == ~0ULL) return Len2;
3087     if (Len2 == ~0ULL) return Len1;
3088     if (Len1 != Len2) return 0;
3089     return Len1;
3090   }
3091
3092   // Otherwise, see if we can read the string.
3093   StringRef StrData;
3094   if (!getConstantStringInfo(V, StrData))
3095     return 0;
3096
3097   return StrData.size()+1;
3098 }
3099
3100 /// If we can compute the length of the string pointed to by
3101 /// the specified pointer, return 'len+1'.  If we can't, return 0.
3102 uint64_t llvm::GetStringLength(const Value *V) {
3103   if (!V->getType()->isPointerTy()) return 0;
3104
3105   SmallPtrSet<const PHINode*, 32> PHIs;
3106   uint64_t Len = GetStringLengthH(V, PHIs);
3107   // If Len is ~0ULL, we had an infinite phi cycle: this is dead code, so return
3108   // an empty string as a length.
3109   return Len == ~0ULL ? 1 : Len;
3110 }
3111
3112 /// \brief \p PN defines a loop-variant pointer to an object.  Check if the
3113 /// previous iteration of the loop was referring to the same object as \p PN.
3114 static bool isSameUnderlyingObjectInLoop(const PHINode *PN,
3115                                          const LoopInfo *LI) {
3116   // Find the loop-defined value.
3117   Loop *L = LI->getLoopFor(PN->getParent());
3118   if (PN->getNumIncomingValues() != 2)
3119     return true;
3120
3121   // Find the value from previous iteration.
3122   auto *PrevValue = dyn_cast<Instruction>(PN->getIncomingValue(0));
3123   if (!PrevValue || LI->getLoopFor(PrevValue->getParent()) != L)
3124     PrevValue = dyn_cast<Instruction>(PN->getIncomingValue(1));
3125   if (!PrevValue || LI->getLoopFor(PrevValue->getParent()) != L)
3126     return true;
3127
3128   // If a new pointer is loaded in the loop, the pointer references a different
3129   // object in every iteration.  E.g.:
3130   //    for (i)
3131   //       int *p = a[i];
3132   //       ...
3133   if (auto *Load = dyn_cast<LoadInst>(PrevValue))
3134     if (!L->isLoopInvariant(Load->getPointerOperand()))
3135       return false;
3136   return true;
3137 }
3138
3139 Value *llvm::GetUnderlyingObject(Value *V, const DataLayout &DL,
3140                                  unsigned MaxLookup) {
3141   if (!V->getType()->isPointerTy())
3142     return V;
3143   for (unsigned Count = 0; MaxLookup == 0 || Count < MaxLookup; ++Count) {
3144     if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V)) {
3145       V = GEP->getPointerOperand();
3146     } else if (Operator::getOpcode(V) == Instruction::BitCast ||
3147                Operator::getOpcode(V) == Instruction::AddrSpaceCast) {
3148       V = cast<Operator>(V)->getOperand(0);
3149     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V)) {
3150       if (GA->isInterposable())
3151         return V;
3152       V = GA->getAliasee();
3153     } else {
3154       if (auto CS = CallSite(V))
3155         if (Value *RV = CS.getReturnedArgOperand()) {
3156           V = RV;
3157           continue;
3158         }
3159
3160       // See if InstructionSimplify knows any relevant tricks.
3161       if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
3162         // TODO: Acquire a DominatorTree and AssumptionCache and use them.
3163         if (Value *Simplified = SimplifyInstruction(I, DL, nullptr)) {
3164           V = Simplified;
3165           continue;
3166         }
3167
3168       return V;
3169     }
3170     assert(V->getType()->isPointerTy() && "Unexpected operand type!");
3171   }
3172   return V;
3173 }
3174
3175 void llvm::GetUnderlyingObjects(Value *V, SmallVectorImpl<Value *> &Objects,
3176                                 const DataLayout &DL, LoopInfo *LI,
3177                                 unsigned MaxLookup) {
3178   SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
3179   SmallVector<Value *, 4> Worklist;
3180   Worklist.push_back(V);
3181   do {
3182     Value *P = Worklist.pop_back_val();
3183     P = GetUnderlyingObject(P, DL, MaxLookup);
3184
3185     if (!Visited.insert(P).second)
3186       continue;
3187
3188     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(P)) {
3189       Worklist.push_back(SI->getTrueValue());
3190       Worklist.push_back(SI->getFalseValue());
3191       continue;
3192     }
3193
3194     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(P)) {
3195       // If this PHI changes the underlying object in every iteration of the
3196       // loop, don't look through it.  Consider:
3197       //   int **A;
3198       //   for (i) {
3199       //     Prev = Curr;     // Prev = PHI (Prev_0, Curr)
3200       //     Curr = A[i];
3201       //     *Prev, *Curr;
3202       //
3203       // Prev is tracking Curr one iteration behind so they refer to different
3204       // underlying objects.
3205       if (!LI || !LI->isLoopHeader(PN->getParent()) ||
3206           isSameUnderlyingObjectInLoop(PN, LI))
3207         for (Value *IncValue : PN->incoming_values())
3208           Worklist.push_back(IncValue);
3209       continue;
3210     }
3211
3212     Objects.push_back(P);
3213   } while (!Worklist.empty());
3214 }
3215
3216 /// Return true if the only users of this pointer are lifetime markers.
3217 bool llvm::onlyUsedByLifetimeMarkers(const Value *V) {
3218   for (const User *U : V->users()) {
3219     const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U);
3220     if (!II) return false;
3221
3222     if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
3223         II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
3224       return false;
3225   }
3226   return true;
3227 }
3228
3229 bool llvm::isSafeToSpeculativelyExecute(const Value *V,
3230                                         const Instruction *CtxI,
3231                                         const DominatorTree *DT) {
3232   const Operator *Inst = dyn_cast<Operator>(V);
3233   if (!Inst)
3234     return false;
3235
3236   for (unsigned i = 0, e = Inst->getNumOperands(); i != e; ++i)
3237     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Inst->getOperand(i)))
3238       if (C->canTrap())
3239         return false;
3240
3241   switch (Inst->getOpcode()) {
3242   default:
3243     return true;
3244   case Instruction::UDiv:
3245   case Instruction::URem: {
3246     // x / y is undefined if y == 0.
3247     const APInt *V;
3248     if (match(Inst->getOperand(1), m_APInt(V)))
3249       return *V != 0;
3250     return false;
3251   }
3252   case Instruction::SDiv:
3253   case Instruction::SRem: {
3254     // x / y is undefined if y == 0 or x == INT_MIN and y == -1
3255     const APInt *Numerator, *Denominator;
3256     if (!match(Inst->getOperand(1), m_APInt(Denominator)))
3257       return false;
3258     // We cannot hoist this division if the denominator is 0.
3259     if (*Denominator == 0)
3260       return false;
3261     // It's safe to hoist if the denominator is not 0 or -1.
3262     if (*Denominator != -1)
3263       return true;
3264     // At this point we know that the denominator is -1.  It is safe to hoist as
3265     // long we know that the numerator is not INT_MIN.
3266     if (match(Inst->getOperand(0), m_APInt(Numerator)))
3267       return !Numerator->isMinSignedValue();
3268     // The numerator *might* be MinSignedValue.
3269     return false;
3270   }
3271   case Instruction::Load: {
3272     const LoadInst *LI = cast<LoadInst>(Inst);
3273     if (!LI->isUnordered() ||
3274         // Speculative load may create a race that did not exist in the source.
3275         LI->getFunction()->hasFnAttribute(Attribute::SanitizeThread) ||
3276         // Speculative load may load data from dirty regions.
3277         LI->getFunction()->hasFnAttribute(Attribute::SanitizeAddress))
3278       return false;
3279     const DataLayout &DL = LI->getModule()->getDataLayout();
3280     return isDereferenceableAndAlignedPointer(LI->getPointerOperand(),
3281                                               LI->getAlignment(), DL, CtxI, DT);
3282   }
3283   case Instruction::Call: {
3284     if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
3285       switch (II->getIntrinsicID()) {
3286       // These synthetic intrinsics have no side-effects and just mark
3287       // information about their operands.
3288       // FIXME: There are other no-op synthetic instructions that potentially
3289       // should be considered at least *safe* to speculate...
3290       case Intrinsic::dbg_declare:
3291       case Intrinsic::dbg_value:
3292         return true;
3293
3294       case Intrinsic::bitreverse:
3295       case Intrinsic::bswap:
3296       case Intrinsic::ctlz:
3297       case Intrinsic::ctpop:
3298       case Intrinsic::cttz:
3299       case Intrinsic::objectsize:
3300       case Intrinsic::sadd_with_overflow:
3301       case Intrinsic::smul_with_overflow:
3302       case Intrinsic::ssub_with_overflow:
3303       case Intrinsic::uadd_with_overflow:
3304       case Intrinsic::umul_with_overflow:
3305       case Intrinsic::usub_with_overflow:
3306         return true;
3307       // These intrinsics are defined to have the same behavior as libm
3308       // functions except for setting errno.
3309       case Intrinsic::sqrt:
3310       case Intrinsic::fma:
3311       case Intrinsic::fmuladd:
3312         return true;
3313       // These intrinsics are defined to have the same behavior as libm
3314       // functions, and the corresponding libm functions never set errno.
3315       case Intrinsic::trunc:
3316       case Intrinsic::copysign:
3317       case Intrinsic::fabs:
3318       case Intrinsic::minnum:
3319       case Intrinsic::maxnum:
3320         return true;
3321       // These intrinsics are defined to have the same behavior as libm
3322       // functions, which never overflow when operating on the IEEE754 types
3323       // that we support, and never set errno otherwise.
3324       case Intrinsic::ceil:
3325       case Intrinsic::floor:
3326       case Intrinsic::nearbyint:
3327       case Intrinsic::rint:
3328       case Intrinsic::round:
3329         return true;
3330       // TODO: are convert_{from,to}_fp16 safe?
3331       // TODO: can we list target-specific intrinsics here?
3332       default: break;
3333       }
3334     }
3335     return false; // The called function could have undefined behavior or
3336                   // side-effects, even if marked readnone nounwind.
3337   }
3338   case Instruction::VAArg:
3339   case Instruction::Alloca:
3340   case Instruction::Invoke:
3341   case Instruction::PHI:
3342   case Instruction::Store:
3343   case Instruction::Ret:
3344   case Instruction::Br:
3345   case Instruction::IndirectBr:
3346   case Instruction::Switch:
3347   case Instruction::Unreachable:
3348   case Instruction::Fence:
3349   case Instruction::AtomicRMW:
3350   case Instruction::AtomicCmpXchg:
3351   case Instruction::LandingPad:
3352   case Instruction::Resume:
3353   case Instruction::CatchSwitch:
3354   case Instruction::CatchPad:
3355   case Instruction::CatchRet:
3356   case Instruction::CleanupPad:
3357   case Instruction::CleanupRet:
3358     return false; // Misc instructions which have effects
3359   }
3360 }
3361
3362 bool llvm::mayBeMemoryDependent(const Instruction &I) {
3363   return I.mayReadOrWriteMemory() || !isSafeToSpeculativelyExecute(&I);
3364 }
3365
3366 /// Return true if we know that the specified value is never null.
3367 bool llvm::isKnownNonNull(const Value *V) {
3368   assert(V->getType()->isPointerTy() && "V must be pointer type");
3369
3370   // Alloca never returns null, malloc might.
3371   if (isa<AllocaInst>(V)) return true;
3372
3373   // A byval, inalloca, or nonnull argument is never null.
3374   if (const Argument *A = dyn_cast<Argument>(V))
3375     return A->hasByValOrInAllocaAttr() || A->hasNonNullAttr();
3376
3377   // A global variable in address space 0 is non null unless extern weak
3378   // or an absolute symbol reference. Other address spaces may have null as a
3379   // valid address for a global, so we can't assume anything.
3380   if (const GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(V))
3381     return !GV->isAbsoluteSymbolRef() && !GV->hasExternalWeakLinkage() &&
3382            GV->getType()->getAddressSpace() == 0;
3383
3384   // A Load tagged with nonnull metadata is never null.
3385   if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(V))
3386     return LI->getMetadata(LLVMContext::MD_nonnull);
3387
3388   if (auto CS = ImmutableCallSite(V))
3389     if (CS.isReturnNonNull())
3390       return true;
3391
3392   return false;
3393 }
3394
3395 static bool isKnownNonNullFromDominatingCondition(const Value *V,
3396                                                   const Instruction *CtxI,
3397                                                   const DominatorTree *DT) {
3398   assert(V->getType()->isPointerTy() && "V must be pointer type");
3399   assert(!isa<ConstantData>(V) && "Did not expect ConstantPointerNull");
3400   assert(CtxI && "Context instruction required for analysis");
3401   assert(DT && "Dominator tree required for analysis");
3402
3403   unsigned NumUsesExplored = 0;
3404   for (auto *U : V->users()) {
3405     // Avoid massive lists
3406     if (NumUsesExplored >= DomConditionsMaxUses)
3407       break;
3408     NumUsesExplored++;
3409     // Consider only compare instructions uniquely controlling a branch
3410     CmpInst::Predicate Pred;
3411     if (!match(const_cast<User *>(U),
3412                m_c_ICmp(Pred, m_Specific(V), m_Zero())) ||
3413         (Pred != ICmpInst::ICMP_EQ && Pred != ICmpInst::ICMP_NE))
3414       continue;
3415
3416     for (auto *CmpU : U->users()) {
3417       if (const BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(CmpU)) {
3418         assert(BI->isConditional() && "uses a comparison!");
3419
3420         BasicBlock *NonNullSuccessor =
3421             BI->getSuccessor(Pred == ICmpInst::ICMP_EQ ? 1 : 0);
3422         BasicBlockEdge Edge(BI->getParent(), NonNullSuccessor);
3423         if (Edge.isSingleEdge() && DT->dominates(Edge, CtxI->getParent()))
3424           return true;
3425       } else if (Pred == ICmpInst::ICMP_NE &&
3426                  match(CmpU, m_Intrinsic<Intrinsic::experimental_guard>()) &&
3427                  DT->dominates(cast<Instruction>(CmpU), CtxI)) {
3428         return true;
3429       }
3430     }
3431   }
3432
3433   return false;
3434 }
3435
3436 bool llvm::isKnownNonNullAt(const Value *V, const Instruction *CtxI,
3437                             const DominatorTree *DT) {
3438   if (isa<ConstantPointerNull>(V) || isa<UndefValue>(V))
3439     return false;
3440
3441   if (isKnownNonNull(V))
3442     return true;
3443
3444   if (!CtxI || !DT)
3445     return false;
3446
3447   return ::isKnownNonNullFromDominatingCondition(V, CtxI, DT);
3448 }
3449
3450 OverflowResult llvm::computeOverflowForUnsignedMul(const Value *LHS,
3451                                                    const Value *RHS,
3452                                                    const DataLayout &DL,
3453                                                    AssumptionCache *AC,
3454                                                    const Instruction *CxtI,
3455                                                    const DominatorTree *DT) {
3456   // Multiplying n * m significant bits yields a result of n + m significant
3457   // bits. If the total number of significant bits does not exceed the
3458   // result bit width (minus 1), there is no overflow.
3459   // This means if we have enough leading zero bits in the operands
3460   // we can guarantee that the result does not overflow.
3461   // Ref: "Hacker's Delight" by Henry Warren
3462   unsigned BitWidth = LHS->getType()->getScalarSizeInBits();
3463   APInt LHSKnownZero(BitWidth, 0);
3464   APInt LHSKnownOne(BitWidth, 0);
3465   APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0);
3466   APInt RHSKnownOne(BitWidth, 0);
3467   computeKnownBits(LHS, LHSKnownZero, LHSKnownOne, DL, /*Depth=*/0, AC, CxtI,
3468                    DT);
3469   computeKnownBits(RHS, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, /*Depth=*/0, AC, CxtI,
3470                    DT);
3471   // Note that underestimating the number of zero bits gives a more
3472   // conservative answer.
3473   unsigned ZeroBits = LHSKnownZero.countLeadingOnes() +
3474                       RHSKnownZero.countLeadingOnes();
3475   // First handle the easy case: if we have enough zero bits there's
3476   // definitely no overflow.
3477   if (ZeroBits >= BitWidth)
3478     return OverflowResult::NeverOverflows;
3479
3480   // Get the largest possible values for each operand.
3481   APInt LHSMax = ~LHSKnownZero;
3482   APInt RHSMax = ~RHSKnownZero;
3483
3484   // We know the multiply operation doesn't overflow if the maximum values for
3485   // each operand will not overflow after we multiply them together.
3486   bool MaxOverflow;
3487   LHSMax.umul_ov(RHSMax, MaxOverflow);
3488   if (!MaxOverflow)
3489     return OverflowResult::NeverOverflows;
3490
3491   // We know it always overflows if multiplying the smallest possible values for
3492   // the operands also results in overflow.
3493   bool MinOverflow;
3494   LHSKnownOne.umul_ov(RHSKnownOne, MinOverflow);
3495   if (MinOverflow)
3496     return OverflowResult::AlwaysOverflows;
3497
3498   return OverflowResult::MayOverflow;
3499 }
3500
3501 OverflowResult llvm::computeOverflowForUnsignedAdd(const Value *LHS,
3502                                                    const Value *RHS,
3503                                                    const DataLayout &DL,
3504                                                    AssumptionCache *AC,
3505                                                    const Instruction *CxtI,
3506                                                    const DominatorTree *DT) {
3507   bool LHSKnownNonNegative, LHSKnownNegative;
3508   ComputeSignBit(LHS, LHSKnownNonNegative, LHSKnownNegative, DL, /*Depth=*/0,
3509                  AC, CxtI, DT);
3510   if (LHSKnownNonNegative || LHSKnownNegative) {
3511     bool RHSKnownNonNegative, RHSKnownNegative;
3512     ComputeSignBit(RHS, RHSKnownNonNegative, RHSKnownNegative, DL, /*Depth=*/0,
3513                    AC, CxtI, DT);
3514
3515     if (LHSKnownNegative && RHSKnownNegative) {
3516       // The sign bit is set in both cases: this MUST overflow.
3517       // Create a simple add instruction, and insert it into the struct.
3518       return OverflowResult::AlwaysOverflows;
3519     }
3520
3521     if (LHSKnownNonNegative && RHSKnownNonNegative) {
3522       // The sign bit is clear in both cases: this CANNOT overflow.
3523       // Create a simple add instruction, and insert it into the struct.
3524       return OverflowResult::NeverOverflows;
3525     }
3526   }
3527
3528   return OverflowResult::MayOverflow;
3529 }
3530
3531 static OverflowResult computeOverflowForSignedAdd(const Value *LHS,
3532                                                   const Value *RHS,
3533                                                   const AddOperator *Add,
3534                                                   const DataLayout &DL,
3535                                                   AssumptionCache *AC,
3536                                                   const Instruction *CxtI,
3537                                                   const DominatorTree *DT) {
3538   if (Add && Add->hasNoSignedWrap()) {
3539     return OverflowResult::NeverOverflows;
3540   }
3541
3542   bool LHSKnownNonNegative, LHSKnownNegative;
3543   bool RHSKnownNonNegative, RHSKnownNegative;
3544   ComputeSignBit(LHS, LHSKnownNonNegative, LHSKnownNegative, DL, /*Depth=*/0,
3545                  AC, CxtI, DT);
3546   ComputeSignBit(RHS, RHSKnownNonNegative, RHSKnownNegative, DL, /*Depth=*/0,
3547                  AC, CxtI, DT);
3548
3549   if ((LHSKnownNonNegative && RHSKnownNegative) ||
3550       (LHSKnownNegative && RHSKnownNonNegative)) {
3551     // The sign bits are opposite: this CANNOT overflow.
3552     return OverflowResult::NeverOverflows;
3553   }
3554
3555   // The remaining code needs Add to be available. Early returns if not so.
3556   if (!Add)
3557     return OverflowResult::MayOverflow;
3558
3559   // If the sign of Add is the same as at least one of the operands, this add
3560   // CANNOT overflow. This is particularly useful when the sum is
3561   // @llvm.assume'ed non-negative rather than proved so from analyzing its
3562   // operands.
3563   bool LHSOrRHSKnownNonNegative =
3564       (LHSKnownNonNegative || RHSKnownNonNegative);
3565   bool LHSOrRHSKnownNegative = (LHSKnownNegative || RHSKnownNegative);
3566   if (LHSOrRHSKnownNonNegative || LHSOrRHSKnownNegative) {
3567     bool AddKnownNonNegative, AddKnownNegative;
3568     ComputeSignBit(Add, AddKnownNonNegative, AddKnownNegative, DL,
3569                    /*Depth=*/0, AC, CxtI, DT);
3570     if ((AddKnownNonNegative && LHSOrRHSKnownNonNegative) ||
3571         (AddKnownNegative && LHSOrRHSKnownNegative)) {
3572       return OverflowResult::NeverOverflows;
3573     }
3574   }
3575
3576   return OverflowResult::MayOverflow;
3577 }
3578
3579 bool llvm::isOverflowIntrinsicNoWrap(const IntrinsicInst *II,
3580                                      const DominatorTree &DT) {
3581 #ifndef NDEBUG
3582   auto IID = II->getIntrinsicID();
3583   assert((IID == Intrinsic::sadd_with_overflow ||
3584           IID == Intrinsic::uadd_with_overflow ||
3585           IID == Intrinsic::ssub_with_overflow ||
3586           IID == Intrinsic::usub_with_overflow ||
3587           IID == Intrinsic::smul_with_overflow ||
3588           IID == Intrinsic::umul_with_overflow) &&
3589          "Not an overflow intrinsic!");
3590 #endif
3591
3592   SmallVector<const BranchInst *, 2> GuardingBranches;
3593   SmallVector<const ExtractValueInst *, 2> Results;
3594
3595   for (const User *U : II->users()) {
3596     if (const auto *EVI = dyn_cast<ExtractValueInst>(U)) {
3597       assert(EVI->getNumIndices() == 1 && "Obvious from CI's type");
3598
3599       if (EVI->getIndices()[0] == 0)
3600         Results.push_back(EVI);
3601       else {
3602         assert(EVI->getIndices()[0] == 1 && "Obvious from CI's type");
3603
3604         for (const auto *U : EVI->users())
3605           if (const auto *B = dyn_cast<BranchInst>(U)) {
3606             assert(B->isConditional() && "How else is it using an i1?");
3607             GuardingBranches.push_back(B);
3608           }
3609       }
3610     } else {
3611       // We are using the aggregate directly in a way we don't want to analyze
3612       // here (storing it to a global, say).
3613       return false;
3614     }
3615   }
3616
3617   auto AllUsesGuardedByBranch = [&](const BranchInst *BI) {
3618     BasicBlockEdge NoWrapEdge(BI->getParent(), BI->getSuccessor(1));
3619     if (!NoWrapEdge.isSingleEdge())
3620       return false;
3621
3622     // Check if all users of the add are provably no-wrap.
3623     for (const auto *Result : Results) {
3624       // If the extractvalue itself is not executed on overflow, the we don't
3625       // need to check each use separately, since domination is transitive.
3626       if (DT.dominates(NoWrapEdge, Result->getParent()))
3627         continue;
3628
3629       for (auto &RU : Result->uses())
3630         if (!DT.dominates(NoWrapEdge, RU))
3631           return false;
3632     }
3633
3634     return true;
3635   };
3636
3637   return any_of(GuardingBranches, AllUsesGuardedByBranch);
3638 }
3639
3640
3641 OverflowResult llvm::computeOverflowForSignedAdd(const AddOperator *Add,
3642                                                  const DataLayout &DL,
3643                                                  AssumptionCache *AC,
3644                                                  const Instruction *CxtI,
3645                                                  const DominatorTree *DT) {
3646   return ::computeOverflowForSignedAdd(Add->getOperand(0), Add->getOperand(1),
3647                                        Add, DL, AC, CxtI, DT);
3648 }
3649
3650 OverflowResult llvm::computeOverflowForSignedAdd(const Value *LHS,
3651                                                  const Value *RHS,
3652                                                  const DataLayout &DL,
3653                                                  AssumptionCache *AC,
3654                                                  const Instruction *CxtI,
3655                                                  const DominatorTree *DT) {
3656   return ::computeOverflowForSignedAdd(LHS, RHS, nullptr, DL, AC, CxtI, DT);
3657 }
3658
3659 bool llvm::isGuaranteedToTransferExecutionToSuccessor(const Instruction *I) {
3660   // A memory operation returns normally if it isn't volatile. A volatile
3661   // operation is allowed to trap.
3662   //
3663   // An atomic operation isn't guaranteed to return in a reasonable amount of
3664   // time because it's possible for another thread to interfere with it for an
3665   // arbitrary length of time, but programs aren't allowed to rely on that.
3666   if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
3667     return !LI->isVolatile();
3668   if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I))
3669     return !SI->isVolatile();
3670   if (const AtomicCmpXchgInst *CXI = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(I))
3671     return !CXI->isVolatile();
3672   if (const AtomicRMWInst *RMWI = dyn_cast<AtomicRMWInst>(I))
3673     return !RMWI->isVolatile();
3674   if (const MemIntrinsic *MII = dyn_cast<MemIntrinsic>(I))
3675     return !MII->isVolatile();
3676
3677   // If there is no successor, then execution can't transfer to it.
3678   if (const auto *CRI = dyn_cast<CleanupReturnInst>(I))
3679     return !CRI->unwindsToCaller();
3680   if (const auto *CatchSwitch = dyn_cast<CatchSwitchInst>(I))
3681     return !CatchSwitch->unwindsToCaller();
3682   if (isa<ResumeInst>(I))
3683     return false;
3684   if (isa<ReturnInst>(I))
3685     return false;
3686
3687   // Calls can throw, or contain an infinite loop, or kill the process.
3688   if (auto CS = ImmutableCallSite(I)) {
3689     // Call sites that throw have implicit non-local control flow.
3690     if (!CS.doesNotThrow())
3691       return false;
3692
3693     // Non-throwing call sites can loop infinitely, call exit/pthread_exit
3694     // etc. and thus not return.  However, LLVM already assumes that
3695     //
3696     //  - Thread exiting actions are modeled as writes to memory invisible to
3697     //    the program.
3698     //
3699     //  - Loops that don't have side effects (side effects are volatile/atomic
3700     //    stores and IO) always terminate (see http://llvm.org/PR965).
3701     //    Furthermore IO itself is also modeled as writes to memory invisible to
3702     //    the program.
3703     //
3704     // We rely on those assumptions here, and use the memory effects of the call
3705     // target as a proxy for checking that it always returns.
3706
3707     // FIXME: This isn't aggressive enough; a call which only writes to a global
3708     // is guaranteed to return.
3709     return CS.onlyReadsMemory() || CS.onlyAccessesArgMemory() ||
3710            match(I, m_Intrinsic<Intrinsic::assume>());
3711   }
3712
3713   // Other instructions return normally.
3714   return true;
3715 }
3716
3717 bool llvm::isGuaranteedToExecuteForEveryIteration(const Instruction *I,
3718                                                   const Loop *L) {
3719   // The loop header is guaranteed to be executed for every iteration.
3720   //
3721   // FIXME: Relax this constraint to cover all basic blocks that are
3722   // guaranteed to be executed at every iteration.
3723   if (I->getParent() != L->getHeader()) return false;
3724
3725   for (const Instruction &LI : *L->getHeader()) {
3726     if (&LI == I) return true;
3727     if (!isGuaranteedToTransferExecutionToSuccessor(&LI)) return false;
3728   }
3729   llvm_unreachable("Instruction not contained in its own parent basic block.");
3730 }
3731
3732 bool llvm::propagatesFullPoison(const Instruction *I) {
3733   switch (I->getOpcode()) {
3734     case Instruction::Add:
3735     case Instruction::Sub:
3736     case Instruction::Xor:
3737     case Instruction::Trunc:
3738     case Instruction::BitCast:
3739     case Instruction::AddrSpaceCast:
3740       // These operations all propagate poison unconditionally. Note that poison
3741       // is not any particular value, so xor or subtraction of poison with
3742       // itself still yields poison, not zero.
3743       return true;
3744
3745     case Instruction::AShr:
3746     case Instruction::SExt:
3747       // For these operations, one bit of the input is replicated across
3748       // multiple output bits. A replicated poison bit is still poison.
3749       return true;
3750
3751     case Instruction::Shl: {
3752       // Left shift *by* a poison value is poison. The number of
3753       // positions to shift is unsigned, so no negative values are
3754       // possible there. Left shift by zero places preserves poison. So
3755       // it only remains to consider left shift of poison by a positive
3756       // number of places.
3757       //
3758       // A left shift by a positive number of places leaves the lowest order bit
3759       // non-poisoned. However, if such a shift has a no-wrap flag, then we can
3760       // make the poison operand violate that flag, yielding a fresh full-poison
3761       // value.
3762       auto *OBO = cast<OverflowingBinaryOperator>(I);
3763       return OBO->hasNoUnsignedWrap() || OBO->hasNoSignedWrap();
3764     }
3765
3766     case Instruction::Mul: {
3767       // A multiplication by zero yields a non-poison zero result, so we need to
3768       // rule out zero as an operand. Conservatively, multiplication by a
3769       // non-zero constant is not multiplication by zero.
3770       //
3771       // Multiplication by a non-zero constant can leave some bits
3772       // non-poisoned. For example, a multiplication by 2 leaves the lowest
3773       // order bit unpoisoned. So we need to consider that.
3774       //
3775       // Multiplication by 1 preserves poison. If the multiplication has a
3776       // no-wrap flag, then we can make the poison operand violate that flag
3777       // when multiplied by any integer other than 0 and 1.
3778       auto *OBO = cast<OverflowingBinaryOperator>(I);
3779       if (OBO->hasNoUnsignedWrap() || OBO->hasNoSignedWrap()) {
3780         for (Value *V : OBO->operands()) {
3781           if (auto *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V)) {
3782             // A ConstantInt cannot yield poison, so we can assume that it is
3783             // the other operand that is poison.
3784             return !CI->isZero();
3785           }
3786         }
3787       }
3788       return false;
3789     }
3790
3791     case Instruction::ICmp:
3792       // Comparing poison with any value yields poison.  This is why, for
3793       // instance, x s< (x +nsw 1) can be folded to true.
3794       return true;
3795
3796     case Instruction::GetElementPtr:
3797       // A GEP implicitly represents a sequence of additions, subtractions,
3798       // truncations, sign extensions and multiplications. The multiplications
3799       // are by the non-zero sizes of some set of types, so we do not have to be
3800       // concerned with multiplication by zero. If the GEP is in-bounds, then
3801       // these operations are implicitly no-signed-wrap so poison is propagated
3802       // by the arguments above for Add, Sub, Trunc, SExt and Mul.
3803       return cast<GEPOperator>(I)->isInBounds();
3804
3805     default:
3806       return false;
3807   }
3808 }
3809
3810 const Value *llvm::getGuaranteedNonFullPoisonOp(const Instruction *I) {
3811   switch (I->getOpcode()) {
3812     case Instruction::Store:
3813       return cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand();
3814
3815     case Instruction::Load:
3816       return cast<LoadInst>(I)->getPointerOperand();
3817
3818     case Instruction::AtomicCmpXchg:
3819       return cast<AtomicCmpXchgInst>(I)->getPointerOperand();
3820
3821     case Instruction::AtomicRMW:
3822       return cast<AtomicRMWInst>(I)->getPointerOperand();
3823
3824     case Instruction::UDiv:
3825     case Instruction::SDiv:
3826     case Instruction::URem:
3827     case Instruction::SRem:
3828       return I->getOperand(1);
3829
3830     default:
3831       return nullptr;
3832   }
3833 }
3834
3835 bool llvm::isKnownNotFullPoison(const Instruction *PoisonI) {
3836   // We currently only look for uses of poison values within the same basic
3837   // block, as that makes it easier to guarantee that the uses will be
3838   // executed given that PoisonI is executed.
3839   //
3840   // FIXME: Expand this to consider uses beyond the same basic block. To do
3841   // this, look out for the distinction between post-dominance and strong
3842   // post-dominance.
3843   const BasicBlock *BB = PoisonI->getParent();
3844
3845   // Set of instructions that we have proved will yield poison if PoisonI
3846   // does.
3847   SmallSet<const Value *, 16> YieldsPoison;
3848   SmallSet<const BasicBlock *, 4> Visited;
3849   YieldsPoison.insert(PoisonI);
3850   Visited.insert(PoisonI->getParent());
3851
3852   BasicBlock::const_iterator Begin = PoisonI->getIterator(), End = BB->end();
3853
3854   unsigned Iter = 0;
3855   while (Iter++ < MaxDepth) {
3856     for (auto &I : make_range(Begin, End)) {
3857       if (&I != PoisonI) {
3858         const Value *NotPoison = getGuaranteedNonFullPoisonOp(&I);
3859         if (NotPoison != nullptr && YieldsPoison.count(NotPoison))
3860           return true;
3861         if (!isGuaranteedToTransferExecutionToSuccessor(&I))
3862           return false;
3863       }
3864
3865       // Mark poison that propagates from I through uses of I.
3866       if (YieldsPoison.count(&I)) {
3867         for (const User *User : I.users()) {
3868           const Instruction *UserI = cast<Instruction>(User);
3869           if (propagatesFullPoison(UserI))
3870             YieldsPoison.insert(User);
3871         }
3872       }
3873     }
3874
3875     if (auto *NextBB = BB->getSingleSuccessor()) {
3876       if (Visited.insert(NextBB).second) {
3877         BB = NextBB;
3878         Begin = BB->getFirstNonPHI()->getIterator();
3879         End = BB->end();
3880         continue;
3881       }
3882     }
3883
3884     break;
3885   };
3886   return false;
3887 }
3888
3889 static bool isKnownNonNaN(const Value *V, FastMathFlags FMF) {
3890   if (FMF.noNaNs())
3891     return true;
3892
3893   if (auto *C = dyn_cast<ConstantFP>(V))
3894     return !C->isNaN();
3895   return false;
3896 }
3897
3898 static bool isKnownNonZero(const Value *V) {
3899   if (auto *C = dyn_cast<ConstantFP>(V))
3900     return !C->isZero();
3901   return false;
3902 }
3903
3904 /// Match non-obvious integer minimum and maximum sequences.
3905 static SelectPatternResult matchMinMax(CmpInst::Predicate Pred,
3906                                        Value *CmpLHS, Value *CmpRHS,
3907                                        Value *TrueVal, Value *FalseVal,
3908                                        Value *&LHS, Value *&RHS) {
3909   if (Pred != CmpInst::ICMP_SGT && Pred != CmpInst::ICMP_SLT)
3910     return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
3911
3912   // Z = X -nsw Y
3913   // (X >s Y) ? 0 : Z ==> (Z >s 0) ? 0 : Z ==> SMIN(Z, 0)
3914   // (X <s Y) ? 0 : Z ==> (Z <s 0) ? 0 : Z ==> SMAX(Z, 0)
3915   if (match(TrueVal, m_Zero()) &&
3916       match(FalseVal, m_NSWSub(m_Specific(CmpLHS), m_Specific(CmpRHS)))) {
3917     LHS = TrueVal;
3918     RHS = FalseVal;
3919     return {Pred == CmpInst::ICMP_SGT ? SPF_SMIN : SPF_SMAX, SPNB_NA, false};
3920   }
3921
3922   // Z = X -nsw Y
3923   // (X >s Y) ? Z : 0 ==> (Z >s 0) ? Z : 0 ==> SMAX(Z, 0)
3924   // (X <s Y) ? Z : 0 ==> (Z <s 0) ? Z : 0 ==> SMIN(Z, 0)
3925   if (match(FalseVal, m_Zero()) &&
3926       match(TrueVal, m_NSWSub(m_Specific(CmpLHS), m_Specific(CmpRHS)))) {
3927     LHS = TrueVal;
3928     RHS = FalseVal;
3929     return {Pred == CmpInst::ICMP_SGT ? SPF_SMAX : SPF_SMIN, SPNB_NA, false};
3930   }
3931
3932   const APInt *C1;
3933   if (!match(CmpRHS, m_APInt(C1)))
3934     return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
3935
3936   // An unsigned min/max can be written with a signed compare.
3937   const APInt *C2;
3938   if ((CmpLHS == TrueVal && match(FalseVal, m_APInt(C2))) ||
3939       (CmpLHS == FalseVal && match(TrueVal, m_APInt(C2)))) {
3940     // Is the sign bit set?
3941     // (X <s 0) ? X : MAXVAL ==> (X >u MAXVAL) ? X : MAXVAL ==> UMAX
3942     // (X <s 0) ? MAXVAL : X ==> (X >u MAXVAL) ? MAXVAL : X ==> UMIN
3943     if (Pred == CmpInst::ICMP_SLT && *C1 == 0 && C2->isMaxSignedValue()) {
3944       LHS = TrueVal;
3945       RHS = FalseVal;
3946       return {CmpLHS == TrueVal ? SPF_UMAX : SPF_UMIN, SPNB_NA, false};
3947     }
3948
3949     // Is the sign bit clear?
3950     // (X >s -1) ? MINVAL : X ==> (X <u MINVAL) ? MINVAL : X ==> UMAX
3951     // (X >s -1) ? X : MINVAL ==> (X <u MINVAL) ? X : MINVAL ==> UMIN
3952     if (Pred == CmpInst::ICMP_SGT && C1->isAllOnesValue() &&
3953         C2->isMinSignedValue()) {
3954       LHS = TrueVal;
3955       RHS = FalseVal;
3956       return {CmpLHS == FalseVal ? SPF_UMAX : SPF_UMIN, SPNB_NA, false};
3957     }
3958   }
3959
3960   // Look through 'not' ops to find disguised signed min/max.
3961   // (X >s C) ? ~X : ~C ==> (~X <s ~C) ? ~X : ~C ==> SMIN(~X, ~C)
3962   // (X <s C) ? ~X : ~C ==> (~X >s ~C) ? ~X : ~C ==> SMAX(~X, ~C)
3963   if (match(TrueVal, m_Not(m_Specific(CmpLHS))) &&
3964       match(FalseVal, m_APInt(C2)) && ~(*C1) == *C2) {
3965     LHS = TrueVal;
3966     RHS = FalseVal;
3967     return {Pred == CmpInst::ICMP_SGT ? SPF_SMIN : SPF_SMAX, SPNB_NA, false};
3968   }
3969
3970   // (X >s C) ? ~C : ~X ==> (~X <s ~C) ? ~C : ~X ==> SMAX(~C, ~X)
3971   // (X <s C) ? ~C : ~X ==> (~X >s ~C) ? ~C : ~X ==> SMIN(~C, ~X)
3972   if (match(FalseVal, m_Not(m_Specific(CmpLHS))) &&
3973       match(TrueVal, m_APInt(C2)) && ~(*C1) == *C2) {
3974     LHS = TrueVal;
3975     RHS = FalseVal;
3976     return {Pred == CmpInst::ICMP_SGT ? SPF_SMAX : SPF_SMIN, SPNB_NA, false};
3977   }
3978
3979   return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
3980 }
3981
3982 static SelectPatternResult matchSelectPattern(CmpInst::Predicate Pred,
3983                                               FastMathFlags FMF,
3984                                               Value *CmpLHS, Value *CmpRHS,
3985                                               Value *TrueVal, Value *FalseVal,
3986                                               Value *&LHS, Value *&RHS) {
3987   LHS = CmpLHS;
3988   RHS = CmpRHS;
3989
3990   // If the predicate is an "or-equal"  (FP) predicate, then signed zeroes may
3991   // return inconsistent results between implementations.
3992   //   (0.0 <= -0.0) ? 0.0 : -0.0 // Returns 0.0
3993   //   minNum(0.0, -0.0)          // May return -0.0 or 0.0 (IEEE 754-2008 5.3.1)
3994   // Therefore we behave conservatively and only proceed if at least one of the
3995   // operands is known to not be zero, or if we don't care about signed zeroes.
3996   switch (Pred) {
3997   default: break;
3998   case CmpInst::FCMP_OGE: case CmpInst::FCMP_OLE:
3999   case CmpInst::FCMP_UGE: case CmpInst::FCMP_ULE:
4000     if (!FMF.noSignedZeros() && !isKnownNonZero(CmpLHS) &&
4001         !isKnownNonZero(CmpRHS))
4002       return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4003   }
4004
4005   SelectPatternNaNBehavior NaNBehavior = SPNB_NA;
4006   bool Ordered = false;
4007
4008   // When given one NaN and one non-NaN input:
4009   //   - maxnum/minnum (C99 fmaxf()/fminf()) return the non-NaN input.
4010   //   - A simple C99 (a < b ? a : b) construction will return 'b' (as the
4011   //     ordered comparison fails), which could be NaN or non-NaN.
4012   // so here we discover exactly what NaN behavior is required/accepted.
4013   if (CmpInst::isFPPredicate(Pred)) {
4014     bool LHSSafe = isKnownNonNaN(CmpLHS, FMF);
4015     bool RHSSafe = isKnownNonNaN(CmpRHS, FMF);
4016
4017     if (LHSSafe && RHSSafe) {
4018       // Both operands are known non-NaN.
4019       NaNBehavior = SPNB_RETURNS_ANY;
4020     } else if (CmpInst::isOrdered(Pred)) {
4021       // An ordered comparison will return false when given a NaN, so it
4022       // returns the RHS.
4023       Ordered = true;
4024       if (LHSSafe)
4025         // LHS is non-NaN, so if RHS is NaN then NaN will be returned.
4026         NaNBehavior = SPNB_RETURNS_NAN;
4027       else if (RHSSafe)
4028         NaNBehavior = SPNB_RETURNS_OTHER;
4029       else
4030         // Completely unsafe.
4031         return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4032     } else {
4033       Ordered = false;
4034       // An unordered comparison will return true when given a NaN, so it
4035       // returns the LHS.
4036       if (LHSSafe)
4037         // LHS is non-NaN, so if RHS is NaN then non-NaN will be returned.
4038         NaNBehavior = SPNB_RETURNS_OTHER;
4039       else if (RHSSafe)
4040         NaNBehavior = SPNB_RETURNS_NAN;
4041       else
4042         // Completely unsafe.
4043         return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4044     }
4045   }
4046
4047   if (TrueVal == CmpRHS && FalseVal == CmpLHS) {
4048     std::swap(CmpLHS, CmpRHS);
4049     Pred = CmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
4050     if (NaNBehavior == SPNB_RETURNS_NAN)
4051       NaNBehavior = SPNB_RETURNS_OTHER;
4052     else if (NaNBehavior == SPNB_RETURNS_OTHER)
4053       NaNBehavior = SPNB_RETURNS_NAN;
4054     Ordered = !Ordered;
4055   }
4056
4057   // ([if]cmp X, Y) ? X : Y
4058   if (TrueVal == CmpLHS && FalseVal == CmpRHS) {
4059     switch (Pred) {
4060     default: return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false}; // Equality.
4061     case ICmpInst::ICMP_UGT:
4062     case ICmpInst::ICMP_UGE: return {SPF_UMAX, SPNB_NA, false};
4063     case ICmpInst::ICMP_SGT:
4064     case ICmpInst::ICMP_SGE: return {SPF_SMAX, SPNB_NA, false};
4065     case ICmpInst::ICMP_ULT:
4066     case ICmpInst::ICMP_ULE: return {SPF_UMIN, SPNB_NA, false};
4067     case ICmpInst::ICMP_SLT:
4068     case ICmpInst::ICMP_SLE: return {SPF_SMIN, SPNB_NA, false};
4069     case FCmpInst::FCMP_UGT:
4070     case FCmpInst::FCMP_UGE:
4071     case FCmpInst::FCMP_OGT:
4072     case FCmpInst::FCMP_OGE: return {SPF_FMAXNUM, NaNBehavior, Ordered};
4073     case FCmpInst::FCMP_ULT:
4074     case FCmpInst::FCMP_ULE:
4075     case FCmpInst::FCMP_OLT:
4076     case FCmpInst::FCMP_OLE: return {SPF_FMINNUM, NaNBehavior, Ordered};
4077     }
4078   }
4079
4080   const APInt *C1;
4081   if (match(CmpRHS, m_APInt(C1))) {
4082     if ((CmpLHS == TrueVal && match(FalseVal, m_Neg(m_Specific(CmpLHS)))) ||
4083         (CmpLHS == FalseVal && match(TrueVal, m_Neg(m_Specific(CmpLHS))))) {
4084
4085       // ABS(X) ==> (X >s 0) ? X : -X and (X >s -1) ? X : -X
4086       // NABS(X) ==> (X >s 0) ? -X : X and (X >s -1) ? -X : X
4087       if (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT && (*C1 == 0 || C1->isAllOnesValue())) {
4088         return {(CmpLHS == TrueVal) ? SPF_ABS : SPF_NABS, SPNB_NA, false};
4089       }
4090
4091       // ABS(X) ==> (X <s 0) ? -X : X and (X <s 1) ? -X : X
4092       // NABS(X) ==> (X <s 0) ? X : -X and (X <s 1) ? X : -X
4093       if (Pred == ICmpInst::ICMP_SLT && (*C1 == 0 || *C1 == 1)) {
4094         return {(CmpLHS == FalseVal) ? SPF_ABS : SPF_NABS, SPNB_NA, false};
4095       }
4096     }
4097   }
4098
4099   return matchMinMax(Pred, CmpLHS, CmpRHS, TrueVal, FalseVal, LHS, RHS);
4100 }
4101
4102 static Value *lookThroughCast(CmpInst *CmpI, Value *V1, Value *V2,
4103                               Instruction::CastOps *CastOp) {
4104   CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(V1);
4105   Constant *C = dyn_cast<Constant>(V2);
4106   if (!CI)
4107     return nullptr;
4108   *CastOp = CI->getOpcode();
4109
4110   if (auto *CI2 = dyn_cast<CastInst>(V2)) {
4111     // If V1 and V2 are both the same cast from the same type, we can look
4112     // through V1.
4113     if (CI2->getOpcode() == CI->getOpcode() &&
4114         CI2->getSrcTy() == CI->getSrcTy())
4115       return CI2->getOperand(0);
4116     return nullptr;
4117   } else if (!C) {
4118     return nullptr;
4119   }
4120
4121   Constant *CastedTo = nullptr;
4122
4123   if (isa<ZExtInst>(CI) && CmpI->isUnsigned())
4124     CastedTo = ConstantExpr::getTrunc(C, CI->getSrcTy());
4125
4126   if (isa<SExtInst>(CI) && CmpI->isSigned())
4127     CastedTo = ConstantExpr::getTrunc(C, CI->getSrcTy(), true);
4128
4129   if (isa<TruncInst>(CI))
4130     CastedTo = ConstantExpr::getIntegerCast(C, CI->getSrcTy(), CmpI->isSigned());
4131
4132   if (isa<FPTruncInst>(CI))
4133     CastedTo = ConstantExpr::getFPExtend(C, CI->getSrcTy(), true);
4134
4135   if (isa<FPExtInst>(CI))
4136     CastedTo = ConstantExpr::getFPTrunc(C, CI->getSrcTy(), true);
4137
4138   if (isa<FPToUIInst>(CI))
4139     CastedTo = ConstantExpr::getUIToFP(C, CI->getSrcTy(), true);
4140
4141   if (isa<FPToSIInst>(CI))
4142     CastedTo = ConstantExpr::getSIToFP(C, CI->getSrcTy(), true);
4143
4144   if (isa<UIToFPInst>(CI))
4145     CastedTo = ConstantExpr::getFPToUI(C, CI->getSrcTy(), true);
4146
4147   if (isa<SIToFPInst>(CI))
4148     CastedTo = ConstantExpr::getFPToSI(C, CI->getSrcTy(), true);
4149
4150   if (!CastedTo)
4151     return nullptr;
4152
4153   Constant *CastedBack =
4154       ConstantExpr::getCast(CI->getOpcode(), CastedTo, C->getType(), true);
4155   // Make sure the cast doesn't lose any information.
4156   if (CastedBack != C)
4157     return nullptr;
4158
4159   return CastedTo;
4160 }
4161
4162 SelectPatternResult llvm::matchSelectPattern(Value *V, Value *&LHS, Value *&RHS,
4163                                              Instruction::CastOps *CastOp) {
4164   SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V);
4165   if (!SI) return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4166
4167   CmpInst *CmpI = dyn_cast<CmpInst>(SI->getCondition());
4168   if (!CmpI) return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4169
4170   CmpInst::Predicate Pred = CmpI->getPredicate();
4171   Value *CmpLHS = CmpI->getOperand(0);
4172   Value *CmpRHS = CmpI->getOperand(1);
4173   Value *TrueVal = SI->getTrueValue();
4174   Value *FalseVal = SI->getFalseValue();
4175   FastMathFlags FMF;
4176   if (isa<FPMathOperator>(CmpI))
4177     FMF = CmpI->getFastMathFlags();
4178
4179   // Bail out early.
4180   if (CmpI->isEquality())
4181     return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4182
4183   // Deal with type mismatches.
4184   if (CastOp && CmpLHS->getType() != TrueVal->getType()) {
4185     if (Value *C = lookThroughCast(CmpI, TrueVal, FalseVal, CastOp))
4186       return ::matchSelectPattern(Pred, FMF, CmpLHS, CmpRHS,
4187                                   cast<CastInst>(TrueVal)->getOperand(0), C,
4188                                   LHS, RHS);
4189     if (Value *C = lookThroughCast(CmpI, FalseVal, TrueVal, CastOp))
4190       return ::matchSelectPattern(Pred, FMF, CmpLHS, CmpRHS,
4191                                   C, cast<CastInst>(FalseVal)->getOperand(0),
4192                                   LHS, RHS);
4193   }
4194   return ::matchSelectPattern(Pred, FMF, CmpLHS, CmpRHS, TrueVal, FalseVal,
4195                               LHS, RHS);
4196 }
4197
4198 /// Return true if "icmp Pred LHS RHS" is always true.
4199 static bool isTruePredicate(CmpInst::Predicate Pred,
4200                             const Value *LHS, const Value *RHS,
4201                             const DataLayout &DL, unsigned Depth,
4202                             AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
4203                             const DominatorTree *DT) {
4204   assert(!LHS->getType()->isVectorTy() && "TODO: extend to handle vectors!");
4205   if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred) && LHS == RHS)
4206     return true;
4207
4208   switch (Pred) {
4209   default:
4210     return false;
4211
4212   case CmpInst::ICMP_SLE: {
4213     const APInt *C;
4214
4215     // LHS s<= LHS +_{nsw} C   if C >= 0
4216     if (match(RHS, m_NSWAdd(m_Specific(LHS), m_APInt(C))))
4217       return !C->isNegative();
4218     return false;
4219   }
4220
4221   case CmpInst::ICMP_ULE: {
4222     const APInt *C;
4223
4224     // LHS u<= LHS +_{nuw} C   for any C
4225     if (match(RHS, m_NUWAdd(m_Specific(LHS), m_APInt(C))))
4226       return true;
4227
4228     // Match A to (X +_{nuw} CA) and B to (X +_{nuw} CB)
4229     auto MatchNUWAddsToSameValue = [&](const Value *A, const Value *B,
4230                                        const Value *&X,
4231                                        const APInt *&CA, const APInt *&CB) {
4232       if (match(A, m_NUWAdd(m_Value(X), m_APInt(CA))) &&
4233           match(B, m_NUWAdd(m_Specific(X), m_APInt(CB))))
4234         return true;
4235
4236       // If X & C == 0 then (X | C) == X +_{nuw} C
4237       if (match(A, m_Or(m_Value(X), m_APInt(CA))) &&
4238           match(B, m_Or(m_Specific(X), m_APInt(CB)))) {
4239         unsigned BitWidth = CA->getBitWidth();
4240         APInt KnownZero(BitWidth, 0), KnownOne(BitWidth, 0);
4241         computeKnownBits(X, KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, AC, CxtI, DT);
4242
4243         if ((KnownZero & *CA) == *CA && (KnownZero & *CB) == *CB)
4244           return true;
4245       }
4246
4247       return false;
4248     };
4249
4250     const Value *X;
4251     const APInt *CLHS, *CRHS;
4252     if (MatchNUWAddsToSameValue(LHS, RHS, X, CLHS, CRHS))
4253       return CLHS->ule(*CRHS);
4254
4255     return false;
4256   }
4257   }
4258 }
4259
4260 /// Return true if "icmp Pred BLHS BRHS" is true whenever "icmp Pred
4261 /// ALHS ARHS" is true.  Otherwise, return None.
4262 static Optional<bool>
4263 isImpliedCondOperands(CmpInst::Predicate Pred, const Value *ALHS,
4264                       const Value *ARHS, const Value *BLHS,
4265                       const Value *BRHS, const DataLayout &DL,
4266                       unsigned Depth, AssumptionCache *AC,
4267                       const Instruction *CxtI, const DominatorTree *DT) {
4268   switch (Pred) {
4269   default:
4270     return None;
4271
4272   case CmpInst::ICMP_SLT:
4273   case CmpInst::ICMP_SLE:
4274     if (isTruePredicate(CmpInst::ICMP_SLE, BLHS, ALHS, DL, Depth, AC, CxtI,
4275                         DT) &&
4276         isTruePredicate(CmpInst::ICMP_SLE, ARHS, BRHS, DL, Depth, AC, CxtI, DT))
4277       return true;
4278     return None;
4279
4280   case CmpInst::ICMP_ULT:
4281   case CmpInst::ICMP_ULE:
4282     if (isTruePredicate(CmpInst::ICMP_ULE, BLHS, ALHS, DL, Depth, AC, CxtI,
4283                         DT) &&
4284         isTruePredicate(CmpInst::ICMP_ULE, ARHS, BRHS, DL, Depth, AC, CxtI, DT))
4285       return true;
4286     return None;
4287   }
4288 }
4289
4290 /// Return true if the operands of the two compares match.  IsSwappedOps is true
4291 /// when the operands match, but are swapped.
4292 static bool isMatchingOps(const Value *ALHS, const Value *ARHS,
4293                           const Value *BLHS, const Value *BRHS,
4294                           bool &IsSwappedOps) {
4295
4296   bool IsMatchingOps = (ALHS == BLHS && ARHS == BRHS);
4297   IsSwappedOps = (ALHS == BRHS && ARHS == BLHS);
4298   return IsMatchingOps || IsSwappedOps;
4299 }
4300
4301 /// Return true if "icmp1 APred ALHS ARHS" implies "icmp2 BPred BLHS BRHS" is
4302 /// true.  Return false if "icmp1 APred ALHS ARHS" implies "icmp2 BPred BLHS
4303 /// BRHS" is false.  Otherwise, return None if we can't infer anything.
4304 static Optional<bool> isImpliedCondMatchingOperands(CmpInst::Predicate APred,
4305                                                     const Value *ALHS,
4306                                                     const Value *ARHS,
4307                                                     CmpInst::Predicate BPred,
4308                                                     const Value *BLHS,
4309                                                     const Value *BRHS,
4310                                                     bool IsSwappedOps) {
4311   // Canonicalize the operands so they're matching.
4312   if (IsSwappedOps) {
4313     std::swap(BLHS, BRHS);
4314     BPred = ICmpInst::getSwappedPredicate(BPred);
4315   }
4316   if (CmpInst::isImpliedTrueByMatchingCmp(APred, BPred))
4317     return true;
4318   if (CmpInst::isImpliedFalseByMatchingCmp(APred, BPred))
4319     return false;
4320
4321   return None;
4322 }
4323
4324 /// Return true if "icmp1 APred ALHS C1" implies "icmp2 BPred BLHS C2" is
4325 /// true.  Return false if "icmp1 APred ALHS C1" implies "icmp2 BPred BLHS
4326 /// C2" is false.  Otherwise, return None if we can't infer anything.
4327 static Optional<bool>
4328 isImpliedCondMatchingImmOperands(CmpInst::Predicate APred, const Value *ALHS,
4329                                  const ConstantInt *C1,
4330                                  CmpInst::Predicate BPred,
4331                                  const Value *BLHS, const ConstantInt *C2) {
4332   assert(ALHS == BLHS && "LHS operands must match.");
4333   ConstantRange DomCR =
4334       ConstantRange::makeExactICmpRegion(APred, C1->getValue());
4335   ConstantRange CR =
4336       ConstantRange::makeAllowedICmpRegion(BPred, C2->getValue());
4337   ConstantRange Intersection = DomCR.intersectWith(CR);
4338   ConstantRange Difference = DomCR.difference(CR);
4339   if (Intersection.isEmptySet())
4340     return false;
4341   if (Difference.isEmptySet())
4342     return true;
4343   return None;
4344 }
4345
4346 Optional<bool> llvm::isImpliedCondition(const Value *LHS, const Value *RHS,
4347                                         const DataLayout &DL, bool InvertAPred,
4348                                         unsigned Depth, AssumptionCache *AC,
4349                                         const Instruction *CxtI,
4350                                         const DominatorTree *DT) {
4351   // A mismatch occurs when we compare a scalar cmp to a vector cmp, for example.
4352   if (LHS->getType() != RHS->getType())
4353     return None;
4354
4355   Type *OpTy = LHS->getType();
4356   assert(OpTy->getScalarType()->isIntegerTy(1));
4357
4358   // LHS ==> RHS by definition
4359   if (!InvertAPred && LHS == RHS)
4360     return true;
4361
4362   if (OpTy->isVectorTy())
4363     // TODO: extending the code below to handle vectors
4364     return None;
4365   assert(OpTy->isIntegerTy(1) && "implied by above");
4366
4367   ICmpInst::Predicate APred, BPred;
4368   Value *ALHS, *ARHS;
4369   Value *BLHS, *BRHS;
4370
4371   if (!match(LHS, m_ICmp(APred, m_Value(ALHS), m_Value(ARHS))) ||
4372       !match(RHS, m_ICmp(BPred, m_Value(BLHS), m_Value(BRHS))))
4373     return None;
4374
4375   if (InvertAPred)
4376     APred = CmpInst::getInversePredicate(APred);
4377
4378   // Can we infer anything when the two compares have matching operands?
4379   bool IsSwappedOps;
4380   if (isMatchingOps(ALHS, ARHS, BLHS, BRHS, IsSwappedOps)) {
4381     if (Optional<bool> Implication = isImpliedCondMatchingOperands(
4382             APred, ALHS, ARHS, BPred, BLHS, BRHS, IsSwappedOps))
4383       return Implication;
4384     // No amount of additional analysis will infer the second condition, so
4385     // early exit.
4386     return None;
4387   }
4388
4389   // Can we infer anything when the LHS operands match and the RHS operands are
4390   // constants (not necessarily matching)?
4391   if (ALHS == BLHS && isa<ConstantInt>(ARHS) && isa<ConstantInt>(BRHS)) {
4392     if (Optional<bool> Implication = isImpliedCondMatchingImmOperands(
4393             APred, ALHS, cast<ConstantInt>(ARHS), BPred, BLHS,
4394             cast<ConstantInt>(BRHS)))
4395       return Implication;
4396     // No amount of additional analysis will infer the second condition, so
4397     // early exit.
4398     return None;
4399   }
4400
4401   if (APred == BPred)
4402     return isImpliedCondOperands(APred, ALHS, ARHS, BLHS, BRHS, DL, Depth, AC,
4403                                  CxtI, DT);
4404
4405   return None;
4406 }