]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/Analysis/ValueTracking.cpp
Merge lldb trunk r300422 and resolve conflicts.
[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/OptimizationDiagnosticInfo.h"
24 #include "llvm/Analysis/VectorUtils.h"
25 #include "llvm/IR/CallSite.h"
26 #include "llvm/IR/ConstantRange.h"
27 #include "llvm/IR/Constants.h"
28 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
29 #include "llvm/IR/Dominators.h"
30 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
31 #include "llvm/IR/GlobalAlias.h"
32 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
33 #include "llvm/IR/Instructions.h"
34 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
35 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
36 #include "llvm/IR/Metadata.h"
37 #include "llvm/IR/Operator.h"
38 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
39 #include "llvm/IR/Statepoint.h"
40 #include "llvm/Support/Debug.h"
41 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
42 #include <algorithm>
43 #include <array>
44 #include <cstring>
45 using namespace llvm;
46 using namespace llvm::PatternMatch;
47
48 const unsigned MaxDepth = 6;
49
50 // Controls the number of uses of the value searched for possible
51 // dominating comparisons.
52 static cl::opt<unsigned> DomConditionsMaxUses("dom-conditions-max-uses",
53                                               cl::Hidden, cl::init(20));
54
55 // This optimization is known to cause performance regressions is some cases,
56 // keep it under a temporary flag for now.
57 static cl::opt<bool>
58 DontImproveNonNegativePhiBits("dont-improve-non-negative-phi-bits",
59                               cl::Hidden, cl::init(true));
60
61 /// Returns the bitwidth of the given scalar or pointer type (if unknown returns
62 /// 0). For vector types, returns the element type's bitwidth.
63 static unsigned getBitWidth(Type *Ty, const DataLayout &DL) {
64   if (unsigned BitWidth = Ty->getScalarSizeInBits())
65     return BitWidth;
66
67   return DL.getPointerTypeSizeInBits(Ty);
68 }
69
70 namespace {
71 // Simplifying using an assume can only be done in a particular control-flow
72 // context (the context instruction provides that context). If an assume and
73 // the context instruction are not in the same block then the DT helps in
74 // figuring out if we can use it.
75 struct Query {
76   const DataLayout &DL;
77   AssumptionCache *AC;
78   const Instruction *CxtI;
79   const DominatorTree *DT;
80   // Unlike the other analyses, this may be a nullptr because not all clients
81   // provide it currently.
82   OptimizationRemarkEmitter *ORE;
83
84   /// Set of assumptions that should be excluded from further queries.
85   /// This is because of the potential for mutual recursion to cause
86   /// computeKnownBits to repeatedly visit the same assume intrinsic. The
87   /// classic case of this is assume(x = y), which will attempt to determine
88   /// bits in x from bits in y, which will attempt to determine bits in y from
89   /// bits in x, etc. Regarding the mutual recursion, computeKnownBits can call
90   /// isKnownNonZero, which calls computeKnownBits and ComputeSignBit and
91   /// isKnownToBeAPowerOfTwo (all of which can call computeKnownBits), and so
92   /// on.
93   std::array<const Value *, MaxDepth> Excluded;
94   unsigned NumExcluded;
95
96   Query(const DataLayout &DL, AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
97         const DominatorTree *DT, OptimizationRemarkEmitter *ORE = nullptr)
98       : DL(DL), AC(AC), CxtI(CxtI), DT(DT), ORE(ORE), NumExcluded(0) {}
99
100   Query(const Query &Q, const Value *NewExcl)
101       : DL(Q.DL), AC(Q.AC), CxtI(Q.CxtI), DT(Q.DT), ORE(Q.ORE),
102         NumExcluded(Q.NumExcluded) {
103     Excluded = Q.Excluded;
104     Excluded[NumExcluded++] = NewExcl;
105     assert(NumExcluded <= Excluded.size());
106   }
107
108   bool isExcluded(const Value *Value) const {
109     if (NumExcluded == 0)
110       return false;
111     auto End = Excluded.begin() + NumExcluded;
112     return std::find(Excluded.begin(), End, Value) != End;
113   }
114 };
115 } // end anonymous namespace
116
117 // Given the provided Value and, potentially, a context instruction, return
118 // the preferred context instruction (if any).
119 static const Instruction *safeCxtI(const Value *V, const Instruction *CxtI) {
120   // If we've been provided with a context instruction, then use that (provided
121   // it has been inserted).
122   if (CxtI && CxtI->getParent())
123     return CxtI;
124
125   // If the value is really an already-inserted instruction, then use that.
126   CxtI = dyn_cast<Instruction>(V);
127   if (CxtI && CxtI->getParent())
128     return CxtI;
129
130   return nullptr;
131 }
132
133 static void computeKnownBits(const Value *V, APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
134                              unsigned Depth, const Query &Q);
135
136 void llvm::computeKnownBits(const Value *V, APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
137                             const DataLayout &DL, unsigned Depth,
138                             AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
139                             const DominatorTree *DT,
140                             OptimizationRemarkEmitter *ORE) {
141   ::computeKnownBits(V, KnownZero, KnownOne, Depth,
142                      Query(DL, AC, safeCxtI(V, CxtI), DT, ORE));
143 }
144
145 bool llvm::haveNoCommonBitsSet(const Value *LHS, const Value *RHS,
146                                const DataLayout &DL,
147                                AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
148                                const DominatorTree *DT) {
149   assert(LHS->getType() == RHS->getType() &&
150          "LHS and RHS should have the same type");
151   assert(LHS->getType()->isIntOrIntVectorTy() &&
152          "LHS and RHS should be integers");
153   IntegerType *IT = cast<IntegerType>(LHS->getType()->getScalarType());
154   APInt LHSKnownZero(IT->getBitWidth(), 0), LHSKnownOne(IT->getBitWidth(), 0);
155   APInt RHSKnownZero(IT->getBitWidth(), 0), RHSKnownOne(IT->getBitWidth(), 0);
156   computeKnownBits(LHS, LHSKnownZero, LHSKnownOne, DL, 0, AC, CxtI, DT);
157   computeKnownBits(RHS, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, 0, AC, CxtI, DT);
158   return (LHSKnownZero | RHSKnownZero).isAllOnesValue();
159 }
160
161 static void ComputeSignBit(const Value *V, bool &KnownZero, bool &KnownOne,
162                            unsigned Depth, const Query &Q);
163
164 void llvm::ComputeSignBit(const Value *V, bool &KnownZero, bool &KnownOne,
165                           const DataLayout &DL, unsigned Depth,
166                           AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
167                           const DominatorTree *DT) {
168   ::ComputeSignBit(V, KnownZero, KnownOne, Depth,
169                    Query(DL, AC, safeCxtI(V, CxtI), DT));
170 }
171
172 static bool isKnownToBeAPowerOfTwo(const Value *V, bool OrZero, unsigned Depth,
173                                    const Query &Q);
174
175 bool llvm::isKnownToBeAPowerOfTwo(const Value *V, const DataLayout &DL,
176                                   bool OrZero,
177                                   unsigned Depth, AssumptionCache *AC,
178                                   const Instruction *CxtI,
179                                   const DominatorTree *DT) {
180   return ::isKnownToBeAPowerOfTwo(V, OrZero, Depth,
181                                   Query(DL, AC, safeCxtI(V, CxtI), DT));
182 }
183
184 static bool isKnownNonZero(const Value *V, unsigned Depth, const Query &Q);
185
186 bool llvm::isKnownNonZero(const Value *V, const DataLayout &DL, unsigned Depth,
187                           AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
188                           const DominatorTree *DT) {
189   return ::isKnownNonZero(V, Depth, Query(DL, AC, safeCxtI(V, CxtI), DT));
190 }
191
192 bool llvm::isKnownNonNegative(const Value *V, const DataLayout &DL,
193                               unsigned Depth,
194                               AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
195                               const DominatorTree *DT) {
196   bool NonNegative, Negative;
197   ComputeSignBit(V, NonNegative, Negative, DL, Depth, AC, CxtI, DT);
198   return NonNegative;
199 }
200
201 bool llvm::isKnownPositive(const Value *V, const DataLayout &DL, unsigned Depth,
202                            AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
203                            const DominatorTree *DT) {
204   if (auto *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V))
205     return CI->getValue().isStrictlyPositive();
206
207   // TODO: We'd doing two recursive queries here.  We should factor this such
208   // that only a single query is needed.
209   return isKnownNonNegative(V, DL, Depth, AC, CxtI, DT) &&
210     isKnownNonZero(V, DL, Depth, AC, CxtI, DT);
211 }
212
213 bool llvm::isKnownNegative(const Value *V, const DataLayout &DL, unsigned Depth,
214                            AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
215                            const DominatorTree *DT) {
216   bool NonNegative, Negative;
217   ComputeSignBit(V, NonNegative, Negative, DL, Depth, AC, CxtI, DT);
218   return Negative;
219 }
220
221 static bool isKnownNonEqual(const Value *V1, const Value *V2, const Query &Q);
222
223 bool llvm::isKnownNonEqual(const Value *V1, const Value *V2,
224                            const DataLayout &DL,
225                            AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
226                            const DominatorTree *DT) {
227   return ::isKnownNonEqual(V1, V2, Query(DL, AC,
228                                          safeCxtI(V1, safeCxtI(V2, CxtI)),
229                                          DT));
230 }
231
232 static bool MaskedValueIsZero(const Value *V, const APInt &Mask, unsigned Depth,
233                               const Query &Q);
234
235 bool llvm::MaskedValueIsZero(const Value *V, const APInt &Mask,
236                              const DataLayout &DL,
237                              unsigned Depth, AssumptionCache *AC,
238                              const Instruction *CxtI, const DominatorTree *DT) {
239   return ::MaskedValueIsZero(V, Mask, Depth,
240                              Query(DL, AC, safeCxtI(V, CxtI), DT));
241 }
242
243 static unsigned ComputeNumSignBits(const Value *V, unsigned Depth,
244                                    const Query &Q);
245
246 unsigned llvm::ComputeNumSignBits(const Value *V, const DataLayout &DL,
247                                   unsigned Depth, AssumptionCache *AC,
248                                   const Instruction *CxtI,
249                                   const DominatorTree *DT) {
250   return ::ComputeNumSignBits(V, Depth, Query(DL, AC, safeCxtI(V, CxtI), DT));
251 }
252
253 static void computeKnownBitsAddSub(bool Add, const Value *Op0, const Value *Op1,
254                                    bool NSW,
255                                    APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
256                                    APInt &KnownZero2, APInt &KnownOne2,
257                                    unsigned Depth, const Query &Q) {
258   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
259
260   // If an initial sequence of bits in the result is not needed, the
261   // corresponding bits in the operands are not needed.
262   APInt LHSKnownZero(BitWidth, 0), LHSKnownOne(BitWidth, 0);
263   computeKnownBits(Op0, LHSKnownZero, LHSKnownOne, Depth + 1, Q);
264   computeKnownBits(Op1, KnownZero2, KnownOne2, Depth + 1, Q);
265
266   // Carry in a 1 for a subtract, rather than a 0.
267   uint64_t CarryIn = 0;
268   if (!Add) {
269     // Sum = LHS + ~RHS + 1
270     std::swap(KnownZero2, KnownOne2);
271     CarryIn = 1;
272   }
273
274   APInt PossibleSumZero = ~LHSKnownZero + ~KnownZero2 + CarryIn;
275   APInt PossibleSumOne = LHSKnownOne + KnownOne2 + CarryIn;
276
277   // Compute known bits of the carry.
278   APInt CarryKnownZero = ~(PossibleSumZero ^ LHSKnownZero ^ KnownZero2);
279   APInt CarryKnownOne = PossibleSumOne ^ LHSKnownOne ^ KnownOne2;
280
281   // Compute set of known bits (where all three relevant bits are known).
282   APInt LHSKnown = LHSKnownZero | LHSKnownOne;
283   APInt RHSKnown = KnownZero2 | KnownOne2;
284   APInt CarryKnown = CarryKnownZero | CarryKnownOne;
285   APInt Known = LHSKnown & RHSKnown & CarryKnown;
286
287   assert((PossibleSumZero & Known) == (PossibleSumOne & Known) &&
288          "known bits of sum differ");
289
290   // Compute known bits of the result.
291   KnownZero = ~PossibleSumOne & Known;
292   KnownOne = PossibleSumOne & Known;
293
294   // Are we still trying to solve for the sign bit?
295   if (!Known.isNegative()) {
296     if (NSW) {
297       // Adding two non-negative numbers, or subtracting a negative number from
298       // a non-negative one, can't wrap into negative.
299       if (LHSKnownZero.isNegative() && KnownZero2.isNegative())
300         KnownZero.setSignBit();
301       // Adding two negative numbers, or subtracting a non-negative number from
302       // a negative one, can't wrap into non-negative.
303       else if (LHSKnownOne.isNegative() && KnownOne2.isNegative())
304         KnownOne.setSignBit();
305     }
306   }
307 }
308
309 static void computeKnownBitsMul(const Value *Op0, const Value *Op1, bool NSW,
310                                 APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
311                                 APInt &KnownZero2, APInt &KnownOne2,
312                                 unsigned Depth, const Query &Q) {
313   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
314   computeKnownBits(Op1, KnownZero, KnownOne, Depth + 1, Q);
315   computeKnownBits(Op0, KnownZero2, KnownOne2, Depth + 1, Q);
316
317   bool isKnownNegative = false;
318   bool isKnownNonNegative = false;
319   // If the multiplication is known not to overflow, compute the sign bit.
320   if (NSW) {
321     if (Op0 == Op1) {
322       // The product of a number with itself is non-negative.
323       isKnownNonNegative = true;
324     } else {
325       bool isKnownNonNegativeOp1 = KnownZero.isNegative();
326       bool isKnownNonNegativeOp0 = KnownZero2.isNegative();
327       bool isKnownNegativeOp1 = KnownOne.isNegative();
328       bool isKnownNegativeOp0 = KnownOne2.isNegative();
329       // The product of two numbers with the same sign is non-negative.
330       isKnownNonNegative = (isKnownNegativeOp1 && isKnownNegativeOp0) ||
331         (isKnownNonNegativeOp1 && isKnownNonNegativeOp0);
332       // The product of a negative number and a non-negative number is either
333       // negative or zero.
334       if (!isKnownNonNegative)
335         isKnownNegative = (isKnownNegativeOp1 && isKnownNonNegativeOp0 &&
336                            isKnownNonZero(Op0, Depth, Q)) ||
337                           (isKnownNegativeOp0 && isKnownNonNegativeOp1 &&
338                            isKnownNonZero(Op1, Depth, Q));
339     }
340   }
341
342   // If low bits are zero in either operand, output low known-0 bits.
343   // Also compute a conservative estimate for high known-0 bits.
344   // More trickiness is possible, but this is sufficient for the
345   // interesting case of alignment computation.
346   KnownOne.clearAllBits();
347   unsigned TrailZ = KnownZero.countTrailingOnes() +
348                     KnownZero2.countTrailingOnes();
349   unsigned LeadZ =  std::max(KnownZero.countLeadingOnes() +
350                              KnownZero2.countLeadingOnes(),
351                              BitWidth) - BitWidth;
352
353   TrailZ = std::min(TrailZ, BitWidth);
354   LeadZ = std::min(LeadZ, BitWidth);
355   KnownZero.clearAllBits();
356   KnownZero.setLowBits(TrailZ);
357   KnownZero.setHighBits(LeadZ);
358
359   // Only make use of no-wrap flags if we failed to compute the sign bit
360   // directly.  This matters if the multiplication always overflows, in
361   // which case we prefer to follow the result of the direct computation,
362   // though as the program is invoking undefined behaviour we can choose
363   // whatever we like here.
364   if (isKnownNonNegative && !KnownOne.isNegative())
365     KnownZero.setSignBit();
366   else if (isKnownNegative && !KnownZero.isNegative())
367     KnownOne.setSignBit();
368 }
369
370 void llvm::computeKnownBitsFromRangeMetadata(const MDNode &Ranges,
371                                              APInt &KnownZero,
372                                              APInt &KnownOne) {
373   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
374   unsigned NumRanges = Ranges.getNumOperands() / 2;
375   assert(NumRanges >= 1);
376
377   KnownZero.setAllBits();
378   KnownOne.setAllBits();
379
380   for (unsigned i = 0; i < NumRanges; ++i) {
381     ConstantInt *Lower =
382         mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges.getOperand(2 * i + 0));
383     ConstantInt *Upper =
384         mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges.getOperand(2 * i + 1));
385     ConstantRange Range(Lower->getValue(), Upper->getValue());
386
387     // The first CommonPrefixBits of all values in Range are equal.
388     unsigned CommonPrefixBits =
389         (Range.getUnsignedMax() ^ Range.getUnsignedMin()).countLeadingZeros();
390
391     APInt Mask = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, CommonPrefixBits);
392     KnownOne &= Range.getUnsignedMax() & Mask;
393     KnownZero &= ~Range.getUnsignedMax() & Mask;
394   }
395 }
396
397 static bool isEphemeralValueOf(const Instruction *I, const Value *E) {
398   SmallVector<const Value *, 16> WorkSet(1, I);
399   SmallPtrSet<const Value *, 32> Visited;
400   SmallPtrSet<const Value *, 16> EphValues;
401
402   // The instruction defining an assumption's condition itself is always
403   // considered ephemeral to that assumption (even if it has other
404   // non-ephemeral users). See r246696's test case for an example.
405   if (is_contained(I->operands(), E))
406     return true;
407
408   while (!WorkSet.empty()) {
409     const Value *V = WorkSet.pop_back_val();
410     if (!Visited.insert(V).second)
411       continue;
412
413     // If all uses of this value are ephemeral, then so is this value.
414     if (all_of(V->users(), [&](const User *U) { return EphValues.count(U); })) {
415       if (V == E)
416         return true;
417
418       EphValues.insert(V);
419       if (const User *U = dyn_cast<User>(V))
420         for (User::const_op_iterator J = U->op_begin(), JE = U->op_end();
421              J != JE; ++J) {
422           if (isSafeToSpeculativelyExecute(*J))
423             WorkSet.push_back(*J);
424         }
425     }
426   }
427
428   return false;
429 }
430
431 // Is this an intrinsic that cannot be speculated but also cannot trap?
432 static bool isAssumeLikeIntrinsic(const Instruction *I) {
433   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
434     if (Function *F = CI->getCalledFunction())
435       switch (F->getIntrinsicID()) {
436       default: break;
437       // FIXME: This list is repeated from NoTTI::getIntrinsicCost.
438       case Intrinsic::assume:
439       case Intrinsic::dbg_declare:
440       case Intrinsic::dbg_value:
441       case Intrinsic::invariant_start:
442       case Intrinsic::invariant_end:
443       case Intrinsic::lifetime_start:
444       case Intrinsic::lifetime_end:
445       case Intrinsic::objectsize:
446       case Intrinsic::ptr_annotation:
447       case Intrinsic::var_annotation:
448         return true;
449       }
450
451   return false;
452 }
453
454 bool llvm::isValidAssumeForContext(const Instruction *Inv,
455                                    const Instruction *CxtI,
456                                    const DominatorTree *DT) {
457
458   // There are two restrictions on the use of an assume:
459   //  1. The assume must dominate the context (or the control flow must
460   //     reach the assume whenever it reaches the context).
461   //  2. The context must not be in the assume's set of ephemeral values
462   //     (otherwise we will use the assume to prove that the condition
463   //     feeding the assume is trivially true, thus causing the removal of
464   //     the assume).
465
466   if (DT) {
467     if (DT->dominates(Inv, CxtI))
468       return true;
469   } else if (Inv->getParent() == CxtI->getParent()->getSinglePredecessor()) {
470     // We don't have a DT, but this trivially dominates.
471     return true;
472   }
473
474   // With or without a DT, the only remaining case we will check is if the
475   // instructions are in the same BB.  Give up if that is not the case.
476   if (Inv->getParent() != CxtI->getParent())
477     return false;
478
479   // If we have a dom tree, then we now know that the assume doens't dominate
480   // the other instruction.  If we don't have a dom tree then we can check if
481   // the assume is first in the BB.
482   if (!DT) {
483     // Search forward from the assume until we reach the context (or the end
484     // of the block); the common case is that the assume will come first.
485     for (auto I = std::next(BasicBlock::const_iterator(Inv)),
486          IE = Inv->getParent()->end(); I != IE; ++I)
487       if (&*I == CxtI)
488         return true;
489   }
490
491   // The context comes first, but they're both in the same block. Make sure
492   // there is nothing in between that might interrupt the control flow.
493   for (BasicBlock::const_iterator I =
494          std::next(BasicBlock::const_iterator(CxtI)), IE(Inv);
495        I != IE; ++I)
496     if (!isSafeToSpeculativelyExecute(&*I) && !isAssumeLikeIntrinsic(&*I))
497       return false;
498
499   return !isEphemeralValueOf(Inv, CxtI);
500 }
501
502 static void computeKnownBitsFromAssume(const Value *V, APInt &KnownZero,
503                                        APInt &KnownOne, unsigned Depth,
504                                        const Query &Q) {
505   // Use of assumptions is context-sensitive. If we don't have a context, we
506   // cannot use them!
507   if (!Q.AC || !Q.CxtI)
508     return;
509
510   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
511
512   // Note that the patterns below need to be kept in sync with the code
513   // in AssumptionCache::updateAffectedValues.
514
515   for (auto &AssumeVH : Q.AC->assumptionsFor(V)) {
516     if (!AssumeVH)
517       continue;
518     CallInst *I = cast<CallInst>(AssumeVH);
519     assert(I->getParent()->getParent() == Q.CxtI->getParent()->getParent() &&
520            "Got assumption for the wrong function!");
521     if (Q.isExcluded(I))
522       continue;
523
524     // Warning: This loop can end up being somewhat performance sensetive.
525     // We're running this loop for once for each value queried resulting in a
526     // runtime of ~O(#assumes * #values).
527
528     assert(I->getCalledFunction()->getIntrinsicID() == Intrinsic::assume &&
529            "must be an assume intrinsic");
530
531     Value *Arg = I->getArgOperand(0);
532
533     if (Arg == V && isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
534       assert(BitWidth == 1 && "assume operand is not i1?");
535       KnownZero.clearAllBits();
536       KnownOne.setAllBits();
537       return;
538     }
539     if (match(Arg, m_Not(m_Specific(V))) &&
540         isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
541       assert(BitWidth == 1 && "assume operand is not i1?");
542       KnownZero.setAllBits();
543       KnownOne.clearAllBits();
544       return;
545     }
546
547     // The remaining tests are all recursive, so bail out if we hit the limit.
548     if (Depth == MaxDepth)
549       continue;
550
551     Value *A, *B;
552     auto m_V = m_CombineOr(m_Specific(V),
553                            m_CombineOr(m_PtrToInt(m_Specific(V)),
554                            m_BitCast(m_Specific(V))));
555
556     CmpInst::Predicate Pred;
557     ConstantInt *C;
558     // assume(v = a)
559     if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
560         Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
561       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
562       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, Depth+1, Query(Q, I));
563       KnownZero |= RHSKnownZero;
564       KnownOne  |= RHSKnownOne;
565     // assume(v & b = a)
566     } else if (match(Arg,
567                      m_c_ICmp(Pred, m_c_And(m_V, m_Value(B)), m_Value(A))) &&
568                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
569                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
570       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
571       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, Depth+1, Query(Q, I));
572       APInt MaskKnownZero(BitWidth, 0), MaskKnownOne(BitWidth, 0);
573       computeKnownBits(B, MaskKnownZero, MaskKnownOne, Depth+1, Query(Q, I));
574
575       // For those bits in the mask that are known to be one, we can propagate
576       // known bits from the RHS to V.
577       KnownZero |= RHSKnownZero & MaskKnownOne;
578       KnownOne  |= RHSKnownOne  & MaskKnownOne;
579     // assume(~(v & b) = a)
580     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_c_And(m_V, m_Value(B))),
581                                    m_Value(A))) &&
582                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
583                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
584       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
585       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, Depth+1, Query(Q, I));
586       APInt MaskKnownZero(BitWidth, 0), MaskKnownOne(BitWidth, 0);
587       computeKnownBits(B, MaskKnownZero, MaskKnownOne, Depth+1, Query(Q, I));
588
589       // For those bits in the mask that are known to be one, we can propagate
590       // inverted known bits from the RHS to V.
591       KnownZero |= RHSKnownOne  & MaskKnownOne;
592       KnownOne  |= RHSKnownZero & MaskKnownOne;
593     // assume(v | b = a)
594     } else if (match(Arg,
595                      m_c_ICmp(Pred, m_c_Or(m_V, m_Value(B)), m_Value(A))) &&
596                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
597                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
598       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
599       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, Depth+1, Query(Q, I));
600       APInt BKnownZero(BitWidth, 0), BKnownOne(BitWidth, 0);
601       computeKnownBits(B, BKnownZero, BKnownOne, Depth+1, Query(Q, I));
602
603       // For those bits in B that are known to be zero, we can propagate known
604       // bits from the RHS to V.
605       KnownZero |= RHSKnownZero & BKnownZero;
606       KnownOne  |= RHSKnownOne  & BKnownZero;
607     // assume(~(v | b) = a)
608     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_c_Or(m_V, m_Value(B))),
609                                    m_Value(A))) &&
610                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
611                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
612       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
613       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, Depth+1, Query(Q, I));
614       APInt BKnownZero(BitWidth, 0), BKnownOne(BitWidth, 0);
615       computeKnownBits(B, BKnownZero, BKnownOne, Depth+1, Query(Q, I));
616
617       // For those bits in B that are known to be zero, we can propagate
618       // inverted known bits from the RHS to V.
619       KnownZero |= RHSKnownOne  & BKnownZero;
620       KnownOne  |= RHSKnownZero & BKnownZero;
621     // assume(v ^ b = a)
622     } else if (match(Arg,
623                      m_c_ICmp(Pred, m_c_Xor(m_V, m_Value(B)), m_Value(A))) &&
624                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
625                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
626       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
627       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, Depth+1, Query(Q, I));
628       APInt BKnownZero(BitWidth, 0), BKnownOne(BitWidth, 0);
629       computeKnownBits(B, BKnownZero, BKnownOne, Depth+1, Query(Q, I));
630
631       // For those bits in B that are known to be zero, we can propagate known
632       // bits from the RHS to V. For those bits in B that are known to be one,
633       // we can propagate inverted known bits from the RHS to V.
634       KnownZero |= RHSKnownZero & BKnownZero;
635       KnownOne  |= RHSKnownOne  & BKnownZero;
636       KnownZero |= RHSKnownOne  & BKnownOne;
637       KnownOne  |= RHSKnownZero & BKnownOne;
638     // assume(~(v ^ b) = a)
639     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_c_Xor(m_V, m_Value(B))),
640                                    m_Value(A))) &&
641                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
642                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
643       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
644       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, Depth+1, Query(Q, I));
645       APInt BKnownZero(BitWidth, 0), BKnownOne(BitWidth, 0);
646       computeKnownBits(B, BKnownZero, BKnownOne, Depth+1, Query(Q, I));
647
648       // For those bits in B that are known to be zero, we can propagate
649       // inverted known bits from the RHS to V. For those bits in B that are
650       // known to be one, we can propagate known bits from the RHS to V.
651       KnownZero |= RHSKnownOne  & BKnownZero;
652       KnownOne  |= RHSKnownZero & BKnownZero;
653       KnownZero |= RHSKnownZero & BKnownOne;
654       KnownOne  |= RHSKnownOne  & BKnownOne;
655     // assume(v << c = a)
656     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Shl(m_V, m_ConstantInt(C)),
657                                    m_Value(A))) &&
658                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
659                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
660       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
661       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, Depth+1, Query(Q, I));
662       // For those bits in RHS that are known, we can propagate them to known
663       // bits in V shifted to the right by C.
664       KnownZero |= RHSKnownZero.lshr(C->getZExtValue());
665       KnownOne  |= RHSKnownOne.lshr(C->getZExtValue());
666     // assume(~(v << c) = a)
667     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_Shl(m_V, m_ConstantInt(C))),
668                                    m_Value(A))) &&
669                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
670                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
671       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
672       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, Depth+1, Query(Q, I));
673       // For those bits in RHS that are known, we can propagate them inverted
674       // to known bits in V shifted to the right by C.
675       KnownZero |= RHSKnownOne.lshr(C->getZExtValue());
676       KnownOne  |= RHSKnownZero.lshr(C->getZExtValue());
677     // assume(v >> c = a)
678     } else if (match(Arg,
679                      m_c_ICmp(Pred, m_CombineOr(m_LShr(m_V, m_ConstantInt(C)),
680                                                 m_AShr(m_V, m_ConstantInt(C))),
681                               m_Value(A))) &&
682                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
683                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
684       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
685       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, Depth+1, Query(Q, I));
686       // For those bits in RHS that are known, we can propagate them to known
687       // bits in V shifted to the right by C.
688       KnownZero |= RHSKnownZero << C->getZExtValue();
689       KnownOne  |= RHSKnownOne  << C->getZExtValue();
690     // assume(~(v >> c) = a)
691     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_CombineOr(
692                                              m_LShr(m_V, m_ConstantInt(C)),
693                                              m_AShr(m_V, m_ConstantInt(C)))),
694                                    m_Value(A))) &&
695                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
696                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
697       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
698       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, Depth+1, Query(Q, I));
699       // For those bits in RHS that are known, we can propagate them inverted
700       // to known bits in V shifted to the right by C.
701       KnownZero |= RHSKnownOne  << C->getZExtValue();
702       KnownOne  |= RHSKnownZero << C->getZExtValue();
703     // assume(v >=_s c) where c is non-negative
704     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
705                Pred == ICmpInst::ICMP_SGE &&
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
710       if (RHSKnownZero.isNegative()) {
711         // We know that the sign bit is zero.
712         KnownZero.setSignBit();
713       }
714     // assume(v >_s c) where c is at least -1.
715     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
716                Pred == ICmpInst::ICMP_SGT &&
717                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
718       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
719       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, Depth+1, Query(Q, I));
720
721       if (RHSKnownOne.isAllOnesValue() || RHSKnownZero.isNegative()) {
722         // We know that the sign bit is zero.
723         KnownZero.setSignBit();
724       }
725     // assume(v <=_s c) where c is negative
726     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
727                Pred == ICmpInst::ICMP_SLE &&
728                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
729       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
730       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, Depth+1, Query(Q, I));
731
732       if (RHSKnownOne.isNegative()) {
733         // We know that the sign bit is one.
734         KnownOne.setSignBit();
735       }
736     // assume(v <_s c) where c is non-positive
737     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
738                Pred == ICmpInst::ICMP_SLT &&
739                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
740       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
741       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, Depth+1, Query(Q, I));
742
743       if (RHSKnownZero.isAllOnesValue() || RHSKnownOne.isNegative()) {
744         // We know that the sign bit is one.
745         KnownOne.setSignBit();
746       }
747     // assume(v <=_u c)
748     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
749                Pred == ICmpInst::ICMP_ULE &&
750                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
751       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
752       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, Depth+1, Query(Q, I));
753
754       // Whatever high bits in c are zero are known to be zero.
755       KnownZero.setHighBits(RHSKnownZero.countLeadingOnes());
756     // assume(v <_u c)
757     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
758                Pred == ICmpInst::ICMP_ULT &&
759                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
760       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
761       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, Depth+1, Query(Q, I));
762
763       // Whatever high bits in c are zero are known to be zero (if c is a power
764       // of 2, then one more).
765       if (isKnownToBeAPowerOfTwo(A, false, Depth + 1, Query(Q, I)))
766         KnownZero.setHighBits(RHSKnownZero.countLeadingOnes()+1);
767       else
768         KnownZero.setHighBits(RHSKnownZero.countLeadingOnes());
769     }
770   }
771
772   // If assumptions conflict with each other or previous known bits, then we
773   // have a logical fallacy. It's possible that the assumption is not reachable,
774   // so this isn't a real bug. On the other hand, the program may have undefined
775   // behavior, or we might have a bug in the compiler. We can't assert/crash, so
776   // clear out the known bits, try to warn the user, and hope for the best.
777   if ((KnownZero & KnownOne) != 0) {
778     KnownZero.clearAllBits();
779     KnownOne.clearAllBits();
780
781     if (Q.ORE) {
782       auto *CxtI = const_cast<Instruction *>(Q.CxtI);
783       OptimizationRemarkAnalysis ORA("value-tracking", "BadAssumption", CxtI);
784       Q.ORE->emit(ORA << "Detected conflicting code assumptions. Program may "
785                          "have undefined behavior, or compiler may have "
786                          "internal error.");
787     }
788   }
789 }
790
791 // Compute known bits from a shift operator, including those with a
792 // non-constant shift amount. KnownZero and KnownOne are the outputs of this
793 // function. KnownZero2 and KnownOne2 are pre-allocated temporaries with the
794 // same bit width as KnownZero and KnownOne. KZF and KOF are operator-specific
795 // functors that, given the known-zero or known-one bits respectively, and a
796 // shift amount, compute the implied known-zero or known-one bits of the shift
797 // operator's result respectively for that shift amount. The results from calling
798 // KZF and KOF are conservatively combined for all permitted shift amounts.
799 static void computeKnownBitsFromShiftOperator(
800     const Operator *I, APInt &KnownZero, APInt &KnownOne, APInt &KnownZero2,
801     APInt &KnownOne2, unsigned Depth, const Query &Q,
802     function_ref<APInt(const APInt &, unsigned)> KZF,
803     function_ref<APInt(const APInt &, unsigned)> KOF) {
804   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
805
806   if (auto *SA = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
807     unsigned ShiftAmt = SA->getLimitedValue(BitWidth-1);
808
809     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, Depth + 1, Q);
810     KnownZero = KZF(KnownZero, ShiftAmt);
811     KnownOne  = KOF(KnownOne, ShiftAmt);
812     // If there is conflict between KnownZero and KnownOne, this must be an
813     // overflowing left shift, so the shift result is undefined. Clear KnownZero
814     // and KnownOne bits so that other code could propagate this undef.
815     if ((KnownZero & KnownOne) != 0) {
816       KnownZero.clearAllBits();
817       KnownOne.clearAllBits();
818     }
819
820     return;
821   }
822
823   computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, Depth + 1, Q);
824
825   // If the shift amount could be greater than or equal to the bit-width of the LHS, the
826   // value could be undef, so we don't know anything about it.
827   if ((~KnownZero).uge(BitWidth)) {
828     KnownZero.clearAllBits();
829     KnownOne.clearAllBits();
830     return;
831   }
832
833   // Note: We cannot use KnownZero.getLimitedValue() here, because if
834   // BitWidth > 64 and any upper bits are known, we'll end up returning the
835   // limit value (which implies all bits are known).
836   uint64_t ShiftAmtKZ = KnownZero.zextOrTrunc(64).getZExtValue();
837   uint64_t ShiftAmtKO = KnownOne.zextOrTrunc(64).getZExtValue();
838
839   // It would be more-clearly correct to use the two temporaries for this
840   // calculation. Reusing the APInts here to prevent unnecessary allocations.
841   KnownZero.clearAllBits();
842   KnownOne.clearAllBits();
843
844   // If we know the shifter operand is nonzero, we can sometimes infer more
845   // known bits. However this is expensive to compute, so be lazy about it and
846   // only compute it when absolutely necessary.
847   Optional<bool> ShifterOperandIsNonZero;
848
849   // Early exit if we can't constrain any well-defined shift amount.
850   if (!(ShiftAmtKZ & (BitWidth - 1)) && !(ShiftAmtKO & (BitWidth - 1))) {
851     ShifterOperandIsNonZero =
852         isKnownNonZero(I->getOperand(1), Depth + 1, Q);
853     if (!*ShifterOperandIsNonZero)
854       return;
855   }
856
857   computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, Depth + 1, Q);
858
859   KnownZero = KnownOne = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
860   for (unsigned ShiftAmt = 0; ShiftAmt < BitWidth; ++ShiftAmt) {
861     // Combine the shifted known input bits only for those shift amounts
862     // compatible with its known constraints.
863     if ((ShiftAmt & ~ShiftAmtKZ) != ShiftAmt)
864       continue;
865     if ((ShiftAmt | ShiftAmtKO) != ShiftAmt)
866       continue;
867     // If we know the shifter is nonzero, we may be able to infer more known
868     // bits. This check is sunk down as far as possible to avoid the expensive
869     // call to isKnownNonZero if the cheaper checks above fail.
870     if (ShiftAmt == 0) {
871       if (!ShifterOperandIsNonZero.hasValue())
872         ShifterOperandIsNonZero =
873             isKnownNonZero(I->getOperand(1), Depth + 1, Q);
874       if (*ShifterOperandIsNonZero)
875         continue;
876     }
877
878     KnownZero &= KZF(KnownZero2, ShiftAmt);
879     KnownOne  &= KOF(KnownOne2, ShiftAmt);
880   }
881
882   // If there are no compatible shift amounts, then we've proven that the shift
883   // amount must be >= the BitWidth, and the result is undefined. We could
884   // return anything we'd like, but we need to make sure the sets of known bits
885   // stay disjoint (it should be better for some other code to actually
886   // propagate the undef than to pick a value here using known bits).
887   if ((KnownZero & KnownOne) != 0) {
888     KnownZero.clearAllBits();
889     KnownOne.clearAllBits();
890   }
891 }
892
893 static void computeKnownBitsFromOperator(const Operator *I, APInt &KnownZero,
894                                          APInt &KnownOne, unsigned Depth,
895                                          const Query &Q) {
896   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
897
898   APInt KnownZero2(KnownZero), KnownOne2(KnownOne);
899   switch (I->getOpcode()) {
900   default: break;
901   case Instruction::Load:
902     if (MDNode *MD = cast<LoadInst>(I)->getMetadata(LLVMContext::MD_range))
903       computeKnownBitsFromRangeMetadata(*MD, KnownZero, KnownOne);
904     break;
905   case Instruction::And: {
906     // If either the LHS or the RHS are Zero, the result is zero.
907     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, Depth + 1, Q);
908     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, Depth + 1, Q);
909
910     // Output known-1 bits are only known if set in both the LHS & RHS.
911     KnownOne &= KnownOne2;
912     // Output known-0 are known to be clear if zero in either the LHS | RHS.
913     KnownZero |= KnownZero2;
914
915     // and(x, add (x, -1)) is a common idiom that always clears the low bit;
916     // here we handle the more general case of adding any odd number by
917     // matching the form add(x, add(x, y)) where y is odd.
918     // TODO: This could be generalized to clearing any bit set in y where the
919     // following bit is known to be unset in y.
920     Value *Y = nullptr;
921     if (!KnownZero[0] && !KnownOne[0] &&
922         (match(I->getOperand(0), m_Add(m_Specific(I->getOperand(1)),
923                                        m_Value(Y))) ||
924          match(I->getOperand(1), m_Add(m_Specific(I->getOperand(0)),
925                                        m_Value(Y))))) {
926       KnownZero2.clearAllBits(); KnownOne2.clearAllBits();
927       computeKnownBits(Y, KnownZero2, KnownOne2, Depth + 1, Q);
928       if (KnownOne2.countTrailingOnes() > 0)
929         KnownZero.setBit(0);
930     }
931     break;
932   }
933   case Instruction::Or: {
934     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, Depth + 1, Q);
935     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, Depth + 1, Q);
936
937     // Output known-0 bits are only known if clear in both the LHS & RHS.
938     KnownZero &= KnownZero2;
939     // Output known-1 are known to be set if set in either the LHS | RHS.
940     KnownOne |= KnownOne2;
941     break;
942   }
943   case Instruction::Xor: {
944     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, Depth + 1, Q);
945     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, Depth + 1, Q);
946
947     // Output known-0 bits are known if clear or set in both the LHS & RHS.
948     APInt KnownZeroOut = (KnownZero & KnownZero2) | (KnownOne & KnownOne2);
949     // Output known-1 are known to be set if set in only one of the LHS, RHS.
950     KnownOne = (KnownZero & KnownOne2) | (KnownOne & KnownZero2);
951     KnownZero = std::move(KnownZeroOut);
952     break;
953   }
954   case Instruction::Mul: {
955     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
956     computeKnownBitsMul(I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW, KnownZero,
957                         KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, Depth, Q);
958     break;
959   }
960   case Instruction::UDiv: {
961     // For the purposes of computing leading zeros we can conservatively
962     // treat a udiv as a logical right shift by the power of 2 known to
963     // be less than the denominator.
964     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, Depth + 1, Q);
965     unsigned LeadZ = KnownZero2.countLeadingOnes();
966
967     KnownOne2.clearAllBits();
968     KnownZero2.clearAllBits();
969     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero2, KnownOne2, Depth + 1, Q);
970     unsigned RHSUnknownLeadingOnes = KnownOne2.countLeadingZeros();
971     if (RHSUnknownLeadingOnes != BitWidth)
972       LeadZ = std::min(BitWidth,
973                        LeadZ + BitWidth - RHSUnknownLeadingOnes - 1);
974
975     KnownZero.setHighBits(LeadZ);
976     break;
977   }
978   case Instruction::Select: {
979     const Value *LHS, *RHS;
980     SelectPatternFlavor SPF = matchSelectPattern(I, LHS, RHS).Flavor;
981     if (SelectPatternResult::isMinOrMax(SPF)) {
982       computeKnownBits(RHS, KnownZero, KnownOne, Depth + 1, Q);
983       computeKnownBits(LHS, KnownZero2, KnownOne2, Depth + 1, Q);
984     } else {
985       computeKnownBits(I->getOperand(2), KnownZero, KnownOne, Depth + 1, Q);
986       computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero2, KnownOne2, Depth + 1, Q);
987     }
988
989     unsigned MaxHighOnes = 0;
990     unsigned MaxHighZeros = 0;
991     if (SPF == SPF_SMAX) {
992       // If both sides are negative, the result is negative.
993       if (KnownOne.isNegative() && KnownOne2.isNegative())
994         // We can derive a lower bound on the result by taking the max of the
995         // leading one bits.
996         MaxHighOnes =
997             std::max(KnownOne.countLeadingOnes(), KnownOne2.countLeadingOnes());
998       // If either side is non-negative, the result is non-negative.
999       else if (KnownZero.isNegative() || KnownZero2.isNegative())
1000         MaxHighZeros = 1;
1001     } else if (SPF == SPF_SMIN) {
1002       // If both sides are non-negative, the result is non-negative.
1003       if (KnownZero.isNegative() && KnownZero2.isNegative())
1004         // We can derive an upper bound on the result by taking the max of the
1005         // leading zero bits.
1006         MaxHighZeros = std::max(KnownZero.countLeadingOnes(),
1007                                 KnownZero2.countLeadingOnes());
1008       // If either side is negative, the result is negative.
1009       else if (KnownOne.isNegative() || KnownOne2.isNegative())
1010         MaxHighOnes = 1;
1011     } else if (SPF == SPF_UMAX) {
1012       // We can derive a lower bound on the result by taking the max of the
1013       // leading one bits.
1014       MaxHighOnes =
1015           std::max(KnownOne.countLeadingOnes(), KnownOne2.countLeadingOnes());
1016     } else if (SPF == SPF_UMIN) {
1017       // We can derive an upper bound on the result by taking the max of the
1018       // leading zero bits.
1019       MaxHighZeros =
1020           std::max(KnownZero.countLeadingOnes(), KnownZero2.countLeadingOnes());
1021     }
1022
1023     // Only known if known in both the LHS and RHS.
1024     KnownOne &= KnownOne2;
1025     KnownZero &= KnownZero2;
1026     if (MaxHighOnes > 0)
1027       KnownOne.setHighBits(MaxHighOnes);
1028     if (MaxHighZeros > 0)
1029       KnownZero.setHighBits(MaxHighZeros);
1030     break;
1031   }
1032   case Instruction::FPTrunc:
1033   case Instruction::FPExt:
1034   case Instruction::FPToUI:
1035   case Instruction::FPToSI:
1036   case Instruction::SIToFP:
1037   case Instruction::UIToFP:
1038     break; // Can't work with floating point.
1039   case Instruction::PtrToInt:
1040   case Instruction::IntToPtr:
1041     // Fall through and handle them the same as zext/trunc.
1042     LLVM_FALLTHROUGH;
1043   case Instruction::ZExt:
1044   case Instruction::Trunc: {
1045     Type *SrcTy = I->getOperand(0)->getType();
1046
1047     unsigned SrcBitWidth;
1048     // Note that we handle pointer operands here because of inttoptr/ptrtoint
1049     // which fall through here.
1050     SrcBitWidth = Q.DL.getTypeSizeInBits(SrcTy->getScalarType());
1051
1052     assert(SrcBitWidth && "SrcBitWidth can't be zero");
1053     KnownZero = KnownZero.zextOrTrunc(SrcBitWidth);
1054     KnownOne = KnownOne.zextOrTrunc(SrcBitWidth);
1055     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, Depth + 1, Q);
1056     KnownZero = KnownZero.zextOrTrunc(BitWidth);
1057     KnownOne = KnownOne.zextOrTrunc(BitWidth);
1058     // Any top bits are known to be zero.
1059     if (BitWidth > SrcBitWidth)
1060       KnownZero.setBitsFrom(SrcBitWidth);
1061     break;
1062   }
1063   case Instruction::BitCast: {
1064     Type *SrcTy = I->getOperand(0)->getType();
1065     if ((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
1066         // TODO: For now, not handling conversions like:
1067         // (bitcast i64 %x to <2 x i32>)
1068         !I->getType()->isVectorTy()) {
1069       computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, Depth + 1, Q);
1070       break;
1071     }
1072     break;
1073   }
1074   case Instruction::SExt: {
1075     // Compute the bits in the result that are not present in the input.
1076     unsigned SrcBitWidth = I->getOperand(0)->getType()->getScalarSizeInBits();
1077
1078     KnownZero = KnownZero.trunc(SrcBitWidth);
1079     KnownOne = KnownOne.trunc(SrcBitWidth);
1080     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, Depth + 1, Q);
1081     // If the sign bit of the input is known set or clear, then we know the
1082     // top bits of the result.
1083     KnownZero = KnownZero.sext(BitWidth);
1084     KnownOne = KnownOne.sext(BitWidth);
1085     break;
1086   }
1087   case Instruction::Shl: {
1088     // (shl X, C1) & C2 == 0   iff   (X & C2 >>u C1) == 0
1089     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
1090     auto KZF = [NSW](const APInt &KnownZero, unsigned ShiftAmt) {
1091       APInt KZResult = KnownZero << ShiftAmt;
1092       KZResult.setLowBits(ShiftAmt); // Low bits known 0.
1093       // If this shift has "nsw" keyword, then the result is either a poison
1094       // value or has the same sign bit as the first operand.
1095       if (NSW && KnownZero.isNegative())
1096         KZResult.setSignBit();
1097       return KZResult;
1098     };
1099
1100     auto KOF = [NSW](const APInt &KnownOne, unsigned ShiftAmt) {
1101       APInt KOResult = KnownOne << ShiftAmt;
1102       if (NSW && KnownOne.isNegative())
1103         KOResult.setSignBit();
1104       return KOResult;
1105     };
1106
1107     computeKnownBitsFromShiftOperator(I, KnownZero, KnownOne,
1108                                       KnownZero2, KnownOne2, Depth, Q, KZF,
1109                                       KOF);
1110     break;
1111   }
1112   case Instruction::LShr: {
1113     // (ushr X, C1) & C2 == 0   iff  (-1 >> C1) & C2 == 0
1114     auto KZF = [BitWidth](const APInt &KnownZero, unsigned ShiftAmt) {
1115       return KnownZero.lshr(ShiftAmt) |
1116              // High bits known zero.
1117              APInt::getHighBitsSet(BitWidth, ShiftAmt);
1118     };
1119
1120     auto KOF = [](const APInt &KnownOne, unsigned ShiftAmt) {
1121       return KnownOne.lshr(ShiftAmt);
1122     };
1123
1124     computeKnownBitsFromShiftOperator(I, KnownZero, KnownOne,
1125                                       KnownZero2, KnownOne2, Depth, Q, KZF,
1126                                       KOF);
1127     break;
1128   }
1129   case Instruction::AShr: {
1130     // (ashr X, C1) & C2 == 0   iff  (-1 >> C1) & C2 == 0
1131     auto KZF = [](const APInt &KnownZero, unsigned ShiftAmt) {
1132       return KnownZero.ashr(ShiftAmt);
1133     };
1134
1135     auto KOF = [](const APInt &KnownOne, unsigned ShiftAmt) {
1136       return KnownOne.ashr(ShiftAmt);
1137     };
1138
1139     computeKnownBitsFromShiftOperator(I, KnownZero, KnownOne,
1140                                       KnownZero2, KnownOne2, Depth, Q, KZF,
1141                                       KOF);
1142     break;
1143   }
1144   case Instruction::Sub: {
1145     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
1146     computeKnownBitsAddSub(false, I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW,
1147                            KnownZero, KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, Depth,
1148                            Q);
1149     break;
1150   }
1151   case Instruction::Add: {
1152     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
1153     computeKnownBitsAddSub(true, I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW,
1154                            KnownZero, KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, Depth,
1155                            Q);
1156     break;
1157   }
1158   case Instruction::SRem:
1159     if (ConstantInt *Rem = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1160       APInt RA = Rem->getValue().abs();
1161       if (RA.isPowerOf2()) {
1162         APInt LowBits = RA - 1;
1163         computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, Depth + 1,
1164                          Q);
1165
1166         // The low bits of the first operand are unchanged by the srem.
1167         KnownZero = KnownZero2 & LowBits;
1168         KnownOne = KnownOne2 & LowBits;
1169
1170         // If the first operand is non-negative or has all low bits zero, then
1171         // the upper bits are all zero.
1172         if (KnownZero2.isNegative() || ((KnownZero2 & LowBits) == LowBits))
1173           KnownZero |= ~LowBits;
1174
1175         // If the first operand is negative and not all low bits are zero, then
1176         // the upper bits are all one.
1177         if (KnownOne2.isNegative() && ((KnownOne2 & LowBits) != 0))
1178           KnownOne |= ~LowBits;
1179
1180         assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
1181       }
1182     }
1183
1184     // The sign bit is the LHS's sign bit, except when the result of the
1185     // remainder is zero.
1186     if (KnownZero.isNonNegative()) {
1187       APInt LHSKnownZero(BitWidth, 0), LHSKnownOne(BitWidth, 0);
1188       computeKnownBits(I->getOperand(0), LHSKnownZero, LHSKnownOne, Depth + 1,
1189                        Q);
1190       // If it's known zero, our sign bit is also zero.
1191       if (LHSKnownZero.isNegative())
1192         KnownZero.setSignBit();
1193     }
1194
1195     break;
1196   case Instruction::URem: {
1197     if (ConstantInt *Rem = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1198       const APInt &RA = Rem->getValue();
1199       if (RA.isPowerOf2()) {
1200         APInt LowBits = (RA - 1);
1201         computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, Depth + 1, Q);
1202         KnownZero |= ~LowBits;
1203         KnownOne &= LowBits;
1204         break;
1205       }
1206     }
1207
1208     // Since the result is less than or equal to either operand, any leading
1209     // zero bits in either operand must also exist in the result.
1210     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, Depth + 1, Q);
1211     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero2, KnownOne2, Depth + 1, Q);
1212
1213     unsigned Leaders = std::max(KnownZero.countLeadingOnes(),
1214                                 KnownZero2.countLeadingOnes());
1215     KnownOne.clearAllBits();
1216     KnownZero.clearAllBits();
1217     KnownZero.setHighBits(Leaders);
1218     break;
1219   }
1220
1221   case Instruction::Alloca: {
1222     const AllocaInst *AI = cast<AllocaInst>(I);
1223     unsigned Align = AI->getAlignment();
1224     if (Align == 0)
1225       Align = Q.DL.getABITypeAlignment(AI->getAllocatedType());
1226
1227     if (Align > 0)
1228       KnownZero.setLowBits(countTrailingZeros(Align));
1229     break;
1230   }
1231   case Instruction::GetElementPtr: {
1232     // Analyze all of the subscripts of this getelementptr instruction
1233     // to determine if we can prove known low zero bits.
1234     APInt LocalKnownZero(BitWidth, 0), LocalKnownOne(BitWidth, 0);
1235     computeKnownBits(I->getOperand(0), LocalKnownZero, LocalKnownOne, Depth + 1,
1236                      Q);
1237     unsigned TrailZ = LocalKnownZero.countTrailingOnes();
1238
1239     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(I);
1240     for (unsigned i = 1, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i, ++GTI) {
1241       Value *Index = I->getOperand(i);
1242       if (StructType *STy = GTI.getStructTypeOrNull()) {
1243         // Handle struct member offset arithmetic.
1244
1245         // Handle case when index is vector zeroinitializer
1246         Constant *CIndex = cast<Constant>(Index);
1247         if (CIndex->isZeroValue())
1248           continue;
1249
1250         if (CIndex->getType()->isVectorTy())
1251           Index = CIndex->getSplatValue();
1252
1253         unsigned Idx = cast<ConstantInt>(Index)->getZExtValue();
1254         const StructLayout *SL = Q.DL.getStructLayout(STy);
1255         uint64_t Offset = SL->getElementOffset(Idx);
1256         TrailZ = std::min<unsigned>(TrailZ,
1257                                     countTrailingZeros(Offset));
1258       } else {
1259         // Handle array index arithmetic.
1260         Type *IndexedTy = GTI.getIndexedType();
1261         if (!IndexedTy->isSized()) {
1262           TrailZ = 0;
1263           break;
1264         }
1265         unsigned GEPOpiBits = Index->getType()->getScalarSizeInBits();
1266         uint64_t TypeSize = Q.DL.getTypeAllocSize(IndexedTy);
1267         LocalKnownZero = LocalKnownOne = APInt(GEPOpiBits, 0);
1268         computeKnownBits(Index, LocalKnownZero, LocalKnownOne, Depth + 1, Q);
1269         TrailZ = std::min(TrailZ,
1270                           unsigned(countTrailingZeros(TypeSize) +
1271                                    LocalKnownZero.countTrailingOnes()));
1272       }
1273     }
1274
1275     KnownZero.setLowBits(TrailZ);
1276     break;
1277   }
1278   case Instruction::PHI: {
1279     const PHINode *P = cast<PHINode>(I);
1280     // Handle the case of a simple two-predecessor recurrence PHI.
1281     // There's a lot more that could theoretically be done here, but
1282     // this is sufficient to catch some interesting cases.
1283     if (P->getNumIncomingValues() == 2) {
1284       for (unsigned i = 0; i != 2; ++i) {
1285         Value *L = P->getIncomingValue(i);
1286         Value *R = P->getIncomingValue(!i);
1287         Operator *LU = dyn_cast<Operator>(L);
1288         if (!LU)
1289           continue;
1290         unsigned Opcode = LU->getOpcode();
1291         // Check for operations that have the property that if
1292         // both their operands have low zero bits, the result
1293         // will have low zero bits.
1294         if (Opcode == Instruction::Add ||
1295             Opcode == Instruction::Sub ||
1296             Opcode == Instruction::And ||
1297             Opcode == Instruction::Or ||
1298             Opcode == Instruction::Mul) {
1299           Value *LL = LU->getOperand(0);
1300           Value *LR = LU->getOperand(1);
1301           // Find a recurrence.
1302           if (LL == I)
1303             L = LR;
1304           else if (LR == I)
1305             L = LL;
1306           else
1307             break;
1308           // Ok, we have a PHI of the form L op= R. Check for low
1309           // zero bits.
1310           computeKnownBits(R, KnownZero2, KnownOne2, Depth + 1, Q);
1311
1312           // We need to take the minimum number of known bits
1313           APInt KnownZero3(KnownZero), KnownOne3(KnownOne);
1314           computeKnownBits(L, KnownZero3, KnownOne3, Depth + 1, Q);
1315
1316           KnownZero.setLowBits(std::min(KnownZero2.countTrailingOnes(),
1317                                         KnownZero3.countTrailingOnes()));
1318
1319           if (DontImproveNonNegativePhiBits)
1320             break;
1321
1322           auto *OverflowOp = dyn_cast<OverflowingBinaryOperator>(LU);
1323           if (OverflowOp && OverflowOp->hasNoSignedWrap()) {
1324             // If initial value of recurrence is nonnegative, and we are adding
1325             // a nonnegative number with nsw, the result can only be nonnegative
1326             // or poison value regardless of the number of times we execute the
1327             // add in phi recurrence. If initial value is negative and we are
1328             // adding a negative number with nsw, the result can only be
1329             // negative or poison value. Similar arguments apply to sub and mul.
1330             //
1331             // (add non-negative, non-negative) --> non-negative
1332             // (add negative, negative) --> negative
1333             if (Opcode == Instruction::Add) {
1334               if (KnownZero2.isNegative() && KnownZero3.isNegative())
1335                 KnownZero.setSignBit();
1336               else if (KnownOne2.isNegative() && KnownOne3.isNegative())
1337                 KnownOne.setSignBit();
1338             }
1339
1340             // (sub nsw non-negative, negative) --> non-negative
1341             // (sub nsw negative, non-negative) --> negative
1342             else if (Opcode == Instruction::Sub && LL == I) {
1343               if (KnownZero2.isNegative() && KnownOne3.isNegative())
1344                 KnownZero.setSignBit();
1345               else if (KnownOne2.isNegative() && KnownZero3.isNegative())
1346                 KnownOne.setSignBit();
1347             }
1348
1349             // (mul nsw non-negative, non-negative) --> non-negative
1350             else if (Opcode == Instruction::Mul && KnownZero2.isNegative() &&
1351                      KnownZero3.isNegative())
1352               KnownZero.setSignBit();
1353           }
1354
1355           break;
1356         }
1357       }
1358     }
1359
1360     // Unreachable blocks may have zero-operand PHI nodes.
1361     if (P->getNumIncomingValues() == 0)
1362       break;
1363
1364     // Otherwise take the unions of the known bit sets of the operands,
1365     // taking conservative care to avoid excessive recursion.
1366     if (Depth < MaxDepth - 1 && !KnownZero && !KnownOne) {
1367       // Skip if every incoming value references to ourself.
1368       if (dyn_cast_or_null<UndefValue>(P->hasConstantValue()))
1369         break;
1370
1371       KnownZero.setAllBits();
1372       KnownOne.setAllBits();
1373       for (Value *IncValue : P->incoming_values()) {
1374         // Skip direct self references.
1375         if (IncValue == P) continue;
1376
1377         KnownZero2 = APInt(BitWidth, 0);
1378         KnownOne2 = APInt(BitWidth, 0);
1379         // Recurse, but cap the recursion to one level, because we don't
1380         // want to waste time spinning around in loops.
1381         computeKnownBits(IncValue, KnownZero2, KnownOne2, MaxDepth - 1, Q);
1382         KnownZero &= KnownZero2;
1383         KnownOne &= KnownOne2;
1384         // If all bits have been ruled out, there's no need to check
1385         // more operands.
1386         if (!KnownZero && !KnownOne)
1387           break;
1388       }
1389     }
1390     break;
1391   }
1392   case Instruction::Call:
1393   case Instruction::Invoke:
1394     // If range metadata is attached to this call, set known bits from that,
1395     // and then intersect with known bits based on other properties of the
1396     // function.
1397     if (MDNode *MD = cast<Instruction>(I)->getMetadata(LLVMContext::MD_range))
1398       computeKnownBitsFromRangeMetadata(*MD, KnownZero, KnownOne);
1399     if (const Value *RV = ImmutableCallSite(I).getReturnedArgOperand()) {
1400       computeKnownBits(RV, KnownZero2, KnownOne2, Depth + 1, Q);
1401       KnownZero |= KnownZero2;
1402       KnownOne |= KnownOne2;
1403     }
1404     if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
1405       switch (II->getIntrinsicID()) {
1406       default: break;
1407       case Intrinsic::bitreverse:
1408         computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, Depth + 1, Q);
1409         KnownZero |= KnownZero2.reverseBits();
1410         KnownOne |= KnownOne2.reverseBits();
1411         break;
1412       case Intrinsic::bswap:
1413         computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, Depth + 1, Q);
1414         KnownZero |= KnownZero2.byteSwap();
1415         KnownOne |= KnownOne2.byteSwap();
1416         break;
1417       case Intrinsic::ctlz:
1418       case Intrinsic::cttz: {
1419         unsigned LowBits = Log2_32(BitWidth)+1;
1420         // If this call is undefined for 0, the result will be less than 2^n.
1421         if (II->getArgOperand(1) == ConstantInt::getTrue(II->getContext()))
1422           LowBits -= 1;
1423         KnownZero.setBitsFrom(LowBits);
1424         break;
1425       }
1426       case Intrinsic::ctpop: {
1427         computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, Depth + 1, Q);
1428         // We can bound the space the count needs.  Also, bits known to be zero
1429         // can't contribute to the population.
1430         unsigned BitsPossiblySet = BitWidth - KnownZero2.countPopulation();
1431         unsigned LowBits = Log2_32(BitsPossiblySet)+1;
1432         KnownZero.setBitsFrom(LowBits);
1433         // TODO: we could bound KnownOne using the lower bound on the number
1434         // of bits which might be set provided by popcnt KnownOne2.
1435         break;
1436       }
1437       case Intrinsic::x86_sse42_crc32_64_64:
1438         KnownZero.setBitsFrom(32);
1439         break;
1440       }
1441     }
1442     break;
1443   case Instruction::ExtractElement:
1444     // Look through extract element. At the moment we keep this simple and skip
1445     // tracking the specific element. But at least we might find information
1446     // valid for all elements of the vector (for example if vector is sign
1447     // extended, shifted, etc).
1448     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, Depth + 1, Q);
1449     break;
1450   case Instruction::ExtractValue:
1451     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I->getOperand(0))) {
1452       const ExtractValueInst *EVI = cast<ExtractValueInst>(I);
1453       if (EVI->getNumIndices() != 1) break;
1454       if (EVI->getIndices()[0] == 0) {
1455         switch (II->getIntrinsicID()) {
1456         default: break;
1457         case Intrinsic::uadd_with_overflow:
1458         case Intrinsic::sadd_with_overflow:
1459           computeKnownBitsAddSub(true, II->getArgOperand(0),
1460                                  II->getArgOperand(1), false, KnownZero,
1461                                  KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, Depth, Q);
1462           break;
1463         case Intrinsic::usub_with_overflow:
1464         case Intrinsic::ssub_with_overflow:
1465           computeKnownBitsAddSub(false, II->getArgOperand(0),
1466                                  II->getArgOperand(1), false, KnownZero,
1467                                  KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, Depth, Q);
1468           break;
1469         case Intrinsic::umul_with_overflow:
1470         case Intrinsic::smul_with_overflow:
1471           computeKnownBitsMul(II->getArgOperand(0), II->getArgOperand(1), false,
1472                               KnownZero, KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, Depth,
1473                               Q);
1474           break;
1475         }
1476       }
1477     }
1478   }
1479 }
1480
1481 /// Determine which bits of V are known to be either zero or one and return
1482 /// them in the KnownZero/KnownOne bit sets.
1483 ///
1484 /// NOTE: we cannot consider 'undef' to be "IsZero" here.  The problem is that
1485 /// we cannot optimize based on the assumption that it is zero without changing
1486 /// it to be an explicit zero.  If we don't change it to zero, other code could
1487 /// optimized based on the contradictory assumption that it is non-zero.
1488 /// Because instcombine aggressively folds operations with undef args anyway,
1489 /// this won't lose us code quality.
1490 ///
1491 /// This function is defined on values with integer type, values with pointer
1492 /// type, and vectors of integers.  In the case
1493 /// where V is a vector, known zero, and known one values are the
1494 /// same width as the vector element, and the bit is set only if it is true
1495 /// for all of the elements in the vector.
1496 void computeKnownBits(const Value *V, APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
1497                       unsigned Depth, const Query &Q) {
1498   assert(V && "No Value?");
1499   assert(Depth <= MaxDepth && "Limit Search Depth");
1500   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
1501
1502   assert((V->getType()->isIntOrIntVectorTy() ||
1503           V->getType()->getScalarType()->isPointerTy()) &&
1504          "Not integer or pointer type!");
1505   assert((Q.DL.getTypeSizeInBits(V->getType()->getScalarType()) == BitWidth) &&
1506          (!V->getType()->isIntOrIntVectorTy() ||
1507           V->getType()->getScalarSizeInBits() == BitWidth) &&
1508          KnownZero.getBitWidth() == BitWidth &&
1509          KnownOne.getBitWidth() == BitWidth &&
1510          "V, KnownOne and KnownZero should have same BitWidth");
1511   (void)BitWidth;
1512
1513   const APInt *C;
1514   if (match(V, m_APInt(C))) {
1515     // We know all of the bits for a scalar constant or a splat vector constant!
1516     KnownOne = *C;
1517     KnownZero = ~KnownOne;
1518     return;
1519   }
1520   // Null and aggregate-zero are all-zeros.
1521   if (isa<ConstantPointerNull>(V) || isa<ConstantAggregateZero>(V)) {
1522     KnownOne.clearAllBits();
1523     KnownZero.setAllBits();
1524     return;
1525   }
1526   // Handle a constant vector by taking the intersection of the known bits of
1527   // each element.
1528   if (const ConstantDataSequential *CDS = dyn_cast<ConstantDataSequential>(V)) {
1529     // We know that CDS must be a vector of integers. Take the intersection of
1530     // each element.
1531     KnownZero.setAllBits(); KnownOne.setAllBits();
1532     APInt Elt(KnownZero.getBitWidth(), 0);
1533     for (unsigned i = 0, e = CDS->getNumElements(); i != e; ++i) {
1534       Elt = CDS->getElementAsInteger(i);
1535       KnownZero &= ~Elt;
1536       KnownOne &= Elt;
1537     }
1538     return;
1539   }
1540
1541   if (const auto *CV = dyn_cast<ConstantVector>(V)) {
1542     // We know that CV must be a vector of integers. Take the intersection of
1543     // each element.
1544     KnownZero.setAllBits(); KnownOne.setAllBits();
1545     APInt Elt(KnownZero.getBitWidth(), 0);
1546     for (unsigned i = 0, e = CV->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1547       Constant *Element = CV->getAggregateElement(i);
1548       auto *ElementCI = dyn_cast_or_null<ConstantInt>(Element);
1549       if (!ElementCI) {
1550         KnownZero.clearAllBits();
1551         KnownOne.clearAllBits();
1552         return;
1553       }
1554       Elt = ElementCI->getValue();
1555       KnownZero &= ~Elt;
1556       KnownOne &= Elt;
1557     }
1558     return;
1559   }
1560
1561   // Start out not knowing anything.
1562   KnownZero.clearAllBits(); KnownOne.clearAllBits();
1563
1564   // We can't imply anything about undefs.
1565   if (isa<UndefValue>(V))
1566     return;
1567
1568   // There's no point in looking through other users of ConstantData for
1569   // assumptions.  Confirm that we've handled them all.
1570   assert(!isa<ConstantData>(V) && "Unhandled constant data!");
1571
1572   // Limit search depth.
1573   // All recursive calls that increase depth must come after this.
1574   if (Depth == MaxDepth)
1575     return;
1576
1577   // A weak GlobalAlias is totally unknown. A non-weak GlobalAlias has
1578   // the bits of its aliasee.
1579   if (const GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V)) {
1580     if (!GA->isInterposable())
1581       computeKnownBits(GA->getAliasee(), KnownZero, KnownOne, Depth + 1, Q);
1582     return;
1583   }
1584
1585   if (const Operator *I = dyn_cast<Operator>(V))
1586     computeKnownBitsFromOperator(I, KnownZero, KnownOne, Depth, Q);
1587
1588   // Aligned pointers have trailing zeros - refine KnownZero set
1589   if (V->getType()->isPointerTy()) {
1590     unsigned Align = V->getPointerAlignment(Q.DL);
1591     if (Align)
1592       KnownZero.setLowBits(countTrailingZeros(Align));
1593   }
1594
1595   // computeKnownBitsFromAssume strictly refines KnownZero and
1596   // KnownOne. Therefore, we run them after computeKnownBitsFromOperator.
1597
1598   // Check whether a nearby assume intrinsic can determine some known bits.
1599   computeKnownBitsFromAssume(V, KnownZero, KnownOne, Depth, Q);
1600
1601   assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
1602 }
1603
1604 /// Determine whether the sign bit is known to be zero or one.
1605 /// Convenience wrapper around computeKnownBits.
1606 void ComputeSignBit(const Value *V, bool &KnownZero, bool &KnownOne,
1607                     unsigned Depth, const Query &Q) {
1608   unsigned BitWidth = getBitWidth(V->getType(), Q.DL);
1609   if (!BitWidth) {
1610     KnownZero = false;
1611     KnownOne = false;
1612     return;
1613   }
1614   APInt ZeroBits(BitWidth, 0);
1615   APInt OneBits(BitWidth, 0);
1616   computeKnownBits(V, ZeroBits, OneBits, Depth, Q);
1617   KnownOne = OneBits.isNegative();
1618   KnownZero = ZeroBits.isNegative();
1619 }
1620
1621 /// Return true if the given value is known to have exactly one
1622 /// bit set when defined. For vectors return true if every element is known to
1623 /// be a power of two when defined. Supports values with integer or pointer
1624 /// types and vectors of integers.
1625 bool isKnownToBeAPowerOfTwo(const Value *V, bool OrZero, unsigned Depth,
1626                             const Query &Q) {
1627   if (const Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
1628     if (C->isNullValue())
1629       return OrZero;
1630
1631     const APInt *ConstIntOrConstSplatInt;
1632     if (match(C, m_APInt(ConstIntOrConstSplatInt)))
1633       return ConstIntOrConstSplatInt->isPowerOf2();
1634   }
1635
1636   // 1 << X is clearly a power of two if the one is not shifted off the end.  If
1637   // it is shifted off the end then the result is undefined.
1638   if (match(V, m_Shl(m_One(), m_Value())))
1639     return true;
1640
1641   // (signbit) >>l X is clearly a power of two if the one is not shifted off the
1642   // bottom.  If it is shifted off the bottom then the result is undefined.
1643   if (match(V, m_LShr(m_SignBit(), m_Value())))
1644     return true;
1645
1646   // The remaining tests are all recursive, so bail out if we hit the limit.
1647   if (Depth++ == MaxDepth)
1648     return false;
1649
1650   Value *X = nullptr, *Y = nullptr;
1651   // A shift left or a logical shift right of a power of two is a power of two
1652   // or zero.
1653   if (OrZero && (match(V, m_Shl(m_Value(X), m_Value())) ||
1654                  match(V, m_LShr(m_Value(X), m_Value()))))
1655     return isKnownToBeAPowerOfTwo(X, /*OrZero*/ true, Depth, Q);
1656
1657   if (const ZExtInst *ZI = dyn_cast<ZExtInst>(V))
1658     return isKnownToBeAPowerOfTwo(ZI->getOperand(0), OrZero, Depth, Q);
1659
1660   if (const SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V))
1661     return isKnownToBeAPowerOfTwo(SI->getTrueValue(), OrZero, Depth, Q) &&
1662            isKnownToBeAPowerOfTwo(SI->getFalseValue(), OrZero, Depth, Q);
1663
1664   if (OrZero && match(V, m_And(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1665     // A power of two and'd with anything is a power of two or zero.
1666     if (isKnownToBeAPowerOfTwo(X, /*OrZero*/ true, Depth, Q) ||
1667         isKnownToBeAPowerOfTwo(Y, /*OrZero*/ true, Depth, Q))
1668       return true;
1669     // X & (-X) is always a power of two or zero.
1670     if (match(X, m_Neg(m_Specific(Y))) || match(Y, m_Neg(m_Specific(X))))
1671       return true;
1672     return false;
1673   }
1674
1675   // Adding a power-of-two or zero to the same power-of-two or zero yields
1676   // either the original power-of-two, a larger power-of-two or zero.
1677   if (match(V, m_Add(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1678     const OverflowingBinaryOperator *VOBO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V);
1679     if (OrZero || VOBO->hasNoUnsignedWrap() || VOBO->hasNoSignedWrap()) {
1680       if (match(X, m_And(m_Specific(Y), m_Value())) ||
1681           match(X, m_And(m_Value(), m_Specific(Y))))
1682         if (isKnownToBeAPowerOfTwo(Y, OrZero, Depth, Q))
1683           return true;
1684       if (match(Y, m_And(m_Specific(X), m_Value())) ||
1685           match(Y, m_And(m_Value(), m_Specific(X))))
1686         if (isKnownToBeAPowerOfTwo(X, OrZero, Depth, Q))
1687           return true;
1688
1689       unsigned BitWidth = V->getType()->getScalarSizeInBits();
1690       APInt LHSZeroBits(BitWidth, 0), LHSOneBits(BitWidth, 0);
1691       computeKnownBits(X, LHSZeroBits, LHSOneBits, Depth, Q);
1692
1693       APInt RHSZeroBits(BitWidth, 0), RHSOneBits(BitWidth, 0);
1694       computeKnownBits(Y, RHSZeroBits, RHSOneBits, Depth, Q);
1695       // If i8 V is a power of two or zero:
1696       //  ZeroBits: 1 1 1 0 1 1 1 1
1697       // ~ZeroBits: 0 0 0 1 0 0 0 0
1698       if ((~(LHSZeroBits & RHSZeroBits)).isPowerOf2())
1699         // If OrZero isn't set, we cannot give back a zero result.
1700         // Make sure either the LHS or RHS has a bit set.
1701         if (OrZero || RHSOneBits.getBoolValue() || LHSOneBits.getBoolValue())
1702           return true;
1703     }
1704   }
1705
1706   // An exact divide or right shift can only shift off zero bits, so the result
1707   // is a power of two only if the first operand is a power of two and not
1708   // copying a sign bit (sdiv int_min, 2).
1709   if (match(V, m_Exact(m_LShr(m_Value(), m_Value()))) ||
1710       match(V, m_Exact(m_UDiv(m_Value(), m_Value())))) {
1711     return isKnownToBeAPowerOfTwo(cast<Operator>(V)->getOperand(0), OrZero,
1712                                   Depth, Q);
1713   }
1714
1715   return false;
1716 }
1717
1718 /// \brief Test whether a GEP's result is known to be non-null.
1719 ///
1720 /// Uses properties inherent in a GEP to try to determine whether it is known
1721 /// to be non-null.
1722 ///
1723 /// Currently this routine does not support vector GEPs.
1724 static bool isGEPKnownNonNull(const GEPOperator *GEP, unsigned Depth,
1725                               const Query &Q) {
1726   if (!GEP->isInBounds() || GEP->getPointerAddressSpace() != 0)
1727     return false;
1728
1729   // FIXME: Support vector-GEPs.
1730   assert(GEP->getType()->isPointerTy() && "We only support plain pointer GEP");
1731
1732   // If the base pointer is non-null, we cannot walk to a null address with an
1733   // inbounds GEP in address space zero.
1734   if (isKnownNonZero(GEP->getPointerOperand(), Depth, Q))
1735     return true;
1736
1737   // Walk the GEP operands and see if any operand introduces a non-zero offset.
1738   // If so, then the GEP cannot produce a null pointer, as doing so would
1739   // inherently violate the inbounds contract within address space zero.
1740   for (gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP), GTE = gep_type_end(GEP);
1741        GTI != GTE; ++GTI) {
1742     // Struct types are easy -- they must always be indexed by a constant.
1743     if (StructType *STy = GTI.getStructTypeOrNull()) {
1744       ConstantInt *OpC = cast<ConstantInt>(GTI.getOperand());
1745       unsigned ElementIdx = OpC->getZExtValue();
1746       const StructLayout *SL = Q.DL.getStructLayout(STy);
1747       uint64_t ElementOffset = SL->getElementOffset(ElementIdx);
1748       if (ElementOffset > 0)
1749         return true;
1750       continue;
1751     }
1752
1753     // If we have a zero-sized type, the index doesn't matter. Keep looping.
1754     if (Q.DL.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType()) == 0)
1755       continue;
1756
1757     // Fast path the constant operand case both for efficiency and so we don't
1758     // increment Depth when just zipping down an all-constant GEP.
1759     if (ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GTI.getOperand())) {
1760       if (!OpC->isZero())
1761         return true;
1762       continue;
1763     }
1764
1765     // We post-increment Depth here because while isKnownNonZero increments it
1766     // as well, when we pop back up that increment won't persist. We don't want
1767     // to recurse 10k times just because we have 10k GEP operands. We don't
1768     // bail completely out because we want to handle constant GEPs regardless
1769     // of depth.
1770     if (Depth++ >= MaxDepth)
1771       continue;
1772
1773     if (isKnownNonZero(GTI.getOperand(), Depth, Q))
1774       return true;
1775   }
1776
1777   return false;
1778 }
1779
1780 /// Does the 'Range' metadata (which must be a valid MD_range operand list)
1781 /// ensure that the value it's attached to is never Value?  'RangeType' is
1782 /// is the type of the value described by the range.
1783 static bool rangeMetadataExcludesValue(const MDNode* Ranges, const APInt& Value) {
1784   const unsigned NumRanges = Ranges->getNumOperands() / 2;
1785   assert(NumRanges >= 1);
1786   for (unsigned i = 0; i < NumRanges; ++i) {
1787     ConstantInt *Lower =
1788         mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges->getOperand(2 * i + 0));
1789     ConstantInt *Upper =
1790         mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges->getOperand(2 * i + 1));
1791     ConstantRange Range(Lower->getValue(), Upper->getValue());
1792     if (Range.contains(Value))
1793       return false;
1794   }
1795   return true;
1796 }
1797
1798 /// Return true if the given value is known to be non-zero when defined. For
1799 /// vectors, return true if every element is known to be non-zero when
1800 /// defined. For pointers, if the context instruction and dominator tree are
1801 /// specified, perform context-sensitive analysis and return true if the
1802 /// pointer couldn't possibly be null at the specified instruction.
1803 /// Supports values with integer or pointer type and vectors of integers.
1804 bool isKnownNonZero(const Value *V, unsigned Depth, const Query &Q) {
1805   if (auto *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
1806     if (C->isNullValue())
1807       return false;
1808     if (isa<ConstantInt>(C))
1809       // Must be non-zero due to null test above.
1810       return true;
1811
1812     // For constant vectors, check that all elements are undefined or known
1813     // non-zero to determine that the whole vector is known non-zero.
1814     if (auto *VecTy = dyn_cast<VectorType>(C->getType())) {
1815       for (unsigned i = 0, e = VecTy->getNumElements(); i != e; ++i) {
1816         Constant *Elt = C->getAggregateElement(i);
1817         if (!Elt || Elt->isNullValue())
1818           return false;
1819         if (!isa<UndefValue>(Elt) && !isa<ConstantInt>(Elt))
1820           return false;
1821       }
1822       return true;
1823     }
1824
1825     return false;
1826   }
1827
1828   if (auto *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
1829     if (MDNode *Ranges = I->getMetadata(LLVMContext::MD_range)) {
1830       // If the possible ranges don't contain zero, then the value is
1831       // definitely non-zero.
1832       if (auto *Ty = dyn_cast<IntegerType>(V->getType())) {
1833         const APInt ZeroValue(Ty->getBitWidth(), 0);
1834         if (rangeMetadataExcludesValue(Ranges, ZeroValue))
1835           return true;
1836       }
1837     }
1838   }
1839
1840   // The remaining tests are all recursive, so bail out if we hit the limit.
1841   if (Depth++ >= MaxDepth)
1842     return false;
1843
1844   // Check for pointer simplifications.
1845   if (V->getType()->isPointerTy()) {
1846     if (isKnownNonNullAt(V, Q.CxtI, Q.DT))
1847       return true;
1848     if (const GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V))
1849       if (isGEPKnownNonNull(GEP, Depth, Q))
1850         return true;
1851   }
1852
1853   unsigned BitWidth = getBitWidth(V->getType()->getScalarType(), Q.DL);
1854
1855   // X | Y != 0 if X != 0 or Y != 0.
1856   Value *X = nullptr, *Y = nullptr;
1857   if (match(V, m_Or(m_Value(X), m_Value(Y))))
1858     return isKnownNonZero(X, Depth, Q) || isKnownNonZero(Y, Depth, Q);
1859
1860   // ext X != 0 if X != 0.
1861   if (isa<SExtInst>(V) || isa<ZExtInst>(V))
1862     return isKnownNonZero(cast<Instruction>(V)->getOperand(0), Depth, Q);
1863
1864   // shl X, Y != 0 if X is odd.  Note that the value of the shift is undefined
1865   // if the lowest bit is shifted off the end.
1866   if (BitWidth && match(V, m_Shl(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1867     // shl nuw can't remove any non-zero bits.
1868     const OverflowingBinaryOperator *BO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V);
1869     if (BO->hasNoUnsignedWrap())
1870       return isKnownNonZero(X, Depth, Q);
1871
1872     APInt KnownZero(BitWidth, 0);
1873     APInt KnownOne(BitWidth, 0);
1874     computeKnownBits(X, KnownZero, KnownOne, Depth, Q);
1875     if (KnownOne[0])
1876       return true;
1877   }
1878   // shr X, Y != 0 if X is negative.  Note that the value of the shift is not
1879   // defined if the sign bit is shifted off the end.
1880   else if (match(V, m_Shr(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1881     // shr exact can only shift out zero bits.
1882     const PossiblyExactOperator *BO = cast<PossiblyExactOperator>(V);
1883     if (BO->isExact())
1884       return isKnownNonZero(X, Depth, Q);
1885
1886     bool XKnownNonNegative, XKnownNegative;
1887     ComputeSignBit(X, XKnownNonNegative, XKnownNegative, Depth, Q);
1888     if (XKnownNegative)
1889       return true;
1890
1891     // If the shifter operand is a constant, and all of the bits shifted
1892     // out are known to be zero, and X is known non-zero then at least one
1893     // non-zero bit must remain.
1894     if (ConstantInt *Shift = dyn_cast<ConstantInt>(Y)) {
1895       APInt KnownZero(BitWidth, 0);
1896       APInt KnownOne(BitWidth, 0);
1897       computeKnownBits(X, KnownZero, KnownOne, Depth, Q);
1898
1899       auto ShiftVal = Shift->getLimitedValue(BitWidth - 1);
1900       // Is there a known one in the portion not shifted out?
1901       if (KnownOne.countLeadingZeros() < BitWidth - ShiftVal)
1902         return true;
1903       // Are all the bits to be shifted out known zero?
1904       if (KnownZero.countTrailingOnes() >= ShiftVal)
1905         return isKnownNonZero(X, Depth, Q);
1906     }
1907   }
1908   // div exact can only produce a zero if the dividend is zero.
1909   else if (match(V, m_Exact(m_IDiv(m_Value(X), m_Value())))) {
1910     return isKnownNonZero(X, Depth, Q);
1911   }
1912   // X + Y.
1913   else if (match(V, m_Add(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1914     bool XKnownNonNegative, XKnownNegative;
1915     bool YKnownNonNegative, YKnownNegative;
1916     ComputeSignBit(X, XKnownNonNegative, XKnownNegative, Depth, Q);
1917     ComputeSignBit(Y, YKnownNonNegative, YKnownNegative, Depth, Q);
1918
1919     // If X and Y are both non-negative (as signed values) then their sum is not
1920     // zero unless both X and Y are zero.
1921     if (XKnownNonNegative && YKnownNonNegative)
1922       if (isKnownNonZero(X, Depth, Q) || isKnownNonZero(Y, Depth, Q))
1923         return true;
1924
1925     // If X and Y are both negative (as signed values) then their sum is not
1926     // zero unless both X and Y equal INT_MIN.
1927     if (BitWidth && XKnownNegative && YKnownNegative) {
1928       APInt KnownZero(BitWidth, 0);
1929       APInt KnownOne(BitWidth, 0);
1930       APInt Mask = APInt::getSignedMaxValue(BitWidth);
1931       // The sign bit of X is set.  If some other bit is set then X is not equal
1932       // to INT_MIN.
1933       computeKnownBits(X, KnownZero, KnownOne, Depth, Q);
1934       if ((KnownOne & Mask) != 0)
1935         return true;
1936       // The sign bit of Y is set.  If some other bit is set then Y is not equal
1937       // to INT_MIN.
1938       computeKnownBits(Y, KnownZero, KnownOne, Depth, Q);
1939       if ((KnownOne & Mask) != 0)
1940         return true;
1941     }
1942
1943     // The sum of a non-negative number and a power of two is not zero.
1944     if (XKnownNonNegative &&
1945         isKnownToBeAPowerOfTwo(Y, /*OrZero*/ false, Depth, Q))
1946       return true;
1947     if (YKnownNonNegative &&
1948         isKnownToBeAPowerOfTwo(X, /*OrZero*/ false, Depth, Q))
1949       return true;
1950   }
1951   // X * Y.
1952   else if (match(V, m_Mul(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1953     const OverflowingBinaryOperator *BO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V);
1954     // If X and Y are non-zero then so is X * Y as long as the multiplication
1955     // does not overflow.
1956     if ((BO->hasNoSignedWrap() || BO->hasNoUnsignedWrap()) &&
1957         isKnownNonZero(X, Depth, Q) && isKnownNonZero(Y, Depth, Q))
1958       return true;
1959   }
1960   // (C ? X : Y) != 0 if X != 0 and Y != 0.
1961   else if (const SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
1962     if (isKnownNonZero(SI->getTrueValue(), Depth, Q) &&
1963         isKnownNonZero(SI->getFalseValue(), Depth, Q))
1964       return true;
1965   }
1966   // PHI
1967   else if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
1968     // Try and detect a recurrence that monotonically increases from a
1969     // starting value, as these are common as induction variables.
1970     if (PN->getNumIncomingValues() == 2) {
1971       Value *Start = PN->getIncomingValue(0);
1972       Value *Induction = PN->getIncomingValue(1);
1973       if (isa<ConstantInt>(Induction) && !isa<ConstantInt>(Start))
1974         std::swap(Start, Induction);
1975       if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Start)) {
1976         if (!C->isZero() && !C->isNegative()) {
1977           ConstantInt *X;
1978           if ((match(Induction, m_NSWAdd(m_Specific(PN), m_ConstantInt(X))) ||
1979                match(Induction, m_NUWAdd(m_Specific(PN), m_ConstantInt(X)))) &&
1980               !X->isNegative())
1981             return true;
1982         }
1983       }
1984     }
1985     // Check if all incoming values are non-zero constant.
1986     bool AllNonZeroConstants = all_of(PN->operands(), [](Value *V) {
1987       return isa<ConstantInt>(V) && !cast<ConstantInt>(V)->isZeroValue();
1988     });
1989     if (AllNonZeroConstants)
1990       return true;
1991   }
1992
1993   if (!BitWidth) return false;
1994   APInt KnownZero(BitWidth, 0);
1995   APInt KnownOne(BitWidth, 0);
1996   computeKnownBits(V, KnownZero, KnownOne, Depth, Q);
1997   return KnownOne != 0;
1998 }
1999
2000 /// Return true if V2 == V1 + X, where X is known non-zero.
2001 static bool isAddOfNonZero(const Value *V1, const Value *V2, const Query &Q) {
2002   const BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(V1);
2003   if (!BO || BO->getOpcode() != Instruction::Add)
2004     return false;
2005   Value *Op = nullptr;
2006   if (V2 == BO->getOperand(0))
2007     Op = BO->getOperand(1);
2008   else if (V2 == BO->getOperand(1))
2009     Op = BO->getOperand(0);
2010   else
2011     return false;
2012   return isKnownNonZero(Op, 0, Q);
2013 }
2014
2015 /// Return true if it is known that V1 != V2.
2016 static bool isKnownNonEqual(const Value *V1, const Value *V2, const Query &Q) {
2017   if (V1->getType()->isVectorTy() || V1 == V2)
2018     return false;
2019   if (V1->getType() != V2->getType())
2020     // We can't look through casts yet.
2021     return false;
2022   if (isAddOfNonZero(V1, V2, Q) || isAddOfNonZero(V2, V1, Q))
2023     return true;
2024
2025   if (IntegerType *Ty = dyn_cast<IntegerType>(V1->getType())) {
2026     // Are any known bits in V1 contradictory to known bits in V2? If V1
2027     // has a known zero where V2 has a known one, they must not be equal.
2028     auto BitWidth = Ty->getBitWidth();
2029     APInt KnownZero1(BitWidth, 0);
2030     APInt KnownOne1(BitWidth, 0);
2031     computeKnownBits(V1, KnownZero1, KnownOne1, 0, Q);
2032     APInt KnownZero2(BitWidth, 0);
2033     APInt KnownOne2(BitWidth, 0);
2034     computeKnownBits(V2, KnownZero2, KnownOne2, 0, Q);
2035
2036     auto OppositeBits = (KnownZero1 & KnownOne2) | (KnownZero2 & KnownOne1);
2037     if (OppositeBits.getBoolValue())
2038       return true;
2039   }
2040   return false;
2041 }
2042
2043 /// Return true if 'V & Mask' is known to be zero.  We use this predicate to
2044 /// simplify operations downstream. Mask is known to be zero for bits that V
2045 /// cannot have.
2046 ///
2047 /// This function is defined on values with integer type, values with pointer
2048 /// type, and vectors of integers.  In the case
2049 /// where V is a vector, the mask, known zero, and known one values are the
2050 /// same width as the vector element, and the bit is set only if it is true
2051 /// for all of the elements in the vector.
2052 bool MaskedValueIsZero(const Value *V, const APInt &Mask, unsigned Depth,
2053                        const Query &Q) {
2054   APInt KnownZero(Mask.getBitWidth(), 0), KnownOne(Mask.getBitWidth(), 0);
2055   computeKnownBits(V, KnownZero, KnownOne, Depth, Q);
2056   return (KnownZero & Mask) == Mask;
2057 }
2058
2059 /// For vector constants, loop over the elements and find the constant with the
2060 /// minimum number of sign bits. Return 0 if the value is not a vector constant
2061 /// or if any element was not analyzed; otherwise, return the count for the
2062 /// element with the minimum number of sign bits.
2063 static unsigned computeNumSignBitsVectorConstant(const Value *V,
2064                                                  unsigned TyBits) {
2065   const auto *CV = dyn_cast<Constant>(V);
2066   if (!CV || !CV->getType()->isVectorTy())
2067     return 0;
2068
2069   unsigned MinSignBits = TyBits;
2070   unsigned NumElts = CV->getType()->getVectorNumElements();
2071   for (unsigned i = 0; i != NumElts; ++i) {
2072     // If we find a non-ConstantInt, bail out.
2073     auto *Elt = dyn_cast_or_null<ConstantInt>(CV->getAggregateElement(i));
2074     if (!Elt)
2075       return 0;
2076
2077     // If the sign bit is 1, flip the bits, so we always count leading zeros.
2078     APInt EltVal = Elt->getValue();
2079     if (EltVal.isNegative())
2080       EltVal = ~EltVal;
2081     MinSignBits = std::min(MinSignBits, EltVal.countLeadingZeros());
2082   }
2083
2084   return MinSignBits;
2085 }
2086
2087 static unsigned ComputeNumSignBitsImpl(const Value *V, unsigned Depth,
2088                                        const Query &Q);
2089
2090 static unsigned ComputeNumSignBits(const Value *V, unsigned Depth,
2091                                    const Query &Q) {
2092   unsigned Result = ComputeNumSignBitsImpl(V, Depth, Q);
2093   assert(Result > 0 && "At least one sign bit needs to be present!");
2094   return Result;
2095 }
2096
2097 /// Return the number of times the sign bit of the register is replicated into
2098 /// the other bits. We know that at least 1 bit is always equal to the sign bit
2099 /// (itself), but other cases can give us information. For example, immediately
2100 /// after an "ashr X, 2", we know that the top 3 bits are all equal to each
2101 /// other, so we return 3. For vectors, return the number of sign bits for the
2102 /// vector element with the mininum number of known sign bits.
2103 static unsigned ComputeNumSignBitsImpl(const Value *V, unsigned Depth,
2104                                        const Query &Q) {
2105
2106   // We return the minimum number of sign bits that are guaranteed to be present
2107   // in V, so for undef we have to conservatively return 1.  We don't have the
2108   // same behavior for poison though -- that's a FIXME today.
2109
2110   unsigned TyBits = Q.DL.getTypeSizeInBits(V->getType()->getScalarType());
2111   unsigned Tmp, Tmp2;
2112   unsigned FirstAnswer = 1;
2113
2114   // Note that ConstantInt is handled by the general computeKnownBits case
2115   // below.
2116
2117   if (Depth == MaxDepth)
2118     return 1;  // Limit search depth.
2119
2120   const Operator *U = dyn_cast<Operator>(V);
2121   switch (Operator::getOpcode(V)) {
2122   default: break;
2123   case Instruction::SExt:
2124     Tmp = TyBits - U->getOperand(0)->getType()->getScalarSizeInBits();
2125     return ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q) + Tmp;
2126
2127   case Instruction::SDiv: {
2128     const APInt *Denominator;
2129     // sdiv X, C -> adds log(C) sign bits.
2130     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(Denominator))) {
2131
2132       // Ignore non-positive denominator.
2133       if (!Denominator->isStrictlyPositive())
2134         break;
2135
2136       // Calculate the incoming numerator bits.
2137       unsigned NumBits = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q);
2138
2139       // Add floor(log(C)) bits to the numerator bits.
2140       return std::min(TyBits, NumBits + Denominator->logBase2());
2141     }
2142     break;
2143   }
2144
2145   case Instruction::SRem: {
2146     const APInt *Denominator;
2147     // srem X, C -> we know that the result is within [-C+1,C) when C is a
2148     // positive constant.  This let us put a lower bound on the number of sign
2149     // bits.
2150     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(Denominator))) {
2151
2152       // Ignore non-positive denominator.
2153       if (!Denominator->isStrictlyPositive())
2154         break;
2155
2156       // Calculate the incoming numerator bits. SRem by a positive constant
2157       // can't lower the number of sign bits.
2158       unsigned NumrBits =
2159           ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q);
2160
2161       // Calculate the leading sign bit constraints by examining the
2162       // denominator.  Given that the denominator is positive, there are two
2163       // cases:
2164       //
2165       //  1. the numerator is positive.  The result range is [0,C) and [0,C) u<
2166       //     (1 << ceilLogBase2(C)).
2167       //
2168       //  2. the numerator is negative.  Then the result range is (-C,0] and
2169       //     integers in (-C,0] are either 0 or >u (-1 << ceilLogBase2(C)).
2170       //
2171       // Thus a lower bound on the number of sign bits is `TyBits -
2172       // ceilLogBase2(C)`.
2173
2174       unsigned ResBits = TyBits - Denominator->ceilLogBase2();
2175       return std::max(NumrBits, ResBits);
2176     }
2177     break;
2178   }
2179
2180   case Instruction::AShr: {
2181     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q);
2182     // ashr X, C   -> adds C sign bits.  Vectors too.
2183     const APInt *ShAmt;
2184     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(ShAmt))) {
2185       unsigned ShAmtLimited = ShAmt->getZExtValue();
2186       if (ShAmtLimited >= TyBits)
2187         break;  // Bad shift.
2188       Tmp += ShAmtLimited;
2189       if (Tmp > TyBits) Tmp = TyBits;
2190     }
2191     return Tmp;
2192   }
2193   case Instruction::Shl: {
2194     const APInt *ShAmt;
2195     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(ShAmt))) {
2196       // shl destroys sign bits.
2197       Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q);
2198       Tmp2 = ShAmt->getZExtValue();
2199       if (Tmp2 >= TyBits ||      // Bad shift.
2200           Tmp2 >= Tmp) break;    // Shifted all sign bits out.
2201       return Tmp - Tmp2;
2202     }
2203     break;
2204   }
2205   case Instruction::And:
2206   case Instruction::Or:
2207   case Instruction::Xor:    // NOT is handled here.
2208     // Logical binary ops preserve the number of sign bits at the worst.
2209     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q);
2210     if (Tmp != 1) {
2211       Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), Depth + 1, Q);
2212       FirstAnswer = std::min(Tmp, Tmp2);
2213       // We computed what we know about the sign bits as our first
2214       // answer. Now proceed to the generic code that uses
2215       // computeKnownBits, and pick whichever answer is better.
2216     }
2217     break;
2218
2219   case Instruction::Select:
2220     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), Depth + 1, Q);
2221     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
2222     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(2), Depth + 1, Q);
2223     return std::min(Tmp, Tmp2);
2224
2225   case Instruction::Add:
2226     // Add can have at most one carry bit.  Thus we know that the output
2227     // is, at worst, one more bit than the inputs.
2228     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q);
2229     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
2230
2231     // Special case decrementing a value (ADD X, -1):
2232     if (const auto *CRHS = dyn_cast<Constant>(U->getOperand(1)))
2233       if (CRHS->isAllOnesValue()) {
2234         APInt KnownZero(TyBits, 0), KnownOne(TyBits, 0);
2235         computeKnownBits(U->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, Depth + 1, Q);
2236
2237         // If the input is known to be 0 or 1, the output is 0/-1, which is all
2238         // sign bits set.
2239         if ((KnownZero | APInt(TyBits, 1)).isAllOnesValue())
2240           return TyBits;
2241
2242         // If we are subtracting one from a positive number, there is no carry
2243         // out of the result.
2244         if (KnownZero.isNegative())
2245           return Tmp;
2246       }
2247
2248     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), Depth + 1, Q);
2249     if (Tmp2 == 1) return 1;
2250     return std::min(Tmp, Tmp2)-1;
2251
2252   case Instruction::Sub:
2253     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), Depth + 1, Q);
2254     if (Tmp2 == 1) return 1;
2255
2256     // Handle NEG.
2257     if (const auto *CLHS = dyn_cast<Constant>(U->getOperand(0)))
2258       if (CLHS->isNullValue()) {
2259         APInt KnownZero(TyBits, 0), KnownOne(TyBits, 0);
2260         computeKnownBits(U->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, Depth + 1, Q);
2261         // If the input is known to be 0 or 1, the output is 0/-1, which is all
2262         // sign bits set.
2263         if ((KnownZero | APInt(TyBits, 1)).isAllOnesValue())
2264           return TyBits;
2265
2266         // If the input is known to be positive (the sign bit is known clear),
2267         // the output of the NEG has the same number of sign bits as the input.
2268         if (KnownZero.isNegative())
2269           return Tmp2;
2270
2271         // Otherwise, we treat this like a SUB.
2272       }
2273
2274     // Sub can have at most one carry bit.  Thus we know that the output
2275     // is, at worst, one more bit than the inputs.
2276     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q);
2277     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
2278     return std::min(Tmp, Tmp2)-1;
2279
2280   case Instruction::PHI: {
2281     const PHINode *PN = cast<PHINode>(U);
2282     unsigned NumIncomingValues = PN->getNumIncomingValues();
2283     // Don't analyze large in-degree PHIs.
2284     if (NumIncomingValues > 4) break;
2285     // Unreachable blocks may have zero-operand PHI nodes.
2286     if (NumIncomingValues == 0) break;
2287
2288     // Take the minimum of all incoming values.  This can't infinitely loop
2289     // because of our depth threshold.
2290     Tmp = ComputeNumSignBits(PN->getIncomingValue(0), Depth + 1, Q);
2291     for (unsigned i = 1, e = NumIncomingValues; i != e; ++i) {
2292       if (Tmp == 1) return Tmp;
2293       Tmp = std::min(
2294           Tmp, ComputeNumSignBits(PN->getIncomingValue(i), Depth + 1, Q));
2295     }
2296     return Tmp;
2297   }
2298
2299   case Instruction::Trunc:
2300     // FIXME: it's tricky to do anything useful for this, but it is an important
2301     // case for targets like X86.
2302     break;
2303
2304   case Instruction::ExtractElement:
2305     // Look through extract element. At the moment we keep this simple and skip
2306     // tracking the specific element. But at least we might find information
2307     // valid for all elements of the vector (for example if vector is sign
2308     // extended, shifted, etc).
2309     return ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q);
2310   }
2311
2312   // Finally, if we can prove that the top bits of the result are 0's or 1's,
2313   // use this information.
2314
2315   // If we can examine all elements of a vector constant successfully, we're
2316   // done (we can't do any better than that). If not, keep trying.
2317   if (unsigned VecSignBits = computeNumSignBitsVectorConstant(V, TyBits))
2318     return VecSignBits;
2319
2320   APInt KnownZero(TyBits, 0), KnownOne(TyBits, 0);
2321   computeKnownBits(V, KnownZero, KnownOne, Depth, Q);
2322
2323   // If we know that the sign bit is either zero or one, determine the number of
2324   // identical bits in the top of the input value.
2325   if (KnownZero.isNegative())
2326     return std::max(FirstAnswer, KnownZero.countLeadingOnes());
2327
2328   if (KnownOne.isNegative())
2329     return std::max(FirstAnswer, KnownOne.countLeadingOnes());
2330
2331   // computeKnownBits gave us no extra information about the top bits.
2332   return FirstAnswer;
2333 }
2334
2335 /// This function computes the integer multiple of Base that equals V.
2336 /// If successful, it returns true and returns the multiple in
2337 /// Multiple. If unsuccessful, it returns false. It looks
2338 /// through SExt instructions only if LookThroughSExt is true.
2339 bool llvm::ComputeMultiple(Value *V, unsigned Base, Value *&Multiple,
2340                            bool LookThroughSExt, unsigned Depth) {
2341   const unsigned MaxDepth = 6;
2342
2343   assert(V && "No Value?");
2344   assert(Depth <= MaxDepth && "Limit Search Depth");
2345   assert(V->getType()->isIntegerTy() && "Not integer or pointer type!");
2346
2347   Type *T = V->getType();
2348
2349   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
2350
2351   if (Base == 0)
2352     return false;
2353
2354   if (Base == 1) {
2355     Multiple = V;
2356     return true;
2357   }
2358
2359   ConstantExpr *CO = dyn_cast<ConstantExpr>(V);
2360   Constant *BaseVal = ConstantInt::get(T, Base);
2361   if (CO && CO == BaseVal) {
2362     // Multiple is 1.
2363     Multiple = ConstantInt::get(T, 1);
2364     return true;
2365   }
2366
2367   if (CI && CI->getZExtValue() % Base == 0) {
2368     Multiple = ConstantInt::get(T, CI->getZExtValue() / Base);
2369     return true;
2370   }
2371
2372   if (Depth == MaxDepth) return false;  // Limit search depth.
2373
2374   Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
2375   if (!I) return false;
2376
2377   switch (I->getOpcode()) {
2378   default: break;
2379   case Instruction::SExt:
2380     if (!LookThroughSExt) return false;
2381     // otherwise fall through to ZExt
2382   case Instruction::ZExt:
2383     return ComputeMultiple(I->getOperand(0), Base, Multiple,
2384                            LookThroughSExt, Depth+1);
2385   case Instruction::Shl:
2386   case Instruction::Mul: {
2387     Value *Op0 = I->getOperand(0);
2388     Value *Op1 = I->getOperand(1);
2389
2390     if (I->getOpcode() == Instruction::Shl) {
2391       ConstantInt *Op1CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op1);
2392       if (!Op1CI) return false;
2393       // Turn Op0 << Op1 into Op0 * 2^Op1
2394       APInt Op1Int = Op1CI->getValue();
2395       uint64_t BitToSet = Op1Int.getLimitedValue(Op1Int.getBitWidth() - 1);
2396       APInt API(Op1Int.getBitWidth(), 0);
2397       API.setBit(BitToSet);
2398       Op1 = ConstantInt::get(V->getContext(), API);
2399     }
2400
2401     Value *Mul0 = nullptr;
2402     if (ComputeMultiple(Op0, Base, Mul0, LookThroughSExt, Depth+1)) {
2403       if (Constant *Op1C = dyn_cast<Constant>(Op1))
2404         if (Constant *MulC = dyn_cast<Constant>(Mul0)) {
2405           if (Op1C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
2406               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
2407             Op1C = ConstantExpr::getZExt(Op1C, MulC->getType());
2408           if (Op1C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() >
2409               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
2410             MulC = ConstantExpr::getZExt(MulC, Op1C->getType());
2411
2412           // V == Base * (Mul0 * Op1), so return (Mul0 * Op1)
2413           Multiple = ConstantExpr::getMul(MulC, Op1C);
2414           return true;
2415         }
2416
2417       if (ConstantInt *Mul0CI = dyn_cast<ConstantInt>(Mul0))
2418         if (Mul0CI->getValue() == 1) {
2419           // V == Base * Op1, so return Op1
2420           Multiple = Op1;
2421           return true;
2422         }
2423     }
2424
2425     Value *Mul1 = nullptr;
2426     if (ComputeMultiple(Op1, Base, Mul1, LookThroughSExt, Depth+1)) {
2427       if (Constant *Op0C = dyn_cast<Constant>(Op0))
2428         if (Constant *MulC = dyn_cast<Constant>(Mul1)) {
2429           if (Op0C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
2430               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
2431             Op0C = ConstantExpr::getZExt(Op0C, MulC->getType());
2432           if (Op0C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() >
2433               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
2434             MulC = ConstantExpr::getZExt(MulC, Op0C->getType());
2435
2436           // V == Base * (Mul1 * Op0), so return (Mul1 * Op0)
2437           Multiple = ConstantExpr::getMul(MulC, Op0C);
2438           return true;
2439         }
2440
2441       if (ConstantInt *Mul1CI = dyn_cast<ConstantInt>(Mul1))
2442         if (Mul1CI->getValue() == 1) {
2443           // V == Base * Op0, so return Op0
2444           Multiple = Op0;
2445           return true;
2446         }
2447     }
2448   }
2449   }
2450
2451   // We could not determine if V is a multiple of Base.
2452   return false;
2453 }
2454
2455 Intrinsic::ID llvm::getIntrinsicForCallSite(ImmutableCallSite ICS,
2456                                             const TargetLibraryInfo *TLI) {
2457   const Function *F = ICS.getCalledFunction();
2458   if (!F)
2459     return Intrinsic::not_intrinsic;
2460
2461   if (F->isIntrinsic())
2462     return F->getIntrinsicID();
2463
2464   if (!TLI)
2465     return Intrinsic::not_intrinsic;
2466
2467   LibFunc Func;
2468   // We're going to make assumptions on the semantics of the functions, check
2469   // that the target knows that it's available in this environment and it does
2470   // not have local linkage.
2471   if (!F || F->hasLocalLinkage() || !TLI->getLibFunc(*F, Func))
2472     return Intrinsic::not_intrinsic;
2473
2474   if (!ICS.onlyReadsMemory())
2475     return Intrinsic::not_intrinsic;
2476
2477   // Otherwise check if we have a call to a function that can be turned into a
2478   // vector intrinsic.
2479   switch (Func) {
2480   default:
2481     break;
2482   case LibFunc_sin:
2483   case LibFunc_sinf:
2484   case LibFunc_sinl:
2485     return Intrinsic::sin;
2486   case LibFunc_cos:
2487   case LibFunc_cosf:
2488   case LibFunc_cosl:
2489     return Intrinsic::cos;
2490   case LibFunc_exp:
2491   case LibFunc_expf:
2492   case LibFunc_expl:
2493     return Intrinsic::exp;
2494   case LibFunc_exp2:
2495   case LibFunc_exp2f:
2496   case LibFunc_exp2l:
2497     return Intrinsic::exp2;
2498   case LibFunc_log:
2499   case LibFunc_logf:
2500   case LibFunc_logl:
2501     return Intrinsic::log;
2502   case LibFunc_log10:
2503   case LibFunc_log10f:
2504   case LibFunc_log10l:
2505     return Intrinsic::log10;
2506   case LibFunc_log2:
2507   case LibFunc_log2f:
2508   case LibFunc_log2l:
2509     return Intrinsic::log2;
2510   case LibFunc_fabs:
2511   case LibFunc_fabsf:
2512   case LibFunc_fabsl:
2513     return Intrinsic::fabs;
2514   case LibFunc_fmin:
2515   case LibFunc_fminf:
2516   case LibFunc_fminl:
2517     return Intrinsic::minnum;
2518   case LibFunc_fmax:
2519   case LibFunc_fmaxf:
2520   case LibFunc_fmaxl:
2521     return Intrinsic::maxnum;
2522   case LibFunc_copysign:
2523   case LibFunc_copysignf:
2524   case LibFunc_copysignl:
2525     return Intrinsic::copysign;
2526   case LibFunc_floor:
2527   case LibFunc_floorf:
2528   case LibFunc_floorl:
2529     return Intrinsic::floor;
2530   case LibFunc_ceil:
2531   case LibFunc_ceilf:
2532   case LibFunc_ceill:
2533     return Intrinsic::ceil;
2534   case LibFunc_trunc:
2535   case LibFunc_truncf:
2536   case LibFunc_truncl:
2537     return Intrinsic::trunc;
2538   case LibFunc_rint:
2539   case LibFunc_rintf:
2540   case LibFunc_rintl:
2541     return Intrinsic::rint;
2542   case LibFunc_nearbyint:
2543   case LibFunc_nearbyintf:
2544   case LibFunc_nearbyintl:
2545     return Intrinsic::nearbyint;
2546   case LibFunc_round:
2547   case LibFunc_roundf:
2548   case LibFunc_roundl:
2549     return Intrinsic::round;
2550   case LibFunc_pow:
2551   case LibFunc_powf:
2552   case LibFunc_powl:
2553     return Intrinsic::pow;
2554   case LibFunc_sqrt:
2555   case LibFunc_sqrtf:
2556   case LibFunc_sqrtl:
2557     if (ICS->hasNoNaNs())
2558       return Intrinsic::sqrt;
2559     return Intrinsic::not_intrinsic;
2560   }
2561
2562   return Intrinsic::not_intrinsic;
2563 }
2564
2565 /// Return true if we can prove that the specified FP value is never equal to
2566 /// -0.0.
2567 ///
2568 /// NOTE: this function will need to be revisited when we support non-default
2569 /// rounding modes!
2570 ///
2571 bool llvm::CannotBeNegativeZero(const Value *V, const TargetLibraryInfo *TLI,
2572                                 unsigned Depth) {
2573   if (const ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V))
2574     return !CFP->getValueAPF().isNegZero();
2575
2576   if (Depth == MaxDepth)
2577     return false;  // Limit search depth.
2578
2579   const Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
2580   if (!I) return false;
2581
2582   // Check if the nsz fast-math flag is set
2583   if (const FPMathOperator *FPO = dyn_cast<FPMathOperator>(I))
2584     if (FPO->hasNoSignedZeros())
2585       return true;
2586
2587   // (add x, 0.0) is guaranteed to return +0.0, not -0.0.
2588   if (I->getOpcode() == Instruction::FAdd)
2589     if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(I->getOperand(1)))
2590       if (CFP->isNullValue())
2591         return true;
2592
2593   // sitofp and uitofp turn into +0.0 for zero.
2594   if (isa<SIToFPInst>(I) || isa<UIToFPInst>(I))
2595     return true;
2596
2597   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
2598     Intrinsic::ID IID = getIntrinsicForCallSite(CI, TLI);
2599     switch (IID) {
2600     default:
2601       break;
2602     // sqrt(-0.0) = -0.0, no other negative results are possible.
2603     case Intrinsic::sqrt:
2604       return CannotBeNegativeZero(CI->getArgOperand(0), TLI, Depth + 1);
2605     // fabs(x) != -0.0
2606     case Intrinsic::fabs:
2607       return true;
2608     }
2609   }
2610
2611   return false;
2612 }
2613
2614 /// If \p SignBitOnly is true, test for a known 0 sign bit rather than a
2615 /// standard ordered compare. e.g. make -0.0 olt 0.0 be true because of the sign
2616 /// bit despite comparing equal.
2617 static bool cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(const Value *V,
2618                                             const TargetLibraryInfo *TLI,
2619                                             bool SignBitOnly,
2620                                             unsigned Depth) {
2621   // TODO: This function does not do the right thing when SignBitOnly is true
2622   // and we're lowering to a hypothetical IEEE 754-compliant-but-evil platform
2623   // which flips the sign bits of NaNs.  See
2624   // https://llvm.org/bugs/show_bug.cgi?id=31702.
2625
2626   if (const ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V)) {
2627     return !CFP->getValueAPF().isNegative() ||
2628            (!SignBitOnly && CFP->getValueAPF().isZero());
2629   }
2630
2631   if (Depth == MaxDepth)
2632     return false; // Limit search depth.
2633
2634   const Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
2635   if (!I)
2636     return false;
2637
2638   switch (I->getOpcode()) {
2639   default:
2640     break;
2641   // Unsigned integers are always nonnegative.
2642   case Instruction::UIToFP:
2643     return true;
2644   case Instruction::FMul:
2645     // x*x is always non-negative or a NaN.
2646     if (I->getOperand(0) == I->getOperand(1) &&
2647         (!SignBitOnly || cast<FPMathOperator>(I)->hasNoNaNs()))
2648       return true;
2649
2650     LLVM_FALLTHROUGH;
2651   case Instruction::FAdd:
2652   case Instruction::FDiv:
2653   case Instruction::FRem:
2654     return cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(0), TLI, SignBitOnly,
2655                                            Depth + 1) &&
2656            cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(1), TLI, SignBitOnly,
2657                                            Depth + 1);
2658   case Instruction::Select:
2659     return cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(1), TLI, SignBitOnly,
2660                                            Depth + 1) &&
2661            cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(2), TLI, SignBitOnly,
2662                                            Depth + 1);
2663   case Instruction::FPExt:
2664   case Instruction::FPTrunc:
2665     // Widening/narrowing never change sign.
2666     return cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(0), TLI, SignBitOnly,
2667                                            Depth + 1);
2668   case Instruction::Call:
2669     const auto *CI = cast<CallInst>(I);
2670     Intrinsic::ID IID = getIntrinsicForCallSite(CI, TLI);
2671     switch (IID) {
2672     default:
2673       break;
2674     case Intrinsic::maxnum:
2675       return cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(0), TLI, SignBitOnly,
2676                                              Depth + 1) ||
2677              cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(1), TLI, SignBitOnly,
2678                                              Depth + 1);
2679     case Intrinsic::minnum:
2680       return cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(0), TLI, SignBitOnly,
2681                                              Depth + 1) &&
2682              cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(1), TLI, SignBitOnly,
2683                                              Depth + 1);
2684     case Intrinsic::exp:
2685     case Intrinsic::exp2:
2686     case Intrinsic::fabs:
2687       return true;
2688
2689     case Intrinsic::sqrt:
2690       // sqrt(x) is always >= -0 or NaN.  Moreover, sqrt(x) == -0 iff x == -0.
2691       if (!SignBitOnly)
2692         return true;
2693       return CI->hasNoNaNs() && (CI->hasNoSignedZeros() ||
2694                                  CannotBeNegativeZero(CI->getOperand(0), TLI));
2695
2696     case Intrinsic::powi:
2697       if (ConstantInt *Exponent = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
2698         // powi(x,n) is non-negative if n is even.
2699         if (Exponent->getBitWidth() <= 64 && Exponent->getSExtValue() % 2u == 0)
2700           return true;
2701       }
2702       // TODO: This is not correct.  Given that exp is an integer, here are the
2703       // ways that pow can return a negative value:
2704       //
2705       //   pow(x, exp)    --> negative if exp is odd and x is negative.
2706       //   pow(-0, exp)   --> -inf if exp is negative odd.
2707       //   pow(-0, exp)   --> -0 if exp is positive odd.
2708       //   pow(-inf, exp) --> -0 if exp is negative odd.
2709       //   pow(-inf, exp) --> -inf if exp is positive odd.
2710       //
2711       // Therefore, if !SignBitOnly, we can return true if x >= +0 or x is NaN,
2712       // but we must return false if x == -0.  Unfortunately we do not currently
2713       // have a way of expressing this constraint.  See details in
2714       // https://llvm.org/bugs/show_bug.cgi?id=31702.
2715       return cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(0), TLI, SignBitOnly,
2716                                              Depth + 1);
2717
2718     case Intrinsic::fma:
2719     case Intrinsic::fmuladd:
2720       // x*x+y is non-negative if y is non-negative.
2721       return I->getOperand(0) == I->getOperand(1) &&
2722              (!SignBitOnly || cast<FPMathOperator>(I)->hasNoNaNs()) &&
2723              cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(2), TLI, SignBitOnly,
2724                                              Depth + 1);
2725     }
2726     break;
2727   }
2728   return false;
2729 }
2730
2731 bool llvm::CannotBeOrderedLessThanZero(const Value *V,
2732                                        const TargetLibraryInfo *TLI) {
2733   return cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(V, TLI, false, 0);
2734 }
2735
2736 bool llvm::SignBitMustBeZero(const Value *V, const TargetLibraryInfo *TLI) {
2737   return cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(V, TLI, true, 0);
2738 }
2739
2740 /// If the specified value can be set by repeating the same byte in memory,
2741 /// return the i8 value that it is represented with.  This is
2742 /// true for all i8 values obviously, but is also true for i32 0, i32 -1,
2743 /// i16 0xF0F0, double 0.0 etc.  If the value can't be handled with a repeated
2744 /// byte store (e.g. i16 0x1234), return null.
2745 Value *llvm::isBytewiseValue(Value *V) {
2746   // All byte-wide stores are splatable, even of arbitrary variables.
2747   if (V->getType()->isIntegerTy(8)) return V;
2748
2749   // Handle 'null' ConstantArrayZero etc.
2750   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
2751     if (C->isNullValue())
2752       return Constant::getNullValue(Type::getInt8Ty(V->getContext()));
2753
2754   // Constant float and double values can be handled as integer values if the
2755   // corresponding integer value is "byteable".  An important case is 0.0.
2756   if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V)) {
2757     if (CFP->getType()->isFloatTy())
2758       V = ConstantExpr::getBitCast(CFP, Type::getInt32Ty(V->getContext()));
2759     if (CFP->getType()->isDoubleTy())
2760       V = ConstantExpr::getBitCast(CFP, Type::getInt64Ty(V->getContext()));
2761     // Don't handle long double formats, which have strange constraints.
2762   }
2763
2764   // We can handle constant integers that are multiple of 8 bits.
2765   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V)) {
2766     if (CI->getBitWidth() % 8 == 0) {
2767       assert(CI->getBitWidth() > 8 && "8 bits should be handled above!");
2768
2769       if (!CI->getValue().isSplat(8))
2770         return nullptr;
2771       return ConstantInt::get(V->getContext(), CI->getValue().trunc(8));
2772     }
2773   }
2774
2775   // A ConstantDataArray/Vector is splatable if all its members are equal and
2776   // also splatable.
2777   if (ConstantDataSequential *CA = dyn_cast<ConstantDataSequential>(V)) {
2778     Value *Elt = CA->getElementAsConstant(0);
2779     Value *Val = isBytewiseValue(Elt);
2780     if (!Val)
2781       return nullptr;
2782
2783     for (unsigned I = 1, E = CA->getNumElements(); I != E; ++I)
2784       if (CA->getElementAsConstant(I) != Elt)
2785         return nullptr;
2786
2787     return Val;
2788   }
2789
2790   // Conceptually, we could handle things like:
2791   //   %a = zext i8 %X to i16
2792   //   %b = shl i16 %a, 8
2793   //   %c = or i16 %a, %b
2794   // but until there is an example that actually needs this, it doesn't seem
2795   // worth worrying about.
2796   return nullptr;
2797 }
2798
2799
2800 // This is the recursive version of BuildSubAggregate. It takes a few different
2801 // arguments. Idxs is the index within the nested struct From that we are
2802 // looking at now (which is of type IndexedType). IdxSkip is the number of
2803 // indices from Idxs that should be left out when inserting into the resulting
2804 // struct. To is the result struct built so far, new insertvalue instructions
2805 // build on that.
2806 static Value *BuildSubAggregate(Value *From, Value* To, Type *IndexedType,
2807                                 SmallVectorImpl<unsigned> &Idxs,
2808                                 unsigned IdxSkip,
2809                                 Instruction *InsertBefore) {
2810   llvm::StructType *STy = dyn_cast<llvm::StructType>(IndexedType);
2811   if (STy) {
2812     // Save the original To argument so we can modify it
2813     Value *OrigTo = To;
2814     // General case, the type indexed by Idxs is a struct
2815     for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
2816       // Process each struct element recursively
2817       Idxs.push_back(i);
2818       Value *PrevTo = To;
2819       To = BuildSubAggregate(From, To, STy->getElementType(i), Idxs, IdxSkip,
2820                              InsertBefore);
2821       Idxs.pop_back();
2822       if (!To) {
2823         // Couldn't find any inserted value for this index? Cleanup
2824         while (PrevTo != OrigTo) {
2825           InsertValueInst* Del = cast<InsertValueInst>(PrevTo);
2826           PrevTo = Del->getAggregateOperand();
2827           Del->eraseFromParent();
2828         }
2829         // Stop processing elements
2830         break;
2831       }
2832     }
2833     // If we successfully found a value for each of our subaggregates
2834     if (To)
2835       return To;
2836   }
2837   // Base case, the type indexed by SourceIdxs is not a struct, or not all of
2838   // the struct's elements had a value that was inserted directly. In the latter
2839   // case, perhaps we can't determine each of the subelements individually, but
2840   // we might be able to find the complete struct somewhere.
2841
2842   // Find the value that is at that particular spot
2843   Value *V = FindInsertedValue(From, Idxs);
2844
2845   if (!V)
2846     return nullptr;
2847
2848   // Insert the value in the new (sub) aggregrate
2849   return llvm::InsertValueInst::Create(To, V, makeArrayRef(Idxs).slice(IdxSkip),
2850                                        "tmp", InsertBefore);
2851 }
2852
2853 // This helper takes a nested struct and extracts a part of it (which is again a
2854 // struct) into a new value. For example, given the struct:
2855 // { a, { b, { c, d }, e } }
2856 // and the indices "1, 1" this returns
2857 // { c, d }.
2858 //
2859 // It does this by inserting an insertvalue for each element in the resulting
2860 // struct, as opposed to just inserting a single struct. This will only work if
2861 // each of the elements of the substruct are known (ie, inserted into From by an
2862 // insertvalue instruction somewhere).
2863 //
2864 // All inserted insertvalue instructions are inserted before InsertBefore
2865 static Value *BuildSubAggregate(Value *From, ArrayRef<unsigned> idx_range,
2866                                 Instruction *InsertBefore) {
2867   assert(InsertBefore && "Must have someplace to insert!");
2868   Type *IndexedType = ExtractValueInst::getIndexedType(From->getType(),
2869                                                              idx_range);
2870   Value *To = UndefValue::get(IndexedType);
2871   SmallVector<unsigned, 10> Idxs(idx_range.begin(), idx_range.end());
2872   unsigned IdxSkip = Idxs.size();
2873
2874   return BuildSubAggregate(From, To, IndexedType, Idxs, IdxSkip, InsertBefore);
2875 }
2876
2877 /// Given an aggregrate and an sequence of indices, see if
2878 /// the scalar value indexed is already around as a register, for example if it
2879 /// were inserted directly into the aggregrate.
2880 ///
2881 /// If InsertBefore is not null, this function will duplicate (modified)
2882 /// insertvalues when a part of a nested struct is extracted.
2883 Value *llvm::FindInsertedValue(Value *V, ArrayRef<unsigned> idx_range,
2884                                Instruction *InsertBefore) {
2885   // Nothing to index? Just return V then (this is useful at the end of our
2886   // recursion).
2887   if (idx_range.empty())
2888     return V;
2889   // We have indices, so V should have an indexable type.
2890   assert((V->getType()->isStructTy() || V->getType()->isArrayTy()) &&
2891          "Not looking at a struct or array?");
2892   assert(ExtractValueInst::getIndexedType(V->getType(), idx_range) &&
2893          "Invalid indices for type?");
2894
2895   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
2896     C = C->getAggregateElement(idx_range[0]);
2897     if (!C) return nullptr;
2898     return FindInsertedValue(C, idx_range.slice(1), InsertBefore);
2899   }
2900
2901   if (InsertValueInst *I = dyn_cast<InsertValueInst>(V)) {
2902     // Loop the indices for the insertvalue instruction in parallel with the
2903     // requested indices
2904     const unsigned *req_idx = idx_range.begin();
2905     for (const unsigned *i = I->idx_begin(), *e = I->idx_end();
2906          i != e; ++i, ++req_idx) {
2907       if (req_idx == idx_range.end()) {
2908         // We can't handle this without inserting insertvalues
2909         if (!InsertBefore)
2910           return nullptr;
2911
2912         // The requested index identifies a part of a nested aggregate. Handle
2913         // this specially. For example,
2914         // %A = insertvalue { i32, {i32, i32 } } undef, i32 10, 1, 0
2915         // %B = insertvalue { i32, {i32, i32 } } %A, i32 11, 1, 1
2916         // %C = extractvalue {i32, { i32, i32 } } %B, 1
2917         // This can be changed into
2918         // %A = insertvalue {i32, i32 } undef, i32 10, 0
2919         // %C = insertvalue {i32, i32 } %A, i32 11, 1
2920         // which allows the unused 0,0 element from the nested struct to be
2921         // removed.
2922         return BuildSubAggregate(V, makeArrayRef(idx_range.begin(), req_idx),
2923                                  InsertBefore);
2924       }
2925
2926       // This insert value inserts something else than what we are looking for.
2927       // See if the (aggregate) value inserted into has the value we are
2928       // looking for, then.
2929       if (*req_idx != *i)
2930         return FindInsertedValue(I->getAggregateOperand(), idx_range,
2931                                  InsertBefore);
2932     }
2933     // If we end up here, the indices of the insertvalue match with those
2934     // requested (though possibly only partially). Now we recursively look at
2935     // the inserted value, passing any remaining indices.
2936     return FindInsertedValue(I->getInsertedValueOperand(),
2937                              makeArrayRef(req_idx, idx_range.end()),
2938                              InsertBefore);
2939   }
2940
2941   if (ExtractValueInst *I = dyn_cast<ExtractValueInst>(V)) {
2942     // If we're extracting a value from an aggregate that was extracted from
2943     // something else, we can extract from that something else directly instead.
2944     // However, we will need to chain I's indices with the requested indices.
2945
2946     // Calculate the number of indices required
2947     unsigned size = I->getNumIndices() + idx_range.size();
2948     // Allocate some space to put the new indices in
2949     SmallVector<unsigned, 5> Idxs;
2950     Idxs.reserve(size);
2951     // Add indices from the extract value instruction
2952     Idxs.append(I->idx_begin(), I->idx_end());
2953
2954     // Add requested indices
2955     Idxs.append(idx_range.begin(), idx_range.end());
2956
2957     assert(Idxs.size() == size
2958            && "Number of indices added not correct?");
2959
2960     return FindInsertedValue(I->getAggregateOperand(), Idxs, InsertBefore);
2961   }
2962   // Otherwise, we don't know (such as, extracting from a function return value
2963   // or load instruction)
2964   return nullptr;
2965 }
2966
2967 /// Analyze the specified pointer to see if it can be expressed as a base
2968 /// pointer plus a constant offset. Return the base and offset to the caller.
2969 Value *llvm::GetPointerBaseWithConstantOffset(Value *Ptr, int64_t &Offset,
2970                                               const DataLayout &DL) {
2971   unsigned BitWidth = DL.getPointerTypeSizeInBits(Ptr->getType());
2972   APInt ByteOffset(BitWidth, 0);
2973
2974   // We walk up the defs but use a visited set to handle unreachable code. In
2975   // that case, we stop after accumulating the cycle once (not that it
2976   // matters).
2977   SmallPtrSet<Value *, 16> Visited;
2978   while (Visited.insert(Ptr).second) {
2979     if (Ptr->getType()->isVectorTy())
2980       break;
2981
2982     if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr)) {
2983       // If one of the values we have visited is an addrspacecast, then
2984       // the pointer type of this GEP may be different from the type
2985       // of the Ptr parameter which was passed to this function.  This
2986       // means when we construct GEPOffset, we need to use the size
2987       // of GEP's pointer type rather than the size of the original
2988       // pointer type.
2989       APInt GEPOffset(DL.getPointerTypeSizeInBits(Ptr->getType()), 0);
2990       if (!GEP->accumulateConstantOffset(DL, GEPOffset))
2991         break;
2992
2993       ByteOffset += GEPOffset.getSExtValue();
2994
2995       Ptr = GEP->getPointerOperand();
2996     } else if (Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::BitCast ||
2997                Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::AddrSpaceCast) {
2998       Ptr = cast<Operator>(Ptr)->getOperand(0);
2999     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(Ptr)) {
3000       if (GA->isInterposable())
3001         break;
3002       Ptr = GA->getAliasee();
3003     } else {
3004       break;
3005     }
3006   }
3007   Offset = ByteOffset.getSExtValue();
3008   return Ptr;
3009 }
3010
3011 bool llvm::isGEPBasedOnPointerToString(const GEPOperator *GEP) {
3012   // Make sure the GEP has exactly three arguments.
3013   if (GEP->getNumOperands() != 3)
3014     return false;
3015
3016   // Make sure the index-ee is a pointer to array of i8.
3017   ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(GEP->getSourceElementType());
3018   if (!AT || !AT->getElementType()->isIntegerTy(8))
3019     return false;
3020
3021   // Check to make sure that the first operand of the GEP is an integer and
3022   // has value 0 so that we are sure we're indexing into the initializer.
3023   const ConstantInt *FirstIdx = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(1));
3024   if (!FirstIdx || !FirstIdx->isZero())
3025     return false;
3026
3027   return true;
3028 }
3029
3030 /// This function computes the length of a null-terminated C string pointed to
3031 /// by V. If successful, it returns true and returns the string in Str.
3032 /// If unsuccessful, it returns false.
3033 bool llvm::getConstantStringInfo(const Value *V, StringRef &Str,
3034                                  uint64_t Offset, bool TrimAtNul) {
3035   assert(V);
3036
3037   // Look through bitcast instructions and geps.
3038   V = V->stripPointerCasts();
3039
3040   // If the value is a GEP instruction or constant expression, treat it as an
3041   // offset.
3042   if (const GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V)) {
3043     // The GEP operator should be based on a pointer to string constant, and is
3044     // indexing into the string constant.
3045     if (!isGEPBasedOnPointerToString(GEP))
3046       return false;
3047
3048     // If the second index isn't a ConstantInt, then this is a variable index
3049     // into the array.  If this occurs, we can't say anything meaningful about
3050     // the string.
3051     uint64_t StartIdx = 0;
3052     if (const ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(2)))
3053       StartIdx = CI->getZExtValue();
3054     else
3055       return false;
3056     return getConstantStringInfo(GEP->getOperand(0), Str, StartIdx + Offset,
3057                                  TrimAtNul);
3058   }
3059
3060   // The GEP instruction, constant or instruction, must reference a global
3061   // variable that is a constant and is initialized. The referenced constant
3062   // initializer is the array that we'll use for optimization.
3063   const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V);
3064   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasDefinitiveInitializer())
3065     return false;
3066
3067   // Handle the all-zeros case.
3068   if (GV->getInitializer()->isNullValue()) {
3069     // This is a degenerate case. The initializer is constant zero so the
3070     // length of the string must be zero.
3071     Str = "";
3072     return true;
3073   }
3074
3075   // This must be a ConstantDataArray.
3076   const auto *Array = dyn_cast<ConstantDataArray>(GV->getInitializer());
3077   if (!Array || !Array->isString())
3078     return false;
3079
3080   // Get the number of elements in the array.
3081   uint64_t NumElts = Array->getType()->getArrayNumElements();
3082
3083   // Start out with the entire array in the StringRef.
3084   Str = Array->getAsString();
3085
3086   if (Offset > NumElts)
3087     return false;
3088
3089   // Skip over 'offset' bytes.
3090   Str = Str.substr(Offset);
3091
3092   if (TrimAtNul) {
3093     // Trim off the \0 and anything after it.  If the array is not nul
3094     // terminated, we just return the whole end of string.  The client may know
3095     // some other way that the string is length-bound.
3096     Str = Str.substr(0, Str.find('\0'));
3097   }
3098   return true;
3099 }
3100
3101 // These next two are very similar to the above, but also look through PHI
3102 // nodes.
3103 // TODO: See if we can integrate these two together.
3104
3105 /// If we can compute the length of the string pointed to by
3106 /// the specified pointer, return 'len+1'.  If we can't, return 0.
3107 static uint64_t GetStringLengthH(const Value *V,
3108                                  SmallPtrSetImpl<const PHINode*> &PHIs) {
3109   // Look through noop bitcast instructions.
3110   V = V->stripPointerCasts();
3111
3112   // If this is a PHI node, there are two cases: either we have already seen it
3113   // or we haven't.
3114   if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
3115     if (!PHIs.insert(PN).second)
3116       return ~0ULL;  // already in the set.
3117
3118     // If it was new, see if all the input strings are the same length.
3119     uint64_t LenSoFar = ~0ULL;
3120     for (Value *IncValue : PN->incoming_values()) {
3121       uint64_t Len = GetStringLengthH(IncValue, PHIs);
3122       if (Len == 0) return 0; // Unknown length -> unknown.
3123
3124       if (Len == ~0ULL) continue;
3125
3126       if (Len != LenSoFar && LenSoFar != ~0ULL)
3127         return 0;    // Disagree -> unknown.
3128       LenSoFar = Len;
3129     }
3130
3131     // Success, all agree.
3132     return LenSoFar;
3133   }
3134
3135   // strlen(select(c,x,y)) -> strlen(x) ^ strlen(y)
3136   if (const SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
3137     uint64_t Len1 = GetStringLengthH(SI->getTrueValue(), PHIs);
3138     if (Len1 == 0) return 0;
3139     uint64_t Len2 = GetStringLengthH(SI->getFalseValue(), PHIs);
3140     if (Len2 == 0) return 0;
3141     if (Len1 == ~0ULL) return Len2;
3142     if (Len2 == ~0ULL) return Len1;
3143     if (Len1 != Len2) return 0;
3144     return Len1;
3145   }
3146
3147   // Otherwise, see if we can read the string.
3148   StringRef StrData;
3149   if (!getConstantStringInfo(V, StrData))
3150     return 0;
3151
3152   return StrData.size()+1;
3153 }
3154
3155 /// If we can compute the length of the string pointed to by
3156 /// the specified pointer, return 'len+1'.  If we can't, return 0.
3157 uint64_t llvm::GetStringLength(const Value *V) {
3158   if (!V->getType()->isPointerTy()) return 0;
3159
3160   SmallPtrSet<const PHINode*, 32> PHIs;
3161   uint64_t Len = GetStringLengthH(V, PHIs);
3162   // If Len is ~0ULL, we had an infinite phi cycle: this is dead code, so return
3163   // an empty string as a length.
3164   return Len == ~0ULL ? 1 : Len;
3165 }
3166
3167 /// \brief \p PN defines a loop-variant pointer to an object.  Check if the
3168 /// previous iteration of the loop was referring to the same object as \p PN.
3169 static bool isSameUnderlyingObjectInLoop(const PHINode *PN,
3170                                          const LoopInfo *LI) {
3171   // Find the loop-defined value.
3172   Loop *L = LI->getLoopFor(PN->getParent());
3173   if (PN->getNumIncomingValues() != 2)
3174     return true;
3175
3176   // Find the value from previous iteration.
3177   auto *PrevValue = dyn_cast<Instruction>(PN->getIncomingValue(0));
3178   if (!PrevValue || LI->getLoopFor(PrevValue->getParent()) != L)
3179     PrevValue = dyn_cast<Instruction>(PN->getIncomingValue(1));
3180   if (!PrevValue || LI->getLoopFor(PrevValue->getParent()) != L)
3181     return true;
3182
3183   // If a new pointer is loaded in the loop, the pointer references a different
3184   // object in every iteration.  E.g.:
3185   //    for (i)
3186   //       int *p = a[i];
3187   //       ...
3188   if (auto *Load = dyn_cast<LoadInst>(PrevValue))
3189     if (!L->isLoopInvariant(Load->getPointerOperand()))
3190       return false;
3191   return true;
3192 }
3193
3194 Value *llvm::GetUnderlyingObject(Value *V, const DataLayout &DL,
3195                                  unsigned MaxLookup) {
3196   if (!V->getType()->isPointerTy())
3197     return V;
3198   for (unsigned Count = 0; MaxLookup == 0 || Count < MaxLookup; ++Count) {
3199     if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V)) {
3200       V = GEP->getPointerOperand();
3201     } else if (Operator::getOpcode(V) == Instruction::BitCast ||
3202                Operator::getOpcode(V) == Instruction::AddrSpaceCast) {
3203       V = cast<Operator>(V)->getOperand(0);
3204     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V)) {
3205       if (GA->isInterposable())
3206         return V;
3207       V = GA->getAliasee();
3208     } else if (isa<AllocaInst>(V)) {
3209       // An alloca can't be further simplified.
3210       return V;
3211     } else {
3212       if (auto CS = CallSite(V))
3213         if (Value *RV = CS.getReturnedArgOperand()) {
3214           V = RV;
3215           continue;
3216         }
3217
3218       // See if InstructionSimplify knows any relevant tricks.
3219       if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
3220         // TODO: Acquire a DominatorTree and AssumptionCache and use them.
3221         if (Value *Simplified = SimplifyInstruction(I, DL, nullptr)) {
3222           V = Simplified;
3223           continue;
3224         }
3225
3226       return V;
3227     }
3228     assert(V->getType()->isPointerTy() && "Unexpected operand type!");
3229   }
3230   return V;
3231 }
3232
3233 void llvm::GetUnderlyingObjects(Value *V, SmallVectorImpl<Value *> &Objects,
3234                                 const DataLayout &DL, LoopInfo *LI,
3235                                 unsigned MaxLookup) {
3236   SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
3237   SmallVector<Value *, 4> Worklist;
3238   Worklist.push_back(V);
3239   do {
3240     Value *P = Worklist.pop_back_val();
3241     P = GetUnderlyingObject(P, DL, MaxLookup);
3242
3243     if (!Visited.insert(P).second)
3244       continue;
3245
3246     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(P)) {
3247       Worklist.push_back(SI->getTrueValue());
3248       Worklist.push_back(SI->getFalseValue());
3249       continue;
3250     }
3251
3252     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(P)) {
3253       // If this PHI changes the underlying object in every iteration of the
3254       // loop, don't look through it.  Consider:
3255       //   int **A;
3256       //   for (i) {
3257       //     Prev = Curr;     // Prev = PHI (Prev_0, Curr)
3258       //     Curr = A[i];
3259       //     *Prev, *Curr;
3260       //
3261       // Prev is tracking Curr one iteration behind so they refer to different
3262       // underlying objects.
3263       if (!LI || !LI->isLoopHeader(PN->getParent()) ||
3264           isSameUnderlyingObjectInLoop(PN, LI))
3265         for (Value *IncValue : PN->incoming_values())
3266           Worklist.push_back(IncValue);
3267       continue;
3268     }
3269
3270     Objects.push_back(P);
3271   } while (!Worklist.empty());
3272 }
3273
3274 /// Return true if the only users of this pointer are lifetime markers.
3275 bool llvm::onlyUsedByLifetimeMarkers(const Value *V) {
3276   for (const User *U : V->users()) {
3277     const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U);
3278     if (!II) return false;
3279
3280     if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
3281         II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
3282       return false;
3283   }
3284   return true;
3285 }
3286
3287 bool llvm::isSafeToSpeculativelyExecute(const Value *V,
3288                                         const Instruction *CtxI,
3289                                         const DominatorTree *DT) {
3290   const Operator *Inst = dyn_cast<Operator>(V);
3291   if (!Inst)
3292     return false;
3293
3294   for (unsigned i = 0, e = Inst->getNumOperands(); i != e; ++i)
3295     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Inst->getOperand(i)))
3296       if (C->canTrap())
3297         return false;
3298
3299   switch (Inst->getOpcode()) {
3300   default:
3301     return true;
3302   case Instruction::UDiv:
3303   case Instruction::URem: {
3304     // x / y is undefined if y == 0.
3305     const APInt *V;
3306     if (match(Inst->getOperand(1), m_APInt(V)))
3307       return *V != 0;
3308     return false;
3309   }
3310   case Instruction::SDiv:
3311   case Instruction::SRem: {
3312     // x / y is undefined if y == 0 or x == INT_MIN and y == -1
3313     const APInt *Numerator, *Denominator;
3314     if (!match(Inst->getOperand(1), m_APInt(Denominator)))
3315       return false;
3316     // We cannot hoist this division if the denominator is 0.
3317     if (*Denominator == 0)
3318       return false;
3319     // It's safe to hoist if the denominator is not 0 or -1.
3320     if (*Denominator != -1)
3321       return true;
3322     // At this point we know that the denominator is -1.  It is safe to hoist as
3323     // long we know that the numerator is not INT_MIN.
3324     if (match(Inst->getOperand(0), m_APInt(Numerator)))
3325       return !Numerator->isMinSignedValue();
3326     // The numerator *might* be MinSignedValue.
3327     return false;
3328   }
3329   case Instruction::Load: {
3330     const LoadInst *LI = cast<LoadInst>(Inst);
3331     if (!LI->isUnordered() ||
3332         // Speculative load may create a race that did not exist in the source.
3333         LI->getFunction()->hasFnAttribute(Attribute::SanitizeThread) ||
3334         // Speculative load may load data from dirty regions.
3335         LI->getFunction()->hasFnAttribute(Attribute::SanitizeAddress))
3336       return false;
3337     const DataLayout &DL = LI->getModule()->getDataLayout();
3338     return isDereferenceableAndAlignedPointer(LI->getPointerOperand(),
3339                                               LI->getAlignment(), DL, CtxI, DT);
3340   }
3341   case Instruction::Call: {
3342     if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
3343       switch (II->getIntrinsicID()) {
3344       // These synthetic intrinsics have no side-effects and just mark
3345       // information about their operands.
3346       // FIXME: There are other no-op synthetic instructions that potentially
3347       // should be considered at least *safe* to speculate...
3348       case Intrinsic::dbg_declare:
3349       case Intrinsic::dbg_value:
3350         return true;
3351
3352       case Intrinsic::bitreverse:
3353       case Intrinsic::bswap:
3354       case Intrinsic::ctlz:
3355       case Intrinsic::ctpop:
3356       case Intrinsic::cttz:
3357       case Intrinsic::objectsize:
3358       case Intrinsic::sadd_with_overflow:
3359       case Intrinsic::smul_with_overflow:
3360       case Intrinsic::ssub_with_overflow:
3361       case Intrinsic::uadd_with_overflow:
3362       case Intrinsic::umul_with_overflow:
3363       case Intrinsic::usub_with_overflow:
3364         return true;
3365       // These intrinsics are defined to have the same behavior as libm
3366       // functions except for setting errno.
3367       case Intrinsic::sqrt:
3368       case Intrinsic::fma:
3369       case Intrinsic::fmuladd:
3370         return true;
3371       // These intrinsics are defined to have the same behavior as libm
3372       // functions, and the corresponding libm functions never set errno.
3373       case Intrinsic::trunc:
3374       case Intrinsic::copysign:
3375       case Intrinsic::fabs:
3376       case Intrinsic::minnum:
3377       case Intrinsic::maxnum:
3378         return true;
3379       // These intrinsics are defined to have the same behavior as libm
3380       // functions, which never overflow when operating on the IEEE754 types
3381       // that we support, and never set errno otherwise.
3382       case Intrinsic::ceil:
3383       case Intrinsic::floor:
3384       case Intrinsic::nearbyint:
3385       case Intrinsic::rint:
3386       case Intrinsic::round:
3387         return true;
3388       // These intrinsics do not correspond to any libm function, and
3389       // do not set errno.
3390       case Intrinsic::powi:
3391         return true;
3392       // TODO: are convert_{from,to}_fp16 safe?
3393       // TODO: can we list target-specific intrinsics here?
3394       default: break;
3395       }
3396     }
3397     return false; // The called function could have undefined behavior or
3398                   // side-effects, even if marked readnone nounwind.
3399   }
3400   case Instruction::VAArg:
3401   case Instruction::Alloca:
3402   case Instruction::Invoke:
3403   case Instruction::PHI:
3404   case Instruction::Store:
3405   case Instruction::Ret:
3406   case Instruction::Br:
3407   case Instruction::IndirectBr:
3408   case Instruction::Switch:
3409   case Instruction::Unreachable:
3410   case Instruction::Fence:
3411   case Instruction::AtomicRMW:
3412   case Instruction::AtomicCmpXchg:
3413   case Instruction::LandingPad:
3414   case Instruction::Resume:
3415   case Instruction::CatchSwitch:
3416   case Instruction::CatchPad:
3417   case Instruction::CatchRet:
3418   case Instruction::CleanupPad:
3419   case Instruction::CleanupRet:
3420     return false; // Misc instructions which have effects
3421   }
3422 }
3423
3424 bool llvm::mayBeMemoryDependent(const Instruction &I) {
3425   return I.mayReadOrWriteMemory() || !isSafeToSpeculativelyExecute(&I);
3426 }
3427
3428 /// Return true if we know that the specified value is never null.
3429 bool llvm::isKnownNonNull(const Value *V) {
3430   assert(V->getType()->isPointerTy() && "V must be pointer type");
3431
3432   // Alloca never returns null, malloc might.
3433   if (isa<AllocaInst>(V)) return true;
3434
3435   // A byval, inalloca, or nonnull argument is never null.
3436   if (const Argument *A = dyn_cast<Argument>(V))
3437     return A->hasByValOrInAllocaAttr() || A->hasNonNullAttr();
3438
3439   // A global variable in address space 0 is non null unless extern weak
3440   // or an absolute symbol reference. Other address spaces may have null as a
3441   // valid address for a global, so we can't assume anything.
3442   if (const GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(V))
3443     return !GV->isAbsoluteSymbolRef() && !GV->hasExternalWeakLinkage() &&
3444            GV->getType()->getAddressSpace() == 0;
3445
3446   // A Load tagged with nonnull metadata is never null.
3447   if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(V))
3448     return LI->getMetadata(LLVMContext::MD_nonnull);
3449
3450   if (auto CS = ImmutableCallSite(V))
3451     if (CS.isReturnNonNull())
3452       return true;
3453
3454   return false;
3455 }
3456
3457 static bool isKnownNonNullFromDominatingCondition(const Value *V,
3458                                                   const Instruction *CtxI,
3459                                                   const DominatorTree *DT) {
3460   assert(V->getType()->isPointerTy() && "V must be pointer type");
3461   assert(!isa<ConstantData>(V) && "Did not expect ConstantPointerNull");
3462   assert(CtxI && "Context instruction required for analysis");
3463   assert(DT && "Dominator tree required for analysis");
3464
3465   unsigned NumUsesExplored = 0;
3466   for (auto *U : V->users()) {
3467     // Avoid massive lists
3468     if (NumUsesExplored >= DomConditionsMaxUses)
3469       break;
3470     NumUsesExplored++;
3471
3472     // If the value is used as an argument to a call or invoke, then argument
3473     // attributes may provide an answer about null-ness.
3474     if (auto CS = ImmutableCallSite(U))
3475       if (auto *CalledFunc = CS.getCalledFunction())
3476         for (const Argument &Arg : CalledFunc->args())
3477           if (CS.getArgOperand(Arg.getArgNo()) == V &&
3478               Arg.hasNonNullAttr() && DT->dominates(CS.getInstruction(), CtxI))
3479             return true;
3480
3481     // Consider only compare instructions uniquely controlling a branch
3482     CmpInst::Predicate Pred;
3483     if (!match(const_cast<User *>(U),
3484                m_c_ICmp(Pred, m_Specific(V), m_Zero())) ||
3485         (Pred != ICmpInst::ICMP_EQ && Pred != ICmpInst::ICMP_NE))
3486       continue;
3487
3488     for (auto *CmpU : U->users()) {
3489       if (const BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(CmpU)) {
3490         assert(BI->isConditional() && "uses a comparison!");
3491
3492         BasicBlock *NonNullSuccessor =
3493             BI->getSuccessor(Pred == ICmpInst::ICMP_EQ ? 1 : 0);
3494         BasicBlockEdge Edge(BI->getParent(), NonNullSuccessor);
3495         if (Edge.isSingleEdge() && DT->dominates(Edge, CtxI->getParent()))
3496           return true;
3497       } else if (Pred == ICmpInst::ICMP_NE &&
3498                  match(CmpU, m_Intrinsic<Intrinsic::experimental_guard>()) &&
3499                  DT->dominates(cast<Instruction>(CmpU), CtxI)) {
3500         return true;
3501       }
3502     }
3503   }
3504
3505   return false;
3506 }
3507
3508 bool llvm::isKnownNonNullAt(const Value *V, const Instruction *CtxI,
3509                             const DominatorTree *DT) {
3510   if (isa<ConstantPointerNull>(V) || isa<UndefValue>(V))
3511     return false;
3512
3513   if (isKnownNonNull(V))
3514     return true;
3515
3516   if (!CtxI || !DT)
3517     return false;
3518
3519   return ::isKnownNonNullFromDominatingCondition(V, CtxI, DT);
3520 }
3521
3522 OverflowResult llvm::computeOverflowForUnsignedMul(const Value *LHS,
3523                                                    const Value *RHS,
3524                                                    const DataLayout &DL,
3525                                                    AssumptionCache *AC,
3526                                                    const Instruction *CxtI,
3527                                                    const DominatorTree *DT) {
3528   // Multiplying n * m significant bits yields a result of n + m significant
3529   // bits. If the total number of significant bits does not exceed the
3530   // result bit width (minus 1), there is no overflow.
3531   // This means if we have enough leading zero bits in the operands
3532   // we can guarantee that the result does not overflow.
3533   // Ref: "Hacker's Delight" by Henry Warren
3534   unsigned BitWidth = LHS->getType()->getScalarSizeInBits();
3535   APInt LHSKnownZero(BitWidth, 0);
3536   APInt LHSKnownOne(BitWidth, 0);
3537   APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0);
3538   APInt RHSKnownOne(BitWidth, 0);
3539   computeKnownBits(LHS, LHSKnownZero, LHSKnownOne, DL, /*Depth=*/0, AC, CxtI,
3540                    DT);
3541   computeKnownBits(RHS, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, /*Depth=*/0, AC, CxtI,
3542                    DT);
3543   // Note that underestimating the number of zero bits gives a more
3544   // conservative answer.
3545   unsigned ZeroBits = LHSKnownZero.countLeadingOnes() +
3546                       RHSKnownZero.countLeadingOnes();
3547   // First handle the easy case: if we have enough zero bits there's
3548   // definitely no overflow.
3549   if (ZeroBits >= BitWidth)
3550     return OverflowResult::NeverOverflows;
3551
3552   // Get the largest possible values for each operand.
3553   APInt LHSMax = ~LHSKnownZero;
3554   APInt RHSMax = ~RHSKnownZero;
3555
3556   // We know the multiply operation doesn't overflow if the maximum values for
3557   // each operand will not overflow after we multiply them together.
3558   bool MaxOverflow;
3559   LHSMax.umul_ov(RHSMax, MaxOverflow);
3560   if (!MaxOverflow)
3561     return OverflowResult::NeverOverflows;
3562
3563   // We know it always overflows if multiplying the smallest possible values for
3564   // the operands also results in overflow.
3565   bool MinOverflow;
3566   LHSKnownOne.umul_ov(RHSKnownOne, MinOverflow);
3567   if (MinOverflow)
3568     return OverflowResult::AlwaysOverflows;
3569
3570   return OverflowResult::MayOverflow;
3571 }
3572
3573 OverflowResult llvm::computeOverflowForUnsignedAdd(const Value *LHS,
3574                                                    const Value *RHS,
3575                                                    const DataLayout &DL,
3576                                                    AssumptionCache *AC,
3577                                                    const Instruction *CxtI,
3578                                                    const DominatorTree *DT) {
3579   bool LHSKnownNonNegative, LHSKnownNegative;
3580   ComputeSignBit(LHS, LHSKnownNonNegative, LHSKnownNegative, DL, /*Depth=*/0,
3581                  AC, CxtI, DT);
3582   if (LHSKnownNonNegative || LHSKnownNegative) {
3583     bool RHSKnownNonNegative, RHSKnownNegative;
3584     ComputeSignBit(RHS, RHSKnownNonNegative, RHSKnownNegative, DL, /*Depth=*/0,
3585                    AC, CxtI, DT);
3586
3587     if (LHSKnownNegative && RHSKnownNegative) {
3588       // The sign bit is set in both cases: this MUST overflow.
3589       // Create a simple add instruction, and insert it into the struct.
3590       return OverflowResult::AlwaysOverflows;
3591     }
3592
3593     if (LHSKnownNonNegative && RHSKnownNonNegative) {
3594       // The sign bit is clear in both cases: this CANNOT overflow.
3595       // Create a simple add instruction, and insert it into the struct.
3596       return OverflowResult::NeverOverflows;
3597     }
3598   }
3599
3600   return OverflowResult::MayOverflow;
3601 }
3602
3603 static OverflowResult computeOverflowForSignedAdd(const Value *LHS,
3604                                                   const Value *RHS,
3605                                                   const AddOperator *Add,
3606                                                   const DataLayout &DL,
3607                                                   AssumptionCache *AC,
3608                                                   const Instruction *CxtI,
3609                                                   const DominatorTree *DT) {
3610   if (Add && Add->hasNoSignedWrap()) {
3611     return OverflowResult::NeverOverflows;
3612   }
3613
3614   bool LHSKnownNonNegative, LHSKnownNegative;
3615   bool RHSKnownNonNegative, RHSKnownNegative;
3616   ComputeSignBit(LHS, LHSKnownNonNegative, LHSKnownNegative, DL, /*Depth=*/0,
3617                  AC, CxtI, DT);
3618   ComputeSignBit(RHS, RHSKnownNonNegative, RHSKnownNegative, DL, /*Depth=*/0,
3619                  AC, CxtI, DT);
3620
3621   if ((LHSKnownNonNegative && RHSKnownNegative) ||
3622       (LHSKnownNegative && RHSKnownNonNegative)) {
3623     // The sign bits are opposite: this CANNOT overflow.
3624     return OverflowResult::NeverOverflows;
3625   }
3626
3627   // The remaining code needs Add to be available. Early returns if not so.
3628   if (!Add)
3629     return OverflowResult::MayOverflow;
3630
3631   // If the sign of Add is the same as at least one of the operands, this add
3632   // CANNOT overflow. This is particularly useful when the sum is
3633   // @llvm.assume'ed non-negative rather than proved so from analyzing its
3634   // operands.
3635   bool LHSOrRHSKnownNonNegative =
3636       (LHSKnownNonNegative || RHSKnownNonNegative);
3637   bool LHSOrRHSKnownNegative = (LHSKnownNegative || RHSKnownNegative);
3638   if (LHSOrRHSKnownNonNegative || LHSOrRHSKnownNegative) {
3639     bool AddKnownNonNegative, AddKnownNegative;
3640     ComputeSignBit(Add, AddKnownNonNegative, AddKnownNegative, DL,
3641                    /*Depth=*/0, AC, CxtI, DT);
3642     if ((AddKnownNonNegative && LHSOrRHSKnownNonNegative) ||
3643         (AddKnownNegative && LHSOrRHSKnownNegative)) {
3644       return OverflowResult::NeverOverflows;
3645     }
3646   }
3647
3648   return OverflowResult::MayOverflow;
3649 }
3650
3651 bool llvm::isOverflowIntrinsicNoWrap(const IntrinsicInst *II,
3652                                      const DominatorTree &DT) {
3653 #ifndef NDEBUG
3654   auto IID = II->getIntrinsicID();
3655   assert((IID == Intrinsic::sadd_with_overflow ||
3656           IID == Intrinsic::uadd_with_overflow ||
3657           IID == Intrinsic::ssub_with_overflow ||
3658           IID == Intrinsic::usub_with_overflow ||
3659           IID == Intrinsic::smul_with_overflow ||
3660           IID == Intrinsic::umul_with_overflow) &&
3661          "Not an overflow intrinsic!");
3662 #endif
3663
3664   SmallVector<const BranchInst *, 2> GuardingBranches;
3665   SmallVector<const ExtractValueInst *, 2> Results;
3666
3667   for (const User *U : II->users()) {
3668     if (const auto *EVI = dyn_cast<ExtractValueInst>(U)) {
3669       assert(EVI->getNumIndices() == 1 && "Obvious from CI's type");
3670
3671       if (EVI->getIndices()[0] == 0)
3672         Results.push_back(EVI);
3673       else {
3674         assert(EVI->getIndices()[0] == 1 && "Obvious from CI's type");
3675
3676         for (const auto *U : EVI->users())
3677           if (const auto *B = dyn_cast<BranchInst>(U)) {
3678             assert(B->isConditional() && "How else is it using an i1?");
3679             GuardingBranches.push_back(B);
3680           }
3681       }
3682     } else {
3683       // We are using the aggregate directly in a way we don't want to analyze
3684       // here (storing it to a global, say).
3685       return false;
3686     }
3687   }
3688
3689   auto AllUsesGuardedByBranch = [&](const BranchInst *BI) {
3690     BasicBlockEdge NoWrapEdge(BI->getParent(), BI->getSuccessor(1));
3691     if (!NoWrapEdge.isSingleEdge())
3692       return false;
3693
3694     // Check if all users of the add are provably no-wrap.
3695     for (const auto *Result : Results) {
3696       // If the extractvalue itself is not executed on overflow, the we don't
3697       // need to check each use separately, since domination is transitive.
3698       if (DT.dominates(NoWrapEdge, Result->getParent()))
3699         continue;
3700
3701       for (auto &RU : Result->uses())
3702         if (!DT.dominates(NoWrapEdge, RU))
3703           return false;
3704     }
3705
3706     return true;
3707   };
3708
3709   return any_of(GuardingBranches, AllUsesGuardedByBranch);
3710 }
3711
3712
3713 OverflowResult llvm::computeOverflowForSignedAdd(const AddOperator *Add,
3714                                                  const DataLayout &DL,
3715                                                  AssumptionCache *AC,
3716                                                  const Instruction *CxtI,
3717                                                  const DominatorTree *DT) {
3718   return ::computeOverflowForSignedAdd(Add->getOperand(0), Add->getOperand(1),
3719                                        Add, DL, AC, CxtI, DT);
3720 }
3721
3722 OverflowResult llvm::computeOverflowForSignedAdd(const Value *LHS,
3723                                                  const Value *RHS,
3724                                                  const DataLayout &DL,
3725                                                  AssumptionCache *AC,
3726                                                  const Instruction *CxtI,
3727                                                  const DominatorTree *DT) {
3728   return ::computeOverflowForSignedAdd(LHS, RHS, nullptr, DL, AC, CxtI, DT);
3729 }
3730
3731 bool llvm::isGuaranteedToTransferExecutionToSuccessor(const Instruction *I) {
3732   // A memory operation returns normally if it isn't volatile. A volatile
3733   // operation is allowed to trap.
3734   //
3735   // An atomic operation isn't guaranteed to return in a reasonable amount of
3736   // time because it's possible for another thread to interfere with it for an
3737   // arbitrary length of time, but programs aren't allowed to rely on that.
3738   if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
3739     return !LI->isVolatile();
3740   if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I))
3741     return !SI->isVolatile();
3742   if (const AtomicCmpXchgInst *CXI = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(I))
3743     return !CXI->isVolatile();
3744   if (const AtomicRMWInst *RMWI = dyn_cast<AtomicRMWInst>(I))
3745     return !RMWI->isVolatile();
3746   if (const MemIntrinsic *MII = dyn_cast<MemIntrinsic>(I))
3747     return !MII->isVolatile();
3748
3749   // If there is no successor, then execution can't transfer to it.
3750   if (const auto *CRI = dyn_cast<CleanupReturnInst>(I))
3751     return !CRI->unwindsToCaller();
3752   if (const auto *CatchSwitch = dyn_cast<CatchSwitchInst>(I))
3753     return !CatchSwitch->unwindsToCaller();
3754   if (isa<ResumeInst>(I))
3755     return false;
3756   if (isa<ReturnInst>(I))
3757     return false;
3758   if (isa<UnreachableInst>(I))
3759     return false;
3760
3761   // Calls can throw, or contain an infinite loop, or kill the process.
3762   if (auto CS = ImmutableCallSite(I)) {
3763     // Call sites that throw have implicit non-local control flow.
3764     if (!CS.doesNotThrow())
3765       return false;
3766
3767     // Non-throwing call sites can loop infinitely, call exit/pthread_exit
3768     // etc. and thus not return.  However, LLVM already assumes that
3769     //
3770     //  - Thread exiting actions are modeled as writes to memory invisible to
3771     //    the program.
3772     //
3773     //  - Loops that don't have side effects (side effects are volatile/atomic
3774     //    stores and IO) always terminate (see http://llvm.org/PR965).
3775     //    Furthermore IO itself is also modeled as writes to memory invisible to
3776     //    the program.
3777     //
3778     // We rely on those assumptions here, and use the memory effects of the call
3779     // target as a proxy for checking that it always returns.
3780
3781     // FIXME: This isn't aggressive enough; a call which only writes to a global
3782     // is guaranteed to return.
3783     return CS.onlyReadsMemory() || CS.onlyAccessesArgMemory() ||
3784            match(I, m_Intrinsic<Intrinsic::assume>());
3785   }
3786
3787   // Other instructions return normally.
3788   return true;
3789 }
3790
3791 bool llvm::isGuaranteedToExecuteForEveryIteration(const Instruction *I,
3792                                                   const Loop *L) {
3793   // The loop header is guaranteed to be executed for every iteration.
3794   //
3795   // FIXME: Relax this constraint to cover all basic blocks that are
3796   // guaranteed to be executed at every iteration.
3797   if (I->getParent() != L->getHeader()) return false;
3798
3799   for (const Instruction &LI : *L->getHeader()) {
3800     if (&LI == I) return true;
3801     if (!isGuaranteedToTransferExecutionToSuccessor(&LI)) return false;
3802   }
3803   llvm_unreachable("Instruction not contained in its own parent basic block.");
3804 }
3805
3806 bool llvm::propagatesFullPoison(const Instruction *I) {
3807   switch (I->getOpcode()) {
3808   case Instruction::Add:
3809   case Instruction::Sub:
3810   case Instruction::Xor:
3811   case Instruction::Trunc:
3812   case Instruction::BitCast:
3813   case Instruction::AddrSpaceCast:
3814   case Instruction::Mul:
3815   case Instruction::Shl:
3816   case Instruction::GetElementPtr:
3817     // These operations all propagate poison unconditionally. Note that poison
3818     // is not any particular value, so xor or subtraction of poison with
3819     // itself still yields poison, not zero.
3820     return true;
3821
3822   case Instruction::AShr:
3823   case Instruction::SExt:
3824     // For these operations, one bit of the input is replicated across
3825     // multiple output bits. A replicated poison bit is still poison.
3826     return true;
3827
3828   case Instruction::ICmp:
3829     // Comparing poison with any value yields poison.  This is why, for
3830     // instance, x s< (x +nsw 1) can be folded to true.
3831     return true;
3832
3833   default:
3834     return false;
3835   }
3836 }
3837
3838 const Value *llvm::getGuaranteedNonFullPoisonOp(const Instruction *I) {
3839   switch (I->getOpcode()) {
3840     case Instruction::Store:
3841       return cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand();
3842
3843     case Instruction::Load:
3844       return cast<LoadInst>(I)->getPointerOperand();
3845
3846     case Instruction::AtomicCmpXchg:
3847       return cast<AtomicCmpXchgInst>(I)->getPointerOperand();
3848
3849     case Instruction::AtomicRMW:
3850       return cast<AtomicRMWInst>(I)->getPointerOperand();
3851
3852     case Instruction::UDiv:
3853     case Instruction::SDiv:
3854     case Instruction::URem:
3855     case Instruction::SRem:
3856       return I->getOperand(1);
3857
3858     default:
3859       return nullptr;
3860   }
3861 }
3862
3863 bool llvm::isKnownNotFullPoison(const Instruction *PoisonI) {
3864   // We currently only look for uses of poison values within the same basic
3865   // block, as that makes it easier to guarantee that the uses will be
3866   // executed given that PoisonI is executed.
3867   //
3868   // FIXME: Expand this to consider uses beyond the same basic block. To do
3869   // this, look out for the distinction between post-dominance and strong
3870   // post-dominance.
3871   const BasicBlock *BB = PoisonI->getParent();
3872
3873   // Set of instructions that we have proved will yield poison if PoisonI
3874   // does.
3875   SmallSet<const Value *, 16> YieldsPoison;
3876   SmallSet<const BasicBlock *, 4> Visited;
3877   YieldsPoison.insert(PoisonI);
3878   Visited.insert(PoisonI->getParent());
3879
3880   BasicBlock::const_iterator Begin = PoisonI->getIterator(), End = BB->end();
3881
3882   unsigned Iter = 0;
3883   while (Iter++ < MaxDepth) {
3884     for (auto &I : make_range(Begin, End)) {
3885       if (&I != PoisonI) {
3886         const Value *NotPoison = getGuaranteedNonFullPoisonOp(&I);
3887         if (NotPoison != nullptr && YieldsPoison.count(NotPoison))
3888           return true;
3889         if (!isGuaranteedToTransferExecutionToSuccessor(&I))
3890           return false;
3891       }
3892
3893       // Mark poison that propagates from I through uses of I.
3894       if (YieldsPoison.count(&I)) {
3895         for (const User *User : I.users()) {
3896           const Instruction *UserI = cast<Instruction>(User);
3897           if (propagatesFullPoison(UserI))
3898             YieldsPoison.insert(User);
3899         }
3900       }
3901     }
3902
3903     if (auto *NextBB = BB->getSingleSuccessor()) {
3904       if (Visited.insert(NextBB).second) {
3905         BB = NextBB;
3906         Begin = BB->getFirstNonPHI()->getIterator();
3907         End = BB->end();
3908         continue;
3909       }
3910     }
3911
3912     break;
3913   };
3914   return false;
3915 }
3916
3917 static bool isKnownNonNaN(const Value *V, FastMathFlags FMF) {
3918   if (FMF.noNaNs())
3919     return true;
3920
3921   if (auto *C = dyn_cast<ConstantFP>(V))
3922     return !C->isNaN();
3923   return false;
3924 }
3925
3926 static bool isKnownNonZero(const Value *V) {
3927   if (auto *C = dyn_cast<ConstantFP>(V))
3928     return !C->isZero();
3929   return false;
3930 }
3931
3932 /// Match non-obvious integer minimum and maximum sequences.
3933 static SelectPatternResult matchMinMax(CmpInst::Predicate Pred,
3934                                        Value *CmpLHS, Value *CmpRHS,
3935                                        Value *TrueVal, Value *FalseVal,
3936                                        Value *&LHS, Value *&RHS) {
3937   // Assume success. If there's no match, callers should not use these anyway.
3938   LHS = TrueVal;
3939   RHS = FalseVal;
3940
3941   // Recognize variations of:
3942   // CLAMP(v,l,h) ==> ((v) < (l) ? (l) : ((v) > (h) ? (h) : (v)))
3943   const APInt *C1;
3944   if (CmpRHS == TrueVal && match(CmpRHS, m_APInt(C1))) {
3945     const APInt *C2;
3946
3947     // (X <s C1) ? C1 : SMIN(X, C2) ==> SMAX(SMIN(X, C2), C1)
3948     if (match(FalseVal, m_SMin(m_Specific(CmpLHS), m_APInt(C2))) &&
3949         C1->slt(*C2) && Pred == CmpInst::ICMP_SLT)
3950       return {SPF_SMAX, SPNB_NA, false};
3951
3952     // (X >s C1) ? C1 : SMAX(X, C2) ==> SMIN(SMAX(X, C2), C1)
3953     if (match(FalseVal, m_SMax(m_Specific(CmpLHS), m_APInt(C2))) &&
3954         C1->sgt(*C2) && Pred == CmpInst::ICMP_SGT)
3955       return {SPF_SMIN, SPNB_NA, false};
3956
3957     // (X <u C1) ? C1 : UMIN(X, C2) ==> UMAX(UMIN(X, C2), C1)
3958     if (match(FalseVal, m_UMin(m_Specific(CmpLHS), m_APInt(C2))) &&
3959         C1->ult(*C2) && Pred == CmpInst::ICMP_ULT)
3960       return {SPF_UMAX, SPNB_NA, false};
3961
3962     // (X >u C1) ? C1 : UMAX(X, C2) ==> UMIN(UMAX(X, C2), C1)
3963     if (match(FalseVal, m_UMax(m_Specific(CmpLHS), m_APInt(C2))) &&
3964         C1->ugt(*C2) && Pred == CmpInst::ICMP_UGT)
3965       return {SPF_UMIN, SPNB_NA, false};
3966   }
3967
3968   if (Pred != CmpInst::ICMP_SGT && Pred != CmpInst::ICMP_SLT)
3969     return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
3970
3971   // Z = X -nsw Y
3972   // (X >s Y) ? 0 : Z ==> (Z >s 0) ? 0 : Z ==> SMIN(Z, 0)
3973   // (X <s Y) ? 0 : Z ==> (Z <s 0) ? 0 : Z ==> SMAX(Z, 0)
3974   if (match(TrueVal, m_Zero()) &&
3975       match(FalseVal, m_NSWSub(m_Specific(CmpLHS), m_Specific(CmpRHS))))
3976     return {Pred == CmpInst::ICMP_SGT ? SPF_SMIN : SPF_SMAX, SPNB_NA, false};
3977
3978   // Z = X -nsw Y
3979   // (X >s Y) ? Z : 0 ==> (Z >s 0) ? Z : 0 ==> SMAX(Z, 0)
3980   // (X <s Y) ? Z : 0 ==> (Z <s 0) ? Z : 0 ==> SMIN(Z, 0)
3981   if (match(FalseVal, m_Zero()) &&
3982       match(TrueVal, m_NSWSub(m_Specific(CmpLHS), m_Specific(CmpRHS))))
3983     return {Pred == CmpInst::ICMP_SGT ? SPF_SMAX : SPF_SMIN, SPNB_NA, false};
3984
3985   if (!match(CmpRHS, m_APInt(C1)))
3986     return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
3987
3988   // An unsigned min/max can be written with a signed compare.
3989   const APInt *C2;
3990   if ((CmpLHS == TrueVal && match(FalseVal, m_APInt(C2))) ||
3991       (CmpLHS == FalseVal && match(TrueVal, m_APInt(C2)))) {
3992     // Is the sign bit set?
3993     // (X <s 0) ? X : MAXVAL ==> (X >u MAXVAL) ? X : MAXVAL ==> UMAX
3994     // (X <s 0) ? MAXVAL : X ==> (X >u MAXVAL) ? MAXVAL : X ==> UMIN
3995     if (Pred == CmpInst::ICMP_SLT && *C1 == 0 && C2->isMaxSignedValue())
3996       return {CmpLHS == TrueVal ? SPF_UMAX : SPF_UMIN, SPNB_NA, false};
3997
3998     // Is the sign bit clear?
3999     // (X >s -1) ? MINVAL : X ==> (X <u MINVAL) ? MINVAL : X ==> UMAX
4000     // (X >s -1) ? X : MINVAL ==> (X <u MINVAL) ? X : MINVAL ==> UMIN
4001     if (Pred == CmpInst::ICMP_SGT && C1->isAllOnesValue() &&
4002         C2->isMinSignedValue())
4003       return {CmpLHS == FalseVal ? SPF_UMAX : SPF_UMIN, SPNB_NA, false};
4004   }
4005
4006   // Look through 'not' ops to find disguised signed min/max.
4007   // (X >s C) ? ~X : ~C ==> (~X <s ~C) ? ~X : ~C ==> SMIN(~X, ~C)
4008   // (X <s C) ? ~X : ~C ==> (~X >s ~C) ? ~X : ~C ==> SMAX(~X, ~C)
4009   if (match(TrueVal, m_Not(m_Specific(CmpLHS))) &&
4010       match(FalseVal, m_APInt(C2)) && ~(*C1) == *C2)
4011     return {Pred == CmpInst::ICMP_SGT ? SPF_SMIN : SPF_SMAX, SPNB_NA, false};
4012
4013   // (X >s C) ? ~C : ~X ==> (~X <s ~C) ? ~C : ~X ==> SMAX(~C, ~X)
4014   // (X <s C) ? ~C : ~X ==> (~X >s ~C) ? ~C : ~X ==> SMIN(~C, ~X)
4015   if (match(FalseVal, m_Not(m_Specific(CmpLHS))) &&
4016       match(TrueVal, m_APInt(C2)) && ~(*C1) == *C2)
4017     return {Pred == CmpInst::ICMP_SGT ? SPF_SMAX : SPF_SMIN, SPNB_NA, false};
4018
4019   return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4020 }
4021
4022 static SelectPatternResult matchSelectPattern(CmpInst::Predicate Pred,
4023                                               FastMathFlags FMF,
4024                                               Value *CmpLHS, Value *CmpRHS,
4025                                               Value *TrueVal, Value *FalseVal,
4026                                               Value *&LHS, Value *&RHS) {
4027   LHS = CmpLHS;
4028   RHS = CmpRHS;
4029
4030   // If the predicate is an "or-equal"  (FP) predicate, then signed zeroes may
4031   // return inconsistent results between implementations.
4032   //   (0.0 <= -0.0) ? 0.0 : -0.0 // Returns 0.0
4033   //   minNum(0.0, -0.0)          // May return -0.0 or 0.0 (IEEE 754-2008 5.3.1)
4034   // Therefore we behave conservatively and only proceed if at least one of the
4035   // operands is known to not be zero, or if we don't care about signed zeroes.
4036   switch (Pred) {
4037   default: break;
4038   case CmpInst::FCMP_OGE: case CmpInst::FCMP_OLE:
4039   case CmpInst::FCMP_UGE: case CmpInst::FCMP_ULE:
4040     if (!FMF.noSignedZeros() && !isKnownNonZero(CmpLHS) &&
4041         !isKnownNonZero(CmpRHS))
4042       return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4043   }
4044
4045   SelectPatternNaNBehavior NaNBehavior = SPNB_NA;
4046   bool Ordered = false;
4047
4048   // When given one NaN and one non-NaN input:
4049   //   - maxnum/minnum (C99 fmaxf()/fminf()) return the non-NaN input.
4050   //   - A simple C99 (a < b ? a : b) construction will return 'b' (as the
4051   //     ordered comparison fails), which could be NaN or non-NaN.
4052   // so here we discover exactly what NaN behavior is required/accepted.
4053   if (CmpInst::isFPPredicate(Pred)) {
4054     bool LHSSafe = isKnownNonNaN(CmpLHS, FMF);
4055     bool RHSSafe = isKnownNonNaN(CmpRHS, FMF);
4056
4057     if (LHSSafe && RHSSafe) {
4058       // Both operands are known non-NaN.
4059       NaNBehavior = SPNB_RETURNS_ANY;
4060     } else if (CmpInst::isOrdered(Pred)) {
4061       // An ordered comparison will return false when given a NaN, so it
4062       // returns the RHS.
4063       Ordered = true;
4064       if (LHSSafe)
4065         // LHS is non-NaN, so if RHS is NaN then NaN will be returned.
4066         NaNBehavior = SPNB_RETURNS_NAN;
4067       else if (RHSSafe)
4068         NaNBehavior = SPNB_RETURNS_OTHER;
4069       else
4070         // Completely unsafe.
4071         return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4072     } else {
4073       Ordered = false;
4074       // An unordered comparison will return true when given a NaN, so it
4075       // returns the LHS.
4076       if (LHSSafe)
4077         // LHS is non-NaN, so if RHS is NaN then non-NaN will be returned.
4078         NaNBehavior = SPNB_RETURNS_OTHER;
4079       else if (RHSSafe)
4080         NaNBehavior = SPNB_RETURNS_NAN;
4081       else
4082         // Completely unsafe.
4083         return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4084     }
4085   }
4086
4087   if (TrueVal == CmpRHS && FalseVal == CmpLHS) {
4088     std::swap(CmpLHS, CmpRHS);
4089     Pred = CmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
4090     if (NaNBehavior == SPNB_RETURNS_NAN)
4091       NaNBehavior = SPNB_RETURNS_OTHER;
4092     else if (NaNBehavior == SPNB_RETURNS_OTHER)
4093       NaNBehavior = SPNB_RETURNS_NAN;
4094     Ordered = !Ordered;
4095   }
4096
4097   // ([if]cmp X, Y) ? X : Y
4098   if (TrueVal == CmpLHS && FalseVal == CmpRHS) {
4099     switch (Pred) {
4100     default: return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false}; // Equality.
4101     case ICmpInst::ICMP_UGT:
4102     case ICmpInst::ICMP_UGE: return {SPF_UMAX, SPNB_NA, false};
4103     case ICmpInst::ICMP_SGT:
4104     case ICmpInst::ICMP_SGE: return {SPF_SMAX, SPNB_NA, false};
4105     case ICmpInst::ICMP_ULT:
4106     case ICmpInst::ICMP_ULE: return {SPF_UMIN, SPNB_NA, false};
4107     case ICmpInst::ICMP_SLT:
4108     case ICmpInst::ICMP_SLE: return {SPF_SMIN, SPNB_NA, false};
4109     case FCmpInst::FCMP_UGT:
4110     case FCmpInst::FCMP_UGE:
4111     case FCmpInst::FCMP_OGT:
4112     case FCmpInst::FCMP_OGE: return {SPF_FMAXNUM, NaNBehavior, Ordered};
4113     case FCmpInst::FCMP_ULT:
4114     case FCmpInst::FCMP_ULE:
4115     case FCmpInst::FCMP_OLT:
4116     case FCmpInst::FCMP_OLE: return {SPF_FMINNUM, NaNBehavior, Ordered};
4117     }
4118   }
4119
4120   const APInt *C1;
4121   if (match(CmpRHS, m_APInt(C1))) {
4122     if ((CmpLHS == TrueVal && match(FalseVal, m_Neg(m_Specific(CmpLHS)))) ||
4123         (CmpLHS == FalseVal && match(TrueVal, m_Neg(m_Specific(CmpLHS))))) {
4124
4125       // ABS(X) ==> (X >s 0) ? X : -X and (X >s -1) ? X : -X
4126       // NABS(X) ==> (X >s 0) ? -X : X and (X >s -1) ? -X : X
4127       if (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT && (*C1 == 0 || C1->isAllOnesValue())) {
4128         return {(CmpLHS == TrueVal) ? SPF_ABS : SPF_NABS, SPNB_NA, false};
4129       }
4130
4131       // ABS(X) ==> (X <s 0) ? -X : X and (X <s 1) ? -X : X
4132       // NABS(X) ==> (X <s 0) ? X : -X and (X <s 1) ? X : -X
4133       if (Pred == ICmpInst::ICMP_SLT && (*C1 == 0 || *C1 == 1)) {
4134         return {(CmpLHS == FalseVal) ? SPF_ABS : SPF_NABS, SPNB_NA, false};
4135       }
4136     }
4137   }
4138
4139   return matchMinMax(Pred, CmpLHS, CmpRHS, TrueVal, FalseVal, LHS, RHS);
4140 }
4141
4142 static Value *lookThroughCast(CmpInst *CmpI, Value *V1, Value *V2,
4143                               Instruction::CastOps *CastOp) {
4144   auto *Cast1 = dyn_cast<CastInst>(V1);
4145   if (!Cast1)
4146     return nullptr;
4147
4148   *CastOp = Cast1->getOpcode();
4149   Type *SrcTy = Cast1->getSrcTy();
4150   if (auto *Cast2 = dyn_cast<CastInst>(V2)) {
4151     // If V1 and V2 are both the same cast from the same type, look through V1.
4152     if (*CastOp == Cast2->getOpcode() && SrcTy == Cast2->getSrcTy())
4153       return Cast2->getOperand(0);
4154     return nullptr;
4155   }
4156
4157   auto *C = dyn_cast<Constant>(V2);
4158   if (!C)
4159     return nullptr;
4160
4161   Constant *CastedTo = nullptr;
4162   switch (*CastOp) {
4163   case Instruction::ZExt:
4164     if (CmpI->isUnsigned())
4165       CastedTo = ConstantExpr::getTrunc(C, SrcTy);
4166     break;
4167   case Instruction::SExt:
4168     if (CmpI->isSigned())
4169       CastedTo = ConstantExpr::getTrunc(C, SrcTy, true);
4170     break;
4171   case Instruction::Trunc:
4172     CastedTo = ConstantExpr::getIntegerCast(C, SrcTy, CmpI->isSigned());
4173     break;
4174   case Instruction::FPTrunc:
4175     CastedTo = ConstantExpr::getFPExtend(C, SrcTy, true);
4176     break;
4177   case Instruction::FPExt:
4178     CastedTo = ConstantExpr::getFPTrunc(C, SrcTy, true);
4179     break;
4180   case Instruction::FPToUI:
4181     CastedTo = ConstantExpr::getUIToFP(C, SrcTy, true);
4182     break;
4183   case Instruction::FPToSI:
4184     CastedTo = ConstantExpr::getSIToFP(C, SrcTy, true);
4185     break;
4186   case Instruction::UIToFP:
4187     CastedTo = ConstantExpr::getFPToUI(C, SrcTy, true);
4188     break;
4189   case Instruction::SIToFP:
4190     CastedTo = ConstantExpr::getFPToSI(C, SrcTy, true);
4191     break;
4192   default:
4193     break;
4194   }
4195
4196   if (!CastedTo)
4197     return nullptr;
4198
4199   // Make sure the cast doesn't lose any information.
4200   Constant *CastedBack =
4201       ConstantExpr::getCast(*CastOp, CastedTo, C->getType(), true);
4202   if (CastedBack != C)
4203     return nullptr;
4204
4205   return CastedTo;
4206 }
4207
4208 SelectPatternResult llvm::matchSelectPattern(Value *V, Value *&LHS, Value *&RHS,
4209                                              Instruction::CastOps *CastOp) {
4210   SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V);
4211   if (!SI) return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4212
4213   CmpInst *CmpI = dyn_cast<CmpInst>(SI->getCondition());
4214   if (!CmpI) return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4215
4216   CmpInst::Predicate Pred = CmpI->getPredicate();
4217   Value *CmpLHS = CmpI->getOperand(0);
4218   Value *CmpRHS = CmpI->getOperand(1);
4219   Value *TrueVal = SI->getTrueValue();
4220   Value *FalseVal = SI->getFalseValue();
4221   FastMathFlags FMF;
4222   if (isa<FPMathOperator>(CmpI))
4223     FMF = CmpI->getFastMathFlags();
4224
4225   // Bail out early.
4226   if (CmpI->isEquality())
4227     return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4228
4229   // Deal with type mismatches.
4230   if (CastOp && CmpLHS->getType() != TrueVal->getType()) {
4231     if (Value *C = lookThroughCast(CmpI, TrueVal, FalseVal, CastOp))
4232       return ::matchSelectPattern(Pred, FMF, CmpLHS, CmpRHS,
4233                                   cast<CastInst>(TrueVal)->getOperand(0), C,
4234                                   LHS, RHS);
4235     if (Value *C = lookThroughCast(CmpI, FalseVal, TrueVal, CastOp))
4236       return ::matchSelectPattern(Pred, FMF, CmpLHS, CmpRHS,
4237                                   C, cast<CastInst>(FalseVal)->getOperand(0),
4238                                   LHS, RHS);
4239   }
4240   return ::matchSelectPattern(Pred, FMF, CmpLHS, CmpRHS, TrueVal, FalseVal,
4241                               LHS, RHS);
4242 }
4243
4244 /// Return true if "icmp Pred LHS RHS" is always true.
4245 static bool isTruePredicate(CmpInst::Predicate Pred,
4246                             const Value *LHS, const Value *RHS,
4247                             const DataLayout &DL, unsigned Depth,
4248                             AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
4249                             const DominatorTree *DT) {
4250   assert(!LHS->getType()->isVectorTy() && "TODO: extend to handle vectors!");
4251   if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred) && LHS == RHS)
4252     return true;
4253
4254   switch (Pred) {
4255   default:
4256     return false;
4257
4258   case CmpInst::ICMP_SLE: {
4259     const APInt *C;
4260
4261     // LHS s<= LHS +_{nsw} C   if C >= 0
4262     if (match(RHS, m_NSWAdd(m_Specific(LHS), m_APInt(C))))
4263       return !C->isNegative();
4264     return false;
4265   }
4266
4267   case CmpInst::ICMP_ULE: {
4268     const APInt *C;
4269
4270     // LHS u<= LHS +_{nuw} C   for any C
4271     if (match(RHS, m_NUWAdd(m_Specific(LHS), m_APInt(C))))
4272       return true;
4273
4274     // Match A to (X +_{nuw} CA) and B to (X +_{nuw} CB)
4275     auto MatchNUWAddsToSameValue = [&](const Value *A, const Value *B,
4276                                        const Value *&X,
4277                                        const APInt *&CA, const APInt *&CB) {
4278       if (match(A, m_NUWAdd(m_Value(X), m_APInt(CA))) &&
4279           match(B, m_NUWAdd(m_Specific(X), m_APInt(CB))))
4280         return true;
4281
4282       // If X & C == 0 then (X | C) == X +_{nuw} C
4283       if (match(A, m_Or(m_Value(X), m_APInt(CA))) &&
4284           match(B, m_Or(m_Specific(X), m_APInt(CB)))) {
4285         unsigned BitWidth = CA->getBitWidth();
4286         APInt KnownZero(BitWidth, 0), KnownOne(BitWidth, 0);
4287         computeKnownBits(X, KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, AC, CxtI, DT);
4288
4289         if ((KnownZero & *CA) == *CA && (KnownZero & *CB) == *CB)
4290           return true;
4291       }
4292
4293       return false;
4294     };
4295
4296     const Value *X;
4297     const APInt *CLHS, *CRHS;
4298     if (MatchNUWAddsToSameValue(LHS, RHS, X, CLHS, CRHS))
4299       return CLHS->ule(*CRHS);
4300
4301     return false;
4302   }
4303   }
4304 }
4305
4306 /// Return true if "icmp Pred BLHS BRHS" is true whenever "icmp Pred
4307 /// ALHS ARHS" is true.  Otherwise, return None.
4308 static Optional<bool>
4309 isImpliedCondOperands(CmpInst::Predicate Pred, const Value *ALHS,
4310                       const Value *ARHS, const Value *BLHS,
4311                       const Value *BRHS, const DataLayout &DL,
4312                       unsigned Depth, AssumptionCache *AC,
4313                       const Instruction *CxtI, const DominatorTree *DT) {
4314   switch (Pred) {
4315   default:
4316     return None;
4317
4318   case CmpInst::ICMP_SLT:
4319   case CmpInst::ICMP_SLE:
4320     if (isTruePredicate(CmpInst::ICMP_SLE, BLHS, ALHS, DL, Depth, AC, CxtI,
4321                         DT) &&
4322         isTruePredicate(CmpInst::ICMP_SLE, ARHS, BRHS, DL, Depth, AC, CxtI, DT))
4323       return true;
4324     return None;
4325
4326   case CmpInst::ICMP_ULT:
4327   case CmpInst::ICMP_ULE:
4328     if (isTruePredicate(CmpInst::ICMP_ULE, BLHS, ALHS, DL, Depth, AC, CxtI,
4329                         DT) &&
4330         isTruePredicate(CmpInst::ICMP_ULE, ARHS, BRHS, DL, Depth, AC, CxtI, DT))
4331       return true;
4332     return None;
4333   }
4334 }
4335
4336 /// Return true if the operands of the two compares match.  IsSwappedOps is true
4337 /// when the operands match, but are swapped.
4338 static bool isMatchingOps(const Value *ALHS, const Value *ARHS,
4339                           const Value *BLHS, const Value *BRHS,
4340                           bool &IsSwappedOps) {
4341
4342   bool IsMatchingOps = (ALHS == BLHS && ARHS == BRHS);
4343   IsSwappedOps = (ALHS == BRHS && ARHS == BLHS);
4344   return IsMatchingOps || IsSwappedOps;
4345 }
4346
4347 /// Return true if "icmp1 APred ALHS ARHS" implies "icmp2 BPred BLHS BRHS" is
4348 /// true.  Return false if "icmp1 APred ALHS ARHS" implies "icmp2 BPred BLHS
4349 /// BRHS" is false.  Otherwise, return None if we can't infer anything.
4350 static Optional<bool> isImpliedCondMatchingOperands(CmpInst::Predicate APred,
4351                                                     const Value *ALHS,
4352                                                     const Value *ARHS,
4353                                                     CmpInst::Predicate BPred,
4354                                                     const Value *BLHS,
4355                                                     const Value *BRHS,
4356                                                     bool IsSwappedOps) {
4357   // Canonicalize the operands so they're matching.
4358   if (IsSwappedOps) {
4359     std::swap(BLHS, BRHS);
4360     BPred = ICmpInst::getSwappedPredicate(BPred);
4361   }
4362   if (CmpInst::isImpliedTrueByMatchingCmp(APred, BPred))
4363     return true;
4364   if (CmpInst::isImpliedFalseByMatchingCmp(APred, BPred))
4365     return false;
4366
4367   return None;
4368 }
4369
4370 /// Return true if "icmp1 APred ALHS C1" implies "icmp2 BPred BLHS C2" is
4371 /// true.  Return false if "icmp1 APred ALHS C1" implies "icmp2 BPred BLHS
4372 /// C2" is false.  Otherwise, return None if we can't infer anything.
4373 static Optional<bool>
4374 isImpliedCondMatchingImmOperands(CmpInst::Predicate APred, const Value *ALHS,
4375                                  const ConstantInt *C1,
4376                                  CmpInst::Predicate BPred,
4377                                  const Value *BLHS, const ConstantInt *C2) {
4378   assert(ALHS == BLHS && "LHS operands must match.");
4379   ConstantRange DomCR =
4380       ConstantRange::makeExactICmpRegion(APred, C1->getValue());
4381   ConstantRange CR =
4382       ConstantRange::makeAllowedICmpRegion(BPred, C2->getValue());
4383   ConstantRange Intersection = DomCR.intersectWith(CR);
4384   ConstantRange Difference = DomCR.difference(CR);
4385   if (Intersection.isEmptySet())
4386     return false;
4387   if (Difference.isEmptySet())
4388     return true;
4389   return None;
4390 }
4391
4392 Optional<bool> llvm::isImpliedCondition(const Value *LHS, const Value *RHS,
4393                                         const DataLayout &DL, bool InvertAPred,
4394                                         unsigned Depth, AssumptionCache *AC,
4395                                         const Instruction *CxtI,
4396                                         const DominatorTree *DT) {
4397   // A mismatch occurs when we compare a scalar cmp to a vector cmp, for example.
4398   if (LHS->getType() != RHS->getType())
4399     return None;
4400
4401   Type *OpTy = LHS->getType();
4402   assert(OpTy->getScalarType()->isIntegerTy(1));
4403
4404   // LHS ==> RHS by definition
4405   if (!InvertAPred && LHS == RHS)
4406     return true;
4407
4408   if (OpTy->isVectorTy())
4409     // TODO: extending the code below to handle vectors
4410     return None;
4411   assert(OpTy->isIntegerTy(1) && "implied by above");
4412
4413   ICmpInst::Predicate APred, BPred;
4414   Value *ALHS, *ARHS;
4415   Value *BLHS, *BRHS;
4416
4417   if (!match(LHS, m_ICmp(APred, m_Value(ALHS), m_Value(ARHS))) ||
4418       !match(RHS, m_ICmp(BPred, m_Value(BLHS), m_Value(BRHS))))
4419     return None;
4420
4421   if (InvertAPred)
4422     APred = CmpInst::getInversePredicate(APred);
4423
4424   // Can we infer anything when the two compares have matching operands?
4425   bool IsSwappedOps;
4426   if (isMatchingOps(ALHS, ARHS, BLHS, BRHS, IsSwappedOps)) {
4427     if (Optional<bool> Implication = isImpliedCondMatchingOperands(
4428             APred, ALHS, ARHS, BPred, BLHS, BRHS, IsSwappedOps))
4429       return Implication;
4430     // No amount of additional analysis will infer the second condition, so
4431     // early exit.
4432     return None;
4433   }
4434
4435   // Can we infer anything when the LHS operands match and the RHS operands are
4436   // constants (not necessarily matching)?
4437   if (ALHS == BLHS && isa<ConstantInt>(ARHS) && isa<ConstantInt>(BRHS)) {
4438     if (Optional<bool> Implication = isImpliedCondMatchingImmOperands(
4439             APred, ALHS, cast<ConstantInt>(ARHS), BPred, BLHS,
4440             cast<ConstantInt>(BRHS)))
4441       return Implication;
4442     // No amount of additional analysis will infer the second condition, so
4443     // early exit.
4444     return None;
4445   }
4446
4447   if (APred == BPred)
4448     return isImpliedCondOperands(APred, ALHS, ARHS, BLHS, BRHS, DL, Depth, AC,
4449                                  CxtI, DT);
4450
4451   return None;
4452 }