]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/Analysis/ValueTracking.cpp
Update mandoc to 1.14.2
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm / lib / Analysis / ValueTracking.cpp
1 //===- ValueTracking.cpp - Walk computations to compute properties --------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file contains routines that help analyze properties that chains of
11 // computations have.
12 //
13 //===----------------------------------------------------------------------===//
14
15 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
16 #include "llvm/ADT/Optional.h"
17 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
18 #include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
19 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
20 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
21 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
22 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
23 #include "llvm/Analysis/OptimizationDiagnosticInfo.h"
24 #include "llvm/Analysis/VectorUtils.h"
25 #include "llvm/IR/CallSite.h"
26 #include "llvm/IR/ConstantRange.h"
27 #include "llvm/IR/Constants.h"
28 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
29 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
30 #include "llvm/IR/Dominators.h"
31 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
32 #include "llvm/IR/GlobalAlias.h"
33 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
34 #include "llvm/IR/Instructions.h"
35 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
36 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
37 #include "llvm/IR/Metadata.h"
38 #include "llvm/IR/Operator.h"
39 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
40 #include "llvm/IR/Statepoint.h"
41 #include "llvm/Support/Debug.h"
42 #include "llvm/Support/KnownBits.h"
43 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
44 #include <algorithm>
45 #include <array>
46 #include <cstring>
47 using namespace llvm;
48 using namespace llvm::PatternMatch;
49
50 const unsigned MaxDepth = 6;
51
52 // Controls the number of uses of the value searched for possible
53 // dominating comparisons.
54 static cl::opt<unsigned> DomConditionsMaxUses("dom-conditions-max-uses",
55                                               cl::Hidden, cl::init(20));
56
57 // This optimization is known to cause performance regressions is some cases,
58 // keep it under a temporary flag for now.
59 static cl::opt<bool>
60 DontImproveNonNegativePhiBits("dont-improve-non-negative-phi-bits",
61                               cl::Hidden, cl::init(true));
62
63 /// Returns the bitwidth of the given scalar or pointer type. For vector types,
64 /// returns the element type's bitwidth.
65 static unsigned getBitWidth(Type *Ty, const DataLayout &DL) {
66   if (unsigned BitWidth = Ty->getScalarSizeInBits())
67     return BitWidth;
68
69   return DL.getPointerTypeSizeInBits(Ty);
70 }
71
72 namespace {
73 // Simplifying using an assume can only be done in a particular control-flow
74 // context (the context instruction provides that context). If an assume and
75 // the context instruction are not in the same block then the DT helps in
76 // figuring out if we can use it.
77 struct Query {
78   const DataLayout &DL;
79   AssumptionCache *AC;
80   const Instruction *CxtI;
81   const DominatorTree *DT;
82   // Unlike the other analyses, this may be a nullptr because not all clients
83   // provide it currently.
84   OptimizationRemarkEmitter *ORE;
85
86   /// Set of assumptions that should be excluded from further queries.
87   /// This is because of the potential for mutual recursion to cause
88   /// computeKnownBits to repeatedly visit the same assume intrinsic. The
89   /// classic case of this is assume(x = y), which will attempt to determine
90   /// bits in x from bits in y, which will attempt to determine bits in y from
91   /// bits in x, etc. Regarding the mutual recursion, computeKnownBits can call
92   /// isKnownNonZero, which calls computeKnownBits and isKnownToBeAPowerOfTwo
93   /// (all of which can call computeKnownBits), and so on.
94   std::array<const Value *, MaxDepth> Excluded;
95   unsigned NumExcluded;
96
97   Query(const DataLayout &DL, AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
98         const DominatorTree *DT, OptimizationRemarkEmitter *ORE = nullptr)
99       : DL(DL), AC(AC), CxtI(CxtI), DT(DT), ORE(ORE), NumExcluded(0) {}
100
101   Query(const Query &Q, const Value *NewExcl)
102       : DL(Q.DL), AC(Q.AC), CxtI(Q.CxtI), DT(Q.DT), ORE(Q.ORE),
103         NumExcluded(Q.NumExcluded) {
104     Excluded = Q.Excluded;
105     Excluded[NumExcluded++] = NewExcl;
106     assert(NumExcluded <= Excluded.size());
107   }
108
109   bool isExcluded(const Value *Value) const {
110     if (NumExcluded == 0)
111       return false;
112     auto End = Excluded.begin() + NumExcluded;
113     return std::find(Excluded.begin(), End, Value) != End;
114   }
115 };
116 } // end anonymous namespace
117
118 // Given the provided Value and, potentially, a context instruction, return
119 // the preferred context instruction (if any).
120 static const Instruction *safeCxtI(const Value *V, const Instruction *CxtI) {
121   // If we've been provided with a context instruction, then use that (provided
122   // it has been inserted).
123   if (CxtI && CxtI->getParent())
124     return CxtI;
125
126   // If the value is really an already-inserted instruction, then use that.
127   CxtI = dyn_cast<Instruction>(V);
128   if (CxtI && CxtI->getParent())
129     return CxtI;
130
131   return nullptr;
132 }
133
134 static void computeKnownBits(const Value *V, KnownBits &Known,
135                              unsigned Depth, const Query &Q);
136
137 void llvm::computeKnownBits(const Value *V, KnownBits &Known,
138                             const DataLayout &DL, unsigned Depth,
139                             AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
140                             const DominatorTree *DT,
141                             OptimizationRemarkEmitter *ORE) {
142   ::computeKnownBits(V, Known, Depth,
143                      Query(DL, AC, safeCxtI(V, CxtI), DT, ORE));
144 }
145
146 static KnownBits computeKnownBits(const Value *V, unsigned Depth,
147                                   const Query &Q);
148
149 KnownBits llvm::computeKnownBits(const Value *V, const DataLayout &DL,
150                                  unsigned Depth, AssumptionCache *AC,
151                                  const Instruction *CxtI,
152                                  const DominatorTree *DT,
153                                  OptimizationRemarkEmitter *ORE) {
154   return ::computeKnownBits(V, Depth,
155                             Query(DL, AC, safeCxtI(V, CxtI), DT, ORE));
156 }
157
158 bool llvm::haveNoCommonBitsSet(const Value *LHS, const Value *RHS,
159                                const DataLayout &DL,
160                                AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
161                                const DominatorTree *DT) {
162   assert(LHS->getType() == RHS->getType() &&
163          "LHS and RHS should have the same type");
164   assert(LHS->getType()->isIntOrIntVectorTy() &&
165          "LHS and RHS should be integers");
166   IntegerType *IT = cast<IntegerType>(LHS->getType()->getScalarType());
167   KnownBits LHSKnown(IT->getBitWidth());
168   KnownBits RHSKnown(IT->getBitWidth());
169   computeKnownBits(LHS, LHSKnown, DL, 0, AC, CxtI, DT);
170   computeKnownBits(RHS, RHSKnown, DL, 0, AC, CxtI, DT);
171   return (LHSKnown.Zero | RHSKnown.Zero).isAllOnesValue();
172 }
173
174
175 bool llvm::isOnlyUsedInZeroEqualityComparison(const Instruction *CxtI) {
176   for (const User *U : CxtI->users()) {
177     if (const ICmpInst *IC = dyn_cast<ICmpInst>(U))
178       if (IC->isEquality())
179         if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(IC->getOperand(1)))
180           if (C->isNullValue())
181             continue;
182     return false;
183   }
184   return true;
185 }
186
187 static bool isKnownToBeAPowerOfTwo(const Value *V, bool OrZero, unsigned Depth,
188                                    const Query &Q);
189
190 bool llvm::isKnownToBeAPowerOfTwo(const Value *V, const DataLayout &DL,
191                                   bool OrZero,
192                                   unsigned Depth, AssumptionCache *AC,
193                                   const Instruction *CxtI,
194                                   const DominatorTree *DT) {
195   return ::isKnownToBeAPowerOfTwo(V, OrZero, Depth,
196                                   Query(DL, AC, safeCxtI(V, CxtI), DT));
197 }
198
199 static bool isKnownNonZero(const Value *V, unsigned Depth, const Query &Q);
200
201 bool llvm::isKnownNonZero(const Value *V, const DataLayout &DL, unsigned Depth,
202                           AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
203                           const DominatorTree *DT) {
204   return ::isKnownNonZero(V, Depth, Query(DL, AC, safeCxtI(V, CxtI), DT));
205 }
206
207 bool llvm::isKnownNonNegative(const Value *V, const DataLayout &DL,
208                               unsigned Depth,
209                               AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
210                               const DominatorTree *DT) {
211   KnownBits Known = computeKnownBits(V, DL, Depth, AC, CxtI, DT);
212   return Known.isNonNegative();
213 }
214
215 bool llvm::isKnownPositive(const Value *V, const DataLayout &DL, unsigned Depth,
216                            AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
217                            const DominatorTree *DT) {
218   if (auto *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V))
219     return CI->getValue().isStrictlyPositive();
220
221   // TODO: We'd doing two recursive queries here.  We should factor this such
222   // that only a single query is needed.
223   return isKnownNonNegative(V, DL, Depth, AC, CxtI, DT) &&
224     isKnownNonZero(V, DL, Depth, AC, CxtI, DT);
225 }
226
227 bool llvm::isKnownNegative(const Value *V, const DataLayout &DL, unsigned Depth,
228                            AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
229                            const DominatorTree *DT) {
230   KnownBits Known = computeKnownBits(V, DL, Depth, AC, CxtI, DT);
231   return Known.isNegative();
232 }
233
234 static bool isKnownNonEqual(const Value *V1, const Value *V2, const Query &Q);
235
236 bool llvm::isKnownNonEqual(const Value *V1, const Value *V2,
237                            const DataLayout &DL,
238                            AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
239                            const DominatorTree *DT) {
240   return ::isKnownNonEqual(V1, V2, Query(DL, AC,
241                                          safeCxtI(V1, safeCxtI(V2, CxtI)),
242                                          DT));
243 }
244
245 static bool MaskedValueIsZero(const Value *V, const APInt &Mask, unsigned Depth,
246                               const Query &Q);
247
248 bool llvm::MaskedValueIsZero(const Value *V, const APInt &Mask,
249                              const DataLayout &DL,
250                              unsigned Depth, AssumptionCache *AC,
251                              const Instruction *CxtI, const DominatorTree *DT) {
252   return ::MaskedValueIsZero(V, Mask, Depth,
253                              Query(DL, AC, safeCxtI(V, CxtI), DT));
254 }
255
256 static unsigned ComputeNumSignBits(const Value *V, unsigned Depth,
257                                    const Query &Q);
258
259 unsigned llvm::ComputeNumSignBits(const Value *V, const DataLayout &DL,
260                                   unsigned Depth, AssumptionCache *AC,
261                                   const Instruction *CxtI,
262                                   const DominatorTree *DT) {
263   return ::ComputeNumSignBits(V, Depth, Query(DL, AC, safeCxtI(V, CxtI), DT));
264 }
265
266 static void computeKnownBitsAddSub(bool Add, const Value *Op0, const Value *Op1,
267                                    bool NSW,
268                                    KnownBits &KnownOut, KnownBits &Known2,
269                                    unsigned Depth, const Query &Q) {
270   unsigned BitWidth = KnownOut.getBitWidth();
271
272   // If an initial sequence of bits in the result is not needed, the
273   // corresponding bits in the operands are not needed.
274   KnownBits LHSKnown(BitWidth);
275   computeKnownBits(Op0, LHSKnown, Depth + 1, Q);
276   computeKnownBits(Op1, Known2, Depth + 1, Q);
277
278   // Carry in a 1 for a subtract, rather than a 0.
279   uint64_t CarryIn = 0;
280   if (!Add) {
281     // Sum = LHS + ~RHS + 1
282     std::swap(Known2.Zero, Known2.One);
283     CarryIn = 1;
284   }
285
286   APInt PossibleSumZero = ~LHSKnown.Zero + ~Known2.Zero + CarryIn;
287   APInt PossibleSumOne = LHSKnown.One + Known2.One + CarryIn;
288
289   // Compute known bits of the carry.
290   APInt CarryKnownZero = ~(PossibleSumZero ^ LHSKnown.Zero ^ Known2.Zero);
291   APInt CarryKnownOne = PossibleSumOne ^ LHSKnown.One ^ Known2.One;
292
293   // Compute set of known bits (where all three relevant bits are known).
294   APInt LHSKnownUnion = LHSKnown.Zero | LHSKnown.One;
295   APInt RHSKnownUnion = Known2.Zero | Known2.One;
296   APInt CarryKnownUnion = CarryKnownZero | CarryKnownOne;
297   APInt Known = LHSKnownUnion & RHSKnownUnion & CarryKnownUnion;
298
299   assert((PossibleSumZero & Known) == (PossibleSumOne & Known) &&
300          "known bits of sum differ");
301
302   // Compute known bits of the result.
303   KnownOut.Zero = ~PossibleSumOne & Known;
304   KnownOut.One = PossibleSumOne & Known;
305
306   // Are we still trying to solve for the sign bit?
307   if (!Known.isSignBitSet()) {
308     if (NSW) {
309       // Adding two non-negative numbers, or subtracting a negative number from
310       // a non-negative one, can't wrap into negative.
311       if (LHSKnown.isNonNegative() && Known2.isNonNegative())
312         KnownOut.makeNonNegative();
313       // Adding two negative numbers, or subtracting a non-negative number from
314       // a negative one, can't wrap into non-negative.
315       else if (LHSKnown.isNegative() && Known2.isNegative())
316         KnownOut.makeNegative();
317     }
318   }
319 }
320
321 static void computeKnownBitsMul(const Value *Op0, const Value *Op1, bool NSW,
322                                 KnownBits &Known, KnownBits &Known2,
323                                 unsigned Depth, const Query &Q) {
324   unsigned BitWidth = Known.getBitWidth();
325   computeKnownBits(Op1, Known, Depth + 1, Q);
326   computeKnownBits(Op0, Known2, Depth + 1, Q);
327
328   bool isKnownNegative = false;
329   bool isKnownNonNegative = false;
330   // If the multiplication is known not to overflow, compute the sign bit.
331   if (NSW) {
332     if (Op0 == Op1) {
333       // The product of a number with itself is non-negative.
334       isKnownNonNegative = true;
335     } else {
336       bool isKnownNonNegativeOp1 = Known.isNonNegative();
337       bool isKnownNonNegativeOp0 = Known2.isNonNegative();
338       bool isKnownNegativeOp1 = Known.isNegative();
339       bool isKnownNegativeOp0 = Known2.isNegative();
340       // The product of two numbers with the same sign is non-negative.
341       isKnownNonNegative = (isKnownNegativeOp1 && isKnownNegativeOp0) ||
342         (isKnownNonNegativeOp1 && isKnownNonNegativeOp0);
343       // The product of a negative number and a non-negative number is either
344       // negative or zero.
345       if (!isKnownNonNegative)
346         isKnownNegative = (isKnownNegativeOp1 && isKnownNonNegativeOp0 &&
347                            isKnownNonZero(Op0, Depth, Q)) ||
348                           (isKnownNegativeOp0 && isKnownNonNegativeOp1 &&
349                            isKnownNonZero(Op1, Depth, Q));
350     }
351   }
352
353   // If low bits are zero in either operand, output low known-0 bits.
354   // Also compute a conservative estimate for high known-0 bits.
355   // More trickiness is possible, but this is sufficient for the
356   // interesting case of alignment computation.
357   unsigned TrailZ = Known.countMinTrailingZeros() +
358                     Known2.countMinTrailingZeros();
359   unsigned LeadZ =  std::max(Known.countMinLeadingZeros() +
360                              Known2.countMinLeadingZeros(),
361                              BitWidth) - BitWidth;
362
363   TrailZ = std::min(TrailZ, BitWidth);
364   LeadZ = std::min(LeadZ, BitWidth);
365   Known.resetAll();
366   Known.Zero.setLowBits(TrailZ);
367   Known.Zero.setHighBits(LeadZ);
368
369   // Only make use of no-wrap flags if we failed to compute the sign bit
370   // directly.  This matters if the multiplication always overflows, in
371   // which case we prefer to follow the result of the direct computation,
372   // though as the program is invoking undefined behaviour we can choose
373   // whatever we like here.
374   if (isKnownNonNegative && !Known.isNegative())
375     Known.makeNonNegative();
376   else if (isKnownNegative && !Known.isNonNegative())
377     Known.makeNegative();
378 }
379
380 void llvm::computeKnownBitsFromRangeMetadata(const MDNode &Ranges,
381                                              KnownBits &Known) {
382   unsigned BitWidth = Known.getBitWidth();
383   unsigned NumRanges = Ranges.getNumOperands() / 2;
384   assert(NumRanges >= 1);
385
386   Known.Zero.setAllBits();
387   Known.One.setAllBits();
388
389   for (unsigned i = 0; i < NumRanges; ++i) {
390     ConstantInt *Lower =
391         mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges.getOperand(2 * i + 0));
392     ConstantInt *Upper =
393         mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges.getOperand(2 * i + 1));
394     ConstantRange Range(Lower->getValue(), Upper->getValue());
395
396     // The first CommonPrefixBits of all values in Range are equal.
397     unsigned CommonPrefixBits =
398         (Range.getUnsignedMax() ^ Range.getUnsignedMin()).countLeadingZeros();
399
400     APInt Mask = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, CommonPrefixBits);
401     Known.One &= Range.getUnsignedMax() & Mask;
402     Known.Zero &= ~Range.getUnsignedMax() & Mask;
403   }
404 }
405
406 static bool isEphemeralValueOf(const Instruction *I, const Value *E) {
407   SmallVector<const Value *, 16> WorkSet(1, I);
408   SmallPtrSet<const Value *, 32> Visited;
409   SmallPtrSet<const Value *, 16> EphValues;
410
411   // The instruction defining an assumption's condition itself is always
412   // considered ephemeral to that assumption (even if it has other
413   // non-ephemeral users). See r246696's test case for an example.
414   if (is_contained(I->operands(), E))
415     return true;
416
417   while (!WorkSet.empty()) {
418     const Value *V = WorkSet.pop_back_val();
419     if (!Visited.insert(V).second)
420       continue;
421
422     // If all uses of this value are ephemeral, then so is this value.
423     if (all_of(V->users(), [&](const User *U) { return EphValues.count(U); })) {
424       if (V == E)
425         return true;
426
427       EphValues.insert(V);
428       if (const User *U = dyn_cast<User>(V))
429         for (User::const_op_iterator J = U->op_begin(), JE = U->op_end();
430              J != JE; ++J) {
431           if (isSafeToSpeculativelyExecute(*J))
432             WorkSet.push_back(*J);
433         }
434     }
435   }
436
437   return false;
438 }
439
440 // Is this an intrinsic that cannot be speculated but also cannot trap?
441 static bool isAssumeLikeIntrinsic(const Instruction *I) {
442   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
443     if (Function *F = CI->getCalledFunction())
444       switch (F->getIntrinsicID()) {
445       default: break;
446       // FIXME: This list is repeated from NoTTI::getIntrinsicCost.
447       case Intrinsic::assume:
448       case Intrinsic::dbg_declare:
449       case Intrinsic::dbg_value:
450       case Intrinsic::invariant_start:
451       case Intrinsic::invariant_end:
452       case Intrinsic::lifetime_start:
453       case Intrinsic::lifetime_end:
454       case Intrinsic::objectsize:
455       case Intrinsic::ptr_annotation:
456       case Intrinsic::var_annotation:
457         return true;
458       }
459
460   return false;
461 }
462
463 bool llvm::isValidAssumeForContext(const Instruction *Inv,
464                                    const Instruction *CxtI,
465                                    const DominatorTree *DT) {
466
467   // There are two restrictions on the use of an assume:
468   //  1. The assume must dominate the context (or the control flow must
469   //     reach the assume whenever it reaches the context).
470   //  2. The context must not be in the assume's set of ephemeral values
471   //     (otherwise we will use the assume to prove that the condition
472   //     feeding the assume is trivially true, thus causing the removal of
473   //     the assume).
474
475   if (DT) {
476     if (DT->dominates(Inv, CxtI))
477       return true;
478   } else if (Inv->getParent() == CxtI->getParent()->getSinglePredecessor()) {
479     // We don't have a DT, but this trivially dominates.
480     return true;
481   }
482
483   // With or without a DT, the only remaining case we will check is if the
484   // instructions are in the same BB.  Give up if that is not the case.
485   if (Inv->getParent() != CxtI->getParent())
486     return false;
487
488   // If we have a dom tree, then we now know that the assume doens't dominate
489   // the other instruction.  If we don't have a dom tree then we can check if
490   // the assume is first in the BB.
491   if (!DT) {
492     // Search forward from the assume until we reach the context (or the end
493     // of the block); the common case is that the assume will come first.
494     for (auto I = std::next(BasicBlock::const_iterator(Inv)),
495          IE = Inv->getParent()->end(); I != IE; ++I)
496       if (&*I == CxtI)
497         return true;
498   }
499
500   // The context comes first, but they're both in the same block. Make sure
501   // there is nothing in between that might interrupt the control flow.
502   for (BasicBlock::const_iterator I =
503          std::next(BasicBlock::const_iterator(CxtI)), IE(Inv);
504        I != IE; ++I)
505     if (!isSafeToSpeculativelyExecute(&*I) && !isAssumeLikeIntrinsic(&*I))
506       return false;
507
508   return !isEphemeralValueOf(Inv, CxtI);
509 }
510
511 static void computeKnownBitsFromAssume(const Value *V, KnownBits &Known,
512                                        unsigned Depth, const Query &Q) {
513   // Use of assumptions is context-sensitive. If we don't have a context, we
514   // cannot use them!
515   if (!Q.AC || !Q.CxtI)
516     return;
517
518   unsigned BitWidth = Known.getBitWidth();
519
520   // Note that the patterns below need to be kept in sync with the code
521   // in AssumptionCache::updateAffectedValues.
522
523   for (auto &AssumeVH : Q.AC->assumptionsFor(V)) {
524     if (!AssumeVH)
525       continue;
526     CallInst *I = cast<CallInst>(AssumeVH);
527     assert(I->getParent()->getParent() == Q.CxtI->getParent()->getParent() &&
528            "Got assumption for the wrong function!");
529     if (Q.isExcluded(I))
530       continue;
531
532     // Warning: This loop can end up being somewhat performance sensetive.
533     // We're running this loop for once for each value queried resulting in a
534     // runtime of ~O(#assumes * #values).
535
536     assert(I->getCalledFunction()->getIntrinsicID() == Intrinsic::assume &&
537            "must be an assume intrinsic");
538
539     Value *Arg = I->getArgOperand(0);
540
541     if (Arg == V && isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
542       assert(BitWidth == 1 && "assume operand is not i1?");
543       Known.setAllOnes();
544       return;
545     }
546     if (match(Arg, m_Not(m_Specific(V))) &&
547         isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
548       assert(BitWidth == 1 && "assume operand is not i1?");
549       Known.setAllZero();
550       return;
551     }
552
553     // The remaining tests are all recursive, so bail out if we hit the limit.
554     if (Depth == MaxDepth)
555       continue;
556
557     Value *A, *B;
558     auto m_V = m_CombineOr(m_Specific(V),
559                            m_CombineOr(m_PtrToInt(m_Specific(V)),
560                            m_BitCast(m_Specific(V))));
561
562     CmpInst::Predicate Pred;
563     ConstantInt *C;
564     // assume(v = a)
565     if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
566         Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
567       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
568       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
569       Known.Zero |= RHSKnown.Zero;
570       Known.One  |= RHSKnown.One;
571     // assume(v & b = a)
572     } else if (match(Arg,
573                      m_c_ICmp(Pred, m_c_And(m_V, m_Value(B)), m_Value(A))) &&
574                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
575                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
576       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
577       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
578       KnownBits MaskKnown(BitWidth);
579       computeKnownBits(B, MaskKnown, Depth+1, Query(Q, I));
580
581       // For those bits in the mask that are known to be one, we can propagate
582       // known bits from the RHS to V.
583       Known.Zero |= RHSKnown.Zero & MaskKnown.One;
584       Known.One  |= RHSKnown.One  & MaskKnown.One;
585     // assume(~(v & b) = a)
586     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_c_And(m_V, m_Value(B))),
587                                    m_Value(A))) &&
588                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
589                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
590       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
591       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
592       KnownBits MaskKnown(BitWidth);
593       computeKnownBits(B, MaskKnown, Depth+1, Query(Q, I));
594
595       // For those bits in the mask that are known to be one, we can propagate
596       // inverted known bits from the RHS to V.
597       Known.Zero |= RHSKnown.One  & MaskKnown.One;
598       Known.One  |= RHSKnown.Zero & MaskKnown.One;
599     // assume(v | b = a)
600     } else if (match(Arg,
601                      m_c_ICmp(Pred, m_c_Or(m_V, m_Value(B)), m_Value(A))) &&
602                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
603                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
604       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
605       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
606       KnownBits BKnown(BitWidth);
607       computeKnownBits(B, BKnown, Depth+1, Query(Q, I));
608
609       // For those bits in B that are known to be zero, we can propagate known
610       // bits from the RHS to V.
611       Known.Zero |= RHSKnown.Zero & BKnown.Zero;
612       Known.One  |= RHSKnown.One  & BKnown.Zero;
613     // assume(~(v | b) = a)
614     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_c_Or(m_V, m_Value(B))),
615                                    m_Value(A))) &&
616                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
617                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
618       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
619       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
620       KnownBits BKnown(BitWidth);
621       computeKnownBits(B, BKnown, Depth+1, Query(Q, I));
622
623       // For those bits in B that are known to be zero, we can propagate
624       // inverted known bits from the RHS to V.
625       Known.Zero |= RHSKnown.One  & BKnown.Zero;
626       Known.One  |= RHSKnown.Zero & BKnown.Zero;
627     // assume(v ^ b = a)
628     } else if (match(Arg,
629                      m_c_ICmp(Pred, m_c_Xor(m_V, m_Value(B)), m_Value(A))) &&
630                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
631                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
632       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
633       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
634       KnownBits BKnown(BitWidth);
635       computeKnownBits(B, BKnown, Depth+1, Query(Q, I));
636
637       // For those bits in B that are known to be zero, we can propagate known
638       // bits from the RHS to V. For those bits in B that are known to be one,
639       // we can propagate inverted known bits from the RHS to V.
640       Known.Zero |= RHSKnown.Zero & BKnown.Zero;
641       Known.One  |= RHSKnown.One  & BKnown.Zero;
642       Known.Zero |= RHSKnown.One  & BKnown.One;
643       Known.One  |= RHSKnown.Zero & BKnown.One;
644     // assume(~(v ^ b) = a)
645     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_c_Xor(m_V, m_Value(B))),
646                                    m_Value(A))) &&
647                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
648                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
649       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
650       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
651       KnownBits BKnown(BitWidth);
652       computeKnownBits(B, BKnown, Depth+1, Query(Q, I));
653
654       // For those bits in B that are known to be zero, we can propagate
655       // inverted known bits from the RHS to V. For those bits in B that are
656       // known to be one, we can propagate known bits from the RHS to V.
657       Known.Zero |= RHSKnown.One  & BKnown.Zero;
658       Known.One  |= RHSKnown.Zero & BKnown.Zero;
659       Known.Zero |= RHSKnown.Zero & BKnown.One;
660       Known.One  |= RHSKnown.One  & BKnown.One;
661     // assume(v << c = a)
662     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Shl(m_V, m_ConstantInt(C)),
663                                    m_Value(A))) &&
664                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
665                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
666       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
667       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
668       // For those bits in RHS that are known, we can propagate them to known
669       // bits in V shifted to the right by C.
670       RHSKnown.Zero.lshrInPlace(C->getZExtValue());
671       Known.Zero |= RHSKnown.Zero;
672       RHSKnown.One.lshrInPlace(C->getZExtValue());
673       Known.One  |= RHSKnown.One;
674     // assume(~(v << c) = a)
675     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_Shl(m_V, m_ConstantInt(C))),
676                                    m_Value(A))) &&
677                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
678                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
679       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
680       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
681       // For those bits in RHS that are known, we can propagate them inverted
682       // to known bits in V shifted to the right by C.
683       RHSKnown.One.lshrInPlace(C->getZExtValue());
684       Known.Zero |= RHSKnown.One;
685       RHSKnown.Zero.lshrInPlace(C->getZExtValue());
686       Known.One  |= RHSKnown.Zero;
687     // assume(v >> c = a)
688     } else if (match(Arg,
689                      m_c_ICmp(Pred, m_Shr(m_V, m_ConstantInt(C)),
690                               m_Value(A))) &&
691                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
692                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
693       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
694       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
695       // For those bits in RHS that are known, we can propagate them to known
696       // bits in V shifted to the right by C.
697       Known.Zero |= RHSKnown.Zero << C->getZExtValue();
698       Known.One  |= RHSKnown.One  << C->getZExtValue();
699     // assume(~(v >> c) = a)
700     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_Shr(m_V, m_ConstantInt(C))),
701                                    m_Value(A))) &&
702                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
703                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
704       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
705       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
706       // For those bits in RHS that are known, we can propagate them inverted
707       // to known bits in V shifted to the right by C.
708       Known.Zero |= RHSKnown.One  << C->getZExtValue();
709       Known.One  |= RHSKnown.Zero << C->getZExtValue();
710     // assume(v >=_s c) where c is non-negative
711     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
712                Pred == ICmpInst::ICMP_SGE &&
713                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
714       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
715       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
716
717       if (RHSKnown.isNonNegative()) {
718         // We know that the sign bit is zero.
719         Known.makeNonNegative();
720       }
721     // assume(v >_s c) where c is at least -1.
722     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
723                Pred == ICmpInst::ICMP_SGT &&
724                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
725       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
726       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
727
728       if (RHSKnown.isAllOnes() || RHSKnown.isNonNegative()) {
729         // We know that the sign bit is zero.
730         Known.makeNonNegative();
731       }
732     // assume(v <=_s c) where c is negative
733     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
734                Pred == ICmpInst::ICMP_SLE &&
735                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
736       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
737       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
738
739       if (RHSKnown.isNegative()) {
740         // We know that the sign bit is one.
741         Known.makeNegative();
742       }
743     // assume(v <_s c) where c is non-positive
744     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
745                Pred == ICmpInst::ICMP_SLT &&
746                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
747       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
748       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
749
750       if (RHSKnown.isZero() || RHSKnown.isNegative()) {
751         // We know that the sign bit is one.
752         Known.makeNegative();
753       }
754     // assume(v <=_u c)
755     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
756                Pred == ICmpInst::ICMP_ULE &&
757                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
758       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
759       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
760
761       // Whatever high bits in c are zero are known to be zero.
762       Known.Zero.setHighBits(RHSKnown.countMinLeadingZeros());
763       // assume(v <_u c)
764     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
765                Pred == ICmpInst::ICMP_ULT &&
766                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
767       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
768       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
769
770       // Whatever high bits in c are zero are known to be zero (if c is a power
771       // of 2, then one more).
772       if (isKnownToBeAPowerOfTwo(A, false, Depth + 1, Query(Q, I)))
773         Known.Zero.setHighBits(RHSKnown.countMinLeadingZeros() + 1);
774       else
775         Known.Zero.setHighBits(RHSKnown.countMinLeadingZeros());
776     }
777   }
778
779   // If assumptions conflict with each other or previous known bits, then we
780   // have a logical fallacy. It's possible that the assumption is not reachable,
781   // so this isn't a real bug. On the other hand, the program may have undefined
782   // behavior, or we might have a bug in the compiler. We can't assert/crash, so
783   // clear out the known bits, try to warn the user, and hope for the best.
784   if (Known.Zero.intersects(Known.One)) {
785     Known.resetAll();
786
787     if (Q.ORE) {
788       auto *CxtI = const_cast<Instruction *>(Q.CxtI);
789       OptimizationRemarkAnalysis ORA("value-tracking", "BadAssumption", CxtI);
790       Q.ORE->emit(ORA << "Detected conflicting code assumptions. Program may "
791                          "have undefined behavior, or compiler may have "
792                          "internal error.");
793     }
794   }
795 }
796
797 // Compute known bits from a shift operator, including those with a
798 // non-constant shift amount. Known is the outputs of this function. Known2 is a
799 // pre-allocated temporary with the/ same bit width as Known. KZF and KOF are
800 // operator-specific functors that, given the known-zero or known-one bits
801 // respectively, and a shift amount, compute the implied known-zero or known-one
802 // bits of the shift operator's result respectively for that shift amount. The
803 // results from calling KZF and KOF are conservatively combined for all
804 // permitted shift amounts.
805 static void computeKnownBitsFromShiftOperator(
806     const Operator *I, KnownBits &Known, KnownBits &Known2,
807     unsigned Depth, const Query &Q,
808     function_ref<APInt(const APInt &, unsigned)> KZF,
809     function_ref<APInt(const APInt &, unsigned)> KOF) {
810   unsigned BitWidth = Known.getBitWidth();
811
812   if (auto *SA = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
813     unsigned ShiftAmt = SA->getLimitedValue(BitWidth-1);
814
815     computeKnownBits(I->getOperand(0), Known, Depth + 1, Q);
816     Known.Zero = KZF(Known.Zero, ShiftAmt);
817     Known.One  = KOF(Known.One, ShiftAmt);
818     // If there is conflict between Known.Zero and Known.One, this must be an
819     // overflowing left shift, so the shift result is undefined. Clear Known
820     // bits so that other code could propagate this undef.
821     if ((Known.Zero & Known.One) != 0)
822       Known.resetAll();
823
824     return;
825   }
826
827   computeKnownBits(I->getOperand(1), Known, Depth + 1, Q);
828
829   // If the shift amount could be greater than or equal to the bit-width of the LHS, the
830   // value could be undef, so we don't know anything about it.
831   if ((~Known.Zero).uge(BitWidth)) {
832     Known.resetAll();
833     return;
834   }
835
836   // Note: We cannot use Known.Zero.getLimitedValue() here, because if
837   // BitWidth > 64 and any upper bits are known, we'll end up returning the
838   // limit value (which implies all bits are known).
839   uint64_t ShiftAmtKZ = Known.Zero.zextOrTrunc(64).getZExtValue();
840   uint64_t ShiftAmtKO = Known.One.zextOrTrunc(64).getZExtValue();
841
842   // It would be more-clearly correct to use the two temporaries for this
843   // calculation. Reusing the APInts here to prevent unnecessary allocations.
844   Known.resetAll();
845
846   // If we know the shifter operand is nonzero, we can sometimes infer more
847   // known bits. However this is expensive to compute, so be lazy about it and
848   // only compute it when absolutely necessary.
849   Optional<bool> ShifterOperandIsNonZero;
850
851   // Early exit if we can't constrain any well-defined shift amount.
852   if (!(ShiftAmtKZ & (PowerOf2Ceil(BitWidth) - 1)) &&
853       !(ShiftAmtKO & (PowerOf2Ceil(BitWidth) - 1))) {
854     ShifterOperandIsNonZero =
855         isKnownNonZero(I->getOperand(1), Depth + 1, Q);
856     if (!*ShifterOperandIsNonZero)
857       return;
858   }
859
860   computeKnownBits(I->getOperand(0), Known2, Depth + 1, Q);
861
862   Known.Zero.setAllBits();
863   Known.One.setAllBits();
864   for (unsigned ShiftAmt = 0; ShiftAmt < BitWidth; ++ShiftAmt) {
865     // Combine the shifted known input bits only for those shift amounts
866     // compatible with its known constraints.
867     if ((ShiftAmt & ~ShiftAmtKZ) != ShiftAmt)
868       continue;
869     if ((ShiftAmt | ShiftAmtKO) != ShiftAmt)
870       continue;
871     // If we know the shifter is nonzero, we may be able to infer more known
872     // bits. This check is sunk down as far as possible to avoid the expensive
873     // call to isKnownNonZero if the cheaper checks above fail.
874     if (ShiftAmt == 0) {
875       if (!ShifterOperandIsNonZero.hasValue())
876         ShifterOperandIsNonZero =
877             isKnownNonZero(I->getOperand(1), Depth + 1, Q);
878       if (*ShifterOperandIsNonZero)
879         continue;
880     }
881
882     Known.Zero &= KZF(Known2.Zero, ShiftAmt);
883     Known.One  &= KOF(Known2.One, ShiftAmt);
884   }
885
886   // If there are no compatible shift amounts, then we've proven that the shift
887   // amount must be >= the BitWidth, and the result is undefined. We could
888   // return anything we'd like, but we need to make sure the sets of known bits
889   // stay disjoint (it should be better for some other code to actually
890   // propagate the undef than to pick a value here using known bits).
891   if (Known.Zero.intersects(Known.One))
892     Known.resetAll();
893 }
894
895 static void computeKnownBitsFromOperator(const Operator *I, KnownBits &Known,
896                                          unsigned Depth, const Query &Q) {
897   unsigned BitWidth = Known.getBitWidth();
898
899   KnownBits Known2(Known);
900   switch (I->getOpcode()) {
901   default: break;
902   case Instruction::Load:
903     if (MDNode *MD = cast<LoadInst>(I)->getMetadata(LLVMContext::MD_range))
904       computeKnownBitsFromRangeMetadata(*MD, Known);
905     break;
906   case Instruction::And: {
907     // If either the LHS or the RHS are Zero, the result is zero.
908     computeKnownBits(I->getOperand(1), Known, Depth + 1, Q);
909     computeKnownBits(I->getOperand(0), Known2, Depth + 1, Q);
910
911     // Output known-1 bits are only known if set in both the LHS & RHS.
912     Known.One &= Known2.One;
913     // Output known-0 are known to be clear if zero in either the LHS | RHS.
914     Known.Zero |= Known2.Zero;
915
916     // and(x, add (x, -1)) is a common idiom that always clears the low bit;
917     // here we handle the more general case of adding any odd number by
918     // matching the form add(x, add(x, y)) where y is odd.
919     // TODO: This could be generalized to clearing any bit set in y where the
920     // following bit is known to be unset in y.
921     Value *Y = nullptr;
922     if (!Known.Zero[0] && !Known.One[0] &&
923         (match(I->getOperand(0), m_Add(m_Specific(I->getOperand(1)),
924                                        m_Value(Y))) ||
925          match(I->getOperand(1), m_Add(m_Specific(I->getOperand(0)),
926                                        m_Value(Y))))) {
927       Known2.resetAll();
928       computeKnownBits(Y, Known2, Depth + 1, Q);
929       if (Known2.countMinTrailingOnes() > 0)
930         Known.Zero.setBit(0);
931     }
932     break;
933   }
934   case Instruction::Or: {
935     computeKnownBits(I->getOperand(1), Known, Depth + 1, Q);
936     computeKnownBits(I->getOperand(0), Known2, Depth + 1, Q);
937
938     // Output known-0 bits are only known if clear in both the LHS & RHS.
939     Known.Zero &= Known2.Zero;
940     // Output known-1 are known to be set if set in either the LHS | RHS.
941     Known.One |= Known2.One;
942     break;
943   }
944   case Instruction::Xor: {
945     computeKnownBits(I->getOperand(1), Known, Depth + 1, Q);
946     computeKnownBits(I->getOperand(0), Known2, Depth + 1, Q);
947
948     // Output known-0 bits are known if clear or set in both the LHS & RHS.
949     APInt KnownZeroOut = (Known.Zero & Known2.Zero) | (Known.One & Known2.One);
950     // Output known-1 are known to be set if set in only one of the LHS, RHS.
951     Known.One = (Known.Zero & Known2.One) | (Known.One & Known2.Zero);
952     Known.Zero = std::move(KnownZeroOut);
953     break;
954   }
955   case Instruction::Mul: {
956     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
957     computeKnownBitsMul(I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW, Known,
958                         Known2, Depth, Q);
959     break;
960   }
961   case Instruction::UDiv: {
962     // For the purposes of computing leading zeros we can conservatively
963     // treat a udiv as a logical right shift by the power of 2 known to
964     // be less than the denominator.
965     computeKnownBits(I->getOperand(0), Known2, Depth + 1, Q);
966     unsigned LeadZ = Known2.countMinLeadingZeros();
967
968     Known2.resetAll();
969     computeKnownBits(I->getOperand(1), Known2, Depth + 1, Q);
970     unsigned RHSMaxLeadingZeros = Known2.countMaxLeadingZeros();
971     if (RHSMaxLeadingZeros != BitWidth)
972       LeadZ = std::min(BitWidth, LeadZ + BitWidth - RHSMaxLeadingZeros - 1);
973
974     Known.Zero.setHighBits(LeadZ);
975     break;
976   }
977   case Instruction::Select: {
978     const Value *LHS, *RHS;
979     SelectPatternFlavor SPF = matchSelectPattern(I, LHS, RHS).Flavor;
980     if (SelectPatternResult::isMinOrMax(SPF)) {
981       computeKnownBits(RHS, Known, Depth + 1, Q);
982       computeKnownBits(LHS, Known2, Depth + 1, Q);
983     } else {
984       computeKnownBits(I->getOperand(2), Known, Depth + 1, Q);
985       computeKnownBits(I->getOperand(1), Known2, Depth + 1, Q);
986     }
987
988     unsigned MaxHighOnes = 0;
989     unsigned MaxHighZeros = 0;
990     if (SPF == SPF_SMAX) {
991       // If both sides are negative, the result is negative.
992       if (Known.isNegative() && Known2.isNegative())
993         // We can derive a lower bound on the result by taking the max of the
994         // leading one bits.
995         MaxHighOnes =
996             std::max(Known.countMinLeadingOnes(), Known2.countMinLeadingOnes());
997       // If either side is non-negative, the result is non-negative.
998       else if (Known.isNonNegative() || Known2.isNonNegative())
999         MaxHighZeros = 1;
1000     } else if (SPF == SPF_SMIN) {
1001       // If both sides are non-negative, the result is non-negative.
1002       if (Known.isNonNegative() && Known2.isNonNegative())
1003         // We can derive an upper bound on the result by taking the max of the
1004         // leading zero bits.
1005         MaxHighZeros = std::max(Known.countMinLeadingZeros(),
1006                                 Known2.countMinLeadingZeros());
1007       // If either side is negative, the result is negative.
1008       else if (Known.isNegative() || Known2.isNegative())
1009         MaxHighOnes = 1;
1010     } else if (SPF == SPF_UMAX) {
1011       // We can derive a lower bound on the result by taking the max of the
1012       // leading one bits.
1013       MaxHighOnes =
1014           std::max(Known.countMinLeadingOnes(), Known2.countMinLeadingOnes());
1015     } else if (SPF == SPF_UMIN) {
1016       // We can derive an upper bound on the result by taking the max of the
1017       // leading zero bits.
1018       MaxHighZeros =
1019           std::max(Known.countMinLeadingZeros(), Known2.countMinLeadingZeros());
1020     }
1021
1022     // Only known if known in both the LHS and RHS.
1023     Known.One &= Known2.One;
1024     Known.Zero &= Known2.Zero;
1025     if (MaxHighOnes > 0)
1026       Known.One.setHighBits(MaxHighOnes);
1027     if (MaxHighZeros > 0)
1028       Known.Zero.setHighBits(MaxHighZeros);
1029     break;
1030   }
1031   case Instruction::FPTrunc:
1032   case Instruction::FPExt:
1033   case Instruction::FPToUI:
1034   case Instruction::FPToSI:
1035   case Instruction::SIToFP:
1036   case Instruction::UIToFP:
1037     break; // Can't work with floating point.
1038   case Instruction::PtrToInt:
1039   case Instruction::IntToPtr:
1040     // Fall through and handle them the same as zext/trunc.
1041     LLVM_FALLTHROUGH;
1042   case Instruction::ZExt:
1043   case Instruction::Trunc: {
1044     Type *SrcTy = I->getOperand(0)->getType();
1045
1046     unsigned SrcBitWidth;
1047     // Note that we handle pointer operands here because of inttoptr/ptrtoint
1048     // which fall through here.
1049     SrcBitWidth = Q.DL.getTypeSizeInBits(SrcTy->getScalarType());
1050
1051     assert(SrcBitWidth && "SrcBitWidth can't be zero");
1052     Known = Known.zextOrTrunc(SrcBitWidth);
1053     computeKnownBits(I->getOperand(0), Known, Depth + 1, Q);
1054     Known = Known.zextOrTrunc(BitWidth);
1055     // Any top bits are known to be zero.
1056     if (BitWidth > SrcBitWidth)
1057       Known.Zero.setBitsFrom(SrcBitWidth);
1058     break;
1059   }
1060   case Instruction::BitCast: {
1061     Type *SrcTy = I->getOperand(0)->getType();
1062     if ((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
1063         // TODO: For now, not handling conversions like:
1064         // (bitcast i64 %x to <2 x i32>)
1065         !I->getType()->isVectorTy()) {
1066       computeKnownBits(I->getOperand(0), Known, Depth + 1, Q);
1067       break;
1068     }
1069     break;
1070   }
1071   case Instruction::SExt: {
1072     // Compute the bits in the result that are not present in the input.
1073     unsigned SrcBitWidth = I->getOperand(0)->getType()->getScalarSizeInBits();
1074
1075     Known = Known.trunc(SrcBitWidth);
1076     computeKnownBits(I->getOperand(0), Known, Depth + 1, Q);
1077     // If the sign bit of the input is known set or clear, then we know the
1078     // top bits of the result.
1079     Known = Known.sext(BitWidth);
1080     break;
1081   }
1082   case Instruction::Shl: {
1083     // (shl X, C1) & C2 == 0   iff   (X & C2 >>u C1) == 0
1084     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
1085     auto KZF = [NSW](const APInt &KnownZero, unsigned ShiftAmt) {
1086       APInt KZResult = KnownZero << ShiftAmt;
1087       KZResult.setLowBits(ShiftAmt); // Low bits known 0.
1088       // If this shift has "nsw" keyword, then the result is either a poison
1089       // value or has the same sign bit as the first operand.
1090       if (NSW && KnownZero.isSignBitSet())
1091         KZResult.setSignBit();
1092       return KZResult;
1093     };
1094
1095     auto KOF = [NSW](const APInt &KnownOne, unsigned ShiftAmt) {
1096       APInt KOResult = KnownOne << ShiftAmt;
1097       if (NSW && KnownOne.isSignBitSet())
1098         KOResult.setSignBit();
1099       return KOResult;
1100     };
1101
1102     computeKnownBitsFromShiftOperator(I, Known, Known2, Depth, Q, KZF, KOF);
1103     break;
1104   }
1105   case Instruction::LShr: {
1106     // (ushr X, C1) & C2 == 0   iff  (-1 >> C1) & C2 == 0
1107     auto KZF = [](const APInt &KnownZero, unsigned ShiftAmt) {
1108       APInt KZResult = KnownZero.lshr(ShiftAmt);
1109       // High bits known zero.
1110       KZResult.setHighBits(ShiftAmt);
1111       return KZResult;
1112     };
1113
1114     auto KOF = [](const APInt &KnownOne, unsigned ShiftAmt) {
1115       return KnownOne.lshr(ShiftAmt);
1116     };
1117
1118     computeKnownBitsFromShiftOperator(I, Known, Known2, Depth, Q, KZF, KOF);
1119     break;
1120   }
1121   case Instruction::AShr: {
1122     // (ashr X, C1) & C2 == 0   iff  (-1 >> C1) & C2 == 0
1123     auto KZF = [](const APInt &KnownZero, unsigned ShiftAmt) {
1124       return KnownZero.ashr(ShiftAmt);
1125     };
1126
1127     auto KOF = [](const APInt &KnownOne, unsigned ShiftAmt) {
1128       return KnownOne.ashr(ShiftAmt);
1129     };
1130
1131     computeKnownBitsFromShiftOperator(I, Known, Known2, Depth, Q, KZF, KOF);
1132     break;
1133   }
1134   case Instruction::Sub: {
1135     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
1136     computeKnownBitsAddSub(false, I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW,
1137                            Known, Known2, Depth, Q);
1138     break;
1139   }
1140   case Instruction::Add: {
1141     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
1142     computeKnownBitsAddSub(true, I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW,
1143                            Known, Known2, Depth, Q);
1144     break;
1145   }
1146   case Instruction::SRem:
1147     if (ConstantInt *Rem = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1148       APInt RA = Rem->getValue().abs();
1149       if (RA.isPowerOf2()) {
1150         APInt LowBits = RA - 1;
1151         computeKnownBits(I->getOperand(0), Known2, Depth + 1, Q);
1152
1153         // The low bits of the first operand are unchanged by the srem.
1154         Known.Zero = Known2.Zero & LowBits;
1155         Known.One = Known2.One & LowBits;
1156
1157         // If the first operand is non-negative or has all low bits zero, then
1158         // the upper bits are all zero.
1159         if (Known2.isNonNegative() || LowBits.isSubsetOf(Known2.Zero))
1160           Known.Zero |= ~LowBits;
1161
1162         // If the first operand is negative and not all low bits are zero, then
1163         // the upper bits are all one.
1164         if (Known2.isNegative() && LowBits.intersects(Known2.One))
1165           Known.One |= ~LowBits;
1166
1167         assert((Known.Zero & Known.One) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
1168         break;
1169       }
1170     }
1171
1172     // The sign bit is the LHS's sign bit, except when the result of the
1173     // remainder is zero.
1174     computeKnownBits(I->getOperand(0), Known2, Depth + 1, Q);
1175     // If it's known zero, our sign bit is also zero.
1176     if (Known2.isNonNegative())
1177       Known.makeNonNegative();
1178
1179     break;
1180   case Instruction::URem: {
1181     if (ConstantInt *Rem = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1182       const APInt &RA = Rem->getValue();
1183       if (RA.isPowerOf2()) {
1184         APInt LowBits = (RA - 1);
1185         computeKnownBits(I->getOperand(0), Known, Depth + 1, Q);
1186         Known.Zero |= ~LowBits;
1187         Known.One &= LowBits;
1188         break;
1189       }
1190     }
1191
1192     // Since the result is less than or equal to either operand, any leading
1193     // zero bits in either operand must also exist in the result.
1194     computeKnownBits(I->getOperand(0), Known, Depth + 1, Q);
1195     computeKnownBits(I->getOperand(1), Known2, Depth + 1, Q);
1196
1197     unsigned Leaders =
1198         std::max(Known.countMinLeadingZeros(), Known2.countMinLeadingZeros());
1199     Known.resetAll();
1200     Known.Zero.setHighBits(Leaders);
1201     break;
1202   }
1203
1204   case Instruction::Alloca: {
1205     const AllocaInst *AI = cast<AllocaInst>(I);
1206     unsigned Align = AI->getAlignment();
1207     if (Align == 0)
1208       Align = Q.DL.getABITypeAlignment(AI->getAllocatedType());
1209
1210     if (Align > 0)
1211       Known.Zero.setLowBits(countTrailingZeros(Align));
1212     break;
1213   }
1214   case Instruction::GetElementPtr: {
1215     // Analyze all of the subscripts of this getelementptr instruction
1216     // to determine if we can prove known low zero bits.
1217     KnownBits LocalKnown(BitWidth);
1218     computeKnownBits(I->getOperand(0), LocalKnown, Depth + 1, Q);
1219     unsigned TrailZ = LocalKnown.countMinTrailingZeros();
1220
1221     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(I);
1222     for (unsigned i = 1, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i, ++GTI) {
1223       Value *Index = I->getOperand(i);
1224       if (StructType *STy = GTI.getStructTypeOrNull()) {
1225         // Handle struct member offset arithmetic.
1226
1227         // Handle case when index is vector zeroinitializer
1228         Constant *CIndex = cast<Constant>(Index);
1229         if (CIndex->isZeroValue())
1230           continue;
1231
1232         if (CIndex->getType()->isVectorTy())
1233           Index = CIndex->getSplatValue();
1234
1235         unsigned Idx = cast<ConstantInt>(Index)->getZExtValue();
1236         const StructLayout *SL = Q.DL.getStructLayout(STy);
1237         uint64_t Offset = SL->getElementOffset(Idx);
1238         TrailZ = std::min<unsigned>(TrailZ,
1239                                     countTrailingZeros(Offset));
1240       } else {
1241         // Handle array index arithmetic.
1242         Type *IndexedTy = GTI.getIndexedType();
1243         if (!IndexedTy->isSized()) {
1244           TrailZ = 0;
1245           break;
1246         }
1247         unsigned GEPOpiBits = Index->getType()->getScalarSizeInBits();
1248         uint64_t TypeSize = Q.DL.getTypeAllocSize(IndexedTy);
1249         LocalKnown.Zero = LocalKnown.One = APInt(GEPOpiBits, 0);
1250         computeKnownBits(Index, LocalKnown, Depth + 1, Q);
1251         TrailZ = std::min(TrailZ,
1252                           unsigned(countTrailingZeros(TypeSize) +
1253                                    LocalKnown.countMinTrailingZeros()));
1254       }
1255     }
1256
1257     Known.Zero.setLowBits(TrailZ);
1258     break;
1259   }
1260   case Instruction::PHI: {
1261     const PHINode *P = cast<PHINode>(I);
1262     // Handle the case of a simple two-predecessor recurrence PHI.
1263     // There's a lot more that could theoretically be done here, but
1264     // this is sufficient to catch some interesting cases.
1265     if (P->getNumIncomingValues() == 2) {
1266       for (unsigned i = 0; i != 2; ++i) {
1267         Value *L = P->getIncomingValue(i);
1268         Value *R = P->getIncomingValue(!i);
1269         Operator *LU = dyn_cast<Operator>(L);
1270         if (!LU)
1271           continue;
1272         unsigned Opcode = LU->getOpcode();
1273         // Check for operations that have the property that if
1274         // both their operands have low zero bits, the result
1275         // will have low zero bits.
1276         if (Opcode == Instruction::Add ||
1277             Opcode == Instruction::Sub ||
1278             Opcode == Instruction::And ||
1279             Opcode == Instruction::Or ||
1280             Opcode == Instruction::Mul) {
1281           Value *LL = LU->getOperand(0);
1282           Value *LR = LU->getOperand(1);
1283           // Find a recurrence.
1284           if (LL == I)
1285             L = LR;
1286           else if (LR == I)
1287             L = LL;
1288           else
1289             break;
1290           // Ok, we have a PHI of the form L op= R. Check for low
1291           // zero bits.
1292           computeKnownBits(R, Known2, Depth + 1, Q);
1293
1294           // We need to take the minimum number of known bits
1295           KnownBits Known3(Known);
1296           computeKnownBits(L, Known3, Depth + 1, Q);
1297
1298           Known.Zero.setLowBits(std::min(Known2.countMinTrailingZeros(),
1299                                          Known3.countMinTrailingZeros()));
1300
1301           if (DontImproveNonNegativePhiBits)
1302             break;
1303
1304           auto *OverflowOp = dyn_cast<OverflowingBinaryOperator>(LU);
1305           if (OverflowOp && OverflowOp->hasNoSignedWrap()) {
1306             // If initial value of recurrence is nonnegative, and we are adding
1307             // a nonnegative number with nsw, the result can only be nonnegative
1308             // or poison value regardless of the number of times we execute the
1309             // add in phi recurrence. If initial value is negative and we are
1310             // adding a negative number with nsw, the result can only be
1311             // negative or poison value. Similar arguments apply to sub and mul.
1312             //
1313             // (add non-negative, non-negative) --> non-negative
1314             // (add negative, negative) --> negative
1315             if (Opcode == Instruction::Add) {
1316               if (Known2.isNonNegative() && Known3.isNonNegative())
1317                 Known.makeNonNegative();
1318               else if (Known2.isNegative() && Known3.isNegative())
1319                 Known.makeNegative();
1320             }
1321
1322             // (sub nsw non-negative, negative) --> non-negative
1323             // (sub nsw negative, non-negative) --> negative
1324             else if (Opcode == Instruction::Sub && LL == I) {
1325               if (Known2.isNonNegative() && Known3.isNegative())
1326                 Known.makeNonNegative();
1327               else if (Known2.isNegative() && Known3.isNonNegative())
1328                 Known.makeNegative();
1329             }
1330
1331             // (mul nsw non-negative, non-negative) --> non-negative
1332             else if (Opcode == Instruction::Mul && Known2.isNonNegative() &&
1333                      Known3.isNonNegative())
1334               Known.makeNonNegative();
1335           }
1336
1337           break;
1338         }
1339       }
1340     }
1341
1342     // Unreachable blocks may have zero-operand PHI nodes.
1343     if (P->getNumIncomingValues() == 0)
1344       break;
1345
1346     // Otherwise take the unions of the known bit sets of the operands,
1347     // taking conservative care to avoid excessive recursion.
1348     if (Depth < MaxDepth - 1 && !Known.Zero && !Known.One) {
1349       // Skip if every incoming value references to ourself.
1350       if (dyn_cast_or_null<UndefValue>(P->hasConstantValue()))
1351         break;
1352
1353       Known.Zero.setAllBits();
1354       Known.One.setAllBits();
1355       for (Value *IncValue : P->incoming_values()) {
1356         // Skip direct self references.
1357         if (IncValue == P) continue;
1358
1359         Known2 = KnownBits(BitWidth);
1360         // Recurse, but cap the recursion to one level, because we don't
1361         // want to waste time spinning around in loops.
1362         computeKnownBits(IncValue, Known2, MaxDepth - 1, Q);
1363         Known.Zero &= Known2.Zero;
1364         Known.One &= Known2.One;
1365         // If all bits have been ruled out, there's no need to check
1366         // more operands.
1367         if (!Known.Zero && !Known.One)
1368           break;
1369       }
1370     }
1371     break;
1372   }
1373   case Instruction::Call:
1374   case Instruction::Invoke:
1375     // If range metadata is attached to this call, set known bits from that,
1376     // and then intersect with known bits based on other properties of the
1377     // function.
1378     if (MDNode *MD = cast<Instruction>(I)->getMetadata(LLVMContext::MD_range))
1379       computeKnownBitsFromRangeMetadata(*MD, Known);
1380     if (const Value *RV = ImmutableCallSite(I).getReturnedArgOperand()) {
1381       computeKnownBits(RV, Known2, Depth + 1, Q);
1382       Known.Zero |= Known2.Zero;
1383       Known.One |= Known2.One;
1384     }
1385     if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
1386       switch (II->getIntrinsicID()) {
1387       default: break;
1388       case Intrinsic::bitreverse:
1389         computeKnownBits(I->getOperand(0), Known2, Depth + 1, Q);
1390         Known.Zero |= Known2.Zero.reverseBits();
1391         Known.One |= Known2.One.reverseBits();
1392         break;
1393       case Intrinsic::bswap:
1394         computeKnownBits(I->getOperand(0), Known2, Depth + 1, Q);
1395         Known.Zero |= Known2.Zero.byteSwap();
1396         Known.One |= Known2.One.byteSwap();
1397         break;
1398       case Intrinsic::ctlz: {
1399         computeKnownBits(I->getOperand(0), Known2, Depth + 1, Q);
1400         // If we have a known 1, its position is our upper bound.
1401         unsigned PossibleLZ = Known2.One.countLeadingZeros();
1402         // If this call is undefined for 0, the result will be less than 2^n.
1403         if (II->getArgOperand(1) == ConstantInt::getTrue(II->getContext()))
1404           PossibleLZ = std::min(PossibleLZ, BitWidth - 1);
1405         unsigned LowBits = Log2_32(PossibleLZ)+1;
1406         Known.Zero.setBitsFrom(LowBits);
1407         break;
1408       }
1409       case Intrinsic::cttz: {
1410         computeKnownBits(I->getOperand(0), Known2, Depth + 1, Q);
1411         // If we have a known 1, its position is our upper bound.
1412         unsigned PossibleTZ = Known2.One.countTrailingZeros();
1413         // If this call is undefined for 0, the result will be less than 2^n.
1414         if (II->getArgOperand(1) == ConstantInt::getTrue(II->getContext()))
1415           PossibleTZ = std::min(PossibleTZ, BitWidth - 1);
1416         unsigned LowBits = Log2_32(PossibleTZ)+1;
1417         Known.Zero.setBitsFrom(LowBits);
1418         break;
1419       }
1420       case Intrinsic::ctpop: {
1421         computeKnownBits(I->getOperand(0), Known2, Depth + 1, Q);
1422         // We can bound the space the count needs.  Also, bits known to be zero
1423         // can't contribute to the population.
1424         unsigned BitsPossiblySet = Known2.countMaxPopulation();
1425         unsigned LowBits = Log2_32(BitsPossiblySet)+1;
1426         Known.Zero.setBitsFrom(LowBits);
1427         // TODO: we could bound KnownOne using the lower bound on the number
1428         // of bits which might be set provided by popcnt KnownOne2.
1429         break;
1430       }
1431       case Intrinsic::x86_sse42_crc32_64_64:
1432         Known.Zero.setBitsFrom(32);
1433         break;
1434       }
1435     }
1436     break;
1437   case Instruction::ExtractElement:
1438     // Look through extract element. At the moment we keep this simple and skip
1439     // tracking the specific element. But at least we might find information
1440     // valid for all elements of the vector (for example if vector is sign
1441     // extended, shifted, etc).
1442     computeKnownBits(I->getOperand(0), Known, Depth + 1, Q);
1443     break;
1444   case Instruction::ExtractValue:
1445     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I->getOperand(0))) {
1446       const ExtractValueInst *EVI = cast<ExtractValueInst>(I);
1447       if (EVI->getNumIndices() != 1) break;
1448       if (EVI->getIndices()[0] == 0) {
1449         switch (II->getIntrinsicID()) {
1450         default: break;
1451         case Intrinsic::uadd_with_overflow:
1452         case Intrinsic::sadd_with_overflow:
1453           computeKnownBitsAddSub(true, II->getArgOperand(0),
1454                                  II->getArgOperand(1), false, Known, Known2,
1455                                  Depth, Q);
1456           break;
1457         case Intrinsic::usub_with_overflow:
1458         case Intrinsic::ssub_with_overflow:
1459           computeKnownBitsAddSub(false, II->getArgOperand(0),
1460                                  II->getArgOperand(1), false, Known, Known2,
1461                                  Depth, Q);
1462           break;
1463         case Intrinsic::umul_with_overflow:
1464         case Intrinsic::smul_with_overflow:
1465           computeKnownBitsMul(II->getArgOperand(0), II->getArgOperand(1), false,
1466                               Known, Known2, Depth, Q);
1467           break;
1468         }
1469       }
1470     }
1471   }
1472 }
1473
1474 /// Determine which bits of V are known to be either zero or one and return
1475 /// them.
1476 KnownBits computeKnownBits(const Value *V, unsigned Depth, const Query &Q) {
1477   KnownBits Known(getBitWidth(V->getType(), Q.DL));
1478   computeKnownBits(V, Known, Depth, Q);
1479   return Known;
1480 }
1481
1482 /// Determine which bits of V are known to be either zero or one and return
1483 /// them in the Known bit set.
1484 ///
1485 /// NOTE: we cannot consider 'undef' to be "IsZero" here.  The problem is that
1486 /// we cannot optimize based on the assumption that it is zero without changing
1487 /// it to be an explicit zero.  If we don't change it to zero, other code could
1488 /// optimized based on the contradictory assumption that it is non-zero.
1489 /// Because instcombine aggressively folds operations with undef args anyway,
1490 /// this won't lose us code quality.
1491 ///
1492 /// This function is defined on values with integer type, values with pointer
1493 /// type, and vectors of integers.  In the case
1494 /// where V is a vector, known zero, and known one values are the
1495 /// same width as the vector element, and the bit is set only if it is true
1496 /// for all of the elements in the vector.
1497 void computeKnownBits(const Value *V, KnownBits &Known, unsigned Depth,
1498                       const Query &Q) {
1499   assert(V && "No Value?");
1500   assert(Depth <= MaxDepth && "Limit Search Depth");
1501   unsigned BitWidth = Known.getBitWidth();
1502
1503   assert((V->getType()->isIntOrIntVectorTy(BitWidth) ||
1504           V->getType()->isPtrOrPtrVectorTy()) &&
1505          "Not integer or pointer type!");
1506   assert(Q.DL.getTypeSizeInBits(V->getType()->getScalarType()) == BitWidth &&
1507          "V and Known should have same BitWidth");
1508   (void)BitWidth;
1509
1510   const APInt *C;
1511   if (match(V, m_APInt(C))) {
1512     // We know all of the bits for a scalar constant or a splat vector constant!
1513     Known.One = *C;
1514     Known.Zero = ~Known.One;
1515     return;
1516   }
1517   // Null and aggregate-zero are all-zeros.
1518   if (isa<ConstantPointerNull>(V) || isa<ConstantAggregateZero>(V)) {
1519     Known.setAllZero();
1520     return;
1521   }
1522   // Handle a constant vector by taking the intersection of the known bits of
1523   // each element.
1524   if (const ConstantDataSequential *CDS = dyn_cast<ConstantDataSequential>(V)) {
1525     // We know that CDS must be a vector of integers. Take the intersection of
1526     // each element.
1527     Known.Zero.setAllBits(); Known.One.setAllBits();
1528     APInt Elt(BitWidth, 0);
1529     for (unsigned i = 0, e = CDS->getNumElements(); i != e; ++i) {
1530       Elt = CDS->getElementAsInteger(i);
1531       Known.Zero &= ~Elt;
1532       Known.One &= Elt;
1533     }
1534     return;
1535   }
1536
1537   if (const auto *CV = dyn_cast<ConstantVector>(V)) {
1538     // We know that CV must be a vector of integers. Take the intersection of
1539     // each element.
1540     Known.Zero.setAllBits(); Known.One.setAllBits();
1541     APInt Elt(BitWidth, 0);
1542     for (unsigned i = 0, e = CV->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1543       Constant *Element = CV->getAggregateElement(i);
1544       auto *ElementCI = dyn_cast_or_null<ConstantInt>(Element);
1545       if (!ElementCI) {
1546         Known.resetAll();
1547         return;
1548       }
1549       Elt = ElementCI->getValue();
1550       Known.Zero &= ~Elt;
1551       Known.One &= Elt;
1552     }
1553     return;
1554   }
1555
1556   // Start out not knowing anything.
1557   Known.resetAll();
1558
1559   // We can't imply anything about undefs.
1560   if (isa<UndefValue>(V))
1561     return;
1562
1563   // There's no point in looking through other users of ConstantData for
1564   // assumptions.  Confirm that we've handled them all.
1565   assert(!isa<ConstantData>(V) && "Unhandled constant data!");
1566
1567   // Limit search depth.
1568   // All recursive calls that increase depth must come after this.
1569   if (Depth == MaxDepth)
1570     return;
1571
1572   // A weak GlobalAlias is totally unknown. A non-weak GlobalAlias has
1573   // the bits of its aliasee.
1574   if (const GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V)) {
1575     if (!GA->isInterposable())
1576       computeKnownBits(GA->getAliasee(), Known, Depth + 1, Q);
1577     return;
1578   }
1579
1580   if (const Operator *I = dyn_cast<Operator>(V))
1581     computeKnownBitsFromOperator(I, Known, Depth, Q);
1582
1583   // Aligned pointers have trailing zeros - refine Known.Zero set
1584   if (V->getType()->isPointerTy()) {
1585     unsigned Align = V->getPointerAlignment(Q.DL);
1586     if (Align)
1587       Known.Zero.setLowBits(countTrailingZeros(Align));
1588   }
1589
1590   // computeKnownBitsFromAssume strictly refines Known.
1591   // Therefore, we run them after computeKnownBitsFromOperator.
1592
1593   // Check whether a nearby assume intrinsic can determine some known bits.
1594   computeKnownBitsFromAssume(V, Known, Depth, Q);
1595
1596   assert((Known.Zero & Known.One) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
1597 }
1598
1599 /// Return true if the given value is known to have exactly one
1600 /// bit set when defined. For vectors return true if every element is known to
1601 /// be a power of two when defined. Supports values with integer or pointer
1602 /// types and vectors of integers.
1603 bool isKnownToBeAPowerOfTwo(const Value *V, bool OrZero, unsigned Depth,
1604                             const Query &Q) {
1605   if (const Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
1606     if (C->isNullValue())
1607       return OrZero;
1608
1609     const APInt *ConstIntOrConstSplatInt;
1610     if (match(C, m_APInt(ConstIntOrConstSplatInt)))
1611       return ConstIntOrConstSplatInt->isPowerOf2();
1612   }
1613
1614   // 1 << X is clearly a power of two if the one is not shifted off the end.  If
1615   // it is shifted off the end then the result is undefined.
1616   if (match(V, m_Shl(m_One(), m_Value())))
1617     return true;
1618
1619   // (signmask) >>l X is clearly a power of two if the one is not shifted off
1620   // the bottom.  If it is shifted off the bottom then the result is undefined.
1621   if (match(V, m_LShr(m_SignMask(), m_Value())))
1622     return true;
1623
1624   // The remaining tests are all recursive, so bail out if we hit the limit.
1625   if (Depth++ == MaxDepth)
1626     return false;
1627
1628   Value *X = nullptr, *Y = nullptr;
1629   // A shift left or a logical shift right of a power of two is a power of two
1630   // or zero.
1631   if (OrZero && (match(V, m_Shl(m_Value(X), m_Value())) ||
1632                  match(V, m_LShr(m_Value(X), m_Value()))))
1633     return isKnownToBeAPowerOfTwo(X, /*OrZero*/ true, Depth, Q);
1634
1635   if (const ZExtInst *ZI = dyn_cast<ZExtInst>(V))
1636     return isKnownToBeAPowerOfTwo(ZI->getOperand(0), OrZero, Depth, Q);
1637
1638   if (const SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V))
1639     return isKnownToBeAPowerOfTwo(SI->getTrueValue(), OrZero, Depth, Q) &&
1640            isKnownToBeAPowerOfTwo(SI->getFalseValue(), OrZero, Depth, Q);
1641
1642   if (OrZero && match(V, m_And(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1643     // A power of two and'd with anything is a power of two or zero.
1644     if (isKnownToBeAPowerOfTwo(X, /*OrZero*/ true, Depth, Q) ||
1645         isKnownToBeAPowerOfTwo(Y, /*OrZero*/ true, Depth, Q))
1646       return true;
1647     // X & (-X) is always a power of two or zero.
1648     if (match(X, m_Neg(m_Specific(Y))) || match(Y, m_Neg(m_Specific(X))))
1649       return true;
1650     return false;
1651   }
1652
1653   // Adding a power-of-two or zero to the same power-of-two or zero yields
1654   // either the original power-of-two, a larger power-of-two or zero.
1655   if (match(V, m_Add(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1656     const OverflowingBinaryOperator *VOBO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V);
1657     if (OrZero || VOBO->hasNoUnsignedWrap() || VOBO->hasNoSignedWrap()) {
1658       if (match(X, m_And(m_Specific(Y), m_Value())) ||
1659           match(X, m_And(m_Value(), m_Specific(Y))))
1660         if (isKnownToBeAPowerOfTwo(Y, OrZero, Depth, Q))
1661           return true;
1662       if (match(Y, m_And(m_Specific(X), m_Value())) ||
1663           match(Y, m_And(m_Value(), m_Specific(X))))
1664         if (isKnownToBeAPowerOfTwo(X, OrZero, Depth, Q))
1665           return true;
1666
1667       unsigned BitWidth = V->getType()->getScalarSizeInBits();
1668       KnownBits LHSBits(BitWidth);
1669       computeKnownBits(X, LHSBits, Depth, Q);
1670
1671       KnownBits RHSBits(BitWidth);
1672       computeKnownBits(Y, RHSBits, Depth, Q);
1673       // If i8 V is a power of two or zero:
1674       //  ZeroBits: 1 1 1 0 1 1 1 1
1675       // ~ZeroBits: 0 0 0 1 0 0 0 0
1676       if ((~(LHSBits.Zero & RHSBits.Zero)).isPowerOf2())
1677         // If OrZero isn't set, we cannot give back a zero result.
1678         // Make sure either the LHS or RHS has a bit set.
1679         if (OrZero || RHSBits.One.getBoolValue() || LHSBits.One.getBoolValue())
1680           return true;
1681     }
1682   }
1683
1684   // An exact divide or right shift can only shift off zero bits, so the result
1685   // is a power of two only if the first operand is a power of two and not
1686   // copying a sign bit (sdiv int_min, 2).
1687   if (match(V, m_Exact(m_LShr(m_Value(), m_Value()))) ||
1688       match(V, m_Exact(m_UDiv(m_Value(), m_Value())))) {
1689     return isKnownToBeAPowerOfTwo(cast<Operator>(V)->getOperand(0), OrZero,
1690                                   Depth, Q);
1691   }
1692
1693   return false;
1694 }
1695
1696 /// \brief Test whether a GEP's result is known to be non-null.
1697 ///
1698 /// Uses properties inherent in a GEP to try to determine whether it is known
1699 /// to be non-null.
1700 ///
1701 /// Currently this routine does not support vector GEPs.
1702 static bool isGEPKnownNonNull(const GEPOperator *GEP, unsigned Depth,
1703                               const Query &Q) {
1704   if (!GEP->isInBounds() || GEP->getPointerAddressSpace() != 0)
1705     return false;
1706
1707   // FIXME: Support vector-GEPs.
1708   assert(GEP->getType()->isPointerTy() && "We only support plain pointer GEP");
1709
1710   // If the base pointer is non-null, we cannot walk to a null address with an
1711   // inbounds GEP in address space zero.
1712   if (isKnownNonZero(GEP->getPointerOperand(), Depth, Q))
1713     return true;
1714
1715   // Walk the GEP operands and see if any operand introduces a non-zero offset.
1716   // If so, then the GEP cannot produce a null pointer, as doing so would
1717   // inherently violate the inbounds contract within address space zero.
1718   for (gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP), GTE = gep_type_end(GEP);
1719        GTI != GTE; ++GTI) {
1720     // Struct types are easy -- they must always be indexed by a constant.
1721     if (StructType *STy = GTI.getStructTypeOrNull()) {
1722       ConstantInt *OpC = cast<ConstantInt>(GTI.getOperand());
1723       unsigned ElementIdx = OpC->getZExtValue();
1724       const StructLayout *SL = Q.DL.getStructLayout(STy);
1725       uint64_t ElementOffset = SL->getElementOffset(ElementIdx);
1726       if (ElementOffset > 0)
1727         return true;
1728       continue;
1729     }
1730
1731     // If we have a zero-sized type, the index doesn't matter. Keep looping.
1732     if (Q.DL.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType()) == 0)
1733       continue;
1734
1735     // Fast path the constant operand case both for efficiency and so we don't
1736     // increment Depth when just zipping down an all-constant GEP.
1737     if (ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GTI.getOperand())) {
1738       if (!OpC->isZero())
1739         return true;
1740       continue;
1741     }
1742
1743     // We post-increment Depth here because while isKnownNonZero increments it
1744     // as well, when we pop back up that increment won't persist. We don't want
1745     // to recurse 10k times just because we have 10k GEP operands. We don't
1746     // bail completely out because we want to handle constant GEPs regardless
1747     // of depth.
1748     if (Depth++ >= MaxDepth)
1749       continue;
1750
1751     if (isKnownNonZero(GTI.getOperand(), Depth, Q))
1752       return true;
1753   }
1754
1755   return false;
1756 }
1757
1758 /// Does the 'Range' metadata (which must be a valid MD_range operand list)
1759 /// ensure that the value it's attached to is never Value?  'RangeType' is
1760 /// is the type of the value described by the range.
1761 static bool rangeMetadataExcludesValue(const MDNode* Ranges, const APInt& Value) {
1762   const unsigned NumRanges = Ranges->getNumOperands() / 2;
1763   assert(NumRanges >= 1);
1764   for (unsigned i = 0; i < NumRanges; ++i) {
1765     ConstantInt *Lower =
1766         mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges->getOperand(2 * i + 0));
1767     ConstantInt *Upper =
1768         mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges->getOperand(2 * i + 1));
1769     ConstantRange Range(Lower->getValue(), Upper->getValue());
1770     if (Range.contains(Value))
1771       return false;
1772   }
1773   return true;
1774 }
1775
1776 /// Return true if the given value is known to be non-zero when defined. For
1777 /// vectors, return true if every element is known to be non-zero when
1778 /// defined. For pointers, if the context instruction and dominator tree are
1779 /// specified, perform context-sensitive analysis and return true if the
1780 /// pointer couldn't possibly be null at the specified instruction.
1781 /// Supports values with integer or pointer type and vectors of integers.
1782 bool isKnownNonZero(const Value *V, unsigned Depth, const Query &Q) {
1783   if (auto *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
1784     if (C->isNullValue())
1785       return false;
1786     if (isa<ConstantInt>(C))
1787       // Must be non-zero due to null test above.
1788       return true;
1789
1790     // For constant vectors, check that all elements are undefined or known
1791     // non-zero to determine that the whole vector is known non-zero.
1792     if (auto *VecTy = dyn_cast<VectorType>(C->getType())) {
1793       for (unsigned i = 0, e = VecTy->getNumElements(); i != e; ++i) {
1794         Constant *Elt = C->getAggregateElement(i);
1795         if (!Elt || Elt->isNullValue())
1796           return false;
1797         if (!isa<UndefValue>(Elt) && !isa<ConstantInt>(Elt))
1798           return false;
1799       }
1800       return true;
1801     }
1802
1803     return false;
1804   }
1805
1806   if (auto *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
1807     if (MDNode *Ranges = I->getMetadata(LLVMContext::MD_range)) {
1808       // If the possible ranges don't contain zero, then the value is
1809       // definitely non-zero.
1810       if (auto *Ty = dyn_cast<IntegerType>(V->getType())) {
1811         const APInt ZeroValue(Ty->getBitWidth(), 0);
1812         if (rangeMetadataExcludesValue(Ranges, ZeroValue))
1813           return true;
1814       }
1815     }
1816   }
1817
1818   // The remaining tests are all recursive, so bail out if we hit the limit.
1819   if (Depth++ >= MaxDepth)
1820     return false;
1821
1822   // Check for pointer simplifications.
1823   if (V->getType()->isPointerTy()) {
1824     if (isKnownNonNullAt(V, Q.CxtI, Q.DT))
1825       return true;
1826     if (const GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V))
1827       if (isGEPKnownNonNull(GEP, Depth, Q))
1828         return true;
1829   }
1830
1831   unsigned BitWidth = getBitWidth(V->getType()->getScalarType(), Q.DL);
1832
1833   // X | Y != 0 if X != 0 or Y != 0.
1834   Value *X = nullptr, *Y = nullptr;
1835   if (match(V, m_Or(m_Value(X), m_Value(Y))))
1836     return isKnownNonZero(X, Depth, Q) || isKnownNonZero(Y, Depth, Q);
1837
1838   // ext X != 0 if X != 0.
1839   if (isa<SExtInst>(V) || isa<ZExtInst>(V))
1840     return isKnownNonZero(cast<Instruction>(V)->getOperand(0), Depth, Q);
1841
1842   // shl X, Y != 0 if X is odd.  Note that the value of the shift is undefined
1843   // if the lowest bit is shifted off the end.
1844   if (match(V, m_Shl(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1845     // shl nuw can't remove any non-zero bits.
1846     const OverflowingBinaryOperator *BO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V);
1847     if (BO->hasNoUnsignedWrap())
1848       return isKnownNonZero(X, Depth, Q);
1849
1850     KnownBits Known(BitWidth);
1851     computeKnownBits(X, Known, Depth, Q);
1852     if (Known.One[0])
1853       return true;
1854   }
1855   // shr X, Y != 0 if X is negative.  Note that the value of the shift is not
1856   // defined if the sign bit is shifted off the end.
1857   else if (match(V, m_Shr(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1858     // shr exact can only shift out zero bits.
1859     const PossiblyExactOperator *BO = cast<PossiblyExactOperator>(V);
1860     if (BO->isExact())
1861       return isKnownNonZero(X, Depth, Q);
1862
1863     KnownBits Known = computeKnownBits(X, Depth, Q);
1864     if (Known.isNegative())
1865       return true;
1866
1867     // If the shifter operand is a constant, and all of the bits shifted
1868     // out are known to be zero, and X is known non-zero then at least one
1869     // non-zero bit must remain.
1870     if (ConstantInt *Shift = dyn_cast<ConstantInt>(Y)) {
1871       auto ShiftVal = Shift->getLimitedValue(BitWidth - 1);
1872       // Is there a known one in the portion not shifted out?
1873       if (Known.countMaxLeadingZeros() < BitWidth - ShiftVal)
1874         return true;
1875       // Are all the bits to be shifted out known zero?
1876       if (Known.countMinTrailingZeros() >= ShiftVal)
1877         return isKnownNonZero(X, Depth, Q);
1878     }
1879   }
1880   // div exact can only produce a zero if the dividend is zero.
1881   else if (match(V, m_Exact(m_IDiv(m_Value(X), m_Value())))) {
1882     return isKnownNonZero(X, Depth, Q);
1883   }
1884   // X + Y.
1885   else if (match(V, m_Add(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1886     KnownBits XKnown = computeKnownBits(X, Depth, Q);
1887     KnownBits YKnown = computeKnownBits(Y, Depth, Q);
1888
1889     // If X and Y are both non-negative (as signed values) then their sum is not
1890     // zero unless both X and Y are zero.
1891     if (XKnown.isNonNegative() && YKnown.isNonNegative())
1892       if (isKnownNonZero(X, Depth, Q) || isKnownNonZero(Y, Depth, Q))
1893         return true;
1894
1895     // If X and Y are both negative (as signed values) then their sum is not
1896     // zero unless both X and Y equal INT_MIN.
1897     if (XKnown.isNegative() && YKnown.isNegative()) {
1898       APInt Mask = APInt::getSignedMaxValue(BitWidth);
1899       // The sign bit of X is set.  If some other bit is set then X is not equal
1900       // to INT_MIN.
1901       if (XKnown.One.intersects(Mask))
1902         return true;
1903       // The sign bit of Y is set.  If some other bit is set then Y is not equal
1904       // to INT_MIN.
1905       if (YKnown.One.intersects(Mask))
1906         return true;
1907     }
1908
1909     // The sum of a non-negative number and a power of two is not zero.
1910     if (XKnown.isNonNegative() &&
1911         isKnownToBeAPowerOfTwo(Y, /*OrZero*/ false, Depth, Q))
1912       return true;
1913     if (YKnown.isNonNegative() &&
1914         isKnownToBeAPowerOfTwo(X, /*OrZero*/ false, Depth, Q))
1915       return true;
1916   }
1917   // X * Y.
1918   else if (match(V, m_Mul(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1919     const OverflowingBinaryOperator *BO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V);
1920     // If X and Y are non-zero then so is X * Y as long as the multiplication
1921     // does not overflow.
1922     if ((BO->hasNoSignedWrap() || BO->hasNoUnsignedWrap()) &&
1923         isKnownNonZero(X, Depth, Q) && isKnownNonZero(Y, Depth, Q))
1924       return true;
1925   }
1926   // (C ? X : Y) != 0 if X != 0 and Y != 0.
1927   else if (const SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
1928     if (isKnownNonZero(SI->getTrueValue(), Depth, Q) &&
1929         isKnownNonZero(SI->getFalseValue(), Depth, Q))
1930       return true;
1931   }
1932   // PHI
1933   else if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
1934     // Try and detect a recurrence that monotonically increases from a
1935     // starting value, as these are common as induction variables.
1936     if (PN->getNumIncomingValues() == 2) {
1937       Value *Start = PN->getIncomingValue(0);
1938       Value *Induction = PN->getIncomingValue(1);
1939       if (isa<ConstantInt>(Induction) && !isa<ConstantInt>(Start))
1940         std::swap(Start, Induction);
1941       if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Start)) {
1942         if (!C->isZero() && !C->isNegative()) {
1943           ConstantInt *X;
1944           if ((match(Induction, m_NSWAdd(m_Specific(PN), m_ConstantInt(X))) ||
1945                match(Induction, m_NUWAdd(m_Specific(PN), m_ConstantInt(X)))) &&
1946               !X->isNegative())
1947             return true;
1948         }
1949       }
1950     }
1951     // Check if all incoming values are non-zero constant.
1952     bool AllNonZeroConstants = all_of(PN->operands(), [](Value *V) {
1953       return isa<ConstantInt>(V) && !cast<ConstantInt>(V)->isZero();
1954     });
1955     if (AllNonZeroConstants)
1956       return true;
1957   }
1958
1959   KnownBits Known(BitWidth);
1960   computeKnownBits(V, Known, Depth, Q);
1961   return Known.One != 0;
1962 }
1963
1964 /// Return true if V2 == V1 + X, where X is known non-zero.
1965 static bool isAddOfNonZero(const Value *V1, const Value *V2, const Query &Q) {
1966   const BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(V1);
1967   if (!BO || BO->getOpcode() != Instruction::Add)
1968     return false;
1969   Value *Op = nullptr;
1970   if (V2 == BO->getOperand(0))
1971     Op = BO->getOperand(1);
1972   else if (V2 == BO->getOperand(1))
1973     Op = BO->getOperand(0);
1974   else
1975     return false;
1976   return isKnownNonZero(Op, 0, Q);
1977 }
1978
1979 /// Return true if it is known that V1 != V2.
1980 static bool isKnownNonEqual(const Value *V1, const Value *V2, const Query &Q) {
1981   if (V1 == V2)
1982     return false;
1983   if (V1->getType() != V2->getType())
1984     // We can't look through casts yet.
1985     return false;
1986   if (isAddOfNonZero(V1, V2, Q) || isAddOfNonZero(V2, V1, Q))
1987     return true;
1988
1989   if (V1->getType()->isIntOrIntVectorTy()) {
1990     // Are any known bits in V1 contradictory to known bits in V2? If V1
1991     // has a known zero where V2 has a known one, they must not be equal.
1992     KnownBits Known1 = computeKnownBits(V1, 0, Q);
1993     KnownBits Known2 = computeKnownBits(V2, 0, Q);
1994
1995     if (Known1.Zero.intersects(Known2.One) ||
1996         Known2.Zero.intersects(Known1.One))
1997       return true;
1998   }
1999   return false;
2000 }
2001
2002 /// Return true if 'V & Mask' is known to be zero.  We use this predicate to
2003 /// simplify operations downstream. Mask is known to be zero for bits that V
2004 /// cannot have.
2005 ///
2006 /// This function is defined on values with integer type, values with pointer
2007 /// type, and vectors of integers.  In the case
2008 /// where V is a vector, the mask, known zero, and known one values are the
2009 /// same width as the vector element, and the bit is set only if it is true
2010 /// for all of the elements in the vector.
2011 bool MaskedValueIsZero(const Value *V, const APInt &Mask, unsigned Depth,
2012                        const Query &Q) {
2013   KnownBits Known(Mask.getBitWidth());
2014   computeKnownBits(V, Known, Depth, Q);
2015   return Mask.isSubsetOf(Known.Zero);
2016 }
2017
2018 /// For vector constants, loop over the elements and find the constant with the
2019 /// minimum number of sign bits. Return 0 if the value is not a vector constant
2020 /// or if any element was not analyzed; otherwise, return the count for the
2021 /// element with the minimum number of sign bits.
2022 static unsigned computeNumSignBitsVectorConstant(const Value *V,
2023                                                  unsigned TyBits) {
2024   const auto *CV = dyn_cast<Constant>(V);
2025   if (!CV || !CV->getType()->isVectorTy())
2026     return 0;
2027
2028   unsigned MinSignBits = TyBits;
2029   unsigned NumElts = CV->getType()->getVectorNumElements();
2030   for (unsigned i = 0; i != NumElts; ++i) {
2031     // If we find a non-ConstantInt, bail out.
2032     auto *Elt = dyn_cast_or_null<ConstantInt>(CV->getAggregateElement(i));
2033     if (!Elt)
2034       return 0;
2035
2036     // If the sign bit is 1, flip the bits, so we always count leading zeros.
2037     APInt EltVal = Elt->getValue();
2038     if (EltVal.isNegative())
2039       EltVal = ~EltVal;
2040     MinSignBits = std::min(MinSignBits, EltVal.countLeadingZeros());
2041   }
2042
2043   return MinSignBits;
2044 }
2045
2046 static unsigned ComputeNumSignBitsImpl(const Value *V, unsigned Depth,
2047                                        const Query &Q);
2048
2049 static unsigned ComputeNumSignBits(const Value *V, unsigned Depth,
2050                                    const Query &Q) {
2051   unsigned Result = ComputeNumSignBitsImpl(V, Depth, Q);
2052   assert(Result > 0 && "At least one sign bit needs to be present!");
2053   return Result;
2054 }
2055
2056 /// Return the number of times the sign bit of the register is replicated into
2057 /// the other bits. We know that at least 1 bit is always equal to the sign bit
2058 /// (itself), but other cases can give us information. For example, immediately
2059 /// after an "ashr X, 2", we know that the top 3 bits are all equal to each
2060 /// other, so we return 3. For vectors, return the number of sign bits for the
2061 /// vector element with the mininum number of known sign bits.
2062 static unsigned ComputeNumSignBitsImpl(const Value *V, unsigned Depth,
2063                                        const Query &Q) {
2064
2065   // We return the minimum number of sign bits that are guaranteed to be present
2066   // in V, so for undef we have to conservatively return 1.  We don't have the
2067   // same behavior for poison though -- that's a FIXME today.
2068
2069   unsigned TyBits = Q.DL.getTypeSizeInBits(V->getType()->getScalarType());
2070   unsigned Tmp, Tmp2;
2071   unsigned FirstAnswer = 1;
2072
2073   // Note that ConstantInt is handled by the general computeKnownBits case
2074   // below.
2075
2076   if (Depth == MaxDepth)
2077     return 1;  // Limit search depth.
2078
2079   const Operator *U = dyn_cast<Operator>(V);
2080   switch (Operator::getOpcode(V)) {
2081   default: break;
2082   case Instruction::SExt:
2083     Tmp = TyBits - U->getOperand(0)->getType()->getScalarSizeInBits();
2084     return ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q) + Tmp;
2085
2086   case Instruction::SDiv: {
2087     const APInt *Denominator;
2088     // sdiv X, C -> adds log(C) sign bits.
2089     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(Denominator))) {
2090
2091       // Ignore non-positive denominator.
2092       if (!Denominator->isStrictlyPositive())
2093         break;
2094
2095       // Calculate the incoming numerator bits.
2096       unsigned NumBits = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q);
2097
2098       // Add floor(log(C)) bits to the numerator bits.
2099       return std::min(TyBits, NumBits + Denominator->logBase2());
2100     }
2101     break;
2102   }
2103
2104   case Instruction::SRem: {
2105     const APInt *Denominator;
2106     // srem X, C -> we know that the result is within [-C+1,C) when C is a
2107     // positive constant.  This let us put a lower bound on the number of sign
2108     // bits.
2109     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(Denominator))) {
2110
2111       // Ignore non-positive denominator.
2112       if (!Denominator->isStrictlyPositive())
2113         break;
2114
2115       // Calculate the incoming numerator bits. SRem by a positive constant
2116       // can't lower the number of sign bits.
2117       unsigned NumrBits =
2118           ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q);
2119
2120       // Calculate the leading sign bit constraints by examining the
2121       // denominator.  Given that the denominator is positive, there are two
2122       // cases:
2123       //
2124       //  1. the numerator is positive.  The result range is [0,C) and [0,C) u<
2125       //     (1 << ceilLogBase2(C)).
2126       //
2127       //  2. the numerator is negative.  Then the result range is (-C,0] and
2128       //     integers in (-C,0] are either 0 or >u (-1 << ceilLogBase2(C)).
2129       //
2130       // Thus a lower bound on the number of sign bits is `TyBits -
2131       // ceilLogBase2(C)`.
2132
2133       unsigned ResBits = TyBits - Denominator->ceilLogBase2();
2134       return std::max(NumrBits, ResBits);
2135     }
2136     break;
2137   }
2138
2139   case Instruction::AShr: {
2140     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q);
2141     // ashr X, C   -> adds C sign bits.  Vectors too.
2142     const APInt *ShAmt;
2143     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(ShAmt))) {
2144       unsigned ShAmtLimited = ShAmt->getZExtValue();
2145       if (ShAmtLimited >= TyBits)
2146         break;  // Bad shift.
2147       Tmp += ShAmtLimited;
2148       if (Tmp > TyBits) Tmp = TyBits;
2149     }
2150     return Tmp;
2151   }
2152   case Instruction::Shl: {
2153     const APInt *ShAmt;
2154     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(ShAmt))) {
2155       // shl destroys sign bits.
2156       Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q);
2157       Tmp2 = ShAmt->getZExtValue();
2158       if (Tmp2 >= TyBits ||      // Bad shift.
2159           Tmp2 >= Tmp) break;    // Shifted all sign bits out.
2160       return Tmp - Tmp2;
2161     }
2162     break;
2163   }
2164   case Instruction::And:
2165   case Instruction::Or:
2166   case Instruction::Xor:    // NOT is handled here.
2167     // Logical binary ops preserve the number of sign bits at the worst.
2168     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q);
2169     if (Tmp != 1) {
2170       Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), Depth + 1, Q);
2171       FirstAnswer = std::min(Tmp, Tmp2);
2172       // We computed what we know about the sign bits as our first
2173       // answer. Now proceed to the generic code that uses
2174       // computeKnownBits, and pick whichever answer is better.
2175     }
2176     break;
2177
2178   case Instruction::Select:
2179     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), Depth + 1, Q);
2180     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
2181     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(2), Depth + 1, Q);
2182     return std::min(Tmp, Tmp2);
2183
2184   case Instruction::Add:
2185     // Add can have at most one carry bit.  Thus we know that the output
2186     // is, at worst, one more bit than the inputs.
2187     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q);
2188     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
2189
2190     // Special case decrementing a value (ADD X, -1):
2191     if (const auto *CRHS = dyn_cast<Constant>(U->getOperand(1)))
2192       if (CRHS->isAllOnesValue()) {
2193         KnownBits Known(TyBits);
2194         computeKnownBits(U->getOperand(0), Known, Depth + 1, Q);
2195
2196         // If the input is known to be 0 or 1, the output is 0/-1, which is all
2197         // sign bits set.
2198         if ((Known.Zero | 1).isAllOnesValue())
2199           return TyBits;
2200
2201         // If we are subtracting one from a positive number, there is no carry
2202         // out of the result.
2203         if (Known.isNonNegative())
2204           return Tmp;
2205       }
2206
2207     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), Depth + 1, Q);
2208     if (Tmp2 == 1) return 1;
2209     return std::min(Tmp, Tmp2)-1;
2210
2211   case Instruction::Sub:
2212     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), Depth + 1, Q);
2213     if (Tmp2 == 1) return 1;
2214
2215     // Handle NEG.
2216     if (const auto *CLHS = dyn_cast<Constant>(U->getOperand(0)))
2217       if (CLHS->isNullValue()) {
2218         KnownBits Known(TyBits);
2219         computeKnownBits(U->getOperand(1), Known, Depth + 1, Q);
2220         // If the input is known to be 0 or 1, the output is 0/-1, which is all
2221         // sign bits set.
2222         if ((Known.Zero | 1).isAllOnesValue())
2223           return TyBits;
2224
2225         // If the input is known to be positive (the sign bit is known clear),
2226         // the output of the NEG has the same number of sign bits as the input.
2227         if (Known.isNonNegative())
2228           return Tmp2;
2229
2230         // Otherwise, we treat this like a SUB.
2231       }
2232
2233     // Sub can have at most one carry bit.  Thus we know that the output
2234     // is, at worst, one more bit than the inputs.
2235     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q);
2236     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
2237     return std::min(Tmp, Tmp2)-1;
2238
2239   case Instruction::PHI: {
2240     const PHINode *PN = cast<PHINode>(U);
2241     unsigned NumIncomingValues = PN->getNumIncomingValues();
2242     // Don't analyze large in-degree PHIs.
2243     if (NumIncomingValues > 4) break;
2244     // Unreachable blocks may have zero-operand PHI nodes.
2245     if (NumIncomingValues == 0) break;
2246
2247     // Take the minimum of all incoming values.  This can't infinitely loop
2248     // because of our depth threshold.
2249     Tmp = ComputeNumSignBits(PN->getIncomingValue(0), Depth + 1, Q);
2250     for (unsigned i = 1, e = NumIncomingValues; i != e; ++i) {
2251       if (Tmp == 1) return Tmp;
2252       Tmp = std::min(
2253           Tmp, ComputeNumSignBits(PN->getIncomingValue(i), Depth + 1, Q));
2254     }
2255     return Tmp;
2256   }
2257
2258   case Instruction::Trunc:
2259     // FIXME: it's tricky to do anything useful for this, but it is an important
2260     // case for targets like X86.
2261     break;
2262
2263   case Instruction::ExtractElement:
2264     // Look through extract element. At the moment we keep this simple and skip
2265     // tracking the specific element. But at least we might find information
2266     // valid for all elements of the vector (for example if vector is sign
2267     // extended, shifted, etc).
2268     return ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q);
2269   }
2270
2271   // Finally, if we can prove that the top bits of the result are 0's or 1's,
2272   // use this information.
2273
2274   // If we can examine all elements of a vector constant successfully, we're
2275   // done (we can't do any better than that). If not, keep trying.
2276   if (unsigned VecSignBits = computeNumSignBitsVectorConstant(V, TyBits))
2277     return VecSignBits;
2278
2279   KnownBits Known(TyBits);
2280   computeKnownBits(V, Known, Depth, Q);
2281
2282   // If we know that the sign bit is either zero or one, determine the number of
2283   // identical bits in the top of the input value.
2284   return std::max(FirstAnswer, Known.countMinSignBits());
2285 }
2286
2287 /// This function computes the integer multiple of Base that equals V.
2288 /// If successful, it returns true and returns the multiple in
2289 /// Multiple. If unsuccessful, it returns false. It looks
2290 /// through SExt instructions only if LookThroughSExt is true.
2291 bool llvm::ComputeMultiple(Value *V, unsigned Base, Value *&Multiple,
2292                            bool LookThroughSExt, unsigned Depth) {
2293   const unsigned MaxDepth = 6;
2294
2295   assert(V && "No Value?");
2296   assert(Depth <= MaxDepth && "Limit Search Depth");
2297   assert(V->getType()->isIntegerTy() && "Not integer or pointer type!");
2298
2299   Type *T = V->getType();
2300
2301   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
2302
2303   if (Base == 0)
2304     return false;
2305
2306   if (Base == 1) {
2307     Multiple = V;
2308     return true;
2309   }
2310
2311   ConstantExpr *CO = dyn_cast<ConstantExpr>(V);
2312   Constant *BaseVal = ConstantInt::get(T, Base);
2313   if (CO && CO == BaseVal) {
2314     // Multiple is 1.
2315     Multiple = ConstantInt::get(T, 1);
2316     return true;
2317   }
2318
2319   if (CI && CI->getZExtValue() % Base == 0) {
2320     Multiple = ConstantInt::get(T, CI->getZExtValue() / Base);
2321     return true;
2322   }
2323
2324   if (Depth == MaxDepth) return false;  // Limit search depth.
2325
2326   Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
2327   if (!I) return false;
2328
2329   switch (I->getOpcode()) {
2330   default: break;
2331   case Instruction::SExt:
2332     if (!LookThroughSExt) return false;
2333     // otherwise fall through to ZExt
2334     LLVM_FALLTHROUGH;
2335   case Instruction::ZExt:
2336     return ComputeMultiple(I->getOperand(0), Base, Multiple,
2337                            LookThroughSExt, Depth+1);
2338   case Instruction::Shl:
2339   case Instruction::Mul: {
2340     Value *Op0 = I->getOperand(0);
2341     Value *Op1 = I->getOperand(1);
2342
2343     if (I->getOpcode() == Instruction::Shl) {
2344       ConstantInt *Op1CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op1);
2345       if (!Op1CI) return false;
2346       // Turn Op0 << Op1 into Op0 * 2^Op1
2347       APInt Op1Int = Op1CI->getValue();
2348       uint64_t BitToSet = Op1Int.getLimitedValue(Op1Int.getBitWidth() - 1);
2349       APInt API(Op1Int.getBitWidth(), 0);
2350       API.setBit(BitToSet);
2351       Op1 = ConstantInt::get(V->getContext(), API);
2352     }
2353
2354     Value *Mul0 = nullptr;
2355     if (ComputeMultiple(Op0, Base, Mul0, LookThroughSExt, Depth+1)) {
2356       if (Constant *Op1C = dyn_cast<Constant>(Op1))
2357         if (Constant *MulC = dyn_cast<Constant>(Mul0)) {
2358           if (Op1C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
2359               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
2360             Op1C = ConstantExpr::getZExt(Op1C, MulC->getType());
2361           if (Op1C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() >
2362               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
2363             MulC = ConstantExpr::getZExt(MulC, Op1C->getType());
2364
2365           // V == Base * (Mul0 * Op1), so return (Mul0 * Op1)
2366           Multiple = ConstantExpr::getMul(MulC, Op1C);
2367           return true;
2368         }
2369
2370       if (ConstantInt *Mul0CI = dyn_cast<ConstantInt>(Mul0))
2371         if (Mul0CI->getValue() == 1) {
2372           // V == Base * Op1, so return Op1
2373           Multiple = Op1;
2374           return true;
2375         }
2376     }
2377
2378     Value *Mul1 = nullptr;
2379     if (ComputeMultiple(Op1, Base, Mul1, LookThroughSExt, Depth+1)) {
2380       if (Constant *Op0C = dyn_cast<Constant>(Op0))
2381         if (Constant *MulC = dyn_cast<Constant>(Mul1)) {
2382           if (Op0C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
2383               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
2384             Op0C = ConstantExpr::getZExt(Op0C, MulC->getType());
2385           if (Op0C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() >
2386               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
2387             MulC = ConstantExpr::getZExt(MulC, Op0C->getType());
2388
2389           // V == Base * (Mul1 * Op0), so return (Mul1 * Op0)
2390           Multiple = ConstantExpr::getMul(MulC, Op0C);
2391           return true;
2392         }
2393
2394       if (ConstantInt *Mul1CI = dyn_cast<ConstantInt>(Mul1))
2395         if (Mul1CI->getValue() == 1) {
2396           // V == Base * Op0, so return Op0
2397           Multiple = Op0;
2398           return true;
2399         }
2400     }
2401   }
2402   }
2403
2404   // We could not determine if V is a multiple of Base.
2405   return false;
2406 }
2407
2408 Intrinsic::ID llvm::getIntrinsicForCallSite(ImmutableCallSite ICS,
2409                                             const TargetLibraryInfo *TLI) {
2410   const Function *F = ICS.getCalledFunction();
2411   if (!F)
2412     return Intrinsic::not_intrinsic;
2413
2414   if (F->isIntrinsic())
2415     return F->getIntrinsicID();
2416
2417   if (!TLI)
2418     return Intrinsic::not_intrinsic;
2419
2420   LibFunc Func;
2421   // We're going to make assumptions on the semantics of the functions, check
2422   // that the target knows that it's available in this environment and it does
2423   // not have local linkage.
2424   if (!F || F->hasLocalLinkage() || !TLI->getLibFunc(*F, Func))
2425     return Intrinsic::not_intrinsic;
2426
2427   if (!ICS.onlyReadsMemory())
2428     return Intrinsic::not_intrinsic;
2429
2430   // Otherwise check if we have a call to a function that can be turned into a
2431   // vector intrinsic.
2432   switch (Func) {
2433   default:
2434     break;
2435   case LibFunc_sin:
2436   case LibFunc_sinf:
2437   case LibFunc_sinl:
2438     return Intrinsic::sin;
2439   case LibFunc_cos:
2440   case LibFunc_cosf:
2441   case LibFunc_cosl:
2442     return Intrinsic::cos;
2443   case LibFunc_exp:
2444   case LibFunc_expf:
2445   case LibFunc_expl:
2446     return Intrinsic::exp;
2447   case LibFunc_exp2:
2448   case LibFunc_exp2f:
2449   case LibFunc_exp2l:
2450     return Intrinsic::exp2;
2451   case LibFunc_log:
2452   case LibFunc_logf:
2453   case LibFunc_logl:
2454     return Intrinsic::log;
2455   case LibFunc_log10:
2456   case LibFunc_log10f:
2457   case LibFunc_log10l:
2458     return Intrinsic::log10;
2459   case LibFunc_log2:
2460   case LibFunc_log2f:
2461   case LibFunc_log2l:
2462     return Intrinsic::log2;
2463   case LibFunc_fabs:
2464   case LibFunc_fabsf:
2465   case LibFunc_fabsl:
2466     return Intrinsic::fabs;
2467   case LibFunc_fmin:
2468   case LibFunc_fminf:
2469   case LibFunc_fminl:
2470     return Intrinsic::minnum;
2471   case LibFunc_fmax:
2472   case LibFunc_fmaxf:
2473   case LibFunc_fmaxl:
2474     return Intrinsic::maxnum;
2475   case LibFunc_copysign:
2476   case LibFunc_copysignf:
2477   case LibFunc_copysignl:
2478     return Intrinsic::copysign;
2479   case LibFunc_floor:
2480   case LibFunc_floorf:
2481   case LibFunc_floorl:
2482     return Intrinsic::floor;
2483   case LibFunc_ceil:
2484   case LibFunc_ceilf:
2485   case LibFunc_ceill:
2486     return Intrinsic::ceil;
2487   case LibFunc_trunc:
2488   case LibFunc_truncf:
2489   case LibFunc_truncl:
2490     return Intrinsic::trunc;
2491   case LibFunc_rint:
2492   case LibFunc_rintf:
2493   case LibFunc_rintl:
2494     return Intrinsic::rint;
2495   case LibFunc_nearbyint:
2496   case LibFunc_nearbyintf:
2497   case LibFunc_nearbyintl:
2498     return Intrinsic::nearbyint;
2499   case LibFunc_round:
2500   case LibFunc_roundf:
2501   case LibFunc_roundl:
2502     return Intrinsic::round;
2503   case LibFunc_pow:
2504   case LibFunc_powf:
2505   case LibFunc_powl:
2506     return Intrinsic::pow;
2507   case LibFunc_sqrt:
2508   case LibFunc_sqrtf:
2509   case LibFunc_sqrtl:
2510     if (ICS->hasNoNaNs())
2511       return Intrinsic::sqrt;
2512     return Intrinsic::not_intrinsic;
2513   }
2514
2515   return Intrinsic::not_intrinsic;
2516 }
2517
2518 /// Return true if we can prove that the specified FP value is never equal to
2519 /// -0.0.
2520 ///
2521 /// NOTE: this function will need to be revisited when we support non-default
2522 /// rounding modes!
2523 ///
2524 bool llvm::CannotBeNegativeZero(const Value *V, const TargetLibraryInfo *TLI,
2525                                 unsigned Depth) {
2526   if (const ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V))
2527     return !CFP->getValueAPF().isNegZero();
2528
2529   if (Depth == MaxDepth)
2530     return false;  // Limit search depth.
2531
2532   const Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
2533   if (!I) return false;
2534
2535   // Check if the nsz fast-math flag is set
2536   if (const FPMathOperator *FPO = dyn_cast<FPMathOperator>(I))
2537     if (FPO->hasNoSignedZeros())
2538       return true;
2539
2540   // (add x, 0.0) is guaranteed to return +0.0, not -0.0.
2541   if (I->getOpcode() == Instruction::FAdd)
2542     if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(I->getOperand(1)))
2543       if (CFP->isNullValue())
2544         return true;
2545
2546   // sitofp and uitofp turn into +0.0 for zero.
2547   if (isa<SIToFPInst>(I) || isa<UIToFPInst>(I))
2548     return true;
2549
2550   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
2551     Intrinsic::ID IID = getIntrinsicForCallSite(CI, TLI);
2552     switch (IID) {
2553     default:
2554       break;
2555     // sqrt(-0.0) = -0.0, no other negative results are possible.
2556     case Intrinsic::sqrt:
2557       return CannotBeNegativeZero(CI->getArgOperand(0), TLI, Depth + 1);
2558     // fabs(x) != -0.0
2559     case Intrinsic::fabs:
2560       return true;
2561     }
2562   }
2563
2564   return false;
2565 }
2566
2567 /// If \p SignBitOnly is true, test for a known 0 sign bit rather than a
2568 /// standard ordered compare. e.g. make -0.0 olt 0.0 be true because of the sign
2569 /// bit despite comparing equal.
2570 static bool cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(const Value *V,
2571                                             const TargetLibraryInfo *TLI,
2572                                             bool SignBitOnly,
2573                                             unsigned Depth) {
2574   // TODO: This function does not do the right thing when SignBitOnly is true
2575   // and we're lowering to a hypothetical IEEE 754-compliant-but-evil platform
2576   // which flips the sign bits of NaNs.  See
2577   // https://llvm.org/bugs/show_bug.cgi?id=31702.
2578
2579   if (const ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V)) {
2580     return !CFP->getValueAPF().isNegative() ||
2581            (!SignBitOnly && CFP->getValueAPF().isZero());
2582   }
2583
2584   if (Depth == MaxDepth)
2585     return false; // Limit search depth.
2586
2587   const Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
2588   if (!I)
2589     return false;
2590
2591   switch (I->getOpcode()) {
2592   default:
2593     break;
2594   // Unsigned integers are always nonnegative.
2595   case Instruction::UIToFP:
2596     return true;
2597   case Instruction::FMul:
2598     // x*x is always non-negative or a NaN.
2599     if (I->getOperand(0) == I->getOperand(1) &&
2600         (!SignBitOnly || cast<FPMathOperator>(I)->hasNoNaNs()))
2601       return true;
2602
2603     LLVM_FALLTHROUGH;
2604   case Instruction::FAdd:
2605   case Instruction::FDiv:
2606   case Instruction::FRem:
2607     return cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(0), TLI, SignBitOnly,
2608                                            Depth + 1) &&
2609            cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(1), TLI, SignBitOnly,
2610                                            Depth + 1);
2611   case Instruction::Select:
2612     return cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(1), TLI, SignBitOnly,
2613                                            Depth + 1) &&
2614            cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(2), TLI, SignBitOnly,
2615                                            Depth + 1);
2616   case Instruction::FPExt:
2617   case Instruction::FPTrunc:
2618     // Widening/narrowing never change sign.
2619     return cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(0), TLI, SignBitOnly,
2620                                            Depth + 1);
2621   case Instruction::Call:
2622     const auto *CI = cast<CallInst>(I);
2623     Intrinsic::ID IID = getIntrinsicForCallSite(CI, TLI);
2624     switch (IID) {
2625     default:
2626       break;
2627     case Intrinsic::maxnum:
2628       return cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(0), TLI, SignBitOnly,
2629                                              Depth + 1) ||
2630              cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(1), TLI, SignBitOnly,
2631                                              Depth + 1);
2632     case Intrinsic::minnum:
2633       return cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(0), TLI, SignBitOnly,
2634                                              Depth + 1) &&
2635              cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(1), TLI, SignBitOnly,
2636                                              Depth + 1);
2637     case Intrinsic::exp:
2638     case Intrinsic::exp2:
2639     case Intrinsic::fabs:
2640       return true;
2641
2642     case Intrinsic::sqrt:
2643       // sqrt(x) is always >= -0 or NaN.  Moreover, sqrt(x) == -0 iff x == -0.
2644       if (!SignBitOnly)
2645         return true;
2646       return CI->hasNoNaNs() && (CI->hasNoSignedZeros() ||
2647                                  CannotBeNegativeZero(CI->getOperand(0), TLI));
2648
2649     case Intrinsic::powi:
2650       if (ConstantInt *Exponent = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
2651         // powi(x,n) is non-negative if n is even.
2652         if (Exponent->getBitWidth() <= 64 && Exponent->getSExtValue() % 2u == 0)
2653           return true;
2654       }
2655       // TODO: This is not correct.  Given that exp is an integer, here are the
2656       // ways that pow can return a negative value:
2657       //
2658       //   pow(x, exp)    --> negative if exp is odd and x is negative.
2659       //   pow(-0, exp)   --> -inf if exp is negative odd.
2660       //   pow(-0, exp)   --> -0 if exp is positive odd.
2661       //   pow(-inf, exp) --> -0 if exp is negative odd.
2662       //   pow(-inf, exp) --> -inf if exp is positive odd.
2663       //
2664       // Therefore, if !SignBitOnly, we can return true if x >= +0 or x is NaN,
2665       // but we must return false if x == -0.  Unfortunately we do not currently
2666       // have a way of expressing this constraint.  See details in
2667       // https://llvm.org/bugs/show_bug.cgi?id=31702.
2668       return cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(0), TLI, SignBitOnly,
2669                                              Depth + 1);
2670
2671     case Intrinsic::fma:
2672     case Intrinsic::fmuladd:
2673       // x*x+y is non-negative if y is non-negative.
2674       return I->getOperand(0) == I->getOperand(1) &&
2675              (!SignBitOnly || cast<FPMathOperator>(I)->hasNoNaNs()) &&
2676              cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(2), TLI, SignBitOnly,
2677                                              Depth + 1);
2678     }
2679     break;
2680   }
2681   return false;
2682 }
2683
2684 bool llvm::CannotBeOrderedLessThanZero(const Value *V,
2685                                        const TargetLibraryInfo *TLI) {
2686   return cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(V, TLI, false, 0);
2687 }
2688
2689 bool llvm::SignBitMustBeZero(const Value *V, const TargetLibraryInfo *TLI) {
2690   return cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(V, TLI, true, 0);
2691 }
2692
2693 /// If the specified value can be set by repeating the same byte in memory,
2694 /// return the i8 value that it is represented with.  This is
2695 /// true for all i8 values obviously, but is also true for i32 0, i32 -1,
2696 /// i16 0xF0F0, double 0.0 etc.  If the value can't be handled with a repeated
2697 /// byte store (e.g. i16 0x1234), return null.
2698 Value *llvm::isBytewiseValue(Value *V) {
2699   // All byte-wide stores are splatable, even of arbitrary variables.
2700   if (V->getType()->isIntegerTy(8)) return V;
2701
2702   // Handle 'null' ConstantArrayZero etc.
2703   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
2704     if (C->isNullValue())
2705       return Constant::getNullValue(Type::getInt8Ty(V->getContext()));
2706
2707   // Constant float and double values can be handled as integer values if the
2708   // corresponding integer value is "byteable".  An important case is 0.0.
2709   if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V)) {
2710     if (CFP->getType()->isFloatTy())
2711       V = ConstantExpr::getBitCast(CFP, Type::getInt32Ty(V->getContext()));
2712     if (CFP->getType()->isDoubleTy())
2713       V = ConstantExpr::getBitCast(CFP, Type::getInt64Ty(V->getContext()));
2714     // Don't handle long double formats, which have strange constraints.
2715   }
2716
2717   // We can handle constant integers that are multiple of 8 bits.
2718   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V)) {
2719     if (CI->getBitWidth() % 8 == 0) {
2720       assert(CI->getBitWidth() > 8 && "8 bits should be handled above!");
2721
2722       if (!CI->getValue().isSplat(8))
2723         return nullptr;
2724       return ConstantInt::get(V->getContext(), CI->getValue().trunc(8));
2725     }
2726   }
2727
2728   // A ConstantDataArray/Vector is splatable if all its members are equal and
2729   // also splatable.
2730   if (ConstantDataSequential *CA = dyn_cast<ConstantDataSequential>(V)) {
2731     Value *Elt = CA->getElementAsConstant(0);
2732     Value *Val = isBytewiseValue(Elt);
2733     if (!Val)
2734       return nullptr;
2735
2736     for (unsigned I = 1, E = CA->getNumElements(); I != E; ++I)
2737       if (CA->getElementAsConstant(I) != Elt)
2738         return nullptr;
2739
2740     return Val;
2741   }
2742
2743   // Conceptually, we could handle things like:
2744   //   %a = zext i8 %X to i16
2745   //   %b = shl i16 %a, 8
2746   //   %c = or i16 %a, %b
2747   // but until there is an example that actually needs this, it doesn't seem
2748   // worth worrying about.
2749   return nullptr;
2750 }
2751
2752
2753 // This is the recursive version of BuildSubAggregate. It takes a few different
2754 // arguments. Idxs is the index within the nested struct From that we are
2755 // looking at now (which is of type IndexedType). IdxSkip is the number of
2756 // indices from Idxs that should be left out when inserting into the resulting
2757 // struct. To is the result struct built so far, new insertvalue instructions
2758 // build on that.
2759 static Value *BuildSubAggregate(Value *From, Value* To, Type *IndexedType,
2760                                 SmallVectorImpl<unsigned> &Idxs,
2761                                 unsigned IdxSkip,
2762                                 Instruction *InsertBefore) {
2763   llvm::StructType *STy = dyn_cast<llvm::StructType>(IndexedType);
2764   if (STy) {
2765     // Save the original To argument so we can modify it
2766     Value *OrigTo = To;
2767     // General case, the type indexed by Idxs is a struct
2768     for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
2769       // Process each struct element recursively
2770       Idxs.push_back(i);
2771       Value *PrevTo = To;
2772       To = BuildSubAggregate(From, To, STy->getElementType(i), Idxs, IdxSkip,
2773                              InsertBefore);
2774       Idxs.pop_back();
2775       if (!To) {
2776         // Couldn't find any inserted value for this index? Cleanup
2777         while (PrevTo != OrigTo) {
2778           InsertValueInst* Del = cast<InsertValueInst>(PrevTo);
2779           PrevTo = Del->getAggregateOperand();
2780           Del->eraseFromParent();
2781         }
2782         // Stop processing elements
2783         break;
2784       }
2785     }
2786     // If we successfully found a value for each of our subaggregates
2787     if (To)
2788       return To;
2789   }
2790   // Base case, the type indexed by SourceIdxs is not a struct, or not all of
2791   // the struct's elements had a value that was inserted directly. In the latter
2792   // case, perhaps we can't determine each of the subelements individually, but
2793   // we might be able to find the complete struct somewhere.
2794
2795   // Find the value that is at that particular spot
2796   Value *V = FindInsertedValue(From, Idxs);
2797
2798   if (!V)
2799     return nullptr;
2800
2801   // Insert the value in the new (sub) aggregrate
2802   return llvm::InsertValueInst::Create(To, V, makeArrayRef(Idxs).slice(IdxSkip),
2803                                        "tmp", InsertBefore);
2804 }
2805
2806 // This helper takes a nested struct and extracts a part of it (which is again a
2807 // struct) into a new value. For example, given the struct:
2808 // { a, { b, { c, d }, e } }
2809 // and the indices "1, 1" this returns
2810 // { c, d }.
2811 //
2812 // It does this by inserting an insertvalue for each element in the resulting
2813 // struct, as opposed to just inserting a single struct. This will only work if
2814 // each of the elements of the substruct are known (ie, inserted into From by an
2815 // insertvalue instruction somewhere).
2816 //
2817 // All inserted insertvalue instructions are inserted before InsertBefore
2818 static Value *BuildSubAggregate(Value *From, ArrayRef<unsigned> idx_range,
2819                                 Instruction *InsertBefore) {
2820   assert(InsertBefore && "Must have someplace to insert!");
2821   Type *IndexedType = ExtractValueInst::getIndexedType(From->getType(),
2822                                                              idx_range);
2823   Value *To = UndefValue::get(IndexedType);
2824   SmallVector<unsigned, 10> Idxs(idx_range.begin(), idx_range.end());
2825   unsigned IdxSkip = Idxs.size();
2826
2827   return BuildSubAggregate(From, To, IndexedType, Idxs, IdxSkip, InsertBefore);
2828 }
2829
2830 /// Given an aggregrate and an sequence of indices, see if
2831 /// the scalar value indexed is already around as a register, for example if it
2832 /// were inserted directly into the aggregrate.
2833 ///
2834 /// If InsertBefore is not null, this function will duplicate (modified)
2835 /// insertvalues when a part of a nested struct is extracted.
2836 Value *llvm::FindInsertedValue(Value *V, ArrayRef<unsigned> idx_range,
2837                                Instruction *InsertBefore) {
2838   // Nothing to index? Just return V then (this is useful at the end of our
2839   // recursion).
2840   if (idx_range.empty())
2841     return V;
2842   // We have indices, so V should have an indexable type.
2843   assert((V->getType()->isStructTy() || V->getType()->isArrayTy()) &&
2844          "Not looking at a struct or array?");
2845   assert(ExtractValueInst::getIndexedType(V->getType(), idx_range) &&
2846          "Invalid indices for type?");
2847
2848   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
2849     C = C->getAggregateElement(idx_range[0]);
2850     if (!C) return nullptr;
2851     return FindInsertedValue(C, idx_range.slice(1), InsertBefore);
2852   }
2853
2854   if (InsertValueInst *I = dyn_cast<InsertValueInst>(V)) {
2855     // Loop the indices for the insertvalue instruction in parallel with the
2856     // requested indices
2857     const unsigned *req_idx = idx_range.begin();
2858     for (const unsigned *i = I->idx_begin(), *e = I->idx_end();
2859          i != e; ++i, ++req_idx) {
2860       if (req_idx == idx_range.end()) {
2861         // We can't handle this without inserting insertvalues
2862         if (!InsertBefore)
2863           return nullptr;
2864
2865         // The requested index identifies a part of a nested aggregate. Handle
2866         // this specially. For example,
2867         // %A = insertvalue { i32, {i32, i32 } } undef, i32 10, 1, 0
2868         // %B = insertvalue { i32, {i32, i32 } } %A, i32 11, 1, 1
2869         // %C = extractvalue {i32, { i32, i32 } } %B, 1
2870         // This can be changed into
2871         // %A = insertvalue {i32, i32 } undef, i32 10, 0
2872         // %C = insertvalue {i32, i32 } %A, i32 11, 1
2873         // which allows the unused 0,0 element from the nested struct to be
2874         // removed.
2875         return BuildSubAggregate(V, makeArrayRef(idx_range.begin(), req_idx),
2876                                  InsertBefore);
2877       }
2878
2879       // This insert value inserts something else than what we are looking for.
2880       // See if the (aggregate) value inserted into has the value we are
2881       // looking for, then.
2882       if (*req_idx != *i)
2883         return FindInsertedValue(I->getAggregateOperand(), idx_range,
2884                                  InsertBefore);
2885     }
2886     // If we end up here, the indices of the insertvalue match with those
2887     // requested (though possibly only partially). Now we recursively look at
2888     // the inserted value, passing any remaining indices.
2889     return FindInsertedValue(I->getInsertedValueOperand(),
2890                              makeArrayRef(req_idx, idx_range.end()),
2891                              InsertBefore);
2892   }
2893
2894   if (ExtractValueInst *I = dyn_cast<ExtractValueInst>(V)) {
2895     // If we're extracting a value from an aggregate that was extracted from
2896     // something else, we can extract from that something else directly instead.
2897     // However, we will need to chain I's indices with the requested indices.
2898
2899     // Calculate the number of indices required
2900     unsigned size = I->getNumIndices() + idx_range.size();
2901     // Allocate some space to put the new indices in
2902     SmallVector<unsigned, 5> Idxs;
2903     Idxs.reserve(size);
2904     // Add indices from the extract value instruction
2905     Idxs.append(I->idx_begin(), I->idx_end());
2906
2907     // Add requested indices
2908     Idxs.append(idx_range.begin(), idx_range.end());
2909
2910     assert(Idxs.size() == size
2911            && "Number of indices added not correct?");
2912
2913     return FindInsertedValue(I->getAggregateOperand(), Idxs, InsertBefore);
2914   }
2915   // Otherwise, we don't know (such as, extracting from a function return value
2916   // or load instruction)
2917   return nullptr;
2918 }
2919
2920 /// Analyze the specified pointer to see if it can be expressed as a base
2921 /// pointer plus a constant offset. Return the base and offset to the caller.
2922 Value *llvm::GetPointerBaseWithConstantOffset(Value *Ptr, int64_t &Offset,
2923                                               const DataLayout &DL) {
2924   unsigned BitWidth = DL.getPointerTypeSizeInBits(Ptr->getType());
2925   APInt ByteOffset(BitWidth, 0);
2926
2927   // We walk up the defs but use a visited set to handle unreachable code. In
2928   // that case, we stop after accumulating the cycle once (not that it
2929   // matters).
2930   SmallPtrSet<Value *, 16> Visited;
2931   while (Visited.insert(Ptr).second) {
2932     if (Ptr->getType()->isVectorTy())
2933       break;
2934
2935     if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr)) {
2936       // If one of the values we have visited is an addrspacecast, then
2937       // the pointer type of this GEP may be different from the type
2938       // of the Ptr parameter which was passed to this function.  This
2939       // means when we construct GEPOffset, we need to use the size
2940       // of GEP's pointer type rather than the size of the original
2941       // pointer type.
2942       APInt GEPOffset(DL.getPointerTypeSizeInBits(Ptr->getType()), 0);
2943       if (!GEP->accumulateConstantOffset(DL, GEPOffset))
2944         break;
2945
2946       ByteOffset += GEPOffset.getSExtValue();
2947
2948       Ptr = GEP->getPointerOperand();
2949     } else if (Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::BitCast ||
2950                Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::AddrSpaceCast) {
2951       Ptr = cast<Operator>(Ptr)->getOperand(0);
2952     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(Ptr)) {
2953       if (GA->isInterposable())
2954         break;
2955       Ptr = GA->getAliasee();
2956     } else {
2957       break;
2958     }
2959   }
2960   Offset = ByteOffset.getSExtValue();
2961   return Ptr;
2962 }
2963
2964 bool llvm::isGEPBasedOnPointerToString(const GEPOperator *GEP,
2965                                        unsigned CharSize) {
2966   // Make sure the GEP has exactly three arguments.
2967   if (GEP->getNumOperands() != 3)
2968     return false;
2969
2970   // Make sure the index-ee is a pointer to array of \p CharSize integers.
2971   // CharSize.
2972   ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(GEP->getSourceElementType());
2973   if (!AT || !AT->getElementType()->isIntegerTy(CharSize))
2974     return false;
2975
2976   // Check to make sure that the first operand of the GEP is an integer and
2977   // has value 0 so that we are sure we're indexing into the initializer.
2978   const ConstantInt *FirstIdx = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(1));
2979   if (!FirstIdx || !FirstIdx->isZero())
2980     return false;
2981
2982   return true;
2983 }
2984
2985 bool llvm::getConstantDataArrayInfo(const Value *V,
2986                                     ConstantDataArraySlice &Slice,
2987                                     unsigned ElementSize, uint64_t Offset) {
2988   assert(V);
2989
2990   // Look through bitcast instructions and geps.
2991   V = V->stripPointerCasts();
2992
2993   // If the value is a GEP instruction or constant expression, treat it as an
2994   // offset.
2995   if (const GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V)) {
2996     // The GEP operator should be based on a pointer to string constant, and is
2997     // indexing into the string constant.
2998     if (!isGEPBasedOnPointerToString(GEP, ElementSize))
2999       return false;
3000
3001     // If the second index isn't a ConstantInt, then this is a variable index
3002     // into the array.  If this occurs, we can't say anything meaningful about
3003     // the string.
3004     uint64_t StartIdx = 0;
3005     if (const ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(2)))
3006       StartIdx = CI->getZExtValue();
3007     else
3008       return false;
3009     return getConstantDataArrayInfo(GEP->getOperand(0), Slice, ElementSize,
3010                                     StartIdx + Offset);
3011   }
3012
3013   // The GEP instruction, constant or instruction, must reference a global
3014   // variable that is a constant and is initialized. The referenced constant
3015   // initializer is the array that we'll use for optimization.
3016   const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V);
3017   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasDefinitiveInitializer())
3018     return false;
3019
3020   const ConstantDataArray *Array;
3021   ArrayType *ArrayTy;
3022   if (GV->getInitializer()->isNullValue()) {
3023     Type *GVTy = GV->getValueType();
3024     if ( (ArrayTy = dyn_cast<ArrayType>(GVTy)) ) {
3025       // A zeroinitializer for the array; there is no ConstantDataArray.
3026       Array = nullptr;
3027     } else {
3028       const DataLayout &DL = GV->getParent()->getDataLayout();
3029       uint64_t SizeInBytes = DL.getTypeStoreSize(GVTy);
3030       uint64_t Length = SizeInBytes / (ElementSize / 8);
3031       if (Length <= Offset)
3032         return false;
3033
3034       Slice.Array = nullptr;
3035       Slice.Offset = 0;
3036       Slice.Length = Length - Offset;
3037       return true;
3038     }
3039   } else {
3040     // This must be a ConstantDataArray.
3041     Array = dyn_cast<ConstantDataArray>(GV->getInitializer());
3042     if (!Array)
3043       return false;
3044     ArrayTy = Array->getType();
3045   }
3046   if (!ArrayTy->getElementType()->isIntegerTy(ElementSize))
3047     return false;
3048
3049   uint64_t NumElts = ArrayTy->getArrayNumElements();
3050   if (Offset > NumElts)
3051     return false;
3052
3053   Slice.Array = Array;
3054   Slice.Offset = Offset;
3055   Slice.Length = NumElts - Offset;
3056   return true;
3057 }
3058
3059 /// This function computes the length of a null-terminated C string pointed to
3060 /// by V. If successful, it returns true and returns the string in Str.
3061 /// If unsuccessful, it returns false.
3062 bool llvm::getConstantStringInfo(const Value *V, StringRef &Str,
3063                                  uint64_t Offset, bool TrimAtNul) {
3064   ConstantDataArraySlice Slice;
3065   if (!getConstantDataArrayInfo(V, Slice, 8, Offset))
3066     return false;
3067
3068   if (Slice.Array == nullptr) {
3069     if (TrimAtNul) {
3070       Str = StringRef();
3071       return true;
3072     }
3073     if (Slice.Length == 1) {
3074       Str = StringRef("", 1);
3075       return true;
3076     }
3077     // We cannot instantiate a StringRef as we do not have an appropriate string
3078     // of 0s at hand.
3079     return false;
3080   }
3081
3082   // Start out with the entire array in the StringRef.
3083   Str = Slice.Array->getAsString();
3084   // Skip over 'offset' bytes.
3085   Str = Str.substr(Slice.Offset);
3086
3087   if (TrimAtNul) {
3088     // Trim off the \0 and anything after it.  If the array is not nul
3089     // terminated, we just return the whole end of string.  The client may know
3090     // some other way that the string is length-bound.
3091     Str = Str.substr(0, Str.find('\0'));
3092   }
3093   return true;
3094 }
3095
3096 // These next two are very similar to the above, but also look through PHI
3097 // nodes.
3098 // TODO: See if we can integrate these two together.
3099
3100 /// If we can compute the length of the string pointed to by
3101 /// the specified pointer, return 'len+1'.  If we can't, return 0.
3102 static uint64_t GetStringLengthH(const Value *V,
3103                                  SmallPtrSetImpl<const PHINode*> &PHIs,
3104                                  unsigned CharSize) {
3105   // Look through noop bitcast instructions.
3106   V = V->stripPointerCasts();
3107
3108   // If this is a PHI node, there are two cases: either we have already seen it
3109   // or we haven't.
3110   if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
3111     if (!PHIs.insert(PN).second)
3112       return ~0ULL;  // already in the set.
3113
3114     // If it was new, see if all the input strings are the same length.
3115     uint64_t LenSoFar = ~0ULL;
3116     for (Value *IncValue : PN->incoming_values()) {
3117       uint64_t Len = GetStringLengthH(IncValue, PHIs, CharSize);
3118       if (Len == 0) return 0; // Unknown length -> unknown.
3119
3120       if (Len == ~0ULL) continue;
3121
3122       if (Len != LenSoFar && LenSoFar != ~0ULL)
3123         return 0;    // Disagree -> unknown.
3124       LenSoFar = Len;
3125     }
3126
3127     // Success, all agree.
3128     return LenSoFar;
3129   }
3130
3131   // strlen(select(c,x,y)) -> strlen(x) ^ strlen(y)
3132   if (const SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
3133     uint64_t Len1 = GetStringLengthH(SI->getTrueValue(), PHIs, CharSize);
3134     if (Len1 == 0) return 0;
3135     uint64_t Len2 = GetStringLengthH(SI->getFalseValue(), PHIs, CharSize);
3136     if (Len2 == 0) return 0;
3137     if (Len1 == ~0ULL) return Len2;
3138     if (Len2 == ~0ULL) return Len1;
3139     if (Len1 != Len2) return 0;
3140     return Len1;
3141   }
3142
3143   // Otherwise, see if we can read the string.
3144   ConstantDataArraySlice Slice;
3145   if (!getConstantDataArrayInfo(V, Slice, CharSize))
3146     return 0;
3147
3148   if (Slice.Array == nullptr)
3149     return 1;
3150
3151   // Search for nul characters
3152   unsigned NullIndex = 0;
3153   for (unsigned E = Slice.Length; NullIndex < E; ++NullIndex) {
3154     if (Slice.Array->getElementAsInteger(Slice.Offset + NullIndex) == 0)
3155       break;
3156   }
3157
3158   return NullIndex + 1;
3159 }
3160
3161 /// If we can compute the length of the string pointed to by
3162 /// the specified pointer, return 'len+1'.  If we can't, return 0.
3163 uint64_t llvm::GetStringLength(const Value *V, unsigned CharSize) {
3164   if (!V->getType()->isPointerTy()) return 0;
3165
3166   SmallPtrSet<const PHINode*, 32> PHIs;
3167   uint64_t Len = GetStringLengthH(V, PHIs, CharSize);
3168   // If Len is ~0ULL, we had an infinite phi cycle: this is dead code, so return
3169   // an empty string as a length.
3170   return Len == ~0ULL ? 1 : Len;
3171 }
3172
3173 /// \brief \p PN defines a loop-variant pointer to an object.  Check if the
3174 /// previous iteration of the loop was referring to the same object as \p PN.
3175 static bool isSameUnderlyingObjectInLoop(const PHINode *PN,
3176                                          const LoopInfo *LI) {
3177   // Find the loop-defined value.
3178   Loop *L = LI->getLoopFor(PN->getParent());
3179   if (PN->getNumIncomingValues() != 2)
3180     return true;
3181
3182   // Find the value from previous iteration.
3183   auto *PrevValue = dyn_cast<Instruction>(PN->getIncomingValue(0));
3184   if (!PrevValue || LI->getLoopFor(PrevValue->getParent()) != L)
3185     PrevValue = dyn_cast<Instruction>(PN->getIncomingValue(1));
3186   if (!PrevValue || LI->getLoopFor(PrevValue->getParent()) != L)
3187     return true;
3188
3189   // If a new pointer is loaded in the loop, the pointer references a different
3190   // object in every iteration.  E.g.:
3191   //    for (i)
3192   //       int *p = a[i];
3193   //       ...
3194   if (auto *Load = dyn_cast<LoadInst>(PrevValue))
3195     if (!L->isLoopInvariant(Load->getPointerOperand()))
3196       return false;
3197   return true;
3198 }
3199
3200 Value *llvm::GetUnderlyingObject(Value *V, const DataLayout &DL,
3201                                  unsigned MaxLookup) {
3202   if (!V->getType()->isPointerTy())
3203     return V;
3204   for (unsigned Count = 0; MaxLookup == 0 || Count < MaxLookup; ++Count) {
3205     if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V)) {
3206       V = GEP->getPointerOperand();
3207     } else if (Operator::getOpcode(V) == Instruction::BitCast ||
3208                Operator::getOpcode(V) == Instruction::AddrSpaceCast) {
3209       V = cast<Operator>(V)->getOperand(0);
3210     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V)) {
3211       if (GA->isInterposable())
3212         return V;
3213       V = GA->getAliasee();
3214     } else if (isa<AllocaInst>(V)) {
3215       // An alloca can't be further simplified.
3216       return V;
3217     } else {
3218       if (auto CS = CallSite(V))
3219         if (Value *RV = CS.getReturnedArgOperand()) {
3220           V = RV;
3221           continue;
3222         }
3223
3224       // See if InstructionSimplify knows any relevant tricks.
3225       if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
3226         // TODO: Acquire a DominatorTree and AssumptionCache and use them.
3227         if (Value *Simplified = SimplifyInstruction(I, {DL, I})) {
3228           V = Simplified;
3229           continue;
3230         }
3231
3232       return V;
3233     }
3234     assert(V->getType()->isPointerTy() && "Unexpected operand type!");
3235   }
3236   return V;
3237 }
3238
3239 void llvm::GetUnderlyingObjects(Value *V, SmallVectorImpl<Value *> &Objects,
3240                                 const DataLayout &DL, LoopInfo *LI,
3241                                 unsigned MaxLookup) {
3242   SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
3243   SmallVector<Value *, 4> Worklist;
3244   Worklist.push_back(V);
3245   do {
3246     Value *P = Worklist.pop_back_val();
3247     P = GetUnderlyingObject(P, DL, MaxLookup);
3248
3249     if (!Visited.insert(P).second)
3250       continue;
3251
3252     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(P)) {
3253       Worklist.push_back(SI->getTrueValue());
3254       Worklist.push_back(SI->getFalseValue());
3255       continue;
3256     }
3257
3258     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(P)) {
3259       // If this PHI changes the underlying object in every iteration of the
3260       // loop, don't look through it.  Consider:
3261       //   int **A;
3262       //   for (i) {
3263       //     Prev = Curr;     // Prev = PHI (Prev_0, Curr)
3264       //     Curr = A[i];
3265       //     *Prev, *Curr;
3266       //
3267       // Prev is tracking Curr one iteration behind so they refer to different
3268       // underlying objects.
3269       if (!LI || !LI->isLoopHeader(PN->getParent()) ||
3270           isSameUnderlyingObjectInLoop(PN, LI))
3271         for (Value *IncValue : PN->incoming_values())
3272           Worklist.push_back(IncValue);
3273       continue;
3274     }
3275
3276     Objects.push_back(P);
3277   } while (!Worklist.empty());
3278 }
3279
3280 /// Return true if the only users of this pointer are lifetime markers.
3281 bool llvm::onlyUsedByLifetimeMarkers(const Value *V) {
3282   for (const User *U : V->users()) {
3283     const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U);
3284     if (!II) return false;
3285
3286     if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
3287         II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
3288       return false;
3289   }
3290   return true;
3291 }
3292
3293 bool llvm::isSafeToSpeculativelyExecute(const Value *V,
3294                                         const Instruction *CtxI,
3295                                         const DominatorTree *DT) {
3296   const Operator *Inst = dyn_cast<Operator>(V);
3297   if (!Inst)
3298     return false;
3299
3300   for (unsigned i = 0, e = Inst->getNumOperands(); i != e; ++i)
3301     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Inst->getOperand(i)))
3302       if (C->canTrap())
3303         return false;
3304
3305   switch (Inst->getOpcode()) {
3306   default:
3307     return true;
3308   case Instruction::UDiv:
3309   case Instruction::URem: {
3310     // x / y is undefined if y == 0.
3311     const APInt *V;
3312     if (match(Inst->getOperand(1), m_APInt(V)))
3313       return *V != 0;
3314     return false;
3315   }
3316   case Instruction::SDiv:
3317   case Instruction::SRem: {
3318     // x / y is undefined if y == 0 or x == INT_MIN and y == -1
3319     const APInt *Numerator, *Denominator;
3320     if (!match(Inst->getOperand(1), m_APInt(Denominator)))
3321       return false;
3322     // We cannot hoist this division if the denominator is 0.
3323     if (*Denominator == 0)
3324       return false;
3325     // It's safe to hoist if the denominator is not 0 or -1.
3326     if (*Denominator != -1)
3327       return true;
3328     // At this point we know that the denominator is -1.  It is safe to hoist as
3329     // long we know that the numerator is not INT_MIN.
3330     if (match(Inst->getOperand(0), m_APInt(Numerator)))
3331       return !Numerator->isMinSignedValue();
3332     // The numerator *might* be MinSignedValue.
3333     return false;
3334   }
3335   case Instruction::Load: {
3336     const LoadInst *LI = cast<LoadInst>(Inst);
3337     if (!LI->isUnordered() ||
3338         // Speculative load may create a race that did not exist in the source.
3339         LI->getFunction()->hasFnAttribute(Attribute::SanitizeThread) ||
3340         // Speculative load may load data from dirty regions.
3341         LI->getFunction()->hasFnAttribute(Attribute::SanitizeAddress))
3342       return false;
3343     const DataLayout &DL = LI->getModule()->getDataLayout();
3344     return isDereferenceableAndAlignedPointer(LI->getPointerOperand(),
3345                                               LI->getAlignment(), DL, CtxI, DT);
3346   }
3347   case Instruction::Call: {
3348     auto *CI = cast<const CallInst>(Inst);
3349     const Function *Callee = CI->getCalledFunction();
3350
3351     // The called function could have undefined behavior or side-effects, even
3352     // if marked readnone nounwind.
3353     return Callee && Callee->isSpeculatable();
3354   }
3355   case Instruction::VAArg:
3356   case Instruction::Alloca:
3357   case Instruction::Invoke:
3358   case Instruction::PHI:
3359   case Instruction::Store:
3360   case Instruction::Ret:
3361   case Instruction::Br:
3362   case Instruction::IndirectBr:
3363   case Instruction::Switch:
3364   case Instruction::Unreachable:
3365   case Instruction::Fence:
3366   case Instruction::AtomicRMW:
3367   case Instruction::AtomicCmpXchg:
3368   case Instruction::LandingPad:
3369   case Instruction::Resume:
3370   case Instruction::CatchSwitch:
3371   case Instruction::CatchPad:
3372   case Instruction::CatchRet:
3373   case Instruction::CleanupPad:
3374   case Instruction::CleanupRet:
3375     return false; // Misc instructions which have effects
3376   }
3377 }
3378
3379 bool llvm::mayBeMemoryDependent(const Instruction &I) {
3380   return I.mayReadOrWriteMemory() || !isSafeToSpeculativelyExecute(&I);
3381 }
3382
3383 /// Return true if we know that the specified value is never null.
3384 bool llvm::isKnownNonNull(const Value *V) {
3385   assert(V->getType()->isPointerTy() && "V must be pointer type");
3386
3387   // Alloca never returns null, malloc might.
3388   if (isa<AllocaInst>(V)) return true;
3389
3390   // A byval, inalloca, or nonnull argument is never null.
3391   if (const Argument *A = dyn_cast<Argument>(V))
3392     return A->hasByValOrInAllocaAttr() || A->hasNonNullAttr();
3393
3394   // A global variable in address space 0 is non null unless extern weak
3395   // or an absolute symbol reference. Other address spaces may have null as a
3396   // valid address for a global, so we can't assume anything.
3397   if (const GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(V))
3398     return !GV->isAbsoluteSymbolRef() && !GV->hasExternalWeakLinkage() &&
3399            GV->getType()->getAddressSpace() == 0;
3400
3401   // A Load tagged with nonnull metadata is never null.
3402   if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(V))
3403     return LI->getMetadata(LLVMContext::MD_nonnull);
3404
3405   if (auto CS = ImmutableCallSite(V))
3406     if (CS.isReturnNonNull())
3407       return true;
3408
3409   return false;
3410 }
3411
3412 static bool isKnownNonNullFromDominatingCondition(const Value *V,
3413                                                   const Instruction *CtxI,
3414                                                   const DominatorTree *DT) {
3415   assert(V->getType()->isPointerTy() && "V must be pointer type");
3416   assert(!isa<ConstantData>(V) && "Did not expect ConstantPointerNull");
3417   assert(CtxI && "Context instruction required for analysis");
3418   assert(DT && "Dominator tree required for analysis");
3419
3420   unsigned NumUsesExplored = 0;
3421   for (auto *U : V->users()) {
3422     // Avoid massive lists
3423     if (NumUsesExplored >= DomConditionsMaxUses)
3424       break;
3425     NumUsesExplored++;
3426
3427     // If the value is used as an argument to a call or invoke, then argument
3428     // attributes may provide an answer about null-ness.
3429     if (auto CS = ImmutableCallSite(U))
3430       if (auto *CalledFunc = CS.getCalledFunction())
3431         for (const Argument &Arg : CalledFunc->args())
3432           if (CS.getArgOperand(Arg.getArgNo()) == V &&
3433               Arg.hasNonNullAttr() && DT->dominates(CS.getInstruction(), CtxI))
3434             return true;
3435
3436     // Consider only compare instructions uniquely controlling a branch
3437     CmpInst::Predicate Pred;
3438     if (!match(const_cast<User *>(U),
3439                m_c_ICmp(Pred, m_Specific(V), m_Zero())) ||
3440         (Pred != ICmpInst::ICMP_EQ && Pred != ICmpInst::ICMP_NE))
3441       continue;
3442
3443     for (auto *CmpU : U->users()) {
3444       if (const BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(CmpU)) {
3445         assert(BI->isConditional() && "uses a comparison!");
3446
3447         BasicBlock *NonNullSuccessor =
3448             BI->getSuccessor(Pred == ICmpInst::ICMP_EQ ? 1 : 0);
3449         BasicBlockEdge Edge(BI->getParent(), NonNullSuccessor);
3450         if (Edge.isSingleEdge() && DT->dominates(Edge, CtxI->getParent()))
3451           return true;
3452       } else if (Pred == ICmpInst::ICMP_NE &&
3453                  match(CmpU, m_Intrinsic<Intrinsic::experimental_guard>()) &&
3454                  DT->dominates(cast<Instruction>(CmpU), CtxI)) {
3455         return true;
3456       }
3457     }
3458   }
3459
3460   return false;
3461 }
3462
3463 bool llvm::isKnownNonNullAt(const Value *V, const Instruction *CtxI,
3464                             const DominatorTree *DT) {
3465   if (isa<ConstantPointerNull>(V) || isa<UndefValue>(V))
3466     return false;
3467
3468   if (isKnownNonNull(V))
3469     return true;
3470
3471   if (!CtxI || !DT)
3472     return false;
3473
3474   return ::isKnownNonNullFromDominatingCondition(V, CtxI, DT);
3475 }
3476
3477 OverflowResult llvm::computeOverflowForUnsignedMul(const Value *LHS,
3478                                                    const Value *RHS,
3479                                                    const DataLayout &DL,
3480                                                    AssumptionCache *AC,
3481                                                    const Instruction *CxtI,
3482                                                    const DominatorTree *DT) {
3483   // Multiplying n * m significant bits yields a result of n + m significant
3484   // bits. If the total number of significant bits does not exceed the
3485   // result bit width (minus 1), there is no overflow.
3486   // This means if we have enough leading zero bits in the operands
3487   // we can guarantee that the result does not overflow.
3488   // Ref: "Hacker's Delight" by Henry Warren
3489   unsigned BitWidth = LHS->getType()->getScalarSizeInBits();
3490   KnownBits LHSKnown(BitWidth);
3491   KnownBits RHSKnown(BitWidth);
3492   computeKnownBits(LHS, LHSKnown, DL, /*Depth=*/0, AC, CxtI, DT);
3493   computeKnownBits(RHS, RHSKnown, DL, /*Depth=*/0, AC, CxtI, DT);
3494   // Note that underestimating the number of zero bits gives a more
3495   // conservative answer.
3496   unsigned ZeroBits = LHSKnown.countMinLeadingZeros() +
3497                       RHSKnown.countMinLeadingZeros();
3498   // First handle the easy case: if we have enough zero bits there's
3499   // definitely no overflow.
3500   if (ZeroBits >= BitWidth)
3501     return OverflowResult::NeverOverflows;
3502
3503   // Get the largest possible values for each operand.
3504   APInt LHSMax = ~LHSKnown.Zero;
3505   APInt RHSMax = ~RHSKnown.Zero;
3506
3507   // We know the multiply operation doesn't overflow if the maximum values for
3508   // each operand will not overflow after we multiply them together.
3509   bool MaxOverflow;
3510   (void)LHSMax.umul_ov(RHSMax, MaxOverflow);
3511   if (!MaxOverflow)
3512     return OverflowResult::NeverOverflows;
3513
3514   // We know it always overflows if multiplying the smallest possible values for
3515   // the operands also results in overflow.
3516   bool MinOverflow;
3517   (void)LHSKnown.One.umul_ov(RHSKnown.One, MinOverflow);
3518   if (MinOverflow)
3519     return OverflowResult::AlwaysOverflows;
3520
3521   return OverflowResult::MayOverflow;
3522 }
3523
3524 OverflowResult llvm::computeOverflowForUnsignedAdd(const Value *LHS,
3525                                                    const Value *RHS,
3526                                                    const DataLayout &DL,
3527                                                    AssumptionCache *AC,
3528                                                    const Instruction *CxtI,
3529                                                    const DominatorTree *DT) {
3530   KnownBits LHSKnown = computeKnownBits(LHS, DL, /*Depth=*/0, AC, CxtI, DT);
3531   if (LHSKnown.isNonNegative() || LHSKnown.isNegative()) {
3532     KnownBits RHSKnown = computeKnownBits(RHS, DL, /*Depth=*/0, AC, CxtI, DT);
3533
3534     if (LHSKnown.isNegative() && RHSKnown.isNegative()) {
3535       // The sign bit is set in both cases: this MUST overflow.
3536       // Create a simple add instruction, and insert it into the struct.
3537       return OverflowResult::AlwaysOverflows;
3538     }
3539
3540     if (LHSKnown.isNonNegative() && RHSKnown.isNonNegative()) {
3541       // The sign bit is clear in both cases: this CANNOT overflow.
3542       // Create a simple add instruction, and insert it into the struct.
3543       return OverflowResult::NeverOverflows;
3544     }
3545   }
3546
3547   return OverflowResult::MayOverflow;
3548 }
3549
3550 /// \brief Return true if we can prove that adding the two values of the
3551 /// knownbits will not overflow.
3552 /// Otherwise return false.
3553 static bool checkRippleForSignedAdd(const KnownBits &LHSKnown,
3554                                     const KnownBits &RHSKnown) {
3555   // Addition of two 2's complement numbers having opposite signs will never
3556   // overflow.
3557   if ((LHSKnown.isNegative() && RHSKnown.isNonNegative()) ||
3558       (LHSKnown.isNonNegative() && RHSKnown.isNegative()))
3559     return true;
3560
3561   // If either of the values is known to be non-negative, adding them can only
3562   // overflow if the second is also non-negative, so we can assume that.
3563   // Two non-negative numbers will only overflow if there is a carry to the 
3564   // sign bit, so we can check if even when the values are as big as possible
3565   // there is no overflow to the sign bit.
3566   if (LHSKnown.isNonNegative() || RHSKnown.isNonNegative()) {
3567     APInt MaxLHS = ~LHSKnown.Zero;
3568     MaxLHS.clearSignBit();
3569     APInt MaxRHS = ~RHSKnown.Zero;
3570     MaxRHS.clearSignBit();
3571     APInt Result = std::move(MaxLHS) + std::move(MaxRHS);
3572     return Result.isSignBitClear();
3573   }
3574
3575   // If either of the values is known to be negative, adding them can only
3576   // overflow if the second is also negative, so we can assume that.
3577   // Two negative number will only overflow if there is no carry to the sign
3578   // bit, so we can check if even when the values are as small as possible
3579   // there is overflow to the sign bit.
3580   if (LHSKnown.isNegative() || RHSKnown.isNegative()) {
3581     APInt MinLHS = LHSKnown.One;
3582     MinLHS.clearSignBit();
3583     APInt MinRHS = RHSKnown.One;
3584     MinRHS.clearSignBit();
3585     APInt Result = std::move(MinLHS) + std::move(MinRHS);
3586     return Result.isSignBitSet();
3587   }
3588
3589   // If we reached here it means that we know nothing about the sign bits.
3590   // In this case we can't know if there will be an overflow, since by 
3591   // changing the sign bits any two values can be made to overflow.
3592   return false;
3593 }
3594
3595 static OverflowResult computeOverflowForSignedAdd(const Value *LHS,
3596                                                   const Value *RHS,
3597                                                   const AddOperator *Add,
3598                                                   const DataLayout &DL,
3599                                                   AssumptionCache *AC,
3600                                                   const Instruction *CxtI,
3601                                                   const DominatorTree *DT) {
3602   if (Add && Add->hasNoSignedWrap()) {
3603     return OverflowResult::NeverOverflows;
3604   }
3605
3606   // If LHS and RHS each have at least two sign bits, the addition will look
3607   // like
3608   //
3609   // XX..... +
3610   // YY.....
3611   //
3612   // If the carry into the most significant position is 0, X and Y can't both
3613   // be 1 and therefore the carry out of the addition is also 0.
3614   //
3615   // If the carry into the most significant position is 1, X and Y can't both
3616   // be 0 and therefore the carry out of the addition is also 1.
3617   //
3618   // Since the carry into the most significant position is always equal to
3619   // the carry out of the addition, there is no signed overflow.
3620   if (ComputeNumSignBits(LHS, DL, 0, AC, CxtI, DT) > 1 &&
3621       ComputeNumSignBits(RHS, DL, 0, AC, CxtI, DT) > 1)
3622     return OverflowResult::NeverOverflows;
3623
3624   KnownBits LHSKnown = computeKnownBits(LHS, DL, /*Depth=*/0, AC, CxtI, DT);
3625   KnownBits RHSKnown = computeKnownBits(RHS, DL, /*Depth=*/0, AC, CxtI, DT);
3626
3627   if (checkRippleForSignedAdd(LHSKnown, RHSKnown))
3628     return OverflowResult::NeverOverflows;
3629
3630   // The remaining code needs Add to be available. Early returns if not so.
3631   if (!Add)
3632     return OverflowResult::MayOverflow;
3633
3634   // If the sign of Add is the same as at least one of the operands, this add
3635   // CANNOT overflow. This is particularly useful when the sum is
3636   // @llvm.assume'ed non-negative rather than proved so from analyzing its
3637   // operands.
3638   bool LHSOrRHSKnownNonNegative =
3639       (LHSKnown.isNonNegative() || RHSKnown.isNonNegative());
3640   bool LHSOrRHSKnownNegative = 
3641       (LHSKnown.isNegative() || RHSKnown.isNegative());
3642   if (LHSOrRHSKnownNonNegative || LHSOrRHSKnownNegative) {
3643     KnownBits AddKnown = computeKnownBits(Add, DL, /*Depth=*/0, AC, CxtI, DT);
3644     if ((AddKnown.isNonNegative() && LHSOrRHSKnownNonNegative) ||
3645         (AddKnown.isNegative() && LHSOrRHSKnownNegative)) {
3646       return OverflowResult::NeverOverflows;
3647     }
3648   }
3649
3650   return OverflowResult::MayOverflow;
3651 }
3652
3653 bool llvm::isOverflowIntrinsicNoWrap(const IntrinsicInst *II,
3654                                      const DominatorTree &DT) {
3655 #ifndef NDEBUG
3656   auto IID = II->getIntrinsicID();
3657   assert((IID == Intrinsic::sadd_with_overflow ||
3658           IID == Intrinsic::uadd_with_overflow ||
3659           IID == Intrinsic::ssub_with_overflow ||
3660           IID == Intrinsic::usub_with_overflow ||
3661           IID == Intrinsic::smul_with_overflow ||
3662           IID == Intrinsic::umul_with_overflow) &&
3663          "Not an overflow intrinsic!");
3664 #endif
3665
3666   SmallVector<const BranchInst *, 2> GuardingBranches;
3667   SmallVector<const ExtractValueInst *, 2> Results;
3668
3669   for (const User *U : II->users()) {
3670     if (const auto *EVI = dyn_cast<ExtractValueInst>(U)) {
3671       assert(EVI->getNumIndices() == 1 && "Obvious from CI's type");
3672
3673       if (EVI->getIndices()[0] == 0)
3674         Results.push_back(EVI);
3675       else {
3676         assert(EVI->getIndices()[0] == 1 && "Obvious from CI's type");
3677
3678         for (const auto *U : EVI->users())
3679           if (const auto *B = dyn_cast<BranchInst>(U)) {
3680             assert(B->isConditional() && "How else is it using an i1?");
3681             GuardingBranches.push_back(B);
3682           }
3683       }
3684     } else {
3685       // We are using the aggregate directly in a way we don't want to analyze
3686       // here (storing it to a global, say).
3687       return false;
3688     }
3689   }
3690
3691   auto AllUsesGuardedByBranch = [&](const BranchInst *BI) {
3692     BasicBlockEdge NoWrapEdge(BI->getParent(), BI->getSuccessor(1));
3693     if (!NoWrapEdge.isSingleEdge())
3694       return false;
3695
3696     // Check if all users of the add are provably no-wrap.
3697     for (const auto *Result : Results) {
3698       // If the extractvalue itself is not executed on overflow, the we don't
3699       // need to check each use separately, since domination is transitive.
3700       if (DT.dominates(NoWrapEdge, Result->getParent()))
3701         continue;
3702
3703       for (auto &RU : Result->uses())
3704         if (!DT.dominates(NoWrapEdge, RU))
3705           return false;
3706     }
3707
3708     return true;
3709   };
3710
3711   return any_of(GuardingBranches, AllUsesGuardedByBranch);
3712 }
3713
3714
3715 OverflowResult llvm::computeOverflowForSignedAdd(const AddOperator *Add,
3716                                                  const DataLayout &DL,
3717                                                  AssumptionCache *AC,
3718                                                  const Instruction *CxtI,
3719                                                  const DominatorTree *DT) {
3720   return ::computeOverflowForSignedAdd(Add->getOperand(0), Add->getOperand(1),
3721                                        Add, DL, AC, CxtI, DT);
3722 }
3723
3724 OverflowResult llvm::computeOverflowForSignedAdd(const Value *LHS,
3725                                                  const Value *RHS,
3726                                                  const DataLayout &DL,
3727                                                  AssumptionCache *AC,
3728                                                  const Instruction *CxtI,
3729                                                  const DominatorTree *DT) {
3730   return ::computeOverflowForSignedAdd(LHS, RHS, nullptr, DL, AC, CxtI, DT);
3731 }
3732
3733 bool llvm::isGuaranteedToTransferExecutionToSuccessor(const Instruction *I) {
3734   // A memory operation returns normally if it isn't volatile. A volatile
3735   // operation is allowed to trap.
3736   //
3737   // An atomic operation isn't guaranteed to return in a reasonable amount of
3738   // time because it's possible for another thread to interfere with it for an
3739   // arbitrary length of time, but programs aren't allowed to rely on that.
3740   if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
3741     return !LI->isVolatile();
3742   if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I))
3743     return !SI->isVolatile();
3744   if (const AtomicCmpXchgInst *CXI = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(I))
3745     return !CXI->isVolatile();
3746   if (const AtomicRMWInst *RMWI = dyn_cast<AtomicRMWInst>(I))
3747     return !RMWI->isVolatile();
3748   if (const MemIntrinsic *MII = dyn_cast<MemIntrinsic>(I))
3749     return !MII->isVolatile();
3750
3751   // If there is no successor, then execution can't transfer to it.
3752   if (const auto *CRI = dyn_cast<CleanupReturnInst>(I))
3753     return !CRI->unwindsToCaller();
3754   if (const auto *CatchSwitch = dyn_cast<CatchSwitchInst>(I))
3755     return !CatchSwitch->unwindsToCaller();
3756   if (isa<ResumeInst>(I))
3757     return false;
3758   if (isa<ReturnInst>(I))
3759     return false;
3760   if (isa<UnreachableInst>(I))
3761     return false;
3762
3763   // Calls can throw, or contain an infinite loop, or kill the process.
3764   if (auto CS = ImmutableCallSite(I)) {
3765     // Call sites that throw have implicit non-local control flow.
3766     if (!CS.doesNotThrow())
3767       return false;
3768
3769     // Non-throwing call sites can loop infinitely, call exit/pthread_exit
3770     // etc. and thus not return.  However, LLVM already assumes that
3771     //
3772     //  - Thread exiting actions are modeled as writes to memory invisible to
3773     //    the program.
3774     //
3775     //  - Loops that don't have side effects (side effects are volatile/atomic
3776     //    stores and IO) always terminate (see http://llvm.org/PR965).
3777     //    Furthermore IO itself is also modeled as writes to memory invisible to
3778     //    the program.
3779     //
3780     // We rely on those assumptions here, and use the memory effects of the call
3781     // target as a proxy for checking that it always returns.
3782
3783     // FIXME: This isn't aggressive enough; a call which only writes to a global
3784     // is guaranteed to return.
3785     return CS.onlyReadsMemory() || CS.onlyAccessesArgMemory() ||
3786            match(I, m_Intrinsic<Intrinsic::assume>());
3787   }
3788
3789   // Other instructions return normally.
3790   return true;
3791 }
3792
3793 bool llvm::isGuaranteedToExecuteForEveryIteration(const Instruction *I,
3794                                                   const Loop *L) {
3795   // The loop header is guaranteed to be executed for every iteration.
3796   //
3797   // FIXME: Relax this constraint to cover all basic blocks that are
3798   // guaranteed to be executed at every iteration.
3799   if (I->getParent() != L->getHeader()) return false;
3800
3801   for (const Instruction &LI : *L->getHeader()) {
3802     if (&LI == I) return true;
3803     if (!isGuaranteedToTransferExecutionToSuccessor(&LI)) return false;
3804   }
3805   llvm_unreachable("Instruction not contained in its own parent basic block.");
3806 }
3807
3808 bool llvm::propagatesFullPoison(const Instruction *I) {
3809   switch (I->getOpcode()) {
3810   case Instruction::Add:
3811   case Instruction::Sub:
3812   case Instruction::Xor:
3813   case Instruction::Trunc:
3814   case Instruction::BitCast:
3815   case Instruction::AddrSpaceCast:
3816   case Instruction::Mul:
3817   case Instruction::Shl:
3818   case Instruction::GetElementPtr:
3819     // These operations all propagate poison unconditionally. Note that poison
3820     // is not any particular value, so xor or subtraction of poison with
3821     // itself still yields poison, not zero.
3822     return true;
3823
3824   case Instruction::AShr:
3825   case Instruction::SExt:
3826     // For these operations, one bit of the input is replicated across
3827     // multiple output bits. A replicated poison bit is still poison.
3828     return true;
3829
3830   case Instruction::ICmp:
3831     // Comparing poison with any value yields poison.  This is why, for
3832     // instance, x s< (x +nsw 1) can be folded to true.
3833     return true;
3834
3835   default:
3836     return false;
3837   }
3838 }
3839
3840 const Value *llvm::getGuaranteedNonFullPoisonOp(const Instruction *I) {
3841   switch (I->getOpcode()) {
3842     case Instruction::Store:
3843       return cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand();
3844
3845     case Instruction::Load:
3846       return cast<LoadInst>(I)->getPointerOperand();
3847
3848     case Instruction::AtomicCmpXchg:
3849       return cast<AtomicCmpXchgInst>(I)->getPointerOperand();
3850
3851     case Instruction::AtomicRMW:
3852       return cast<AtomicRMWInst>(I)->getPointerOperand();
3853
3854     case Instruction::UDiv:
3855     case Instruction::SDiv:
3856     case Instruction::URem:
3857     case Instruction::SRem:
3858       return I->getOperand(1);
3859
3860     default:
3861       return nullptr;
3862   }
3863 }
3864
3865 bool llvm::programUndefinedIfFullPoison(const Instruction *PoisonI) {
3866   // We currently only look for uses of poison values within the same basic
3867   // block, as that makes it easier to guarantee that the uses will be
3868   // executed given that PoisonI is executed.
3869   //
3870   // FIXME: Expand this to consider uses beyond the same basic block. To do
3871   // this, look out for the distinction between post-dominance and strong
3872   // post-dominance.
3873   const BasicBlock *BB = PoisonI->getParent();
3874
3875   // Set of instructions that we have proved will yield poison if PoisonI
3876   // does.
3877   SmallSet<const Value *, 16> YieldsPoison;
3878   SmallSet<const BasicBlock *, 4> Visited;
3879   YieldsPoison.insert(PoisonI);
3880   Visited.insert(PoisonI->getParent());
3881
3882   BasicBlock::const_iterator Begin = PoisonI->getIterator(), End = BB->end();
3883
3884   unsigned Iter = 0;
3885   while (Iter++ < MaxDepth) {
3886     for (auto &I : make_range(Begin, End)) {
3887       if (&I != PoisonI) {
3888         const Value *NotPoison = getGuaranteedNonFullPoisonOp(&I);
3889         if (NotPoison != nullptr && YieldsPoison.count(NotPoison))
3890           return true;
3891         if (!isGuaranteedToTransferExecutionToSuccessor(&I))
3892           return false;
3893       }
3894
3895       // Mark poison that propagates from I through uses of I.
3896       if (YieldsPoison.count(&I)) {
3897         for (const User *User : I.users()) {
3898           const Instruction *UserI = cast<Instruction>(User);
3899           if (propagatesFullPoison(UserI))
3900             YieldsPoison.insert(User);
3901         }
3902       }
3903     }
3904
3905     if (auto *NextBB = BB->getSingleSuccessor()) {
3906       if (Visited.insert(NextBB).second) {
3907         BB = NextBB;
3908         Begin = BB->getFirstNonPHI()->getIterator();
3909         End = BB->end();
3910         continue;
3911       }
3912     }
3913
3914     break;
3915   };
3916   return false;
3917 }
3918
3919 static bool isKnownNonNaN(const Value *V, FastMathFlags FMF) {
3920   if (FMF.noNaNs())
3921     return true;
3922
3923   if (auto *C = dyn_cast<ConstantFP>(V))
3924     return !C->isNaN();
3925   return false;
3926 }
3927
3928 static bool isKnownNonZero(const Value *V) {
3929   if (auto *C = dyn_cast<ConstantFP>(V))
3930     return !C->isZero();
3931   return false;
3932 }
3933
3934 /// Match non-obvious integer minimum and maximum sequences.
3935 static SelectPatternResult matchMinMax(CmpInst::Predicate Pred,
3936                                        Value *CmpLHS, Value *CmpRHS,
3937                                        Value *TrueVal, Value *FalseVal,
3938                                        Value *&LHS, Value *&RHS) {
3939   // Assume success. If there's no match, callers should not use these anyway.
3940   LHS = TrueVal;
3941   RHS = FalseVal;
3942
3943   // Recognize variations of:
3944   // CLAMP(v,l,h) ==> ((v) < (l) ? (l) : ((v) > (h) ? (h) : (v)))
3945   const APInt *C1;
3946   if (CmpRHS == TrueVal && match(CmpRHS, m_APInt(C1))) {
3947     const APInt *C2;
3948
3949     // (X <s C1) ? C1 : SMIN(X, C2) ==> SMAX(SMIN(X, C2), C1)
3950     if (match(FalseVal, m_SMin(m_Specific(CmpLHS), m_APInt(C2))) &&
3951         C1->slt(*C2) && Pred == CmpInst::ICMP_SLT)
3952       return {SPF_SMAX, SPNB_NA, false};
3953
3954     // (X >s C1) ? C1 : SMAX(X, C2) ==> SMIN(SMAX(X, C2), C1)
3955     if (match(FalseVal, m_SMax(m_Specific(CmpLHS), m_APInt(C2))) &&
3956         C1->sgt(*C2) && Pred == CmpInst::ICMP_SGT)
3957       return {SPF_SMIN, SPNB_NA, false};
3958
3959     // (X <u C1) ? C1 : UMIN(X, C2) ==> UMAX(UMIN(X, C2), C1)
3960     if (match(FalseVal, m_UMin(m_Specific(CmpLHS), m_APInt(C2))) &&
3961         C1->ult(*C2) && Pred == CmpInst::ICMP_ULT)
3962       return {SPF_UMAX, SPNB_NA, false};
3963
3964     // (X >u C1) ? C1 : UMAX(X, C2) ==> UMIN(UMAX(X, C2), C1)
3965     if (match(FalseVal, m_UMax(m_Specific(CmpLHS), m_APInt(C2))) &&
3966         C1->ugt(*C2) && Pred == CmpInst::ICMP_UGT)
3967       return {SPF_UMIN, SPNB_NA, false};
3968   }
3969
3970   if (Pred != CmpInst::ICMP_SGT && Pred != CmpInst::ICMP_SLT)
3971     return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
3972
3973   // Z = X -nsw Y
3974   // (X >s Y) ? 0 : Z ==> (Z >s 0) ? 0 : Z ==> SMIN(Z, 0)
3975   // (X <s Y) ? 0 : Z ==> (Z <s 0) ? 0 : Z ==> SMAX(Z, 0)
3976   if (match(TrueVal, m_Zero()) &&
3977       match(FalseVal, m_NSWSub(m_Specific(CmpLHS), m_Specific(CmpRHS))))
3978     return {Pred == CmpInst::ICMP_SGT ? SPF_SMIN : SPF_SMAX, SPNB_NA, false};
3979
3980   // Z = X -nsw Y
3981   // (X >s Y) ? Z : 0 ==> (Z >s 0) ? Z : 0 ==> SMAX(Z, 0)
3982   // (X <s Y) ? Z : 0 ==> (Z <s 0) ? Z : 0 ==> SMIN(Z, 0)
3983   if (match(FalseVal, m_Zero()) &&
3984       match(TrueVal, m_NSWSub(m_Specific(CmpLHS), m_Specific(CmpRHS))))
3985     return {Pred == CmpInst::ICMP_SGT ? SPF_SMAX : SPF_SMIN, SPNB_NA, false};
3986
3987   if (!match(CmpRHS, m_APInt(C1)))
3988     return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
3989
3990   // An unsigned min/max can be written with a signed compare.
3991   const APInt *C2;
3992   if ((CmpLHS == TrueVal && match(FalseVal, m_APInt(C2))) ||
3993       (CmpLHS == FalseVal && match(TrueVal, m_APInt(C2)))) {
3994     // Is the sign bit set?
3995     // (X <s 0) ? X : MAXVAL ==> (X >u MAXVAL) ? X : MAXVAL ==> UMAX
3996     // (X <s 0) ? MAXVAL : X ==> (X >u MAXVAL) ? MAXVAL : X ==> UMIN
3997     if (Pred == CmpInst::ICMP_SLT && *C1 == 0 && C2->isMaxSignedValue())
3998       return {CmpLHS == TrueVal ? SPF_UMAX : SPF_UMIN, SPNB_NA, false};
3999
4000     // Is the sign bit clear?
4001     // (X >s -1) ? MINVAL : X ==> (X <u MINVAL) ? MINVAL : X ==> UMAX
4002     // (X >s -1) ? X : MINVAL ==> (X <u MINVAL) ? X : MINVAL ==> UMIN
4003     if (Pred == CmpInst::ICMP_SGT && C1->isAllOnesValue() &&
4004         C2->isMinSignedValue())
4005       return {CmpLHS == FalseVal ? SPF_UMAX : SPF_UMIN, SPNB_NA, false};
4006   }
4007
4008   // Look through 'not' ops to find disguised signed min/max.
4009   // (X >s C) ? ~X : ~C ==> (~X <s ~C) ? ~X : ~C ==> SMIN(~X, ~C)
4010   // (X <s C) ? ~X : ~C ==> (~X >s ~C) ? ~X : ~C ==> SMAX(~X, ~C)
4011   if (match(TrueVal, m_Not(m_Specific(CmpLHS))) &&
4012       match(FalseVal, m_APInt(C2)) && ~(*C1) == *C2)
4013     return {Pred == CmpInst::ICMP_SGT ? SPF_SMIN : SPF_SMAX, SPNB_NA, false};
4014
4015   // (X >s C) ? ~C : ~X ==> (~X <s ~C) ? ~C : ~X ==> SMAX(~C, ~X)
4016   // (X <s C) ? ~C : ~X ==> (~X >s ~C) ? ~C : ~X ==> SMIN(~C, ~X)
4017   if (match(FalseVal, m_Not(m_Specific(CmpLHS))) &&
4018       match(TrueVal, m_APInt(C2)) && ~(*C1) == *C2)
4019     return {Pred == CmpInst::ICMP_SGT ? SPF_SMAX : SPF_SMIN, SPNB_NA, false};
4020
4021   return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4022 }
4023
4024 static SelectPatternResult matchSelectPattern(CmpInst::Predicate Pred,
4025                                               FastMathFlags FMF,
4026                                               Value *CmpLHS, Value *CmpRHS,
4027                                               Value *TrueVal, Value *FalseVal,
4028                                               Value *&LHS, Value *&RHS) {
4029   LHS = CmpLHS;
4030   RHS = CmpRHS;
4031
4032   // If the predicate is an "or-equal"  (FP) predicate, then signed zeroes may
4033   // return inconsistent results between implementations.
4034   //   (0.0 <= -0.0) ? 0.0 : -0.0 // Returns 0.0
4035   //   minNum(0.0, -0.0)          // May return -0.0 or 0.0 (IEEE 754-2008 5.3.1)
4036   // Therefore we behave conservatively and only proceed if at least one of the
4037   // operands is known to not be zero, or if we don't care about signed zeroes.
4038   switch (Pred) {
4039   default: break;
4040   case CmpInst::FCMP_OGE: case CmpInst::FCMP_OLE:
4041   case CmpInst::FCMP_UGE: case CmpInst::FCMP_ULE:
4042     if (!FMF.noSignedZeros() && !isKnownNonZero(CmpLHS) &&
4043         !isKnownNonZero(CmpRHS))
4044       return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4045   }
4046
4047   SelectPatternNaNBehavior NaNBehavior = SPNB_NA;
4048   bool Ordered = false;
4049
4050   // When given one NaN and one non-NaN input:
4051   //   - maxnum/minnum (C99 fmaxf()/fminf()) return the non-NaN input.
4052   //   - A simple C99 (a < b ? a : b) construction will return 'b' (as the
4053   //     ordered comparison fails), which could be NaN or non-NaN.
4054   // so here we discover exactly what NaN behavior is required/accepted.
4055   if (CmpInst::isFPPredicate(Pred)) {
4056     bool LHSSafe = isKnownNonNaN(CmpLHS, FMF);
4057     bool RHSSafe = isKnownNonNaN(CmpRHS, FMF);
4058
4059     if (LHSSafe && RHSSafe) {
4060       // Both operands are known non-NaN.
4061       NaNBehavior = SPNB_RETURNS_ANY;
4062     } else if (CmpInst::isOrdered(Pred)) {
4063       // An ordered comparison will return false when given a NaN, so it
4064       // returns the RHS.
4065       Ordered = true;
4066       if (LHSSafe)
4067         // LHS is non-NaN, so if RHS is NaN then NaN will be returned.
4068         NaNBehavior = SPNB_RETURNS_NAN;
4069       else if (RHSSafe)
4070         NaNBehavior = SPNB_RETURNS_OTHER;
4071       else
4072         // Completely unsafe.
4073         return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4074     } else {
4075       Ordered = false;
4076       // An unordered comparison will return true when given a NaN, so it
4077       // returns the LHS.
4078       if (LHSSafe)
4079         // LHS is non-NaN, so if RHS is NaN then non-NaN will be returned.
4080         NaNBehavior = SPNB_RETURNS_OTHER;
4081       else if (RHSSafe)
4082         NaNBehavior = SPNB_RETURNS_NAN;
4083       else
4084         // Completely unsafe.
4085         return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4086     }
4087   }
4088
4089   if (TrueVal == CmpRHS && FalseVal == CmpLHS) {
4090     std::swap(CmpLHS, CmpRHS);
4091     Pred = CmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
4092     if (NaNBehavior == SPNB_RETURNS_NAN)
4093       NaNBehavior = SPNB_RETURNS_OTHER;
4094     else if (NaNBehavior == SPNB_RETURNS_OTHER)
4095       NaNBehavior = SPNB_RETURNS_NAN;
4096     Ordered = !Ordered;
4097   }
4098
4099   // ([if]cmp X, Y) ? X : Y
4100   if (TrueVal == CmpLHS && FalseVal == CmpRHS) {
4101     switch (Pred) {
4102     default: return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false}; // Equality.
4103     case ICmpInst::ICMP_UGT:
4104     case ICmpInst::ICMP_UGE: return {SPF_UMAX, SPNB_NA, false};
4105     case ICmpInst::ICMP_SGT:
4106     case ICmpInst::ICMP_SGE: return {SPF_SMAX, SPNB_NA, false};
4107     case ICmpInst::ICMP_ULT:
4108     case ICmpInst::ICMP_ULE: return {SPF_UMIN, SPNB_NA, false};
4109     case ICmpInst::ICMP_SLT:
4110     case ICmpInst::ICMP_SLE: return {SPF_SMIN, SPNB_NA, false};
4111     case FCmpInst::FCMP_UGT:
4112     case FCmpInst::FCMP_UGE:
4113     case FCmpInst::FCMP_OGT:
4114     case FCmpInst::FCMP_OGE: return {SPF_FMAXNUM, NaNBehavior, Ordered};
4115     case FCmpInst::FCMP_ULT:
4116     case FCmpInst::FCMP_ULE:
4117     case FCmpInst::FCMP_OLT:
4118     case FCmpInst::FCMP_OLE: return {SPF_FMINNUM, NaNBehavior, Ordered};
4119     }
4120   }
4121
4122   const APInt *C1;
4123   if (match(CmpRHS, m_APInt(C1))) {
4124     if ((CmpLHS == TrueVal && match(FalseVal, m_Neg(m_Specific(CmpLHS)))) ||
4125         (CmpLHS == FalseVal && match(TrueVal, m_Neg(m_Specific(CmpLHS))))) {
4126
4127       // ABS(X) ==> (X >s 0) ? X : -X and (X >s -1) ? X : -X
4128       // NABS(X) ==> (X >s 0) ? -X : X and (X >s -1) ? -X : X
4129       if (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT && (*C1 == 0 || C1->isAllOnesValue())) {
4130         return {(CmpLHS == TrueVal) ? SPF_ABS : SPF_NABS, SPNB_NA, false};
4131       }
4132
4133       // ABS(X) ==> (X <s 0) ? -X : X and (X <s 1) ? -X : X
4134       // NABS(X) ==> (X <s 0) ? X : -X and (X <s 1) ? X : -X
4135       if (Pred == ICmpInst::ICMP_SLT && (*C1 == 0 || *C1 == 1)) {
4136         return {(CmpLHS == FalseVal) ? SPF_ABS : SPF_NABS, SPNB_NA, false};
4137       }
4138     }
4139   }
4140
4141   return matchMinMax(Pred, CmpLHS, CmpRHS, TrueVal, FalseVal, LHS, RHS);
4142 }
4143
4144 static Value *lookThroughCast(CmpInst *CmpI, Value *V1, Value *V2,
4145                               Instruction::CastOps *CastOp) {
4146   auto *Cast1 = dyn_cast<CastInst>(V1);
4147   if (!Cast1)
4148     return nullptr;
4149
4150   *CastOp = Cast1->getOpcode();
4151   Type *SrcTy = Cast1->getSrcTy();
4152   if (auto *Cast2 = dyn_cast<CastInst>(V2)) {
4153     // If V1 and V2 are both the same cast from the same type, look through V1.
4154     if (*CastOp == Cast2->getOpcode() && SrcTy == Cast2->getSrcTy())
4155       return Cast2->getOperand(0);
4156     return nullptr;
4157   }
4158
4159   auto *C = dyn_cast<Constant>(V2);
4160   if (!C)
4161     return nullptr;
4162
4163   Constant *CastedTo = nullptr;
4164   switch (*CastOp) {
4165   case Instruction::ZExt:
4166     if (CmpI->isUnsigned())
4167       CastedTo = ConstantExpr::getTrunc(C, SrcTy);
4168     break;
4169   case Instruction::SExt:
4170     if (CmpI->isSigned())
4171       CastedTo = ConstantExpr::getTrunc(C, SrcTy, true);
4172     break;
4173   case Instruction::Trunc:
4174     CastedTo = ConstantExpr::getIntegerCast(C, SrcTy, CmpI->isSigned());
4175     break;
4176   case Instruction::FPTrunc:
4177     CastedTo = ConstantExpr::getFPExtend(C, SrcTy, true);
4178     break;
4179   case Instruction::FPExt:
4180     CastedTo = ConstantExpr::getFPTrunc(C, SrcTy, true);
4181     break;
4182   case Instruction::FPToUI:
4183     CastedTo = ConstantExpr::getUIToFP(C, SrcTy, true);
4184     break;
4185   case Instruction::FPToSI:
4186     CastedTo = ConstantExpr::getSIToFP(C, SrcTy, true);
4187     break;
4188   case Instruction::UIToFP:
4189     CastedTo = ConstantExpr::getFPToUI(C, SrcTy, true);
4190     break;
4191   case Instruction::SIToFP:
4192     CastedTo = ConstantExpr::getFPToSI(C, SrcTy, true);
4193     break;
4194   default:
4195     break;
4196   }
4197
4198   if (!CastedTo)
4199     return nullptr;
4200
4201   // Make sure the cast doesn't lose any information.
4202   Constant *CastedBack =
4203       ConstantExpr::getCast(*CastOp, CastedTo, C->getType(), true);
4204   if (CastedBack != C)
4205     return nullptr;
4206
4207   return CastedTo;
4208 }
4209
4210 SelectPatternResult llvm::matchSelectPattern(Value *V, Value *&LHS, Value *&RHS,
4211                                              Instruction::CastOps *CastOp) {
4212   SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V);
4213   if (!SI) return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4214
4215   CmpInst *CmpI = dyn_cast<CmpInst>(SI->getCondition());
4216   if (!CmpI) return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4217
4218   CmpInst::Predicate Pred = CmpI->getPredicate();
4219   Value *CmpLHS = CmpI->getOperand(0);
4220   Value *CmpRHS = CmpI->getOperand(1);
4221   Value *TrueVal = SI->getTrueValue();
4222   Value *FalseVal = SI->getFalseValue();
4223   FastMathFlags FMF;
4224   if (isa<FPMathOperator>(CmpI))
4225     FMF = CmpI->getFastMathFlags();
4226
4227   // Bail out early.
4228   if (CmpI->isEquality())
4229     return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4230
4231   // Deal with type mismatches.
4232   if (CastOp && CmpLHS->getType() != TrueVal->getType()) {
4233     if (Value *C = lookThroughCast(CmpI, TrueVal, FalseVal, CastOp))
4234       return ::matchSelectPattern(Pred, FMF, CmpLHS, CmpRHS,
4235                                   cast<CastInst>(TrueVal)->getOperand(0), C,
4236                                   LHS, RHS);
4237     if (Value *C = lookThroughCast(CmpI, FalseVal, TrueVal, CastOp))
4238       return ::matchSelectPattern(Pred, FMF, CmpLHS, CmpRHS,
4239                                   C, cast<CastInst>(FalseVal)->getOperand(0),
4240                                   LHS, RHS);
4241   }
4242   return ::matchSelectPattern(Pred, FMF, CmpLHS, CmpRHS, TrueVal, FalseVal,
4243                               LHS, RHS);
4244 }
4245
4246 /// Return true if "icmp Pred LHS RHS" is always true.
4247 static bool isTruePredicate(CmpInst::Predicate Pred,
4248                             const Value *LHS, const Value *RHS,
4249                             const DataLayout &DL, unsigned Depth,
4250                             AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
4251                             const DominatorTree *DT) {
4252   assert(!LHS->getType()->isVectorTy() && "TODO: extend to handle vectors!");
4253   if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred) && LHS == RHS)
4254     return true;
4255
4256   switch (Pred) {
4257   default:
4258     return false;
4259
4260   case CmpInst::ICMP_SLE: {
4261     const APInt *C;
4262
4263     // LHS s<= LHS +_{nsw} C   if C >= 0
4264     if (match(RHS, m_NSWAdd(m_Specific(LHS), m_APInt(C))))
4265       return !C->isNegative();
4266     return false;
4267   }
4268
4269   case CmpInst::ICMP_ULE: {
4270     const APInt *C;
4271
4272     // LHS u<= LHS +_{nuw} C   for any C
4273     if (match(RHS, m_NUWAdd(m_Specific(LHS), m_APInt(C))))
4274       return true;
4275
4276     // Match A to (X +_{nuw} CA) and B to (X +_{nuw} CB)
4277     auto MatchNUWAddsToSameValue = [&](const Value *A, const Value *B,
4278                                        const Value *&X,
4279                                        const APInt *&CA, const APInt *&CB) {
4280       if (match(A, m_NUWAdd(m_Value(X), m_APInt(CA))) &&
4281           match(B, m_NUWAdd(m_Specific(X), m_APInt(CB))))
4282         return true;
4283
4284       // If X & C == 0 then (X | C) == X +_{nuw} C
4285       if (match(A, m_Or(m_Value(X), m_APInt(CA))) &&
4286           match(B, m_Or(m_Specific(X), m_APInt(CB)))) {
4287         KnownBits Known(CA->getBitWidth());
4288         computeKnownBits(X, Known, DL, Depth + 1, AC, CxtI, DT);
4289
4290         if (CA->isSubsetOf(Known.Zero) && CB->isSubsetOf(Known.Zero))
4291           return true;
4292       }
4293
4294       return false;
4295     };
4296
4297     const Value *X;
4298     const APInt *CLHS, *CRHS;
4299     if (MatchNUWAddsToSameValue(LHS, RHS, X, CLHS, CRHS))
4300       return CLHS->ule(*CRHS);
4301
4302     return false;
4303   }
4304   }
4305 }
4306
4307 /// Return true if "icmp Pred BLHS BRHS" is true whenever "icmp Pred
4308 /// ALHS ARHS" is true.  Otherwise, return None.
4309 static Optional<bool>
4310 isImpliedCondOperands(CmpInst::Predicate Pred, const Value *ALHS,
4311                       const Value *ARHS, const Value *BLHS,
4312                       const Value *BRHS, const DataLayout &DL,
4313                       unsigned Depth, AssumptionCache *AC,
4314                       const Instruction *CxtI, const DominatorTree *DT) {
4315   switch (Pred) {
4316   default:
4317     return None;
4318
4319   case CmpInst::ICMP_SLT:
4320   case CmpInst::ICMP_SLE:
4321     if (isTruePredicate(CmpInst::ICMP_SLE, BLHS, ALHS, DL, Depth, AC, CxtI,
4322                         DT) &&
4323         isTruePredicate(CmpInst::ICMP_SLE, ARHS, BRHS, DL, Depth, AC, CxtI, DT))
4324       return true;
4325     return None;
4326
4327   case CmpInst::ICMP_ULT:
4328   case CmpInst::ICMP_ULE:
4329     if (isTruePredicate(CmpInst::ICMP_ULE, BLHS, ALHS, DL, Depth, AC, CxtI,
4330                         DT) &&
4331         isTruePredicate(CmpInst::ICMP_ULE, ARHS, BRHS, DL, Depth, AC, CxtI, DT))
4332       return true;
4333     return None;
4334   }
4335 }
4336
4337 /// Return true if the operands of the two compares match.  IsSwappedOps is true
4338 /// when the operands match, but are swapped.
4339 static bool isMatchingOps(const Value *ALHS, const Value *ARHS,
4340                           const Value *BLHS, const Value *BRHS,
4341                           bool &IsSwappedOps) {
4342
4343   bool IsMatchingOps = (ALHS == BLHS && ARHS == BRHS);
4344   IsSwappedOps = (ALHS == BRHS && ARHS == BLHS);
4345   return IsMatchingOps || IsSwappedOps;
4346 }
4347
4348 /// Return true if "icmp1 APred ALHS ARHS" implies "icmp2 BPred BLHS BRHS" is
4349 /// true.  Return false if "icmp1 APred ALHS ARHS" implies "icmp2 BPred BLHS
4350 /// BRHS" is false.  Otherwise, return None if we can't infer anything.
4351 static Optional<bool> isImpliedCondMatchingOperands(CmpInst::Predicate APred,
4352                                                     const Value *ALHS,
4353                                                     const Value *ARHS,
4354                                                     CmpInst::Predicate BPred,
4355                                                     const Value *BLHS,
4356                                                     const Value *BRHS,
4357                                                     bool IsSwappedOps) {
4358   // Canonicalize the operands so they're matching.
4359   if (IsSwappedOps) {
4360     std::swap(BLHS, BRHS);
4361     BPred = ICmpInst::getSwappedPredicate(BPred);
4362   }
4363   if (CmpInst::isImpliedTrueByMatchingCmp(APred, BPred))
4364     return true;
4365   if (CmpInst::isImpliedFalseByMatchingCmp(APred, BPred))
4366     return false;
4367
4368   return None;
4369 }
4370
4371 /// Return true if "icmp1 APred ALHS C1" implies "icmp2 BPred BLHS C2" is
4372 /// true.  Return false if "icmp1 APred ALHS C1" implies "icmp2 BPred BLHS
4373 /// C2" is false.  Otherwise, return None if we can't infer anything.
4374 static Optional<bool>
4375 isImpliedCondMatchingImmOperands(CmpInst::Predicate APred, const Value *ALHS,
4376                                  const ConstantInt *C1,
4377                                  CmpInst::Predicate BPred,
4378                                  const Value *BLHS, const ConstantInt *C2) {
4379   assert(ALHS == BLHS && "LHS operands must match.");
4380   ConstantRange DomCR =
4381       ConstantRange::makeExactICmpRegion(APred, C1->getValue());
4382   ConstantRange CR =
4383       ConstantRange::makeAllowedICmpRegion(BPred, C2->getValue());
4384   ConstantRange Intersection = DomCR.intersectWith(CR);
4385   ConstantRange Difference = DomCR.difference(CR);
4386   if (Intersection.isEmptySet())
4387     return false;
4388   if (Difference.isEmptySet())
4389     return true;
4390   return None;
4391 }
4392
4393 Optional<bool> llvm::isImpliedCondition(const Value *LHS, const Value *RHS,
4394                                         const DataLayout &DL, bool LHSIsFalse,
4395                                         unsigned Depth, AssumptionCache *AC,
4396                                         const Instruction *CxtI,
4397                                         const DominatorTree *DT) {
4398   // A mismatch occurs when we compare a scalar cmp to a vector cmp, for example.
4399   if (LHS->getType() != RHS->getType())
4400     return None;
4401
4402   Type *OpTy = LHS->getType();
4403   assert(OpTy->isIntOrIntVectorTy(1));
4404
4405   // LHS ==> RHS by definition
4406   if (LHS == RHS)
4407     return !LHSIsFalse;
4408
4409   if (OpTy->isVectorTy())
4410     // TODO: extending the code below to handle vectors
4411     return None;
4412   assert(OpTy->isIntegerTy(1) && "implied by above");
4413
4414   Value *BLHS, *BRHS;
4415   ICmpInst::Predicate BPred;
4416   // We expect the RHS to be an icmp.
4417   if (!match(RHS, m_ICmp(BPred, m_Value(BLHS), m_Value(BRHS))))
4418     return None;
4419
4420   Value *ALHS, *ARHS;
4421   ICmpInst::Predicate APred;
4422   // The LHS can be an 'or', 'and', or 'icmp'.
4423   if (!match(LHS, m_ICmp(APred, m_Value(ALHS), m_Value(ARHS)))) {
4424     // The remaining tests are all recursive, so bail out if we hit the limit.
4425     if (Depth == MaxDepth)
4426       return None;
4427     // If the result of an 'or' is false, then we know both legs of the 'or' are
4428     // false.  Similarly, if the result of an 'and' is true, then we know both
4429     // legs of the 'and' are true.
4430     if ((LHSIsFalse && match(LHS, m_Or(m_Value(ALHS), m_Value(ARHS)))) ||
4431         (!LHSIsFalse && match(LHS, m_And(m_Value(ALHS), m_Value(ARHS))))) {
4432       if (Optional<bool> Implication = isImpliedCondition(
4433               ALHS, RHS, DL, LHSIsFalse, Depth + 1, AC, CxtI, DT))
4434         return Implication;
4435       if (Optional<bool> Implication = isImpliedCondition(
4436               ARHS, RHS, DL, LHSIsFalse, Depth + 1, AC, CxtI, DT))
4437         return Implication;
4438       return None;
4439     }
4440     return None;
4441   }
4442   // All of the below logic assumes both LHS and RHS are icmps.
4443   assert(isa<ICmpInst>(LHS) && isa<ICmpInst>(RHS) && "Expected icmps.");
4444
4445   // The rest of the logic assumes the LHS condition is true.  If that's not the
4446   // case, invert the predicate to make it so.
4447   if (LHSIsFalse)
4448     APred = CmpInst::getInversePredicate(APred);
4449
4450   // Can we infer anything when the two compares have matching operands?
4451   bool IsSwappedOps;
4452   if (isMatchingOps(ALHS, ARHS, BLHS, BRHS, IsSwappedOps)) {
4453     if (Optional<bool> Implication = isImpliedCondMatchingOperands(
4454             APred, ALHS, ARHS, BPred, BLHS, BRHS, IsSwappedOps))
4455       return Implication;
4456     // No amount of additional analysis will infer the second condition, so
4457     // early exit.
4458     return None;
4459   }
4460
4461   // Can we infer anything when the LHS operands match and the RHS operands are
4462   // constants (not necessarily matching)?
4463   if (ALHS == BLHS && isa<ConstantInt>(ARHS) && isa<ConstantInt>(BRHS)) {
4464     if (Optional<bool> Implication = isImpliedCondMatchingImmOperands(
4465             APred, ALHS, cast<ConstantInt>(ARHS), BPred, BLHS,
4466             cast<ConstantInt>(BRHS)))
4467       return Implication;
4468     // No amount of additional analysis will infer the second condition, so
4469     // early exit.
4470     return None;
4471   }
4472
4473   if (APred == BPred)
4474     return isImpliedCondOperands(APred, ALHS, ARHS, BLHS, BRHS, DL, Depth, AC,
4475                                  CxtI, DT);
4476
4477   return None;
4478 }