]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/CodeGen/CodeGenPrepare.cpp
Merge llvm, clang, lld, lldb, compiler-rt and libc++ r304460, and update
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm / lib / CodeGen / CodeGenPrepare.cpp
1 //===- CodeGenPrepare.cpp - Prepare a function for code generation --------===//
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 pass munges the code in the input function to better prepare it for
11 // SelectionDAG-based code generation. This works around limitations in it's
12 // basic-block-at-a-time approach. It should eventually be removed.
13 //
14 //===----------------------------------------------------------------------===//
15
16 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
17 #include "llvm/CodeGen/TargetPassConfig.h"
18 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
19 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
20 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
21 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
22 #include "llvm/Analysis/BlockFrequencyInfo.h"
23 #include "llvm/Analysis/BranchProbabilityInfo.h"
24 #include "llvm/Analysis/CFG.h"
25 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
26 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
27 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
28 #include "llvm/Analysis/ProfileSummaryInfo.h"
29 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
30 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
31 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
32 #include "llvm/CodeGen/Analysis.h"
33 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
34 #include "llvm/IR/CallSite.h"
35 #include "llvm/IR/Constants.h"
36 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
37 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
38 #include "llvm/IR/Dominators.h"
39 #include "llvm/IR/Function.h"
40 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
41 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
42 #include "llvm/IR/InlineAsm.h"
43 #include "llvm/IR/Instructions.h"
44 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
45 #include "llvm/IR/MDBuilder.h"
46 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
47 #include "llvm/IR/Statepoint.h"
48 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
49 #include "llvm/IR/ValueMap.h"
50 #include "llvm/Pass.h"
51 #include "llvm/Support/BranchProbability.h"
52 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
53 #include "llvm/Support/Debug.h"
54 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
55 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
56 #include "llvm/Target/TargetSubtargetInfo.h"
57 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
58 #include "llvm/Transforms/Utils/BuildLibCalls.h"
59 #include "llvm/Transforms/Utils/BypassSlowDivision.h"
60 #include "llvm/Transforms/Utils/Cloning.h"
61 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
62 #include "llvm/Transforms/Utils/SimplifyLibCalls.h"
63 #include "llvm/Transforms/Utils/ValueMapper.h"
64
65 using namespace llvm;
66 using namespace llvm::PatternMatch;
67
68 #define DEBUG_TYPE "codegenprepare"
69
70 STATISTIC(NumBlocksElim, "Number of blocks eliminated");
71 STATISTIC(NumPHIsElim,   "Number of trivial PHIs eliminated");
72 STATISTIC(NumGEPsElim,   "Number of GEPs converted to casts");
73 STATISTIC(NumCmpUses, "Number of uses of Cmp expressions replaced with uses of "
74                       "sunken Cmps");
75 STATISTIC(NumCastUses, "Number of uses of Cast expressions replaced with uses "
76                        "of sunken Casts");
77 STATISTIC(NumMemoryInsts, "Number of memory instructions whose address "
78                           "computations were sunk");
79 STATISTIC(NumExtsMoved,  "Number of [s|z]ext instructions combined with loads");
80 STATISTIC(NumExtUses,    "Number of uses of [s|z]ext instructions optimized");
81 STATISTIC(NumAndsAdded,
82           "Number of and mask instructions added to form ext loads");
83 STATISTIC(NumAndUses, "Number of uses of and mask instructions optimized");
84 STATISTIC(NumRetsDup,    "Number of return instructions duplicated");
85 STATISTIC(NumDbgValueMoved, "Number of debug value instructions moved");
86 STATISTIC(NumSelectsExpanded, "Number of selects turned into branches");
87 STATISTIC(NumStoreExtractExposed, "Number of store(extractelement) exposed");
88
89 STATISTIC(NumMemCmpCalls, "Number of memcmp calls");
90 STATISTIC(NumMemCmpNotConstant, "Number of memcmp calls without constant size");
91 STATISTIC(NumMemCmpGreaterThanMax,
92           "Number of memcmp calls with size greater than max size");
93 STATISTIC(NumMemCmpInlined, "Number of inlined memcmp calls");
94
95 static cl::opt<bool> DisableBranchOpts(
96   "disable-cgp-branch-opts", cl::Hidden, cl::init(false),
97   cl::desc("Disable branch optimizations in CodeGenPrepare"));
98
99 static cl::opt<bool>
100     DisableGCOpts("disable-cgp-gc-opts", cl::Hidden, cl::init(false),
101                   cl::desc("Disable GC optimizations in CodeGenPrepare"));
102
103 static cl::opt<bool> DisableSelectToBranch(
104   "disable-cgp-select2branch", cl::Hidden, cl::init(false),
105   cl::desc("Disable select to branch conversion."));
106
107 static cl::opt<bool> AddrSinkUsingGEPs(
108   "addr-sink-using-gep", cl::Hidden, cl::init(true),
109   cl::desc("Address sinking in CGP using GEPs."));
110
111 static cl::opt<bool> EnableAndCmpSinking(
112    "enable-andcmp-sinking", cl::Hidden, cl::init(true),
113    cl::desc("Enable sinkinig and/cmp into branches."));
114
115 static cl::opt<bool> DisableStoreExtract(
116     "disable-cgp-store-extract", cl::Hidden, cl::init(false),
117     cl::desc("Disable store(extract) optimizations in CodeGenPrepare"));
118
119 static cl::opt<bool> StressStoreExtract(
120     "stress-cgp-store-extract", cl::Hidden, cl::init(false),
121     cl::desc("Stress test store(extract) optimizations in CodeGenPrepare"));
122
123 static cl::opt<bool> DisableExtLdPromotion(
124     "disable-cgp-ext-ld-promotion", cl::Hidden, cl::init(false),
125     cl::desc("Disable ext(promotable(ld)) -> promoted(ext(ld)) optimization in "
126              "CodeGenPrepare"));
127
128 static cl::opt<bool> StressExtLdPromotion(
129     "stress-cgp-ext-ld-promotion", cl::Hidden, cl::init(false),
130     cl::desc("Stress test ext(promotable(ld)) -> promoted(ext(ld)) "
131              "optimization in CodeGenPrepare"));
132
133 static cl::opt<bool> DisablePreheaderProtect(
134     "disable-preheader-prot", cl::Hidden, cl::init(false),
135     cl::desc("Disable protection against removing loop preheaders"));
136
137 static cl::opt<bool> ProfileGuidedSectionPrefix(
138     "profile-guided-section-prefix", cl::Hidden, cl::init(true),
139     cl::desc("Use profile info to add section prefix for hot/cold functions"));
140
141 static cl::opt<unsigned> FreqRatioToSkipMerge(
142     "cgp-freq-ratio-to-skip-merge", cl::Hidden, cl::init(2),
143     cl::desc("Skip merging empty blocks if (frequency of empty block) / "
144              "(frequency of destination block) is greater than this ratio"));
145
146 static cl::opt<bool> ForceSplitStore(
147     "force-split-store", cl::Hidden, cl::init(false),
148     cl::desc("Force store splitting no matter what the target query says."));
149
150 static cl::opt<bool>
151 EnableTypePromotionMerge("cgp-type-promotion-merge", cl::Hidden,
152     cl::desc("Enable merging of redundant sexts when one is dominating"
153     " the other."), cl::init(true));
154
155 static cl::opt<unsigned> MemCmpNumLoadsPerBlock(
156     "memcmp-num-loads-per-block", cl::Hidden, cl::init(1),
157     cl::desc("The number of loads per basic block for inline expansion of "
158              "memcmp that is only being compared against zero."));
159
160 namespace {
161 typedef SmallPtrSet<Instruction *, 16> SetOfInstrs;
162 typedef PointerIntPair<Type *, 1, bool> TypeIsSExt;
163 typedef DenseMap<Instruction *, TypeIsSExt> InstrToOrigTy;
164 typedef SmallVector<Instruction *, 16> SExts;
165 typedef DenseMap<Value *, SExts> ValueToSExts;
166 class TypePromotionTransaction;
167
168   class CodeGenPrepare : public FunctionPass {
169     const TargetMachine *TM;
170     const TargetSubtargetInfo *SubtargetInfo;
171     const TargetLowering *TLI;
172     const TargetRegisterInfo *TRI;
173     const TargetTransformInfo *TTI;
174     const TargetLibraryInfo *TLInfo;
175     const LoopInfo *LI;
176     std::unique_ptr<BlockFrequencyInfo> BFI;
177     std::unique_ptr<BranchProbabilityInfo> BPI;
178
179     /// As we scan instructions optimizing them, this is the next instruction
180     /// to optimize. Transforms that can invalidate this should update it.
181     BasicBlock::iterator CurInstIterator;
182
183     /// Keeps track of non-local addresses that have been sunk into a block.
184     /// This allows us to avoid inserting duplicate code for blocks with
185     /// multiple load/stores of the same address.
186     ValueMap<Value*, Value*> SunkAddrs;
187
188     /// Keeps track of all instructions inserted for the current function.
189     SetOfInstrs InsertedInsts;
190     /// Keeps track of the type of the related instruction before their
191     /// promotion for the current function.
192     InstrToOrigTy PromotedInsts;
193
194     /// Keep track of instructions removed during promotion.
195     SetOfInstrs RemovedInsts;
196
197     /// Keep track of sext chains based on their initial value.
198     DenseMap<Value *, Instruction *> SeenChainsForSExt;
199
200     /// Keep track of SExt promoted.
201     ValueToSExts ValToSExtendedUses;
202
203     /// True if CFG is modified in any way.
204     bool ModifiedDT;
205
206     /// True if optimizing for size.
207     bool OptSize;
208
209     /// DataLayout for the Function being processed.
210     const DataLayout *DL;
211
212   public:
213     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
214     CodeGenPrepare()
215         : FunctionPass(ID), TM(nullptr), TLI(nullptr), TTI(nullptr),
216           DL(nullptr) {
217       initializeCodeGenPreparePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
218     }
219     bool runOnFunction(Function &F) override;
220
221     StringRef getPassName() const override { return "CodeGen Prepare"; }
222
223     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
224       // FIXME: When we can selectively preserve passes, preserve the domtree.
225       AU.addRequired<ProfileSummaryInfoWrapperPass>();
226       AU.addRequired<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
227       AU.addRequired<TargetTransformInfoWrapperPass>();
228       AU.addRequired<LoopInfoWrapperPass>();
229     }
230
231   private:
232     bool eliminateFallThrough(Function &F);
233     bool eliminateMostlyEmptyBlocks(Function &F);
234     BasicBlock *findDestBlockOfMergeableEmptyBlock(BasicBlock *BB);
235     bool canMergeBlocks(const BasicBlock *BB, const BasicBlock *DestBB) const;
236     void eliminateMostlyEmptyBlock(BasicBlock *BB);
237     bool isMergingEmptyBlockProfitable(BasicBlock *BB, BasicBlock *DestBB,
238                                        bool isPreheader);
239     bool optimizeBlock(BasicBlock &BB, bool& ModifiedDT);
240     bool optimizeInst(Instruction *I, bool& ModifiedDT);
241     bool optimizeMemoryInst(Instruction *I, Value *Addr,
242                             Type *AccessTy, unsigned AS);
243     bool optimizeInlineAsmInst(CallInst *CS);
244     bool optimizeCallInst(CallInst *CI, bool& ModifiedDT);
245     bool optimizeExt(Instruction *&I);
246     bool optimizeExtUses(Instruction *I);
247     bool optimizeLoadExt(LoadInst *I);
248     bool optimizeSelectInst(SelectInst *SI);
249     bool optimizeShuffleVectorInst(ShuffleVectorInst *SI);
250     bool optimizeSwitchInst(SwitchInst *CI);
251     bool optimizeExtractElementInst(Instruction *Inst);
252     bool dupRetToEnableTailCallOpts(BasicBlock *BB);
253     bool placeDbgValues(Function &F);
254     bool canFormExtLd(const SmallVectorImpl<Instruction *> &MovedExts,
255                       LoadInst *&LI, Instruction *&Inst, bool HasPromoted);
256     bool tryToPromoteExts(TypePromotionTransaction &TPT,
257                           const SmallVectorImpl<Instruction *> &Exts,
258                           SmallVectorImpl<Instruction *> &ProfitablyMovedExts,
259                           unsigned CreatedInstsCost = 0);
260     bool mergeSExts(Function &F);
261     bool performAddressTypePromotion(
262         Instruction *&Inst,
263         bool AllowPromotionWithoutCommonHeader,
264         bool HasPromoted, TypePromotionTransaction &TPT,
265         SmallVectorImpl<Instruction *> &SpeculativelyMovedExts);
266     bool splitBranchCondition(Function &F);
267     bool simplifyOffsetableRelocate(Instruction &I);
268     bool splitIndirectCriticalEdges(Function &F);
269   };
270 }
271
272 char CodeGenPrepare::ID = 0;
273 INITIALIZE_PASS_BEGIN(CodeGenPrepare, DEBUG_TYPE,
274                       "Optimize for code generation", false, false)
275 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ProfileSummaryInfoWrapperPass)
276 INITIALIZE_PASS_END(CodeGenPrepare, DEBUG_TYPE,
277                     "Optimize for code generation", false, false)
278
279 FunctionPass *llvm::createCodeGenPreparePass() { return new CodeGenPrepare(); }
280
281 bool CodeGenPrepare::runOnFunction(Function &F) {
282   if (skipFunction(F))
283     return false;
284
285   DL = &F.getParent()->getDataLayout();
286
287   bool EverMadeChange = false;
288   // Clear per function information.
289   InsertedInsts.clear();
290   PromotedInsts.clear();
291   BFI.reset();
292   BPI.reset();
293
294   ModifiedDT = false;
295   if (auto *TPC = getAnalysisIfAvailable<TargetPassConfig>()) {
296     TM = &TPC->getTM<TargetMachine>();
297     SubtargetInfo = TM->getSubtargetImpl(F);
298     TLI = SubtargetInfo->getTargetLowering();
299     TRI = SubtargetInfo->getRegisterInfo();
300   }
301   TLInfo = &getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI();
302   TTI = &getAnalysis<TargetTransformInfoWrapperPass>().getTTI(F);
303   LI = &getAnalysis<LoopInfoWrapperPass>().getLoopInfo();
304   OptSize = F.optForSize();
305
306   if (ProfileGuidedSectionPrefix) {
307     ProfileSummaryInfo *PSI =
308         getAnalysis<ProfileSummaryInfoWrapperPass>().getPSI();
309     if (PSI->isFunctionHotInCallGraph(&F))
310       F.setSectionPrefix(".hot");
311     else if (PSI->isFunctionColdInCallGraph(&F))
312       F.setSectionPrefix(".unlikely");
313   }
314
315   /// This optimization identifies DIV instructions that can be
316   /// profitably bypassed and carried out with a shorter, faster divide.
317   if (!OptSize && TLI && TLI->isSlowDivBypassed()) {
318     const DenseMap<unsigned int, unsigned int> &BypassWidths =
319        TLI->getBypassSlowDivWidths();
320     BasicBlock* BB = &*F.begin();
321     while (BB != nullptr) {
322       // bypassSlowDivision may create new BBs, but we don't want to reapply the
323       // optimization to those blocks.
324       BasicBlock* Next = BB->getNextNode();
325       EverMadeChange |= bypassSlowDivision(BB, BypassWidths);
326       BB = Next;
327     }
328   }
329
330   // Eliminate blocks that contain only PHI nodes and an
331   // unconditional branch.
332   EverMadeChange |= eliminateMostlyEmptyBlocks(F);
333
334   // llvm.dbg.value is far away from the value then iSel may not be able
335   // handle it properly. iSel will drop llvm.dbg.value if it can not
336   // find a node corresponding to the value.
337   EverMadeChange |= placeDbgValues(F);
338
339   if (!DisableBranchOpts)
340     EverMadeChange |= splitBranchCondition(F);
341
342   // Split some critical edges where one of the sources is an indirect branch,
343   // to help generate sane code for PHIs involving such edges.
344   EverMadeChange |= splitIndirectCriticalEdges(F);
345
346   bool MadeChange = true;
347   while (MadeChange) {
348     MadeChange = false;
349     SeenChainsForSExt.clear();
350     ValToSExtendedUses.clear();
351     RemovedInsts.clear();
352     for (Function::iterator I = F.begin(); I != F.end(); ) {
353       BasicBlock *BB = &*I++;
354       bool ModifiedDTOnIteration = false;
355       MadeChange |= optimizeBlock(*BB, ModifiedDTOnIteration);
356
357       // Restart BB iteration if the dominator tree of the Function was changed
358       if (ModifiedDTOnIteration)
359         break;
360     }
361     if (EnableTypePromotionMerge && !ValToSExtendedUses.empty())
362       MadeChange |= mergeSExts(F);
363
364     // Really free removed instructions during promotion.
365     for (Instruction *I : RemovedInsts)
366       I->deleteValue();
367
368     EverMadeChange |= MadeChange;
369   }
370
371   SunkAddrs.clear();
372
373   if (!DisableBranchOpts) {
374     MadeChange = false;
375     SmallPtrSet<BasicBlock*, 8> WorkList;
376     for (BasicBlock &BB : F) {
377       SmallVector<BasicBlock *, 2> Successors(succ_begin(&BB), succ_end(&BB));
378       MadeChange |= ConstantFoldTerminator(&BB, true);
379       if (!MadeChange) continue;
380
381       for (SmallVectorImpl<BasicBlock*>::iterator
382              II = Successors.begin(), IE = Successors.end(); II != IE; ++II)
383         if (pred_begin(*II) == pred_end(*II))
384           WorkList.insert(*II);
385     }
386
387     // Delete the dead blocks and any of their dead successors.
388     MadeChange |= !WorkList.empty();
389     while (!WorkList.empty()) {
390       BasicBlock *BB = *WorkList.begin();
391       WorkList.erase(BB);
392       SmallVector<BasicBlock*, 2> Successors(succ_begin(BB), succ_end(BB));
393
394       DeleteDeadBlock(BB);
395
396       for (SmallVectorImpl<BasicBlock*>::iterator
397              II = Successors.begin(), IE = Successors.end(); II != IE; ++II)
398         if (pred_begin(*II) == pred_end(*II))
399           WorkList.insert(*II);
400     }
401
402     // Merge pairs of basic blocks with unconditional branches, connected by
403     // a single edge.
404     if (EverMadeChange || MadeChange)
405       MadeChange |= eliminateFallThrough(F);
406
407     EverMadeChange |= MadeChange;
408   }
409
410   if (!DisableGCOpts) {
411     SmallVector<Instruction *, 2> Statepoints;
412     for (BasicBlock &BB : F)
413       for (Instruction &I : BB)
414         if (isStatepoint(I))
415           Statepoints.push_back(&I);
416     for (auto &I : Statepoints)
417       EverMadeChange |= simplifyOffsetableRelocate(*I);
418   }
419
420   return EverMadeChange;
421 }
422
423 /// Merge basic blocks which are connected by a single edge, where one of the
424 /// basic blocks has a single successor pointing to the other basic block,
425 /// which has a single predecessor.
426 bool CodeGenPrepare::eliminateFallThrough(Function &F) {
427   bool Changed = false;
428   // Scan all of the blocks in the function, except for the entry block.
429   for (Function::iterator I = std::next(F.begin()), E = F.end(); I != E;) {
430     BasicBlock *BB = &*I++;
431     // If the destination block has a single pred, then this is a trivial
432     // edge, just collapse it.
433     BasicBlock *SinglePred = BB->getSinglePredecessor();
434
435     // Don't merge if BB's address is taken.
436     if (!SinglePred || SinglePred == BB || BB->hasAddressTaken()) continue;
437
438     BranchInst *Term = dyn_cast<BranchInst>(SinglePred->getTerminator());
439     if (Term && !Term->isConditional()) {
440       Changed = true;
441       DEBUG(dbgs() << "To merge:\n"<< *SinglePred << "\n\n\n");
442       // Remember if SinglePred was the entry block of the function.
443       // If so, we will need to move BB back to the entry position.
444       bool isEntry = SinglePred == &SinglePred->getParent()->getEntryBlock();
445       MergeBasicBlockIntoOnlyPred(BB, nullptr);
446
447       if (isEntry && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock())
448         BB->moveBefore(&BB->getParent()->getEntryBlock());
449
450       // We have erased a block. Update the iterator.
451       I = BB->getIterator();
452     }
453   }
454   return Changed;
455 }
456
457 /// Find a destination block from BB if BB is mergeable empty block.
458 BasicBlock *CodeGenPrepare::findDestBlockOfMergeableEmptyBlock(BasicBlock *BB) {
459   // If this block doesn't end with an uncond branch, ignore it.
460   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
461   if (!BI || !BI->isUnconditional())
462     return nullptr;
463
464   // If the instruction before the branch (skipping debug info) isn't a phi
465   // node, then other stuff is happening here.
466   BasicBlock::iterator BBI = BI->getIterator();
467   if (BBI != BB->begin()) {
468     --BBI;
469     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI)) {
470       if (BBI == BB->begin())
471         break;
472       --BBI;
473     }
474     if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI) && !isa<PHINode>(BBI))
475       return nullptr;
476   }
477
478   // Do not break infinite loops.
479   BasicBlock *DestBB = BI->getSuccessor(0);
480   if (DestBB == BB)
481     return nullptr;
482
483   if (!canMergeBlocks(BB, DestBB))
484     DestBB = nullptr;
485
486   return DestBB;
487 }
488
489 // Return the unique indirectbr predecessor of a block. This may return null
490 // even if such a predecessor exists, if it's not useful for splitting.
491 // If a predecessor is found, OtherPreds will contain all other (non-indirectbr)
492 // predecessors of BB.
493 static BasicBlock *
494 findIBRPredecessor(BasicBlock *BB, SmallVectorImpl<BasicBlock *> &OtherPreds) {
495   // If the block doesn't have any PHIs, we don't care about it, since there's
496   // no point in splitting it.
497   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin());
498   if (!PN)
499     return nullptr;
500
501   // Verify we have exactly one IBR predecessor.
502   // Conservatively bail out if one of the other predecessors is not a "regular"
503   // terminator (that is, not a switch or a br).
504   BasicBlock *IBB = nullptr;
505   for (unsigned Pred = 0, E = PN->getNumIncomingValues(); Pred != E; ++Pred) {
506     BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(Pred);
507     TerminatorInst *PredTerm = PredBB->getTerminator();
508     switch (PredTerm->getOpcode()) {
509     case Instruction::IndirectBr:
510       if (IBB)
511         return nullptr;
512       IBB = PredBB;
513       break;
514     case Instruction::Br:
515     case Instruction::Switch:
516       OtherPreds.push_back(PredBB);
517       continue;
518     default:
519       return nullptr;
520     }
521   }
522
523   return IBB;
524 }
525
526 // Split critical edges where the source of the edge is an indirectbr
527 // instruction. This isn't always possible, but we can handle some easy cases.
528 // This is useful because MI is unable to split such critical edges,
529 // which means it will not be able to sink instructions along those edges.
530 // This is especially painful for indirect branches with many successors, where
531 // we end up having to prepare all outgoing values in the origin block.
532 //
533 // Our normal algorithm for splitting critical edges requires us to update
534 // the outgoing edges of the edge origin block, but for an indirectbr this
535 // is hard, since it would require finding and updating the block addresses
536 // the indirect branch uses. But if a block only has a single indirectbr
537 // predecessor, with the others being regular branches, we can do it in a
538 // different way.
539 // Say we have A -> D, B -> D, I -> D where only I -> D is an indirectbr.
540 // We can split D into D0 and D1, where D0 contains only the PHIs from D,
541 // and D1 is the D block body. We can then duplicate D0 as D0A and D0B, and
542 // create the following structure:
543 // A -> D0A, B -> D0A, I -> D0B, D0A -> D1, D0B -> D1
544 bool CodeGenPrepare::splitIndirectCriticalEdges(Function &F) {
545   // Check whether the function has any indirectbrs, and collect which blocks
546   // they may jump to. Since most functions don't have indirect branches,
547   // this lowers the common case's overhead to O(Blocks) instead of O(Edges).
548   SmallSetVector<BasicBlock *, 16> Targets;
549   for (auto &BB : F) {
550     auto *IBI = dyn_cast<IndirectBrInst>(BB.getTerminator());
551     if (!IBI)
552       continue;
553
554     for (unsigned Succ = 0, E = IBI->getNumSuccessors(); Succ != E; ++Succ)
555       Targets.insert(IBI->getSuccessor(Succ));
556   }
557
558   if (Targets.empty())
559     return false;
560
561   bool Changed = false;
562   for (BasicBlock *Target : Targets) {
563     SmallVector<BasicBlock *, 16> OtherPreds;
564     BasicBlock *IBRPred = findIBRPredecessor(Target, OtherPreds);
565     // If we did not found an indirectbr, or the indirectbr is the only
566     // incoming edge, this isn't the kind of edge we're looking for.
567     if (!IBRPred || OtherPreds.empty())
568       continue;
569
570     // Don't even think about ehpads/landingpads.
571     Instruction *FirstNonPHI = Target->getFirstNonPHI();
572     if (FirstNonPHI->isEHPad() || Target->isLandingPad())
573       continue;
574
575     BasicBlock *BodyBlock = Target->splitBasicBlock(FirstNonPHI, ".split");
576     // It's possible Target was its own successor through an indirectbr.
577     // In this case, the indirectbr now comes from BodyBlock.
578     if (IBRPred == Target)
579       IBRPred = BodyBlock;
580
581     // At this point Target only has PHIs, and BodyBlock has the rest of the
582     // block's body. Create a copy of Target that will be used by the "direct"
583     // preds.
584     ValueToValueMapTy VMap;
585     BasicBlock *DirectSucc = CloneBasicBlock(Target, VMap, ".clone", &F);
586
587     for (BasicBlock *Pred : OtherPreds) {
588       // If the target is a loop to itself, then the terminator of the split
589       // block needs to be updated.
590       if (Pred == Target)
591         BodyBlock->getTerminator()->replaceUsesOfWith(Target, DirectSucc);
592       else
593         Pred->getTerminator()->replaceUsesOfWith(Target, DirectSucc);
594     }
595
596     // Ok, now fix up the PHIs. We know the two blocks only have PHIs, and that
597     // they are clones, so the number of PHIs are the same.
598     // (a) Remove the edge coming from IBRPred from the "Direct" PHI
599     // (b) Leave that as the only edge in the "Indirect" PHI.
600     // (c) Merge the two in the body block.
601     BasicBlock::iterator Indirect = Target->begin(),
602                          End = Target->getFirstNonPHI()->getIterator();
603     BasicBlock::iterator Direct = DirectSucc->begin();
604     BasicBlock::iterator MergeInsert = BodyBlock->getFirstInsertionPt();
605
606     assert(&*End == Target->getTerminator() &&
607            "Block was expected to only contain PHIs");
608
609     while (Indirect != End) {
610       PHINode *DirPHI = cast<PHINode>(Direct);
611       PHINode *IndPHI = cast<PHINode>(Indirect);
612
613       // Now, clean up - the direct block shouldn't get the indirect value,
614       // and vice versa.
615       DirPHI->removeIncomingValue(IBRPred);
616       Direct++;
617
618       // Advance the pointer here, to avoid invalidation issues when the old
619       // PHI is erased.
620       Indirect++;
621
622       PHINode *NewIndPHI = PHINode::Create(IndPHI->getType(), 1, "ind", IndPHI);
623       NewIndPHI->addIncoming(IndPHI->getIncomingValueForBlock(IBRPred),
624                              IBRPred);
625
626       // Create a PHI in the body block, to merge the direct and indirect
627       // predecessors.
628       PHINode *MergePHI =
629           PHINode::Create(IndPHI->getType(), 2, "merge", &*MergeInsert);
630       MergePHI->addIncoming(NewIndPHI, Target);
631       MergePHI->addIncoming(DirPHI, DirectSucc);
632
633       IndPHI->replaceAllUsesWith(MergePHI);
634       IndPHI->eraseFromParent();
635     }
636
637     Changed = true;
638   }
639
640   return Changed;
641 }
642
643 /// Eliminate blocks that contain only PHI nodes, debug info directives, and an
644 /// unconditional branch. Passes before isel (e.g. LSR/loopsimplify) often split
645 /// edges in ways that are non-optimal for isel. Start by eliminating these
646 /// blocks so we can split them the way we want them.
647 bool CodeGenPrepare::eliminateMostlyEmptyBlocks(Function &F) {
648   SmallPtrSet<BasicBlock *, 16> Preheaders;
649   SmallVector<Loop *, 16> LoopList(LI->begin(), LI->end());
650   while (!LoopList.empty()) {
651     Loop *L = LoopList.pop_back_val();
652     LoopList.insert(LoopList.end(), L->begin(), L->end());
653     if (BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader())
654       Preheaders.insert(Preheader);
655   }
656
657   bool MadeChange = false;
658   // Note that this intentionally skips the entry block.
659   for (Function::iterator I = std::next(F.begin()), E = F.end(); I != E;) {
660     BasicBlock *BB = &*I++;
661     BasicBlock *DestBB = findDestBlockOfMergeableEmptyBlock(BB);
662     if (!DestBB ||
663         !isMergingEmptyBlockProfitable(BB, DestBB, Preheaders.count(BB)))
664       continue;
665
666     eliminateMostlyEmptyBlock(BB);
667     MadeChange = true;
668   }
669   return MadeChange;
670 }
671
672 bool CodeGenPrepare::isMergingEmptyBlockProfitable(BasicBlock *BB,
673                                                    BasicBlock *DestBB,
674                                                    bool isPreheader) {
675   // Do not delete loop preheaders if doing so would create a critical edge.
676   // Loop preheaders can be good locations to spill registers. If the
677   // preheader is deleted and we create a critical edge, registers may be
678   // spilled in the loop body instead.
679   if (!DisablePreheaderProtect && isPreheader &&
680       !(BB->getSinglePredecessor() &&
681         BB->getSinglePredecessor()->getSingleSuccessor()))
682     return false;
683
684   // Try to skip merging if the unique predecessor of BB is terminated by a
685   // switch or indirect branch instruction, and BB is used as an incoming block
686   // of PHIs in DestBB. In such case, merging BB and DestBB would cause ISel to
687   // add COPY instructions in the predecessor of BB instead of BB (if it is not
688   // merged). Note that the critical edge created by merging such blocks wont be
689   // split in MachineSink because the jump table is not analyzable. By keeping
690   // such empty block (BB), ISel will place COPY instructions in BB, not in the
691   // predecessor of BB.
692   BasicBlock *Pred = BB->getUniquePredecessor();
693   if (!Pred ||
694       !(isa<SwitchInst>(Pred->getTerminator()) ||
695         isa<IndirectBrInst>(Pred->getTerminator())))
696     return true;
697
698   if (BB->getTerminator() != BB->getFirstNonPHI())
699     return true;
700
701   // We use a simple cost heuristic which determine skipping merging is
702   // profitable if the cost of skipping merging is less than the cost of
703   // merging : Cost(skipping merging) < Cost(merging BB), where the
704   // Cost(skipping merging) is Freq(BB) * (Cost(Copy) + Cost(Branch)), and
705   // the Cost(merging BB) is Freq(Pred) * Cost(Copy).
706   // Assuming Cost(Copy) == Cost(Branch), we could simplify it to :
707   //   Freq(Pred) / Freq(BB) > 2.
708   // Note that if there are multiple empty blocks sharing the same incoming
709   // value for the PHIs in the DestBB, we consider them together. In such
710   // case, Cost(merging BB) will be the sum of their frequencies.
711
712   if (!isa<PHINode>(DestBB->begin()))
713     return true;
714
715   SmallPtrSet<BasicBlock *, 16> SameIncomingValueBBs;
716
717   // Find all other incoming blocks from which incoming values of all PHIs in
718   // DestBB are the same as the ones from BB.
719   for (pred_iterator PI = pred_begin(DestBB), E = pred_end(DestBB); PI != E;
720        ++PI) {
721     BasicBlock *DestBBPred = *PI;
722     if (DestBBPred == BB)
723       continue;
724
725     bool HasAllSameValue = true;
726     BasicBlock::const_iterator DestBBI = DestBB->begin();
727     while (const PHINode *DestPN = dyn_cast<PHINode>(DestBBI++)) {
728       if (DestPN->getIncomingValueForBlock(BB) !=
729           DestPN->getIncomingValueForBlock(DestBBPred)) {
730         HasAllSameValue = false;
731         break;
732       }
733     }
734     if (HasAllSameValue)
735       SameIncomingValueBBs.insert(DestBBPred);
736   }
737
738   // See if all BB's incoming values are same as the value from Pred. In this
739   // case, no reason to skip merging because COPYs are expected to be place in
740   // Pred already.
741   if (SameIncomingValueBBs.count(Pred))
742     return true;
743
744   if (!BFI) {
745     Function &F = *BB->getParent();
746     LoopInfo LI{DominatorTree(F)};
747     BPI.reset(new BranchProbabilityInfo(F, LI));
748     BFI.reset(new BlockFrequencyInfo(F, *BPI, LI));
749   }
750
751   BlockFrequency PredFreq = BFI->getBlockFreq(Pred);
752   BlockFrequency BBFreq = BFI->getBlockFreq(BB);
753
754   for (auto SameValueBB : SameIncomingValueBBs)
755     if (SameValueBB->getUniquePredecessor() == Pred &&
756         DestBB == findDestBlockOfMergeableEmptyBlock(SameValueBB))
757       BBFreq += BFI->getBlockFreq(SameValueBB);
758
759   return PredFreq.getFrequency() <=
760          BBFreq.getFrequency() * FreqRatioToSkipMerge;
761 }
762
763 /// Return true if we can merge BB into DestBB if there is a single
764 /// unconditional branch between them, and BB contains no other non-phi
765 /// instructions.
766 bool CodeGenPrepare::canMergeBlocks(const BasicBlock *BB,
767                                     const BasicBlock *DestBB) const {
768   // We only want to eliminate blocks whose phi nodes are used by phi nodes in
769   // the successor.  If there are more complex condition (e.g. preheaders),
770   // don't mess around with them.
771   BasicBlock::const_iterator BBI = BB->begin();
772   while (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BBI++)) {
773     for (const User *U : PN->users()) {
774       const Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
775       if (UI->getParent() != DestBB || !isa<PHINode>(UI))
776         return false;
777       // If User is inside DestBB block and it is a PHINode then check
778       // incoming value. If incoming value is not from BB then this is
779       // a complex condition (e.g. preheaders) we want to avoid here.
780       if (UI->getParent() == DestBB) {
781         if (const PHINode *UPN = dyn_cast<PHINode>(UI))
782           for (unsigned I = 0, E = UPN->getNumIncomingValues(); I != E; ++I) {
783             Instruction *Insn = dyn_cast<Instruction>(UPN->getIncomingValue(I));
784             if (Insn && Insn->getParent() == BB &&
785                 Insn->getParent() != UPN->getIncomingBlock(I))
786               return false;
787           }
788       }
789     }
790   }
791
792   // If BB and DestBB contain any common predecessors, then the phi nodes in BB
793   // and DestBB may have conflicting incoming values for the block.  If so, we
794   // can't merge the block.
795   const PHINode *DestBBPN = dyn_cast<PHINode>(DestBB->begin());
796   if (!DestBBPN) return true;  // no conflict.
797
798   // Collect the preds of BB.
799   SmallPtrSet<const BasicBlock*, 16> BBPreds;
800   if (const PHINode *BBPN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
801     // It is faster to get preds from a PHI than with pred_iterator.
802     for (unsigned i = 0, e = BBPN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
803       BBPreds.insert(BBPN->getIncomingBlock(i));
804   } else {
805     BBPreds.insert(pred_begin(BB), pred_end(BB));
806   }
807
808   // Walk the preds of DestBB.
809   for (unsigned i = 0, e = DestBBPN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
810     BasicBlock *Pred = DestBBPN->getIncomingBlock(i);
811     if (BBPreds.count(Pred)) {   // Common predecessor?
812       BBI = DestBB->begin();
813       while (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BBI++)) {
814         const Value *V1 = PN->getIncomingValueForBlock(Pred);
815         const Value *V2 = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
816
817         // If V2 is a phi node in BB, look up what the mapped value will be.
818         if (const PHINode *V2PN = dyn_cast<PHINode>(V2))
819           if (V2PN->getParent() == BB)
820             V2 = V2PN->getIncomingValueForBlock(Pred);
821
822         // If there is a conflict, bail out.
823         if (V1 != V2) return false;
824       }
825     }
826   }
827
828   return true;
829 }
830
831
832 /// Eliminate a basic block that has only phi's and an unconditional branch in
833 /// it.
834 void CodeGenPrepare::eliminateMostlyEmptyBlock(BasicBlock *BB) {
835   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
836   BasicBlock *DestBB = BI->getSuccessor(0);
837
838   DEBUG(dbgs() << "MERGING MOSTLY EMPTY BLOCKS - BEFORE:\n" << *BB << *DestBB);
839
840   // If the destination block has a single pred, then this is a trivial edge,
841   // just collapse it.
842   if (BasicBlock *SinglePred = DestBB->getSinglePredecessor()) {
843     if (SinglePred != DestBB) {
844       // Remember if SinglePred was the entry block of the function.  If so, we
845       // will need to move BB back to the entry position.
846       bool isEntry = SinglePred == &SinglePred->getParent()->getEntryBlock();
847       MergeBasicBlockIntoOnlyPred(DestBB, nullptr);
848
849       if (isEntry && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock())
850         BB->moveBefore(&BB->getParent()->getEntryBlock());
851
852       DEBUG(dbgs() << "AFTER:\n" << *DestBB << "\n\n\n");
853       return;
854     }
855   }
856
857   // Otherwise, we have multiple predecessors of BB.  Update the PHIs in DestBB
858   // to handle the new incoming edges it is about to have.
859   PHINode *PN;
860   for (BasicBlock::iterator BBI = DestBB->begin();
861        (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
862     // Remove the incoming value for BB, and remember it.
863     Value *InVal = PN->removeIncomingValue(BB, false);
864
865     // Two options: either the InVal is a phi node defined in BB or it is some
866     // value that dominates BB.
867     PHINode *InValPhi = dyn_cast<PHINode>(InVal);
868     if (InValPhi && InValPhi->getParent() == BB) {
869       // Add all of the input values of the input PHI as inputs of this phi.
870       for (unsigned i = 0, e = InValPhi->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
871         PN->addIncoming(InValPhi->getIncomingValue(i),
872                         InValPhi->getIncomingBlock(i));
873     } else {
874       // Otherwise, add one instance of the dominating value for each edge that
875       // we will be adding.
876       if (PHINode *BBPN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
877         for (unsigned i = 0, e = BBPN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
878           PN->addIncoming(InVal, BBPN->getIncomingBlock(i));
879       } else {
880         for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
881           PN->addIncoming(InVal, *PI);
882       }
883     }
884   }
885
886   // The PHIs are now updated, change everything that refers to BB to use
887   // DestBB and remove BB.
888   BB->replaceAllUsesWith(DestBB);
889   BB->eraseFromParent();
890   ++NumBlocksElim;
891
892   DEBUG(dbgs() << "AFTER:\n" << *DestBB << "\n\n\n");
893 }
894
895 // Computes a map of base pointer relocation instructions to corresponding
896 // derived pointer relocation instructions given a vector of all relocate calls
897 static void computeBaseDerivedRelocateMap(
898     const SmallVectorImpl<GCRelocateInst *> &AllRelocateCalls,
899     DenseMap<GCRelocateInst *, SmallVector<GCRelocateInst *, 2>>
900         &RelocateInstMap) {
901   // Collect information in two maps: one primarily for locating the base object
902   // while filling the second map; the second map is the final structure holding
903   // a mapping between Base and corresponding Derived relocate calls
904   DenseMap<std::pair<unsigned, unsigned>, GCRelocateInst *> RelocateIdxMap;
905   for (auto *ThisRelocate : AllRelocateCalls) {
906     auto K = std::make_pair(ThisRelocate->getBasePtrIndex(),
907                             ThisRelocate->getDerivedPtrIndex());
908     RelocateIdxMap.insert(std::make_pair(K, ThisRelocate));
909   }
910   for (auto &Item : RelocateIdxMap) {
911     std::pair<unsigned, unsigned> Key = Item.first;
912     if (Key.first == Key.second)
913       // Base relocation: nothing to insert
914       continue;
915
916     GCRelocateInst *I = Item.second;
917     auto BaseKey = std::make_pair(Key.first, Key.first);
918
919     // We're iterating over RelocateIdxMap so we cannot modify it.
920     auto MaybeBase = RelocateIdxMap.find(BaseKey);
921     if (MaybeBase == RelocateIdxMap.end())
922       // TODO: We might want to insert a new base object relocate and gep off
923       // that, if there are enough derived object relocates.
924       continue;
925
926     RelocateInstMap[MaybeBase->second].push_back(I);
927   }
928 }
929
930 // Accepts a GEP and extracts the operands into a vector provided they're all
931 // small integer constants
932 static bool getGEPSmallConstantIntOffsetV(GetElementPtrInst *GEP,
933                                           SmallVectorImpl<Value *> &OffsetV) {
934   for (unsigned i = 1; i < GEP->getNumOperands(); i++) {
935     // Only accept small constant integer operands
936     auto Op = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i));
937     if (!Op || Op->getZExtValue() > 20)
938       return false;
939   }
940
941   for (unsigned i = 1; i < GEP->getNumOperands(); i++)
942     OffsetV.push_back(GEP->getOperand(i));
943   return true;
944 }
945
946 // Takes a RelocatedBase (base pointer relocation instruction) and Targets to
947 // replace, computes a replacement, and affects it.
948 static bool
949 simplifyRelocatesOffABase(GCRelocateInst *RelocatedBase,
950                           const SmallVectorImpl<GCRelocateInst *> &Targets) {
951   bool MadeChange = false;
952   for (GCRelocateInst *ToReplace : Targets) {
953     assert(ToReplace->getBasePtrIndex() == RelocatedBase->getBasePtrIndex() &&
954            "Not relocating a derived object of the original base object");
955     if (ToReplace->getBasePtrIndex() == ToReplace->getDerivedPtrIndex()) {
956       // A duplicate relocate call. TODO: coalesce duplicates.
957       continue;
958     }
959
960     if (RelocatedBase->getParent() != ToReplace->getParent()) {
961       // Base and derived relocates are in different basic blocks.
962       // In this case transform is only valid when base dominates derived
963       // relocate. However it would be too expensive to check dominance
964       // for each such relocate, so we skip the whole transformation.
965       continue;
966     }
967
968     Value *Base = ToReplace->getBasePtr();
969     auto Derived = dyn_cast<GetElementPtrInst>(ToReplace->getDerivedPtr());
970     if (!Derived || Derived->getPointerOperand() != Base)
971       continue;
972
973     SmallVector<Value *, 2> OffsetV;
974     if (!getGEPSmallConstantIntOffsetV(Derived, OffsetV))
975       continue;
976
977     // Create a Builder and replace the target callsite with a gep
978     assert(RelocatedBase->getNextNode() &&
979            "Should always have one since it's not a terminator");
980
981     // Insert after RelocatedBase
982     IRBuilder<> Builder(RelocatedBase->getNextNode());
983     Builder.SetCurrentDebugLocation(ToReplace->getDebugLoc());
984
985     // If gc_relocate does not match the actual type, cast it to the right type.
986     // In theory, there must be a bitcast after gc_relocate if the type does not
987     // match, and we should reuse it to get the derived pointer. But it could be
988     // cases like this:
989     // bb1:
990     //  ...
991     //  %g1 = call coldcc i8 addrspace(1)* @llvm.experimental.gc.relocate.p1i8(...)
992     //  br label %merge
993     //
994     // bb2:
995     //  ...
996     //  %g2 = call coldcc i8 addrspace(1)* @llvm.experimental.gc.relocate.p1i8(...)
997     //  br label %merge
998     //
999     // merge:
1000     //  %p1 = phi i8 addrspace(1)* [ %g1, %bb1 ], [ %g2, %bb2 ]
1001     //  %cast = bitcast i8 addrspace(1)* %p1 in to i32 addrspace(1)*
1002     //
1003     // In this case, we can not find the bitcast any more. So we insert a new bitcast
1004     // no matter there is already one or not. In this way, we can handle all cases, and
1005     // the extra bitcast should be optimized away in later passes.
1006     Value *ActualRelocatedBase = RelocatedBase;
1007     if (RelocatedBase->getType() != Base->getType()) {
1008       ActualRelocatedBase =
1009           Builder.CreateBitCast(RelocatedBase, Base->getType());
1010     }
1011     Value *Replacement = Builder.CreateGEP(
1012         Derived->getSourceElementType(), ActualRelocatedBase, makeArrayRef(OffsetV));
1013     Replacement->takeName(ToReplace);
1014     // If the newly generated derived pointer's type does not match the original derived
1015     // pointer's type, cast the new derived pointer to match it. Same reasoning as above.
1016     Value *ActualReplacement = Replacement;
1017     if (Replacement->getType() != ToReplace->getType()) {
1018       ActualReplacement =
1019           Builder.CreateBitCast(Replacement, ToReplace->getType());
1020     }
1021     ToReplace->replaceAllUsesWith(ActualReplacement);
1022     ToReplace->eraseFromParent();
1023
1024     MadeChange = true;
1025   }
1026   return MadeChange;
1027 }
1028
1029 // Turns this:
1030 //
1031 // %base = ...
1032 // %ptr = gep %base + 15
1033 // %tok = statepoint (%fun, i32 0, i32 0, i32 0, %base, %ptr)
1034 // %base' = relocate(%tok, i32 4, i32 4)
1035 // %ptr' = relocate(%tok, i32 4, i32 5)
1036 // %val = load %ptr'
1037 //
1038 // into this:
1039 //
1040 // %base = ...
1041 // %ptr = gep %base + 15
1042 // %tok = statepoint (%fun, i32 0, i32 0, i32 0, %base, %ptr)
1043 // %base' = gc.relocate(%tok, i32 4, i32 4)
1044 // %ptr' = gep %base' + 15
1045 // %val = load %ptr'
1046 bool CodeGenPrepare::simplifyOffsetableRelocate(Instruction &I) {
1047   bool MadeChange = false;
1048   SmallVector<GCRelocateInst *, 2> AllRelocateCalls;
1049
1050   for (auto *U : I.users())
1051     if (GCRelocateInst *Relocate = dyn_cast<GCRelocateInst>(U))
1052       // Collect all the relocate calls associated with a statepoint
1053       AllRelocateCalls.push_back(Relocate);
1054
1055   // We need atleast one base pointer relocation + one derived pointer
1056   // relocation to mangle
1057   if (AllRelocateCalls.size() < 2)
1058     return false;
1059
1060   // RelocateInstMap is a mapping from the base relocate instruction to the
1061   // corresponding derived relocate instructions
1062   DenseMap<GCRelocateInst *, SmallVector<GCRelocateInst *, 2>> RelocateInstMap;
1063   computeBaseDerivedRelocateMap(AllRelocateCalls, RelocateInstMap);
1064   if (RelocateInstMap.empty())
1065     return false;
1066
1067   for (auto &Item : RelocateInstMap)
1068     // Item.first is the RelocatedBase to offset against
1069     // Item.second is the vector of Targets to replace
1070     MadeChange = simplifyRelocatesOffABase(Item.first, Item.second);
1071   return MadeChange;
1072 }
1073
1074 /// SinkCast - Sink the specified cast instruction into its user blocks
1075 static bool SinkCast(CastInst *CI) {
1076   BasicBlock *DefBB = CI->getParent();
1077
1078   /// InsertedCasts - Only insert a cast in each block once.
1079   DenseMap<BasicBlock*, CastInst*> InsertedCasts;
1080
1081   bool MadeChange = false;
1082   for (Value::user_iterator UI = CI->user_begin(), E = CI->user_end();
1083        UI != E; ) {
1084     Use &TheUse = UI.getUse();
1085     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1086
1087     // Figure out which BB this cast is used in.  For PHI's this is the
1088     // appropriate predecessor block.
1089     BasicBlock *UserBB = User->getParent();
1090     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
1091       UserBB = PN->getIncomingBlock(TheUse);
1092     }
1093
1094     // Preincrement use iterator so we don't invalidate it.
1095     ++UI;
1096
1097     // The first insertion point of a block containing an EH pad is after the
1098     // pad.  If the pad is the user, we cannot sink the cast past the pad.
1099     if (User->isEHPad())
1100       continue;
1101
1102     // If the block selected to receive the cast is an EH pad that does not
1103     // allow non-PHI instructions before the terminator, we can't sink the
1104     // cast.
1105     if (UserBB->getTerminator()->isEHPad())
1106       continue;
1107
1108     // If this user is in the same block as the cast, don't change the cast.
1109     if (UserBB == DefBB) continue;
1110
1111     // If we have already inserted a cast into this block, use it.
1112     CastInst *&InsertedCast = InsertedCasts[UserBB];
1113
1114     if (!InsertedCast) {
1115       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->getFirstInsertionPt();
1116       assert(InsertPt != UserBB->end());
1117       InsertedCast = CastInst::Create(CI->getOpcode(), CI->getOperand(0),
1118                                       CI->getType(), "", &*InsertPt);
1119     }
1120
1121     // Replace a use of the cast with a use of the new cast.
1122     TheUse = InsertedCast;
1123     MadeChange = true;
1124     ++NumCastUses;
1125   }
1126
1127   // If we removed all uses, nuke the cast.
1128   if (CI->use_empty()) {
1129     CI->eraseFromParent();
1130     MadeChange = true;
1131   }
1132
1133   return MadeChange;
1134 }
1135
1136 /// If the specified cast instruction is a noop copy (e.g. it's casting from
1137 /// one pointer type to another, i32->i8 on PPC), sink it into user blocks to
1138 /// reduce the number of virtual registers that must be created and coalesced.
1139 ///
1140 /// Return true if any changes are made.
1141 ///
1142 static bool OptimizeNoopCopyExpression(CastInst *CI, const TargetLowering &TLI,
1143                                        const DataLayout &DL) {
1144   // Sink only "cheap" (or nop) address-space casts.  This is a weaker condition
1145   // than sinking only nop casts, but is helpful on some platforms.
1146   if (auto *ASC = dyn_cast<AddrSpaceCastInst>(CI)) {
1147     if (!TLI.isCheapAddrSpaceCast(ASC->getSrcAddressSpace(),
1148                                   ASC->getDestAddressSpace()))
1149       return false;
1150   }
1151
1152   // If this is a noop copy,
1153   EVT SrcVT = TLI.getValueType(DL, CI->getOperand(0)->getType());
1154   EVT DstVT = TLI.getValueType(DL, CI->getType());
1155
1156   // This is an fp<->int conversion?
1157   if (SrcVT.isInteger() != DstVT.isInteger())
1158     return false;
1159
1160   // If this is an extension, it will be a zero or sign extension, which
1161   // isn't a noop.
1162   if (SrcVT.bitsLT(DstVT)) return false;
1163
1164   // If these values will be promoted, find out what they will be promoted
1165   // to.  This helps us consider truncates on PPC as noop copies when they
1166   // are.
1167   if (TLI.getTypeAction(CI->getContext(), SrcVT) ==
1168       TargetLowering::TypePromoteInteger)
1169     SrcVT = TLI.getTypeToTransformTo(CI->getContext(), SrcVT);
1170   if (TLI.getTypeAction(CI->getContext(), DstVT) ==
1171       TargetLowering::TypePromoteInteger)
1172     DstVT = TLI.getTypeToTransformTo(CI->getContext(), DstVT);
1173
1174   // If, after promotion, these are the same types, this is a noop copy.
1175   if (SrcVT != DstVT)
1176     return false;
1177
1178   return SinkCast(CI);
1179 }
1180
1181 /// Try to combine CI into a call to the llvm.uadd.with.overflow intrinsic if
1182 /// possible.
1183 ///
1184 /// Return true if any changes were made.
1185 static bool CombineUAddWithOverflow(CmpInst *CI) {
1186   Value *A, *B;
1187   Instruction *AddI;
1188   if (!match(CI,
1189              m_UAddWithOverflow(m_Value(A), m_Value(B), m_Instruction(AddI))))
1190     return false;
1191
1192   Type *Ty = AddI->getType();
1193   if (!isa<IntegerType>(Ty))
1194     return false;
1195
1196   // We don't want to move around uses of condition values this late, so we we
1197   // check if it is legal to create the call to the intrinsic in the basic
1198   // block containing the icmp:
1199
1200   if (AddI->getParent() != CI->getParent() && !AddI->hasOneUse())
1201     return false;
1202
1203 #ifndef NDEBUG
1204   // Someday m_UAddWithOverflow may get smarter, but this is a safe assumption
1205   // for now:
1206   if (AddI->hasOneUse())
1207     assert(*AddI->user_begin() == CI && "expected!");
1208 #endif
1209
1210   Module *M = CI->getModule();
1211   Value *F = Intrinsic::getDeclaration(M, Intrinsic::uadd_with_overflow, Ty);
1212
1213   auto *InsertPt = AddI->hasOneUse() ? CI : AddI;
1214
1215   auto *UAddWithOverflow =
1216       CallInst::Create(F, {A, B}, "uadd.overflow", InsertPt);
1217   auto *UAdd = ExtractValueInst::Create(UAddWithOverflow, 0, "uadd", InsertPt);
1218   auto *Overflow =
1219       ExtractValueInst::Create(UAddWithOverflow, 1, "overflow", InsertPt);
1220
1221   CI->replaceAllUsesWith(Overflow);
1222   AddI->replaceAllUsesWith(UAdd);
1223   CI->eraseFromParent();
1224   AddI->eraseFromParent();
1225   return true;
1226 }
1227
1228 /// Sink the given CmpInst into user blocks to reduce the number of virtual
1229 /// registers that must be created and coalesced. This is a clear win except on
1230 /// targets with multiple condition code registers (PowerPC), where it might
1231 /// lose; some adjustment may be wanted there.
1232 ///
1233 /// Return true if any changes are made.
1234 static bool SinkCmpExpression(CmpInst *CI, const TargetLowering *TLI) {
1235   BasicBlock *DefBB = CI->getParent();
1236
1237   // Avoid sinking soft-FP comparisons, since this can move them into a loop.
1238   if (TLI && TLI->useSoftFloat() && isa<FCmpInst>(CI))
1239     return false;
1240
1241   // Only insert a cmp in each block once.
1242   DenseMap<BasicBlock*, CmpInst*> InsertedCmps;
1243
1244   bool MadeChange = false;
1245   for (Value::user_iterator UI = CI->user_begin(), E = CI->user_end();
1246        UI != E; ) {
1247     Use &TheUse = UI.getUse();
1248     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1249
1250     // Preincrement use iterator so we don't invalidate it.
1251     ++UI;
1252
1253     // Don't bother for PHI nodes.
1254     if (isa<PHINode>(User))
1255       continue;
1256
1257     // Figure out which BB this cmp is used in.
1258     BasicBlock *UserBB = User->getParent();
1259
1260     // If this user is in the same block as the cmp, don't change the cmp.
1261     if (UserBB == DefBB) continue;
1262
1263     // If we have already inserted a cmp into this block, use it.
1264     CmpInst *&InsertedCmp = InsertedCmps[UserBB];
1265
1266     if (!InsertedCmp) {
1267       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->getFirstInsertionPt();
1268       assert(InsertPt != UserBB->end());
1269       InsertedCmp =
1270           CmpInst::Create(CI->getOpcode(), CI->getPredicate(),
1271                           CI->getOperand(0), CI->getOperand(1), "", &*InsertPt);
1272       // Propagate the debug info.
1273       InsertedCmp->setDebugLoc(CI->getDebugLoc());
1274     }
1275
1276     // Replace a use of the cmp with a use of the new cmp.
1277     TheUse = InsertedCmp;
1278     MadeChange = true;
1279     ++NumCmpUses;
1280   }
1281
1282   // If we removed all uses, nuke the cmp.
1283   if (CI->use_empty()) {
1284     CI->eraseFromParent();
1285     MadeChange = true;
1286   }
1287
1288   return MadeChange;
1289 }
1290
1291 static bool OptimizeCmpExpression(CmpInst *CI, const TargetLowering *TLI) {
1292   if (SinkCmpExpression(CI, TLI))
1293     return true;
1294
1295   if (CombineUAddWithOverflow(CI))
1296     return true;
1297
1298   return false;
1299 }
1300
1301 /// Duplicate and sink the given 'and' instruction into user blocks where it is
1302 /// used in a compare to allow isel to generate better code for targets where
1303 /// this operation can be combined.
1304 ///
1305 /// Return true if any changes are made.
1306 static bool sinkAndCmp0Expression(Instruction *AndI,
1307                                   const TargetLowering &TLI,
1308                                   SetOfInstrs &InsertedInsts) {
1309   // Double-check that we're not trying to optimize an instruction that was
1310   // already optimized by some other part of this pass.
1311   assert(!InsertedInsts.count(AndI) &&
1312          "Attempting to optimize already optimized and instruction");
1313   (void) InsertedInsts;
1314
1315   // Nothing to do for single use in same basic block.
1316   if (AndI->hasOneUse() &&
1317       AndI->getParent() == cast<Instruction>(*AndI->user_begin())->getParent())
1318     return false;
1319
1320   // Try to avoid cases where sinking/duplicating is likely to increase register
1321   // pressure.
1322   if (!isa<ConstantInt>(AndI->getOperand(0)) &&
1323       !isa<ConstantInt>(AndI->getOperand(1)) &&
1324       AndI->getOperand(0)->hasOneUse() && AndI->getOperand(1)->hasOneUse())
1325     return false;
1326
1327   for (auto *U : AndI->users()) {
1328     Instruction *User = cast<Instruction>(U);
1329
1330     // Only sink for and mask feeding icmp with 0.
1331     if (!isa<ICmpInst>(User))
1332       return false;
1333
1334     auto *CmpC = dyn_cast<ConstantInt>(User->getOperand(1));
1335     if (!CmpC || !CmpC->isZero())
1336       return false;
1337   }
1338
1339   if (!TLI.isMaskAndCmp0FoldingBeneficial(*AndI))
1340     return false;
1341
1342   DEBUG(dbgs() << "found 'and' feeding only icmp 0;\n");
1343   DEBUG(AndI->getParent()->dump());
1344
1345   // Push the 'and' into the same block as the icmp 0.  There should only be
1346   // one (icmp (and, 0)) in each block, since CSE/GVN should have removed any
1347   // others, so we don't need to keep track of which BBs we insert into.
1348   for (Value::user_iterator UI = AndI->user_begin(), E = AndI->user_end();
1349        UI != E; ) {
1350     Use &TheUse = UI.getUse();
1351     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1352
1353     // Preincrement use iterator so we don't invalidate it.
1354     ++UI;
1355
1356     DEBUG(dbgs() << "sinking 'and' use: " << *User << "\n");
1357
1358     // Keep the 'and' in the same place if the use is already in the same block.
1359     Instruction *InsertPt =
1360         User->getParent() == AndI->getParent() ? AndI : User;
1361     Instruction *InsertedAnd =
1362         BinaryOperator::Create(Instruction::And, AndI->getOperand(0),
1363                                AndI->getOperand(1), "", InsertPt);
1364     // Propagate the debug info.
1365     InsertedAnd->setDebugLoc(AndI->getDebugLoc());
1366
1367     // Replace a use of the 'and' with a use of the new 'and'.
1368     TheUse = InsertedAnd;
1369     ++NumAndUses;
1370     DEBUG(User->getParent()->dump());
1371   }
1372
1373   // We removed all uses, nuke the and.
1374   AndI->eraseFromParent();
1375   return true;
1376 }
1377
1378 /// Check if the candidates could be combined with a shift instruction, which
1379 /// includes:
1380 /// 1. Truncate instruction
1381 /// 2. And instruction and the imm is a mask of the low bits:
1382 /// imm & (imm+1) == 0
1383 static bool isExtractBitsCandidateUse(Instruction *User) {
1384   if (!isa<TruncInst>(User)) {
1385     if (User->getOpcode() != Instruction::And ||
1386         !isa<ConstantInt>(User->getOperand(1)))
1387       return false;
1388
1389     const APInt &Cimm = cast<ConstantInt>(User->getOperand(1))->getValue();
1390
1391     if ((Cimm & (Cimm + 1)).getBoolValue())
1392       return false;
1393   }
1394   return true;
1395 }
1396
1397 /// Sink both shift and truncate instruction to the use of truncate's BB.
1398 static bool
1399 SinkShiftAndTruncate(BinaryOperator *ShiftI, Instruction *User, ConstantInt *CI,
1400                      DenseMap<BasicBlock *, BinaryOperator *> &InsertedShifts,
1401                      const TargetLowering &TLI, const DataLayout &DL) {
1402   BasicBlock *UserBB = User->getParent();
1403   DenseMap<BasicBlock *, CastInst *> InsertedTruncs;
1404   TruncInst *TruncI = dyn_cast<TruncInst>(User);
1405   bool MadeChange = false;
1406
1407   for (Value::user_iterator TruncUI = TruncI->user_begin(),
1408                             TruncE = TruncI->user_end();
1409        TruncUI != TruncE;) {
1410
1411     Use &TruncTheUse = TruncUI.getUse();
1412     Instruction *TruncUser = cast<Instruction>(*TruncUI);
1413     // Preincrement use iterator so we don't invalidate it.
1414
1415     ++TruncUI;
1416
1417     int ISDOpcode = TLI.InstructionOpcodeToISD(TruncUser->getOpcode());
1418     if (!ISDOpcode)
1419       continue;
1420
1421     // If the use is actually a legal node, there will not be an
1422     // implicit truncate.
1423     // FIXME: always querying the result type is just an
1424     // approximation; some nodes' legality is determined by the
1425     // operand or other means. There's no good way to find out though.
1426     if (TLI.isOperationLegalOrCustom(
1427             ISDOpcode, TLI.getValueType(DL, TruncUser->getType(), true)))
1428       continue;
1429
1430     // Don't bother for PHI nodes.
1431     if (isa<PHINode>(TruncUser))
1432       continue;
1433
1434     BasicBlock *TruncUserBB = TruncUser->getParent();
1435
1436     if (UserBB == TruncUserBB)
1437       continue;
1438
1439     BinaryOperator *&InsertedShift = InsertedShifts[TruncUserBB];
1440     CastInst *&InsertedTrunc = InsertedTruncs[TruncUserBB];
1441
1442     if (!InsertedShift && !InsertedTrunc) {
1443       BasicBlock::iterator InsertPt = TruncUserBB->getFirstInsertionPt();
1444       assert(InsertPt != TruncUserBB->end());
1445       // Sink the shift
1446       if (ShiftI->getOpcode() == Instruction::AShr)
1447         InsertedShift = BinaryOperator::CreateAShr(ShiftI->getOperand(0), CI,
1448                                                    "", &*InsertPt);
1449       else
1450         InsertedShift = BinaryOperator::CreateLShr(ShiftI->getOperand(0), CI,
1451                                                    "", &*InsertPt);
1452
1453       // Sink the trunc
1454       BasicBlock::iterator TruncInsertPt = TruncUserBB->getFirstInsertionPt();
1455       TruncInsertPt++;
1456       assert(TruncInsertPt != TruncUserBB->end());
1457
1458       InsertedTrunc = CastInst::Create(TruncI->getOpcode(), InsertedShift,
1459                                        TruncI->getType(), "", &*TruncInsertPt);
1460
1461       MadeChange = true;
1462
1463       TruncTheUse = InsertedTrunc;
1464     }
1465   }
1466   return MadeChange;
1467 }
1468
1469 /// Sink the shift *right* instruction into user blocks if the uses could
1470 /// potentially be combined with this shift instruction and generate BitExtract
1471 /// instruction. It will only be applied if the architecture supports BitExtract
1472 /// instruction. Here is an example:
1473 /// BB1:
1474 ///   %x.extract.shift = lshr i64 %arg1, 32
1475 /// BB2:
1476 ///   %x.extract.trunc = trunc i64 %x.extract.shift to i16
1477 /// ==>
1478 ///
1479 /// BB2:
1480 ///   %x.extract.shift.1 = lshr i64 %arg1, 32
1481 ///   %x.extract.trunc = trunc i64 %x.extract.shift.1 to i16
1482 ///
1483 /// CodeGen will recoginze the pattern in BB2 and generate BitExtract
1484 /// instruction.
1485 /// Return true if any changes are made.
1486 static bool OptimizeExtractBits(BinaryOperator *ShiftI, ConstantInt *CI,
1487                                 const TargetLowering &TLI,
1488                                 const DataLayout &DL) {
1489   BasicBlock *DefBB = ShiftI->getParent();
1490
1491   /// Only insert instructions in each block once.
1492   DenseMap<BasicBlock *, BinaryOperator *> InsertedShifts;
1493
1494   bool shiftIsLegal = TLI.isTypeLegal(TLI.getValueType(DL, ShiftI->getType()));
1495
1496   bool MadeChange = false;
1497   for (Value::user_iterator UI = ShiftI->user_begin(), E = ShiftI->user_end();
1498        UI != E;) {
1499     Use &TheUse = UI.getUse();
1500     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1501     // Preincrement use iterator so we don't invalidate it.
1502     ++UI;
1503
1504     // Don't bother for PHI nodes.
1505     if (isa<PHINode>(User))
1506       continue;
1507
1508     if (!isExtractBitsCandidateUse(User))
1509       continue;
1510
1511     BasicBlock *UserBB = User->getParent();
1512
1513     if (UserBB == DefBB) {
1514       // If the shift and truncate instruction are in the same BB. The use of
1515       // the truncate(TruncUse) may still introduce another truncate if not
1516       // legal. In this case, we would like to sink both shift and truncate
1517       // instruction to the BB of TruncUse.
1518       // for example:
1519       // BB1:
1520       // i64 shift.result = lshr i64 opnd, imm
1521       // trunc.result = trunc shift.result to i16
1522       //
1523       // BB2:
1524       //   ----> We will have an implicit truncate here if the architecture does
1525       //   not have i16 compare.
1526       // cmp i16 trunc.result, opnd2
1527       //
1528       if (isa<TruncInst>(User) && shiftIsLegal
1529           // If the type of the truncate is legal, no trucate will be
1530           // introduced in other basic blocks.
1531           &&
1532           (!TLI.isTypeLegal(TLI.getValueType(DL, User->getType()))))
1533         MadeChange =
1534             SinkShiftAndTruncate(ShiftI, User, CI, InsertedShifts, TLI, DL);
1535
1536       continue;
1537     }
1538     // If we have already inserted a shift into this block, use it.
1539     BinaryOperator *&InsertedShift = InsertedShifts[UserBB];
1540
1541     if (!InsertedShift) {
1542       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->getFirstInsertionPt();
1543       assert(InsertPt != UserBB->end());
1544
1545       if (ShiftI->getOpcode() == Instruction::AShr)
1546         InsertedShift = BinaryOperator::CreateAShr(ShiftI->getOperand(0), CI,
1547                                                    "", &*InsertPt);
1548       else
1549         InsertedShift = BinaryOperator::CreateLShr(ShiftI->getOperand(0), CI,
1550                                                    "", &*InsertPt);
1551
1552       MadeChange = true;
1553     }
1554
1555     // Replace a use of the shift with a use of the new shift.
1556     TheUse = InsertedShift;
1557   }
1558
1559   // If we removed all uses, nuke the shift.
1560   if (ShiftI->use_empty())
1561     ShiftI->eraseFromParent();
1562
1563   return MadeChange;
1564 }
1565
1566 /// If counting leading or trailing zeros is an expensive operation and a zero
1567 /// input is defined, add a check for zero to avoid calling the intrinsic.
1568 ///
1569 /// We want to transform:
1570 ///     %z = call i64 @llvm.cttz.i64(i64 %A, i1 false)
1571 ///
1572 /// into:
1573 ///   entry:
1574 ///     %cmpz = icmp eq i64 %A, 0
1575 ///     br i1 %cmpz, label %cond.end, label %cond.false
1576 ///   cond.false:
1577 ///     %z = call i64 @llvm.cttz.i64(i64 %A, i1 true)
1578 ///     br label %cond.end
1579 ///   cond.end:
1580 ///     %ctz = phi i64 [ 64, %entry ], [ %z, %cond.false ]
1581 ///
1582 /// If the transform is performed, return true and set ModifiedDT to true.
1583 static bool despeculateCountZeros(IntrinsicInst *CountZeros,
1584                                   const TargetLowering *TLI,
1585                                   const DataLayout *DL,
1586                                   bool &ModifiedDT) {
1587   if (!TLI || !DL)
1588     return false;
1589
1590   // If a zero input is undefined, it doesn't make sense to despeculate that.
1591   if (match(CountZeros->getOperand(1), m_One()))
1592     return false;
1593
1594   // If it's cheap to speculate, there's nothing to do.
1595   auto IntrinsicID = CountZeros->getIntrinsicID();
1596   if ((IntrinsicID == Intrinsic::cttz && TLI->isCheapToSpeculateCttz()) ||
1597       (IntrinsicID == Intrinsic::ctlz && TLI->isCheapToSpeculateCtlz()))
1598     return false;
1599
1600   // Only handle legal scalar cases. Anything else requires too much work.
1601   Type *Ty = CountZeros->getType();
1602   unsigned SizeInBits = Ty->getPrimitiveSizeInBits();
1603   if (Ty->isVectorTy() || SizeInBits > DL->getLargestLegalIntTypeSizeInBits())
1604     return false;
1605
1606   // The intrinsic will be sunk behind a compare against zero and branch.
1607   BasicBlock *StartBlock = CountZeros->getParent();
1608   BasicBlock *CallBlock = StartBlock->splitBasicBlock(CountZeros, "cond.false");
1609
1610   // Create another block after the count zero intrinsic. A PHI will be added
1611   // in this block to select the result of the intrinsic or the bit-width
1612   // constant if the input to the intrinsic is zero.
1613   BasicBlock::iterator SplitPt = ++(BasicBlock::iterator(CountZeros));
1614   BasicBlock *EndBlock = CallBlock->splitBasicBlock(SplitPt, "cond.end");
1615
1616   // Set up a builder to create a compare, conditional branch, and PHI.
1617   IRBuilder<> Builder(CountZeros->getContext());
1618   Builder.SetInsertPoint(StartBlock->getTerminator());
1619   Builder.SetCurrentDebugLocation(CountZeros->getDebugLoc());
1620
1621   // Replace the unconditional branch that was created by the first split with
1622   // a compare against zero and a conditional branch.
1623   Value *Zero = Constant::getNullValue(Ty);
1624   Value *Cmp = Builder.CreateICmpEQ(CountZeros->getOperand(0), Zero, "cmpz");
1625   Builder.CreateCondBr(Cmp, EndBlock, CallBlock);
1626   StartBlock->getTerminator()->eraseFromParent();
1627
1628   // Create a PHI in the end block to select either the output of the intrinsic
1629   // or the bit width of the operand.
1630   Builder.SetInsertPoint(&EndBlock->front());
1631   PHINode *PN = Builder.CreatePHI(Ty, 2, "ctz");
1632   CountZeros->replaceAllUsesWith(PN);
1633   Value *BitWidth = Builder.getInt(APInt(SizeInBits, SizeInBits));
1634   PN->addIncoming(BitWidth, StartBlock);
1635   PN->addIncoming(CountZeros, CallBlock);
1636
1637   // We are explicitly handling the zero case, so we can set the intrinsic's
1638   // undefined zero argument to 'true'. This will also prevent reprocessing the
1639   // intrinsic; we only despeculate when a zero input is defined.
1640   CountZeros->setArgOperand(1, Builder.getTrue());
1641   ModifiedDT = true;
1642   return true;
1643 }
1644
1645 // This class provides helper functions to expand a memcmp library call into an
1646 // inline expansion.
1647 class MemCmpExpansion {
1648   struct ResultBlock {
1649     BasicBlock *BB;
1650     PHINode *PhiSrc1;
1651     PHINode *PhiSrc2;
1652     ResultBlock();
1653   };
1654
1655   CallInst *CI;
1656   ResultBlock ResBlock;
1657   unsigned MaxLoadSize;
1658   unsigned NumBlocks;
1659   unsigned NumBlocksNonOneByte;
1660   unsigned NumLoadsPerBlock;
1661   std::vector<BasicBlock *> LoadCmpBlocks;
1662   BasicBlock *EndBlock;
1663   PHINode *PhiRes;
1664   bool IsUsedForZeroCmp;
1665   int calculateNumBlocks(unsigned Size);
1666   void createLoadCmpBlocks();
1667   void createResultBlock();
1668   void setupResultBlockPHINodes();
1669   void setupEndBlockPHINodes();
1670   void emitLoadCompareBlock(unsigned Index, int LoadSize, int GEPIndex,
1671                             bool IsLittleEndian);
1672   void emitLoadCompareBlockMultipleLoads(unsigned Index, unsigned Size,
1673                                          unsigned &NumBytesProcessed);
1674   void emitLoadCompareByteBlock(unsigned Index, int GEPIndex);
1675   void emitMemCmpResultBlock(bool IsLittleEndian);
1676   Value *getMemCmpExpansionZeroCase(unsigned Size, bool IsLittleEndian);
1677   unsigned getLoadSize(unsigned Size);
1678   unsigned getNumLoads(unsigned Size);
1679
1680 public:
1681   MemCmpExpansion(CallInst *CI, unsigned MaxLoadSize,
1682                   unsigned NumLoadsPerBlock);
1683   Value *getMemCmpExpansion(bool IsLittleEndian);
1684 };
1685
1686 MemCmpExpansion::ResultBlock::ResultBlock()
1687     : BB(nullptr), PhiSrc1(nullptr), PhiSrc2(nullptr) {}
1688
1689 // Initialize the basic block structure required for expansion of memcmp call
1690 // with given maximum load size and memcmp size parameter.
1691 // This structure includes:
1692 // 1. A list of load compare blocks - LoadCmpBlocks.
1693 // 2. An EndBlock, split from original instruction point, which is the block to
1694 // return from.
1695 // 3. ResultBlock, block to branch to for early exit when a
1696 // LoadCmpBlock finds a difference.
1697 MemCmpExpansion::MemCmpExpansion(CallInst *CI, unsigned MaxLoadSize,
1698                                  unsigned NumLoadsPerBlock)
1699     : CI(CI), MaxLoadSize(MaxLoadSize), NumLoadsPerBlock(NumLoadsPerBlock) {
1700
1701   IRBuilder<> Builder(CI->getContext());
1702
1703   BasicBlock *StartBlock = CI->getParent();
1704   EndBlock = StartBlock->splitBasicBlock(CI, "endblock");
1705   setupEndBlockPHINodes();
1706   IsUsedForZeroCmp = isOnlyUsedInZeroEqualityComparison(CI);
1707
1708   ConstantInt *SizeCast = dyn_cast<ConstantInt>(CI->getArgOperand(2));
1709   uint64_t Size = SizeCast->getZExtValue();
1710
1711   // Calculate how many load compare blocks are required for an expansion of
1712   // given Size.
1713   NumBlocks = calculateNumBlocks(Size);
1714   createResultBlock();
1715
1716   // If return value of memcmp is not used in a zero equality, we need to
1717   // calculate which source was larger. The calculation requires the
1718   // two loaded source values of each load compare block.
1719   // These will be saved in the phi nodes created by setupResultBlockPHINodes.
1720   if (!IsUsedForZeroCmp)
1721     setupResultBlockPHINodes();
1722
1723   // Create the number of required load compare basic blocks.
1724   createLoadCmpBlocks();
1725
1726   // Update the terminator added by splitBasicBlock to branch to the first
1727   // LoadCmpBlock.
1728   Builder.SetCurrentDebugLocation(CI->getDebugLoc());
1729   StartBlock->getTerminator()->setSuccessor(0, LoadCmpBlocks[0]);
1730 }
1731
1732 void MemCmpExpansion::createLoadCmpBlocks() {
1733   for (unsigned i = 0; i < NumBlocks; i++) {
1734     BasicBlock *BB = BasicBlock::Create(CI->getContext(), "loadbb",
1735                                         EndBlock->getParent(), EndBlock);
1736     LoadCmpBlocks.push_back(BB);
1737   }
1738 }
1739
1740 void MemCmpExpansion::createResultBlock() {
1741   ResBlock.BB = BasicBlock::Create(CI->getContext(), "res_block",
1742                                    EndBlock->getParent(), EndBlock);
1743 }
1744
1745 // This function creates the IR instructions for loading and comparing 1 byte.
1746 // It loads 1 byte from each source of the memcmp paramters with the given
1747 // GEPIndex. It then subtracts the two loaded values and adds this result to the
1748 // final phi node for selecting the memcmp result.
1749 void MemCmpExpansion::emitLoadCompareByteBlock(unsigned Index, int GEPIndex) {
1750   IRBuilder<> Builder(CI->getContext());
1751
1752   Value *Source1 = CI->getArgOperand(0);
1753   Value *Source2 = CI->getArgOperand(1);
1754
1755   Builder.SetInsertPoint(LoadCmpBlocks[Index]);
1756   Type *LoadSizeType = Type::getInt8Ty(CI->getContext());
1757   // Cast source to LoadSizeType*
1758   if (Source1->getType() != LoadSizeType)
1759     Source1 = Builder.CreateBitCast(Source1, LoadSizeType->getPointerTo());
1760   if (Source2->getType() != LoadSizeType)
1761     Source2 = Builder.CreateBitCast(Source2, LoadSizeType->getPointerTo());
1762
1763   // Get the base address using the GEPIndex
1764   if (GEPIndex != 0) {
1765     Source1 = Builder.CreateGEP(LoadSizeType, Source1,
1766                                 ConstantInt::get(LoadSizeType, GEPIndex));
1767     Source2 = Builder.CreateGEP(LoadSizeType, Source2,
1768                                 ConstantInt::get(LoadSizeType, GEPIndex));
1769   }
1770
1771   Value *LoadSrc1 = Builder.CreateLoad(LoadSizeType, Source1);
1772   Value *LoadSrc2 = Builder.CreateLoad(LoadSizeType, Source2);
1773
1774   LoadSrc1 = Builder.CreateZExt(LoadSrc1, Type::getInt32Ty(CI->getContext()));
1775   LoadSrc2 = Builder.CreateZExt(LoadSrc2, Type::getInt32Ty(CI->getContext()));
1776   Value *Diff = Builder.CreateSub(LoadSrc1, LoadSrc2);
1777
1778   PhiRes->addIncoming(Diff, LoadCmpBlocks[Index]);
1779
1780   if (Index < (LoadCmpBlocks.size() - 1)) {
1781     // Early exit branch if difference found to EndBlock, otherwise continue to
1782     // next LoadCmpBlock
1783
1784     Value *Cmp = Builder.CreateICmp(ICmpInst::ICMP_NE, Diff,
1785                                     ConstantInt::get(Diff->getType(), 0));
1786     BranchInst *CmpBr =
1787         BranchInst::Create(EndBlock, LoadCmpBlocks[Index + 1], Cmp);
1788     Builder.Insert(CmpBr);
1789   } else {
1790     // The last block has an unconditional branch to EndBlock
1791     BranchInst *CmpBr = BranchInst::Create(EndBlock);
1792     Builder.Insert(CmpBr);
1793   }
1794 }
1795
1796 unsigned MemCmpExpansion::getNumLoads(unsigned Size) {
1797   return (Size / MaxLoadSize) + countPopulation(Size % MaxLoadSize);
1798 }
1799
1800 unsigned MemCmpExpansion::getLoadSize(unsigned Size) {
1801   return MinAlign(PowerOf2Floor(Size), MaxLoadSize);
1802 }
1803
1804 void MemCmpExpansion::emitLoadCompareBlockMultipleLoads(
1805     unsigned Index, unsigned Size, unsigned &NumBytesProcessed) {
1806
1807   IRBuilder<> Builder(CI->getContext());
1808
1809   std::vector<Value *> XorList, OrList;
1810   Value *Diff;
1811
1812   unsigned RemainingBytes = Size - NumBytesProcessed;
1813   unsigned NumLoadsRemaining = getNumLoads(RemainingBytes);
1814   unsigned NumLoads = std::min(NumLoadsRemaining, NumLoadsPerBlock);
1815
1816   Builder.SetInsertPoint(LoadCmpBlocks[Index]);
1817
1818   for (unsigned i = 0; i < NumLoads; ++i) {
1819     unsigned LoadSize = getLoadSize(RemainingBytes);
1820     unsigned GEPIndex = NumBytesProcessed / LoadSize;
1821     NumBytesProcessed += LoadSize;
1822     RemainingBytes -= LoadSize;
1823
1824     Type *LoadSizeType = IntegerType::get(CI->getContext(), LoadSize * 8);
1825     Type *MaxLoadType = IntegerType::get(CI->getContext(), MaxLoadSize * 8);
1826
1827     Value *Source1 = CI->getArgOperand(0);
1828     Value *Source2 = CI->getArgOperand(1);
1829
1830     // Cast source to LoadSizeType*
1831     if (Source1->getType() != LoadSizeType)
1832       Source1 = Builder.CreateBitCast(Source1, LoadSizeType->getPointerTo());
1833     if (Source2->getType() != LoadSizeType)
1834       Source2 = Builder.CreateBitCast(Source2, LoadSizeType->getPointerTo());
1835
1836     // Get the base address using the GEPIndex
1837     if (GEPIndex != 0) {
1838       Source1 = Builder.CreateGEP(LoadSizeType, Source1,
1839                                   ConstantInt::get(LoadSizeType, GEPIndex));
1840       Source2 = Builder.CreateGEP(LoadSizeType, Source2,
1841                                   ConstantInt::get(LoadSizeType, GEPIndex));
1842     }
1843
1844     // Load LoadSizeType from the base address
1845     Value *LoadSrc1 = Builder.CreateLoad(LoadSizeType, Source1);
1846     Value *LoadSrc2 = Builder.CreateLoad(LoadSizeType, Source2);
1847     if (LoadSizeType != MaxLoadType) {
1848       LoadSrc1 = Builder.CreateZExtOrTrunc(LoadSrc1, MaxLoadType);
1849       LoadSrc2 = Builder.CreateZExtOrTrunc(LoadSrc2, MaxLoadType);
1850     }
1851     Diff = Builder.CreateXor(LoadSrc1, LoadSrc2);
1852     Diff = Builder.CreateZExtOrTrunc(Diff, MaxLoadType);
1853     XorList.push_back(Diff);
1854   }
1855
1856   auto pairWiseOr = [&](std::vector<Value *> &InList) -> std::vector<Value *> {
1857     std::vector<Value *> OutList;
1858     for (unsigned i = 0; i < InList.size() - 1; i = i + 2) {
1859       Value *Or = Builder.CreateOr(InList[i], InList[i + 1]);
1860       OutList.push_back(Or);
1861     }
1862     if (InList.size() % 2 != 0)
1863       OutList.push_back(InList.back());
1864     return OutList;
1865   };
1866
1867   // Pair wise OR the XOR results
1868   OrList = pairWiseOr(XorList);
1869
1870   // Pair wise OR the OR results until one result left
1871   while (OrList.size() != 1) {
1872     OrList = pairWiseOr(OrList);
1873   }
1874
1875   Value *Cmp = Builder.CreateICmp(ICmpInst::ICMP_NE, OrList[0],
1876                                   ConstantInt::get(Diff->getType(), 0));
1877   BasicBlock *NextBB = (Index == (LoadCmpBlocks.size() - 1))
1878                            ? EndBlock
1879                            : LoadCmpBlocks[Index + 1];
1880   // Early exit branch if difference found to ResultBlock, otherwise continue to
1881   // next LoadCmpBlock or EndBlock.
1882   BranchInst *CmpBr = BranchInst::Create(ResBlock.BB, NextBB, Cmp);
1883   Builder.Insert(CmpBr);
1884
1885   // Add a phi edge for the last LoadCmpBlock to Endblock with a value of 0
1886   // since early exit to ResultBlock was not taken (no difference was found in
1887   // any of the bytes)
1888   if (Index == LoadCmpBlocks.size() - 1) {
1889     Value *Zero = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(CI->getContext()), 0);
1890     PhiRes->addIncoming(Zero, LoadCmpBlocks[Index]);
1891   }
1892 }
1893
1894 // This function creates the IR intructions for loading and comparing using the
1895 // given LoadSize. It loads the number of bytes specified by LoadSize from each
1896 // source of the memcmp parameters. It then does a subtract to see if there was
1897 // a difference in the loaded values. If a difference is found, it branches
1898 // with an early exit to the ResultBlock for calculating which source was
1899 // larger. Otherwise, it falls through to the either the next LoadCmpBlock or
1900 // the EndBlock if this is the last LoadCmpBlock. Loading 1 byte is handled with
1901 // a special case through emitLoadCompareByteBlock. The special handling can
1902 // simply subtract the loaded values and add it to the result phi node.
1903 void MemCmpExpansion::emitLoadCompareBlock(unsigned Index, int LoadSize,
1904                                            int GEPIndex, bool IsLittleEndian) {
1905   if (LoadSize == 1) {
1906     MemCmpExpansion::emitLoadCompareByteBlock(Index, GEPIndex);
1907     return;
1908   }
1909
1910   IRBuilder<> Builder(CI->getContext());
1911
1912   Type *LoadSizeType = IntegerType::get(CI->getContext(), LoadSize * 8);
1913   Type *MaxLoadType = IntegerType::get(CI->getContext(), MaxLoadSize * 8);
1914
1915   Value *Source1 = CI->getArgOperand(0);
1916   Value *Source2 = CI->getArgOperand(1);
1917
1918   Builder.SetInsertPoint(LoadCmpBlocks[Index]);
1919   // Cast source to LoadSizeType*
1920   if (Source1->getType() != LoadSizeType)
1921     Source1 = Builder.CreateBitCast(Source1, LoadSizeType->getPointerTo());
1922   if (Source2->getType() != LoadSizeType)
1923     Source2 = Builder.CreateBitCast(Source2, LoadSizeType->getPointerTo());
1924
1925   // Get the base address using the GEPIndex
1926   if (GEPIndex != 0) {
1927     Source1 = Builder.CreateGEP(LoadSizeType, Source1,
1928                                 ConstantInt::get(LoadSizeType, GEPIndex));
1929     Source2 = Builder.CreateGEP(LoadSizeType, Source2,
1930                                 ConstantInt::get(LoadSizeType, GEPIndex));
1931   }
1932
1933   // Load LoadSizeType from the base address
1934   Value *LoadSrc1 = Builder.CreateLoad(LoadSizeType, Source1);
1935   Value *LoadSrc2 = Builder.CreateLoad(LoadSizeType, Source2);
1936
1937   if (IsLittleEndian) {
1938     Function *F = LoadCmpBlocks[Index]->getParent();
1939
1940     Function *Bswap = Intrinsic::getDeclaration(F->getParent(),
1941                                                 Intrinsic::bswap, LoadSizeType);
1942     LoadSrc1 = Builder.CreateCall(Bswap, LoadSrc1);
1943     LoadSrc2 = Builder.CreateCall(Bswap, LoadSrc2);
1944   }
1945
1946   if (LoadSizeType != MaxLoadType) {
1947     LoadSrc1 = Builder.CreateZExtOrTrunc(LoadSrc1, MaxLoadType);
1948     LoadSrc2 = Builder.CreateZExtOrTrunc(LoadSrc2, MaxLoadType);
1949   }
1950
1951   // Add the loaded values to the phi nodes for calculating memcmp result only
1952   // if result is not used in a zero equality.
1953   if (!IsUsedForZeroCmp) {
1954     ResBlock.PhiSrc1->addIncoming(LoadSrc1, LoadCmpBlocks[Index]);
1955     ResBlock.PhiSrc2->addIncoming(LoadSrc2, LoadCmpBlocks[Index]);
1956   }
1957
1958   Value *Diff = Builder.CreateSub(LoadSrc1, LoadSrc2);
1959
1960   Value *Cmp = Builder.CreateICmp(ICmpInst::ICMP_NE, Diff,
1961                                   ConstantInt::get(Diff->getType(), 0));
1962   BasicBlock *NextBB = (Index == (LoadCmpBlocks.size() - 1))
1963                            ? EndBlock
1964                            : LoadCmpBlocks[Index + 1];
1965   // Early exit branch if difference found to ResultBlock, otherwise continue to
1966   // next LoadCmpBlock or EndBlock.
1967   BranchInst *CmpBr = BranchInst::Create(ResBlock.BB, NextBB, Cmp);
1968   Builder.Insert(CmpBr);
1969
1970   // Add a phi edge for the last LoadCmpBlock to Endblock with a value of 0
1971   // since early exit to ResultBlock was not taken (no difference was found in
1972   // any of the bytes)
1973   if (Index == LoadCmpBlocks.size() - 1) {
1974     Value *Zero = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(CI->getContext()), 0);
1975     PhiRes->addIncoming(Zero, LoadCmpBlocks[Index]);
1976   }
1977 }
1978
1979 // This function populates the ResultBlock with a sequence to calculate the
1980 // memcmp result. It compares the two loaded source values and returns -1 if
1981 // src1 < src2 and 1 if src1 > src2.
1982 void MemCmpExpansion::emitMemCmpResultBlock(bool IsLittleEndian) {
1983   IRBuilder<> Builder(CI->getContext());
1984
1985   // Special case: if memcmp result is used in a zero equality, result does not
1986   // need to be calculated and can simply return 1.
1987   if (IsUsedForZeroCmp) {
1988     BasicBlock::iterator InsertPt = ResBlock.BB->getFirstInsertionPt();
1989     Builder.SetInsertPoint(ResBlock.BB, InsertPt);
1990     Value *Res = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(CI->getContext()), 1);
1991     PhiRes->addIncoming(Res, ResBlock.BB);
1992     BranchInst *NewBr = BranchInst::Create(EndBlock);
1993     Builder.Insert(NewBr);
1994     return;
1995   }
1996   BasicBlock::iterator InsertPt = ResBlock.BB->getFirstInsertionPt();
1997   Builder.SetInsertPoint(ResBlock.BB, InsertPt);
1998
1999   Value *Cmp = Builder.CreateICmp(ICmpInst::ICMP_ULT, ResBlock.PhiSrc1,
2000                                   ResBlock.PhiSrc2);
2001
2002   Value *Res =
2003       Builder.CreateSelect(Cmp, ConstantInt::get(Builder.getInt32Ty(), -1),
2004                            ConstantInt::get(Builder.getInt32Ty(), 1));
2005
2006   BranchInst *NewBr = BranchInst::Create(EndBlock);
2007   Builder.Insert(NewBr);
2008   PhiRes->addIncoming(Res, ResBlock.BB);
2009 }
2010
2011 int MemCmpExpansion::calculateNumBlocks(unsigned Size) {
2012   int NumBlocks = 0;
2013   bool haveOneByteLoad = false;
2014   unsigned RemainingSize = Size;
2015   unsigned LoadSize = MaxLoadSize;
2016   while (RemainingSize) {
2017     if (LoadSize == 1)
2018       haveOneByteLoad = true;
2019     NumBlocks += RemainingSize / LoadSize;
2020     RemainingSize = RemainingSize % LoadSize;
2021     LoadSize = LoadSize / 2;
2022   }
2023   NumBlocksNonOneByte = haveOneByteLoad ? (NumBlocks - 1) : NumBlocks;
2024
2025   if (IsUsedForZeroCmp)
2026     NumBlocks = NumBlocks / NumLoadsPerBlock +
2027                 (NumBlocks % NumLoadsPerBlock != 0 ? 1 : 0);
2028
2029   return NumBlocks;
2030 }
2031
2032 void MemCmpExpansion::setupResultBlockPHINodes() {
2033   IRBuilder<> Builder(CI->getContext());
2034   Type *MaxLoadType = IntegerType::get(CI->getContext(), MaxLoadSize * 8);
2035   Builder.SetInsertPoint(ResBlock.BB);
2036   ResBlock.PhiSrc1 =
2037       Builder.CreatePHI(MaxLoadType, NumBlocksNonOneByte, "phi.src1");
2038   ResBlock.PhiSrc2 =
2039       Builder.CreatePHI(MaxLoadType, NumBlocksNonOneByte, "phi.src2");
2040 }
2041
2042 void MemCmpExpansion::setupEndBlockPHINodes() {
2043   IRBuilder<> Builder(CI->getContext());
2044
2045   Builder.SetInsertPoint(&EndBlock->front());
2046   PhiRes = Builder.CreatePHI(Type::getInt32Ty(CI->getContext()), 2, "phi.res");
2047 }
2048
2049 Value *MemCmpExpansion::getMemCmpExpansionZeroCase(unsigned Size,
2050                                                    bool IsLittleEndian) {
2051   unsigned NumBytesProcessed = 0;
2052   // This loop populates each of the LoadCmpBlocks with IR sequence to handle
2053   // multiple loads per block
2054   for (unsigned i = 0; i < NumBlocks; ++i) {
2055     emitLoadCompareBlockMultipleLoads(i, Size, NumBytesProcessed);
2056   }
2057
2058   emitMemCmpResultBlock(IsLittleEndian);
2059   return PhiRes;
2060 }
2061
2062 // This function expands the memcmp call into an inline expansion and returns
2063 // the memcmp result.
2064 Value *MemCmpExpansion::getMemCmpExpansion(bool IsLittleEndian) {
2065
2066   ConstantInt *SizeCast = dyn_cast<ConstantInt>(CI->getArgOperand(2));
2067   uint64_t Size = SizeCast->getZExtValue();
2068
2069   int LoadSize = MaxLoadSize;
2070   int NumBytesToBeProcessed = Size;
2071
2072   if (IsUsedForZeroCmp) {
2073     return getMemCmpExpansionZeroCase(Size, IsLittleEndian);
2074   }
2075
2076   unsigned Index = 0;
2077   // This loop calls emitLoadCompareBlock for comparing SizeVal bytes of the two
2078   // memcmp source. It starts with loading using the maximum load size set by
2079   // the target. It processes any remaining bytes using a load size which is the
2080   // next smallest power of 2.
2081   while (NumBytesToBeProcessed) {
2082     // Calculate how many blocks we can create with the current load size
2083     int NumBlocks = NumBytesToBeProcessed / LoadSize;
2084     int GEPIndex = (Size - NumBytesToBeProcessed) / LoadSize;
2085     NumBytesToBeProcessed = NumBytesToBeProcessed % LoadSize;
2086
2087     // For each NumBlocks, populate the instruction sequence for loading and
2088     // comparing LoadSize bytes
2089     while (NumBlocks--) {
2090       emitLoadCompareBlock(Index, LoadSize, GEPIndex, IsLittleEndian);
2091       Index++;
2092       GEPIndex++;
2093     }
2094     // Get the next LoadSize to use
2095     LoadSize = LoadSize / 2;
2096   }
2097
2098   emitMemCmpResultBlock(IsLittleEndian);
2099   return PhiRes;
2100 }
2101
2102 // This function checks to see if an expansion of memcmp can be generated.
2103 // It checks for constant compare size that is less than the max inline size.
2104 // If an expansion cannot occur, returns false to leave as a library call.
2105 // Otherwise, the library call is replaced wtih new IR instruction sequence.
2106 /// We want to transform:
2107 /// %call = call signext i32 @memcmp(i8* %0, i8* %1, i64 15)
2108 /// To:
2109 /// loadbb:
2110 ///  %0 = bitcast i32* %buffer2 to i8*
2111 ///  %1 = bitcast i32* %buffer1 to i8*
2112 ///  %2 = bitcast i8* %1 to i64*
2113 ///  %3 = bitcast i8* %0 to i64*
2114 ///  %4 = load i64, i64* %2
2115 ///  %5 = load i64, i64* %3
2116 ///  %6 = call i64 @llvm.bswap.i64(i64 %4)
2117 ///  %7 = call i64 @llvm.bswap.i64(i64 %5)
2118 ///  %8 = sub i64 %6, %7
2119 ///  %9 = icmp ne i64 %8, 0
2120 ///  br i1 %9, label %res_block, label %loadbb1
2121 /// res_block:                                        ; preds = %loadbb2,
2122 /// %loadbb1, %loadbb
2123 ///  %phi.src1 = phi i64 [ %6, %loadbb ], [ %22, %loadbb1 ], [ %36, %loadbb2 ]
2124 ///  %phi.src2 = phi i64 [ %7, %loadbb ], [ %23, %loadbb1 ], [ %37, %loadbb2 ]
2125 ///  %10 = icmp ult i64 %phi.src1, %phi.src2
2126 ///  %11 = select i1 %10, i32 -1, i32 1
2127 ///  br label %endblock
2128 /// loadbb1:                                          ; preds = %loadbb
2129 ///  %12 = bitcast i32* %buffer2 to i8*
2130 ///  %13 = bitcast i32* %buffer1 to i8*
2131 ///  %14 = bitcast i8* %13 to i32*
2132 ///  %15 = bitcast i8* %12 to i32*
2133 ///  %16 = getelementptr i32, i32* %14, i32 2
2134 ///  %17 = getelementptr i32, i32* %15, i32 2
2135 ///  %18 = load i32, i32* %16
2136 ///  %19 = load i32, i32* %17
2137 ///  %20 = call i32 @llvm.bswap.i32(i32 %18)
2138 ///  %21 = call i32 @llvm.bswap.i32(i32 %19)
2139 ///  %22 = zext i32 %20 to i64
2140 ///  %23 = zext i32 %21 to i64
2141 ///  %24 = sub i64 %22, %23
2142 ///  %25 = icmp ne i64 %24, 0
2143 ///  br i1 %25, label %res_block, label %loadbb2
2144 /// loadbb2:                                          ; preds = %loadbb1
2145 ///  %26 = bitcast i32* %buffer2 to i8*
2146 ///  %27 = bitcast i32* %buffer1 to i8*
2147 ///  %28 = bitcast i8* %27 to i16*
2148 ///  %29 = bitcast i8* %26 to i16*
2149 ///  %30 = getelementptr i16, i16* %28, i16 6
2150 ///  %31 = getelementptr i16, i16* %29, i16 6
2151 ///  %32 = load i16, i16* %30
2152 ///  %33 = load i16, i16* %31
2153 ///  %34 = call i16 @llvm.bswap.i16(i16 %32)
2154 ///  %35 = call i16 @llvm.bswap.i16(i16 %33)
2155 ///  %36 = zext i16 %34 to i64
2156 ///  %37 = zext i16 %35 to i64
2157 ///  %38 = sub i64 %36, %37
2158 ///  %39 = icmp ne i64 %38, 0
2159 ///  br i1 %39, label %res_block, label %loadbb3
2160 /// loadbb3:                                          ; preds = %loadbb2
2161 ///  %40 = bitcast i32* %buffer2 to i8*
2162 ///  %41 = bitcast i32* %buffer1 to i8*
2163 ///  %42 = getelementptr i8, i8* %41, i8 14
2164 ///  %43 = getelementptr i8, i8* %40, i8 14
2165 ///  %44 = load i8, i8* %42
2166 ///  %45 = load i8, i8* %43
2167 ///  %46 = zext i8 %44 to i32
2168 ///  %47 = zext i8 %45 to i32
2169 ///  %48 = sub i32 %46, %47
2170 ///  br label %endblock
2171 /// endblock:                                         ; preds = %res_block,
2172 /// %loadbb3
2173 ///  %phi.res = phi i32 [ %48, %loadbb3 ], [ %11, %res_block ]
2174 ///  ret i32 %phi.res
2175 static bool expandMemCmp(CallInst *CI, const TargetTransformInfo *TTI,
2176                          const TargetLowering *TLI, const DataLayout *DL) {
2177   NumMemCmpCalls++;
2178   IRBuilder<> Builder(CI->getContext());
2179
2180   // TTI call to check if target would like to expand memcmp and get the
2181   // MaxLoadSize
2182   unsigned MaxLoadSize;
2183   if (!TTI->expandMemCmp(CI, MaxLoadSize))
2184     return false;
2185
2186   // Early exit from expansion if -Oz
2187   if (CI->getParent()->getParent()->optForMinSize()) {
2188     return false;
2189   }
2190
2191   // Early exit from expansion if size is not a constant
2192   ConstantInt *SizeCast = dyn_cast<ConstantInt>(CI->getArgOperand(2));
2193   if (!SizeCast) {
2194     NumMemCmpNotConstant++;
2195     return false;
2196   }
2197
2198   // Early exit from expansion if size greater than max bytes to load
2199   uint64_t SizeVal = SizeCast->getZExtValue();
2200
2201   unsigned NumLoads = 0;
2202   unsigned RemainingSize = SizeVal;
2203   unsigned LoadSize = MaxLoadSize;
2204   while (RemainingSize) {
2205     NumLoads += RemainingSize / LoadSize;
2206     RemainingSize = RemainingSize % LoadSize;
2207     LoadSize = LoadSize / 2;
2208   }
2209
2210   if (NumLoads >
2211       TLI->getMaxExpandSizeMemcmp(CI->getParent()->getParent()->optForSize())) {
2212     NumMemCmpGreaterThanMax++;
2213     return false;
2214   }
2215
2216   NumMemCmpInlined++;
2217
2218   // MemCmpHelper object, creates and sets up basic blocks required for
2219   // expanding memcmp with size SizeVal
2220   unsigned NumLoadsPerBlock = MemCmpNumLoadsPerBlock;
2221   MemCmpExpansion MemCmpHelper(CI, MaxLoadSize, NumLoadsPerBlock);
2222
2223   Value *Res = MemCmpHelper.getMemCmpExpansion(DL->isLittleEndian());
2224
2225   // Replace call with result of expansion and erarse call.
2226   CI->replaceAllUsesWith(Res);
2227   CI->eraseFromParent();
2228
2229   return true;
2230 }
2231
2232 bool CodeGenPrepare::optimizeCallInst(CallInst *CI, bool& ModifiedDT) {
2233   BasicBlock *BB = CI->getParent();
2234
2235   // Lower inline assembly if we can.
2236   // If we found an inline asm expession, and if the target knows how to
2237   // lower it to normal LLVM code, do so now.
2238   if (TLI && isa<InlineAsm>(CI->getCalledValue())) {
2239     if (TLI->ExpandInlineAsm(CI)) {
2240       // Avoid invalidating the iterator.
2241       CurInstIterator = BB->begin();
2242       // Avoid processing instructions out of order, which could cause
2243       // reuse before a value is defined.
2244       SunkAddrs.clear();
2245       return true;
2246     }
2247     // Sink address computing for memory operands into the block.
2248     if (optimizeInlineAsmInst(CI))
2249       return true;
2250   }
2251
2252   // Align the pointer arguments to this call if the target thinks it's a good
2253   // idea
2254   unsigned MinSize, PrefAlign;
2255   if (TLI && TLI->shouldAlignPointerArgs(CI, MinSize, PrefAlign)) {
2256     for (auto &Arg : CI->arg_operands()) {
2257       // We want to align both objects whose address is used directly and
2258       // objects whose address is used in casts and GEPs, though it only makes
2259       // sense for GEPs if the offset is a multiple of the desired alignment and
2260       // if size - offset meets the size threshold.
2261       if (!Arg->getType()->isPointerTy())
2262         continue;
2263       APInt Offset(DL->getPointerSizeInBits(
2264                        cast<PointerType>(Arg->getType())->getAddressSpace()),
2265                    0);
2266       Value *Val = Arg->stripAndAccumulateInBoundsConstantOffsets(*DL, Offset);
2267       uint64_t Offset2 = Offset.getLimitedValue();
2268       if ((Offset2 & (PrefAlign-1)) != 0)
2269         continue;
2270       AllocaInst *AI;
2271       if ((AI = dyn_cast<AllocaInst>(Val)) && AI->getAlignment() < PrefAlign &&
2272           DL->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType()) >= MinSize + Offset2)
2273         AI->setAlignment(PrefAlign);
2274       // Global variables can only be aligned if they are defined in this
2275       // object (i.e. they are uniquely initialized in this object), and
2276       // over-aligning global variables that have an explicit section is
2277       // forbidden.
2278       GlobalVariable *GV;
2279       if ((GV = dyn_cast<GlobalVariable>(Val)) && GV->canIncreaseAlignment() &&
2280           GV->getPointerAlignment(*DL) < PrefAlign &&
2281           DL->getTypeAllocSize(GV->getValueType()) >=
2282               MinSize + Offset2)
2283         GV->setAlignment(PrefAlign);
2284     }
2285     // If this is a memcpy (or similar) then we may be able to improve the
2286     // alignment
2287     if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(CI)) {
2288       unsigned Align = getKnownAlignment(MI->getDest(), *DL);
2289       if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(MI))
2290         Align = std::min(Align, getKnownAlignment(MTI->getSource(), *DL));
2291       if (Align > MI->getAlignment())
2292         MI->setAlignment(ConstantInt::get(MI->getAlignmentType(), Align));
2293     }
2294   }
2295
2296   // If we have a cold call site, try to sink addressing computation into the
2297   // cold block.  This interacts with our handling for loads and stores to
2298   // ensure that we can fold all uses of a potential addressing computation
2299   // into their uses.  TODO: generalize this to work over profiling data
2300   if (!OptSize && CI->hasFnAttr(Attribute::Cold))
2301     for (auto &Arg : CI->arg_operands()) {
2302       if (!Arg->getType()->isPointerTy())
2303         continue;
2304       unsigned AS = Arg->getType()->getPointerAddressSpace();
2305       return optimizeMemoryInst(CI, Arg, Arg->getType(), AS);
2306     }
2307
2308   IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CI);
2309   if (II) {
2310     switch (II->getIntrinsicID()) {
2311     default: break;
2312     case Intrinsic::objectsize: {
2313       // Lower all uses of llvm.objectsize.*
2314       ConstantInt *RetVal =
2315           lowerObjectSizeCall(II, *DL, TLInfo, /*MustSucceed=*/true);
2316       // Substituting this can cause recursive simplifications, which can
2317       // invalidate our iterator.  Use a WeakTrackingVH to hold onto it in case
2318       // this
2319       // happens.
2320       Value *CurValue = &*CurInstIterator;
2321       WeakTrackingVH IterHandle(CurValue);
2322
2323       replaceAndRecursivelySimplify(CI, RetVal, TLInfo, nullptr);
2324
2325       // If the iterator instruction was recursively deleted, start over at the
2326       // start of the block.
2327       if (IterHandle != CurValue) {
2328         CurInstIterator = BB->begin();
2329         SunkAddrs.clear();
2330       }
2331       return true;
2332     }
2333     case Intrinsic::aarch64_stlxr:
2334     case Intrinsic::aarch64_stxr: {
2335       ZExtInst *ExtVal = dyn_cast<ZExtInst>(CI->getArgOperand(0));
2336       if (!ExtVal || !ExtVal->hasOneUse() ||
2337           ExtVal->getParent() == CI->getParent())
2338         return false;
2339       // Sink a zext feeding stlxr/stxr before it, so it can be folded into it.
2340       ExtVal->moveBefore(CI);
2341       // Mark this instruction as "inserted by CGP", so that other
2342       // optimizations don't touch it.
2343       InsertedInsts.insert(ExtVal);
2344       return true;
2345     }
2346     case Intrinsic::invariant_group_barrier:
2347       II->replaceAllUsesWith(II->getArgOperand(0));
2348       II->eraseFromParent();
2349       return true;
2350
2351     case Intrinsic::cttz:
2352     case Intrinsic::ctlz:
2353       // If counting zeros is expensive, try to avoid it.
2354       return despeculateCountZeros(II, TLI, DL, ModifiedDT);
2355     }
2356
2357     if (TLI) {
2358       SmallVector<Value*, 2> PtrOps;
2359       Type *AccessTy;
2360       if (TLI->getAddrModeArguments(II, PtrOps, AccessTy))
2361         while (!PtrOps.empty()) {
2362           Value *PtrVal = PtrOps.pop_back_val();
2363           unsigned AS = PtrVal->getType()->getPointerAddressSpace();
2364           if (optimizeMemoryInst(II, PtrVal, AccessTy, AS))
2365             return true;
2366         }
2367     }
2368   }
2369
2370   // From here on out we're working with named functions.
2371   if (!CI->getCalledFunction()) return false;
2372
2373   // Lower all default uses of _chk calls.  This is very similar
2374   // to what InstCombineCalls does, but here we are only lowering calls
2375   // to fortified library functions (e.g. __memcpy_chk) that have the default
2376   // "don't know" as the objectsize.  Anything else should be left alone.
2377   FortifiedLibCallSimplifier Simplifier(TLInfo, true);
2378   if (Value *V = Simplifier.optimizeCall(CI)) {
2379     CI->replaceAllUsesWith(V);
2380     CI->eraseFromParent();
2381     return true;
2382   }
2383
2384   LibFunc Func;
2385   if (TLInfo->getLibFunc(*CI->getCalledFunction(), Func) &&
2386       Func == LibFunc_memcmp) {
2387     if (expandMemCmp(CI, TTI, TLI, DL)) {
2388       ModifiedDT = true;
2389       return true;
2390     }
2391   }
2392   return false;
2393 }
2394
2395 /// Look for opportunities to duplicate return instructions to the predecessor
2396 /// to enable tail call optimizations. The case it is currently looking for is:
2397 /// @code
2398 /// bb0:
2399 ///   %tmp0 = tail call i32 @f0()
2400 ///   br label %return
2401 /// bb1:
2402 ///   %tmp1 = tail call i32 @f1()
2403 ///   br label %return
2404 /// bb2:
2405 ///   %tmp2 = tail call i32 @f2()
2406 ///   br label %return
2407 /// return:
2408 ///   %retval = phi i32 [ %tmp0, %bb0 ], [ %tmp1, %bb1 ], [ %tmp2, %bb2 ]
2409 ///   ret i32 %retval
2410 /// @endcode
2411 ///
2412 /// =>
2413 ///
2414 /// @code
2415 /// bb0:
2416 ///   %tmp0 = tail call i32 @f0()
2417 ///   ret i32 %tmp0
2418 /// bb1:
2419 ///   %tmp1 = tail call i32 @f1()
2420 ///   ret i32 %tmp1
2421 /// bb2:
2422 ///   %tmp2 = tail call i32 @f2()
2423 ///   ret i32 %tmp2
2424 /// @endcode
2425 bool CodeGenPrepare::dupRetToEnableTailCallOpts(BasicBlock *BB) {
2426   if (!TLI)
2427     return false;
2428
2429   ReturnInst *RetI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator());
2430   if (!RetI)
2431     return false;
2432
2433   PHINode *PN = nullptr;
2434   BitCastInst *BCI = nullptr;
2435   Value *V = RetI->getReturnValue();
2436   if (V) {
2437     BCI = dyn_cast<BitCastInst>(V);
2438     if (BCI)
2439       V = BCI->getOperand(0);
2440
2441     PN = dyn_cast<PHINode>(V);
2442     if (!PN)
2443       return false;
2444   }
2445
2446   if (PN && PN->getParent() != BB)
2447     return false;
2448
2449   // Make sure there are no instructions between the PHI and return, or that the
2450   // return is the first instruction in the block.
2451   if (PN) {
2452     BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
2453     do { ++BI; } while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BI));
2454     if (&*BI == BCI)
2455       // Also skip over the bitcast.
2456       ++BI;
2457     if (&*BI != RetI)
2458       return false;
2459   } else {
2460     BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
2461     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BI)) ++BI;
2462     if (&*BI != RetI)
2463       return false;
2464   }
2465
2466   /// Only dup the ReturnInst if the CallInst is likely to be emitted as a tail
2467   /// call.
2468   const Function *F = BB->getParent();
2469   SmallVector<CallInst*, 4> TailCalls;
2470   if (PN) {
2471     for (unsigned I = 0, E = PN->getNumIncomingValues(); I != E; ++I) {
2472       CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(PN->getIncomingValue(I));
2473       // Make sure the phi value is indeed produced by the tail call.
2474       if (CI && CI->hasOneUse() && CI->getParent() == PN->getIncomingBlock(I) &&
2475           TLI->mayBeEmittedAsTailCall(CI) &&
2476           attributesPermitTailCall(F, CI, RetI, *TLI))
2477         TailCalls.push_back(CI);
2478     }
2479   } else {
2480     SmallPtrSet<BasicBlock*, 4> VisitedBBs;
2481     for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB); PI != PE; ++PI) {
2482       if (!VisitedBBs.insert(*PI).second)
2483         continue;
2484
2485       BasicBlock::InstListType &InstList = (*PI)->getInstList();
2486       BasicBlock::InstListType::reverse_iterator RI = InstList.rbegin();
2487       BasicBlock::InstListType::reverse_iterator RE = InstList.rend();
2488       do { ++RI; } while (RI != RE && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI));
2489       if (RI == RE)
2490         continue;
2491
2492       CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(&*RI);
2493       if (CI && CI->use_empty() && TLI->mayBeEmittedAsTailCall(CI) &&
2494           attributesPermitTailCall(F, CI, RetI, *TLI))
2495         TailCalls.push_back(CI);
2496     }
2497   }
2498
2499   bool Changed = false;
2500   for (unsigned i = 0, e = TailCalls.size(); i != e; ++i) {
2501     CallInst *CI = TailCalls[i];
2502     CallSite CS(CI);
2503
2504     // Conservatively require the attributes of the call to match those of the
2505     // return. Ignore noalias because it doesn't affect the call sequence.
2506     AttributeList CalleeAttrs = CS.getAttributes();
2507     if (AttrBuilder(CalleeAttrs, AttributeList::ReturnIndex)
2508             .removeAttribute(Attribute::NoAlias) !=
2509         AttrBuilder(CalleeAttrs, AttributeList::ReturnIndex)
2510             .removeAttribute(Attribute::NoAlias))
2511       continue;
2512
2513     // Make sure the call instruction is followed by an unconditional branch to
2514     // the return block.
2515     BasicBlock *CallBB = CI->getParent();
2516     BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(CallBB->getTerminator());
2517     if (!BI || !BI->isUnconditional() || BI->getSuccessor(0) != BB)
2518       continue;
2519
2520     // Duplicate the return into CallBB.
2521     (void)FoldReturnIntoUncondBranch(RetI, BB, CallBB);
2522     ModifiedDT = Changed = true;
2523     ++NumRetsDup;
2524   }
2525
2526   // If we eliminated all predecessors of the block, delete the block now.
2527   if (Changed && !BB->hasAddressTaken() && pred_begin(BB) == pred_end(BB))
2528     BB->eraseFromParent();
2529
2530   return Changed;
2531 }
2532
2533 //===----------------------------------------------------------------------===//
2534 // Memory Optimization
2535 //===----------------------------------------------------------------------===//
2536
2537 namespace {
2538
2539 /// This is an extended version of TargetLowering::AddrMode
2540 /// which holds actual Value*'s for register values.
2541 struct ExtAddrMode : public TargetLowering::AddrMode {
2542   Value *BaseReg;
2543   Value *ScaledReg;
2544   ExtAddrMode() : BaseReg(nullptr), ScaledReg(nullptr) {}
2545   void print(raw_ostream &OS) const;
2546   void dump() const;
2547
2548   bool operator==(const ExtAddrMode& O) const {
2549     return (BaseReg == O.BaseReg) && (ScaledReg == O.ScaledReg) &&
2550            (BaseGV == O.BaseGV) && (BaseOffs == O.BaseOffs) &&
2551            (HasBaseReg == O.HasBaseReg) && (Scale == O.Scale);
2552   }
2553 };
2554
2555 #ifndef NDEBUG
2556 static inline raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const ExtAddrMode &AM) {
2557   AM.print(OS);
2558   return OS;
2559 }
2560 #endif
2561
2562 void ExtAddrMode::print(raw_ostream &OS) const {
2563   bool NeedPlus = false;
2564   OS << "[";
2565   if (BaseGV) {
2566     OS << (NeedPlus ? " + " : "")
2567        << "GV:";
2568     BaseGV->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
2569     NeedPlus = true;
2570   }
2571
2572   if (BaseOffs) {
2573     OS << (NeedPlus ? " + " : "")
2574        << BaseOffs;
2575     NeedPlus = true;
2576   }
2577
2578   if (BaseReg) {
2579     OS << (NeedPlus ? " + " : "")
2580        << "Base:";
2581     BaseReg->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
2582     NeedPlus = true;
2583   }
2584   if (Scale) {
2585     OS << (NeedPlus ? " + " : "")
2586        << Scale << "*";
2587     ScaledReg->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
2588   }
2589
2590   OS << ']';
2591 }
2592
2593 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
2594 LLVM_DUMP_METHOD void ExtAddrMode::dump() const {
2595   print(dbgs());
2596   dbgs() << '\n';
2597 }
2598 #endif
2599
2600 /// \brief This class provides transaction based operation on the IR.
2601 /// Every change made through this class is recorded in the internal state and
2602 /// can be undone (rollback) until commit is called.
2603 class TypePromotionTransaction {
2604
2605   /// \brief This represents the common interface of the individual transaction.
2606   /// Each class implements the logic for doing one specific modification on
2607   /// the IR via the TypePromotionTransaction.
2608   class TypePromotionAction {
2609   protected:
2610     /// The Instruction modified.
2611     Instruction *Inst;
2612
2613   public:
2614     /// \brief Constructor of the action.
2615     /// The constructor performs the related action on the IR.
2616     TypePromotionAction(Instruction *Inst) : Inst(Inst) {}
2617
2618     virtual ~TypePromotionAction() {}
2619
2620     /// \brief Undo the modification done by this action.
2621     /// When this method is called, the IR must be in the same state as it was
2622     /// before this action was applied.
2623     /// \pre Undoing the action works if and only if the IR is in the exact same
2624     /// state as it was directly after this action was applied.
2625     virtual void undo() = 0;
2626
2627     /// \brief Advocate every change made by this action.
2628     /// When the results on the IR of the action are to be kept, it is important
2629     /// to call this function, otherwise hidden information may be kept forever.
2630     virtual void commit() {
2631       // Nothing to be done, this action is not doing anything.
2632     }
2633   };
2634
2635   /// \brief Utility to remember the position of an instruction.
2636   class InsertionHandler {
2637     /// Position of an instruction.
2638     /// Either an instruction:
2639     /// - Is the first in a basic block: BB is used.
2640     /// - Has a previous instructon: PrevInst is used.
2641     union {
2642       Instruction *PrevInst;
2643       BasicBlock *BB;
2644     } Point;
2645     /// Remember whether or not the instruction had a previous instruction.
2646     bool HasPrevInstruction;
2647
2648   public:
2649     /// \brief Record the position of \p Inst.
2650     InsertionHandler(Instruction *Inst) {
2651       BasicBlock::iterator It = Inst->getIterator();
2652       HasPrevInstruction = (It != (Inst->getParent()->begin()));
2653       if (HasPrevInstruction)
2654         Point.PrevInst = &*--It;
2655       else
2656         Point.BB = Inst->getParent();
2657     }
2658
2659     /// \brief Insert \p Inst at the recorded position.
2660     void insert(Instruction *Inst) {
2661       if (HasPrevInstruction) {
2662         if (Inst->getParent())
2663           Inst->removeFromParent();
2664         Inst->insertAfter(Point.PrevInst);
2665       } else {
2666         Instruction *Position = &*Point.BB->getFirstInsertionPt();
2667         if (Inst->getParent())
2668           Inst->moveBefore(Position);
2669         else
2670           Inst->insertBefore(Position);
2671       }
2672     }
2673   };
2674
2675   /// \brief Move an instruction before another.
2676   class InstructionMoveBefore : public TypePromotionAction {
2677     /// Original position of the instruction.
2678     InsertionHandler Position;
2679
2680   public:
2681     /// \brief Move \p Inst before \p Before.
2682     InstructionMoveBefore(Instruction *Inst, Instruction *Before)
2683         : TypePromotionAction(Inst), Position(Inst) {
2684       DEBUG(dbgs() << "Do: move: " << *Inst << "\nbefore: " << *Before << "\n");
2685       Inst->moveBefore(Before);
2686     }
2687
2688     /// \brief Move the instruction back to its original position.
2689     void undo() override {
2690       DEBUG(dbgs() << "Undo: moveBefore: " << *Inst << "\n");
2691       Position.insert(Inst);
2692     }
2693   };
2694
2695   /// \brief Set the operand of an instruction with a new value.
2696   class OperandSetter : public TypePromotionAction {
2697     /// Original operand of the instruction.
2698     Value *Origin;
2699     /// Index of the modified instruction.
2700     unsigned Idx;
2701
2702   public:
2703     /// \brief Set \p Idx operand of \p Inst with \p NewVal.
2704     OperandSetter(Instruction *Inst, unsigned Idx, Value *NewVal)
2705         : TypePromotionAction(Inst), Idx(Idx) {
2706       DEBUG(dbgs() << "Do: setOperand: " << Idx << "\n"
2707                    << "for:" << *Inst << "\n"
2708                    << "with:" << *NewVal << "\n");
2709       Origin = Inst->getOperand(Idx);
2710       Inst->setOperand(Idx, NewVal);
2711     }
2712
2713     /// \brief Restore the original value of the instruction.
2714     void undo() override {
2715       DEBUG(dbgs() << "Undo: setOperand:" << Idx << "\n"
2716                    << "for: " << *Inst << "\n"
2717                    << "with: " << *Origin << "\n");
2718       Inst->setOperand(Idx, Origin);
2719     }
2720   };
2721
2722   /// \brief Hide the operands of an instruction.
2723   /// Do as if this instruction was not using any of its operands.
2724   class OperandsHider : public TypePromotionAction {
2725     /// The list of original operands.
2726     SmallVector<Value *, 4> OriginalValues;
2727
2728   public:
2729     /// \brief Remove \p Inst from the uses of the operands of \p Inst.
2730     OperandsHider(Instruction *Inst) : TypePromotionAction(Inst) {
2731       DEBUG(dbgs() << "Do: OperandsHider: " << *Inst << "\n");
2732       unsigned NumOpnds = Inst->getNumOperands();
2733       OriginalValues.reserve(NumOpnds);
2734       for (unsigned It = 0; It < NumOpnds; ++It) {
2735         // Save the current operand.
2736         Value *Val = Inst->getOperand(It);
2737         OriginalValues.push_back(Val);
2738         // Set a dummy one.
2739         // We could use OperandSetter here, but that would imply an overhead
2740         // that we are not willing to pay.
2741         Inst->setOperand(It, UndefValue::get(Val->getType()));
2742       }
2743     }
2744
2745     /// \brief Restore the original list of uses.
2746     void undo() override {
2747       DEBUG(dbgs() << "Undo: OperandsHider: " << *Inst << "\n");
2748       for (unsigned It = 0, EndIt = OriginalValues.size(); It != EndIt; ++It)
2749         Inst->setOperand(It, OriginalValues[It]);
2750     }
2751   };
2752
2753   /// \brief Build a truncate instruction.
2754   class TruncBuilder : public TypePromotionAction {
2755     Value *Val;
2756   public:
2757     /// \brief Build a truncate instruction of \p Opnd producing a \p Ty
2758     /// result.
2759     /// trunc Opnd to Ty.
2760     TruncBuilder(Instruction *Opnd, Type *Ty) : TypePromotionAction(Opnd) {
2761       IRBuilder<> Builder(Opnd);
2762       Val = Builder.CreateTrunc(Opnd, Ty, "promoted");
2763       DEBUG(dbgs() << "Do: TruncBuilder: " << *Val << "\n");
2764     }
2765
2766     /// \brief Get the built value.
2767     Value *getBuiltValue() { return Val; }
2768
2769     /// \brief Remove the built instruction.
2770     void undo() override {
2771       DEBUG(dbgs() << "Undo: TruncBuilder: " << *Val << "\n");
2772       if (Instruction *IVal = dyn_cast<Instruction>(Val))
2773         IVal->eraseFromParent();
2774     }
2775   };
2776
2777   /// \brief Build a sign extension instruction.
2778   class SExtBuilder : public TypePromotionAction {
2779     Value *Val;
2780   public:
2781     /// \brief Build a sign extension instruction of \p Opnd producing a \p Ty
2782     /// result.
2783     /// sext Opnd to Ty.
2784     SExtBuilder(Instruction *InsertPt, Value *Opnd, Type *Ty)
2785         : TypePromotionAction(InsertPt) {
2786       IRBuilder<> Builder(InsertPt);
2787       Val = Builder.CreateSExt(Opnd, Ty, "promoted");
2788       DEBUG(dbgs() << "Do: SExtBuilder: " << *Val << "\n");
2789     }
2790
2791     /// \brief Get the built value.
2792     Value *getBuiltValue() { return Val; }
2793
2794     /// \brief Remove the built instruction.
2795     void undo() override {
2796       DEBUG(dbgs() << "Undo: SExtBuilder: " << *Val << "\n");
2797       if (Instruction *IVal = dyn_cast<Instruction>(Val))
2798         IVal->eraseFromParent();
2799     }
2800   };
2801
2802   /// \brief Build a zero extension instruction.
2803   class ZExtBuilder : public TypePromotionAction {
2804     Value *Val;
2805   public:
2806     /// \brief Build a zero extension instruction of \p Opnd producing a \p Ty
2807     /// result.
2808     /// zext Opnd to Ty.
2809     ZExtBuilder(Instruction *InsertPt, Value *Opnd, Type *Ty)
2810         : TypePromotionAction(InsertPt) {
2811       IRBuilder<> Builder(InsertPt);
2812       Val = Builder.CreateZExt(Opnd, Ty, "promoted");
2813       DEBUG(dbgs() << "Do: ZExtBuilder: " << *Val << "\n");
2814     }
2815
2816     /// \brief Get the built value.
2817     Value *getBuiltValue() { return Val; }
2818
2819     /// \brief Remove the built instruction.
2820     void undo() override {
2821       DEBUG(dbgs() << "Undo: ZExtBuilder: " << *Val << "\n");
2822       if (Instruction *IVal = dyn_cast<Instruction>(Val))
2823         IVal->eraseFromParent();
2824     }
2825   };
2826
2827   /// \brief Mutate an instruction to another type.
2828   class TypeMutator : public TypePromotionAction {
2829     /// Record the original type.
2830     Type *OrigTy;
2831
2832   public:
2833     /// \brief Mutate the type of \p Inst into \p NewTy.
2834     TypeMutator(Instruction *Inst, Type *NewTy)
2835         : TypePromotionAction(Inst), OrigTy(Inst->getType()) {
2836       DEBUG(dbgs() << "Do: MutateType: " << *Inst << " with " << *NewTy
2837                    << "\n");
2838       Inst->mutateType(NewTy);
2839     }
2840
2841     /// \brief Mutate the instruction back to its original type.
2842     void undo() override {
2843       DEBUG(dbgs() << "Undo: MutateType: " << *Inst << " with " << *OrigTy
2844                    << "\n");
2845       Inst->mutateType(OrigTy);
2846     }
2847   };
2848
2849   /// \brief Replace the uses of an instruction by another instruction.
2850   class UsesReplacer : public TypePromotionAction {
2851     /// Helper structure to keep track of the replaced uses.
2852     struct InstructionAndIdx {
2853       /// The instruction using the instruction.
2854       Instruction *Inst;
2855       /// The index where this instruction is used for Inst.
2856       unsigned Idx;
2857       InstructionAndIdx(Instruction *Inst, unsigned Idx)
2858           : Inst(Inst), Idx(Idx) {}
2859     };
2860
2861     /// Keep track of the original uses (pair Instruction, Index).
2862     SmallVector<InstructionAndIdx, 4> OriginalUses;
2863     typedef SmallVectorImpl<InstructionAndIdx>::iterator use_iterator;
2864
2865   public:
2866     /// \brief Replace all the use of \p Inst by \p New.
2867     UsesReplacer(Instruction *Inst, Value *New) : TypePromotionAction(Inst) {
2868       DEBUG(dbgs() << "Do: UsersReplacer: " << *Inst << " with " << *New
2869                    << "\n");
2870       // Record the original uses.
2871       for (Use &U : Inst->uses()) {
2872         Instruction *UserI = cast<Instruction>(U.getUser());
2873         OriginalUses.push_back(InstructionAndIdx(UserI, U.getOperandNo()));
2874       }
2875       // Now, we can replace the uses.
2876       Inst->replaceAllUsesWith(New);
2877     }
2878
2879     /// \brief Reassign the original uses of Inst to Inst.
2880     void undo() override {
2881       DEBUG(dbgs() << "Undo: UsersReplacer: " << *Inst << "\n");
2882       for (use_iterator UseIt = OriginalUses.begin(),
2883                         EndIt = OriginalUses.end();
2884            UseIt != EndIt; ++UseIt) {
2885         UseIt->Inst->setOperand(UseIt->Idx, Inst);
2886       }
2887     }
2888   };
2889
2890   /// \brief Remove an instruction from the IR.
2891   class InstructionRemover : public TypePromotionAction {
2892     /// Original position of the instruction.
2893     InsertionHandler Inserter;
2894     /// Helper structure to hide all the link to the instruction. In other
2895     /// words, this helps to do as if the instruction was removed.
2896     OperandsHider Hider;
2897     /// Keep track of the uses replaced, if any.
2898     UsesReplacer *Replacer;
2899     /// Keep track of instructions removed.
2900     SetOfInstrs &RemovedInsts;
2901
2902   public:
2903     /// \brief Remove all reference of \p Inst and optinally replace all its
2904     /// uses with New.
2905     /// \p RemovedInsts Keep track of the instructions removed by this Action.
2906     /// \pre If !Inst->use_empty(), then New != nullptr
2907     InstructionRemover(Instruction *Inst, SetOfInstrs &RemovedInsts,
2908                        Value *New = nullptr)
2909         : TypePromotionAction(Inst), Inserter(Inst), Hider(Inst),
2910           Replacer(nullptr), RemovedInsts(RemovedInsts) {
2911       if (New)
2912         Replacer = new UsesReplacer(Inst, New);
2913       DEBUG(dbgs() << "Do: InstructionRemover: " << *Inst << "\n");
2914       RemovedInsts.insert(Inst);
2915       /// The instructions removed here will be freed after completing
2916       /// optimizeBlock() for all blocks as we need to keep track of the
2917       /// removed instructions during promotion.
2918       Inst->removeFromParent();
2919     }
2920
2921     ~InstructionRemover() override { delete Replacer; }
2922
2923     /// \brief Resurrect the instruction and reassign it to the proper uses if
2924     /// new value was provided when build this action.
2925     void undo() override {
2926       DEBUG(dbgs() << "Undo: InstructionRemover: " << *Inst << "\n");
2927       Inserter.insert(Inst);
2928       if (Replacer)
2929         Replacer->undo();
2930       Hider.undo();
2931       RemovedInsts.erase(Inst);
2932     }
2933   };
2934
2935 public:
2936   /// Restoration point.
2937   /// The restoration point is a pointer to an action instead of an iterator
2938   /// because the iterator may be invalidated but not the pointer.
2939   typedef const TypePromotionAction *ConstRestorationPt;
2940
2941   TypePromotionTransaction(SetOfInstrs &RemovedInsts)
2942       : RemovedInsts(RemovedInsts) {}
2943
2944   /// Advocate every changes made in that transaction.
2945   void commit();
2946   /// Undo all the changes made after the given point.
2947   void rollback(ConstRestorationPt Point);
2948   /// Get the current restoration point.
2949   ConstRestorationPt getRestorationPoint() const;
2950
2951   /// \name API for IR modification with state keeping to support rollback.
2952   /// @{
2953   /// Same as Instruction::setOperand.
2954   void setOperand(Instruction *Inst, unsigned Idx, Value *NewVal);
2955   /// Same as Instruction::eraseFromParent.
2956   void eraseInstruction(Instruction *Inst, Value *NewVal = nullptr);
2957   /// Same as Value::replaceAllUsesWith.
2958   void replaceAllUsesWith(Instruction *Inst, Value *New);
2959   /// Same as Value::mutateType.
2960   void mutateType(Instruction *Inst, Type *NewTy);
2961   /// Same as IRBuilder::createTrunc.
2962   Value *createTrunc(Instruction *Opnd, Type *Ty);
2963   /// Same as IRBuilder::createSExt.
2964   Value *createSExt(Instruction *Inst, Value *Opnd, Type *Ty);
2965   /// Same as IRBuilder::createZExt.
2966   Value *createZExt(Instruction *Inst, Value *Opnd, Type *Ty);
2967   /// Same as Instruction::moveBefore.
2968   void moveBefore(Instruction *Inst, Instruction *Before);
2969   /// @}
2970
2971 private:
2972   /// The ordered list of actions made so far.
2973   SmallVector<std::unique_ptr<TypePromotionAction>, 16> Actions;
2974   typedef SmallVectorImpl<std::unique_ptr<TypePromotionAction>>::iterator CommitPt;
2975   SetOfInstrs &RemovedInsts;
2976 };
2977
2978 void TypePromotionTransaction::setOperand(Instruction *Inst, unsigned Idx,
2979                                           Value *NewVal) {
2980   Actions.push_back(
2981       make_unique<TypePromotionTransaction::OperandSetter>(Inst, Idx, NewVal));
2982 }
2983
2984 void TypePromotionTransaction::eraseInstruction(Instruction *Inst,
2985                                                 Value *NewVal) {
2986   Actions.push_back(
2987       make_unique<TypePromotionTransaction::InstructionRemover>(Inst,
2988                                                          RemovedInsts, NewVal));
2989 }
2990
2991 void TypePromotionTransaction::replaceAllUsesWith(Instruction *Inst,
2992                                                   Value *New) {
2993   Actions.push_back(make_unique<TypePromotionTransaction::UsesReplacer>(Inst, New));
2994 }
2995
2996 void TypePromotionTransaction::mutateType(Instruction *Inst, Type *NewTy) {
2997   Actions.push_back(make_unique<TypePromotionTransaction::TypeMutator>(Inst, NewTy));
2998 }
2999
3000 Value *TypePromotionTransaction::createTrunc(Instruction *Opnd,
3001                                              Type *Ty) {
3002   std::unique_ptr<TruncBuilder> Ptr(new TruncBuilder(Opnd, Ty));
3003   Value *Val = Ptr->getBuiltValue();
3004   Actions.push_back(std::move(Ptr));
3005   return Val;
3006 }
3007
3008 Value *TypePromotionTransaction::createSExt(Instruction *Inst,
3009                                             Value *Opnd, Type *Ty) {
3010   std::unique_ptr<SExtBuilder> Ptr(new SExtBuilder(Inst, Opnd, Ty));
3011   Value *Val = Ptr->getBuiltValue();
3012   Actions.push_back(std::move(Ptr));
3013   return Val;
3014 }
3015
3016 Value *TypePromotionTransaction::createZExt(Instruction *Inst,
3017                                             Value *Opnd, Type *Ty) {
3018   std::unique_ptr<ZExtBuilder> Ptr(new ZExtBuilder(Inst, Opnd, Ty));
3019   Value *Val = Ptr->getBuiltValue();
3020   Actions.push_back(std::move(Ptr));
3021   return Val;
3022 }
3023
3024 void TypePromotionTransaction::moveBefore(Instruction *Inst,
3025                                           Instruction *Before) {
3026   Actions.push_back(
3027       make_unique<TypePromotionTransaction::InstructionMoveBefore>(Inst, Before));
3028 }
3029
3030 TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt
3031 TypePromotionTransaction::getRestorationPoint() const {
3032   return !Actions.empty() ? Actions.back().get() : nullptr;
3033 }
3034
3035 void TypePromotionTransaction::commit() {
3036   for (CommitPt It = Actions.begin(), EndIt = Actions.end(); It != EndIt;
3037        ++It)
3038     (*It)->commit();
3039   Actions.clear();
3040 }
3041
3042 void TypePromotionTransaction::rollback(
3043     TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt Point) {
3044   while (!Actions.empty() && Point != Actions.back().get()) {
3045     std::unique_ptr<TypePromotionAction> Curr = Actions.pop_back_val();
3046     Curr->undo();
3047   }
3048 }
3049
3050 /// \brief A helper class for matching addressing modes.
3051 ///
3052 /// This encapsulates the logic for matching the target-legal addressing modes.
3053 class AddressingModeMatcher {
3054   SmallVectorImpl<Instruction*> &AddrModeInsts;
3055   const TargetLowering &TLI;
3056   const TargetRegisterInfo &TRI;
3057   const DataLayout &DL;
3058
3059   /// AccessTy/MemoryInst - This is the type for the access (e.g. double) and
3060   /// the memory instruction that we're computing this address for.
3061   Type *AccessTy;
3062   unsigned AddrSpace;
3063   Instruction *MemoryInst;
3064
3065   /// This is the addressing mode that we're building up. This is
3066   /// part of the return value of this addressing mode matching stuff.
3067   ExtAddrMode &AddrMode;
3068
3069   /// The instructions inserted by other CodeGenPrepare optimizations.
3070   const SetOfInstrs &InsertedInsts;
3071   /// A map from the instructions to their type before promotion.
3072   InstrToOrigTy &PromotedInsts;
3073   /// The ongoing transaction where every action should be registered.
3074   TypePromotionTransaction &TPT;
3075
3076   /// This is set to true when we should not do profitability checks.
3077   /// When true, IsProfitableToFoldIntoAddressingMode always returns true.
3078   bool IgnoreProfitability;
3079
3080   AddressingModeMatcher(SmallVectorImpl<Instruction *> &AMI,
3081                         const TargetLowering &TLI,
3082                         const TargetRegisterInfo &TRI,
3083                         Type *AT, unsigned AS,
3084                         Instruction *MI, ExtAddrMode &AM,
3085                         const SetOfInstrs &InsertedInsts,
3086                         InstrToOrigTy &PromotedInsts,
3087                         TypePromotionTransaction &TPT)
3088       : AddrModeInsts(AMI), TLI(TLI), TRI(TRI),
3089         DL(MI->getModule()->getDataLayout()), AccessTy(AT), AddrSpace(AS),
3090         MemoryInst(MI), AddrMode(AM), InsertedInsts(InsertedInsts),
3091         PromotedInsts(PromotedInsts), TPT(TPT) {
3092     IgnoreProfitability = false;
3093   }
3094 public:
3095
3096   /// Find the maximal addressing mode that a load/store of V can fold,
3097   /// give an access type of AccessTy.  This returns a list of involved
3098   /// instructions in AddrModeInsts.
3099   /// \p InsertedInsts The instructions inserted by other CodeGenPrepare
3100   /// optimizations.
3101   /// \p PromotedInsts maps the instructions to their type before promotion.
3102   /// \p The ongoing transaction where every action should be registered.
3103   static ExtAddrMode Match(Value *V, Type *AccessTy, unsigned AS,
3104                            Instruction *MemoryInst,
3105                            SmallVectorImpl<Instruction*> &AddrModeInsts,
3106                            const TargetLowering &TLI,
3107                            const TargetRegisterInfo &TRI,
3108                            const SetOfInstrs &InsertedInsts,
3109                            InstrToOrigTy &PromotedInsts,
3110                            TypePromotionTransaction &TPT) {
3111     ExtAddrMode Result;
3112
3113     bool Success = AddressingModeMatcher(AddrModeInsts, TLI, TRI,
3114                                          AccessTy, AS,
3115                                          MemoryInst, Result, InsertedInsts,
3116                                          PromotedInsts, TPT).matchAddr(V, 0);
3117     (void)Success; assert(Success && "Couldn't select *anything*?");
3118     return Result;
3119   }
3120 private:
3121   bool matchScaledValue(Value *ScaleReg, int64_t Scale, unsigned Depth);
3122   bool matchAddr(Value *V, unsigned Depth);
3123   bool matchOperationAddr(User *Operation, unsigned Opcode, unsigned Depth,
3124                           bool *MovedAway = nullptr);
3125   bool isProfitableToFoldIntoAddressingMode(Instruction *I,
3126                                             ExtAddrMode &AMBefore,
3127                                             ExtAddrMode &AMAfter);
3128   bool valueAlreadyLiveAtInst(Value *Val, Value *KnownLive1, Value *KnownLive2);
3129   bool isPromotionProfitable(unsigned NewCost, unsigned OldCost,
3130                              Value *PromotedOperand) const;
3131 };
3132
3133 /// Try adding ScaleReg*Scale to the current addressing mode.
3134 /// Return true and update AddrMode if this addr mode is legal for the target,
3135 /// false if not.
3136 bool AddressingModeMatcher::matchScaledValue(Value *ScaleReg, int64_t Scale,
3137                                              unsigned Depth) {
3138   // If Scale is 1, then this is the same as adding ScaleReg to the addressing
3139   // mode.  Just process that directly.
3140   if (Scale == 1)
3141     return matchAddr(ScaleReg, Depth);
3142
3143   // If the scale is 0, it takes nothing to add this.
3144   if (Scale == 0)
3145     return true;
3146
3147   // If we already have a scale of this value, we can add to it, otherwise, we
3148   // need an available scale field.
3149   if (AddrMode.Scale != 0 && AddrMode.ScaledReg != ScaleReg)
3150     return false;
3151
3152   ExtAddrMode TestAddrMode = AddrMode;
3153
3154   // Add scale to turn X*4+X*3 -> X*7.  This could also do things like
3155   // [A+B + A*7] -> [B+A*8].
3156   TestAddrMode.Scale += Scale;
3157   TestAddrMode.ScaledReg = ScaleReg;
3158
3159   // If the new address isn't legal, bail out.
3160   if (!TLI.isLegalAddressingMode(DL, TestAddrMode, AccessTy, AddrSpace))
3161     return false;
3162
3163   // It was legal, so commit it.
3164   AddrMode = TestAddrMode;
3165
3166   // Okay, we decided that we can add ScaleReg+Scale to AddrMode.  Check now
3167   // to see if ScaleReg is actually X+C.  If so, we can turn this into adding
3168   // X*Scale + C*Scale to addr mode.
3169   ConstantInt *CI = nullptr; Value *AddLHS = nullptr;
3170   if (isa<Instruction>(ScaleReg) &&  // not a constant expr.
3171       match(ScaleReg, m_Add(m_Value(AddLHS), m_ConstantInt(CI)))) {
3172     TestAddrMode.ScaledReg = AddLHS;
3173     TestAddrMode.BaseOffs += CI->getSExtValue()*TestAddrMode.Scale;
3174
3175     // If this addressing mode is legal, commit it and remember that we folded
3176     // this instruction.
3177     if (TLI.isLegalAddressingMode(DL, TestAddrMode, AccessTy, AddrSpace)) {
3178       AddrModeInsts.push_back(cast<Instruction>(ScaleReg));
3179       AddrMode = TestAddrMode;
3180       return true;
3181     }
3182   }
3183
3184   // Otherwise, not (x+c)*scale, just return what we have.
3185   return true;
3186 }
3187
3188 /// This is a little filter, which returns true if an addressing computation
3189 /// involving I might be folded into a load/store accessing it.
3190 /// This doesn't need to be perfect, but needs to accept at least
3191 /// the set of instructions that MatchOperationAddr can.
3192 static bool MightBeFoldableInst(Instruction *I) {
3193   switch (I->getOpcode()) {
3194   case Instruction::BitCast:
3195   case Instruction::AddrSpaceCast:
3196     // Don't touch identity bitcasts.
3197     if (I->getType() == I->getOperand(0)->getType())
3198       return false;
3199     return I->getType()->isPointerTy() || I->getType()->isIntegerTy();
3200   case Instruction::PtrToInt:
3201     // PtrToInt is always a noop, as we know that the int type is pointer sized.
3202     return true;
3203   case Instruction::IntToPtr:
3204     // We know the input is intptr_t, so this is foldable.
3205     return true;
3206   case Instruction::Add:
3207     return true;
3208   case Instruction::Mul:
3209   case Instruction::Shl:
3210     // Can only handle X*C and X << C.
3211     return isa<ConstantInt>(I->getOperand(1));
3212   case Instruction::GetElementPtr:
3213     return true;
3214   default:
3215     return false;
3216   }
3217 }
3218
3219 /// \brief Check whether or not \p Val is a legal instruction for \p TLI.
3220 /// \note \p Val is assumed to be the product of some type promotion.
3221 /// Therefore if \p Val has an undefined state in \p TLI, this is assumed
3222 /// to be legal, as the non-promoted value would have had the same state.
3223 static bool isPromotedInstructionLegal(const TargetLowering &TLI,
3224                                        const DataLayout &DL, Value *Val) {
3225   Instruction *PromotedInst = dyn_cast<Instruction>(Val);
3226   if (!PromotedInst)
3227     return false;
3228   int ISDOpcode = TLI.InstructionOpcodeToISD(PromotedInst->getOpcode());
3229   // If the ISDOpcode is undefined, it was undefined before the promotion.
3230   if (!ISDOpcode)
3231     return true;
3232   // Otherwise, check if the promoted instruction is legal or not.
3233   return TLI.isOperationLegalOrCustom(
3234       ISDOpcode, TLI.getValueType(DL, PromotedInst->getType()));
3235 }
3236
3237 /// \brief Hepler class to perform type promotion.
3238 class TypePromotionHelper {
3239   /// \brief Utility function to check whether or not a sign or zero extension
3240   /// of \p Inst with \p ConsideredExtType can be moved through \p Inst by
3241   /// either using the operands of \p Inst or promoting \p Inst.
3242   /// The type of the extension is defined by \p IsSExt.
3243   /// In other words, check if:
3244   /// ext (Ty Inst opnd1 opnd2 ... opndN) to ConsideredExtType.
3245   /// #1 Promotion applies:
3246   /// ConsideredExtType Inst (ext opnd1 to ConsideredExtType, ...).
3247   /// #2 Operand reuses:
3248   /// ext opnd1 to ConsideredExtType.
3249   /// \p PromotedInsts maps the instructions to their type before promotion.
3250   static bool canGetThrough(const Instruction *Inst, Type *ConsideredExtType,
3251                             const InstrToOrigTy &PromotedInsts, bool IsSExt);
3252
3253   /// \brief Utility function to determine if \p OpIdx should be promoted when
3254   /// promoting \p Inst.
3255   static bool shouldExtOperand(const Instruction *Inst, int OpIdx) {
3256     return !(isa<SelectInst>(Inst) && OpIdx == 0);
3257   }
3258
3259   /// \brief Utility function to promote the operand of \p Ext when this
3260   /// operand is a promotable trunc or sext or zext.
3261   /// \p PromotedInsts maps the instructions to their type before promotion.
3262   /// \p CreatedInstsCost[out] contains the cost of all instructions
3263   /// created to promote the operand of Ext.
3264   /// Newly added extensions are inserted in \p Exts.
3265   /// Newly added truncates are inserted in \p Truncs.
3266   /// Should never be called directly.
3267   /// \return The promoted value which is used instead of Ext.
3268   static Value *promoteOperandForTruncAndAnyExt(
3269       Instruction *Ext, TypePromotionTransaction &TPT,
3270       InstrToOrigTy &PromotedInsts, unsigned &CreatedInstsCost,
3271       SmallVectorImpl<Instruction *> *Exts,
3272       SmallVectorImpl<Instruction *> *Truncs, const TargetLowering &TLI);
3273
3274   /// \brief Utility function to promote the operand of \p Ext when this
3275   /// operand is promotable and is not a supported trunc or sext.
3276   /// \p PromotedInsts maps the instructions to their type before promotion.
3277   /// \p CreatedInstsCost[out] contains the cost of all the instructions
3278   /// created to promote the operand of Ext.
3279   /// Newly added extensions are inserted in \p Exts.
3280   /// Newly added truncates are inserted in \p Truncs.
3281   /// Should never be called directly.
3282   /// \return The promoted value which is used instead of Ext.
3283   static Value *promoteOperandForOther(Instruction *Ext,
3284                                        TypePromotionTransaction &TPT,
3285                                        InstrToOrigTy &PromotedInsts,
3286                                        unsigned &CreatedInstsCost,
3287                                        SmallVectorImpl<Instruction *> *Exts,
3288                                        SmallVectorImpl<Instruction *> *Truncs,
3289                                        const TargetLowering &TLI, bool IsSExt);
3290
3291   /// \see promoteOperandForOther.
3292   static Value *signExtendOperandForOther(
3293       Instruction *Ext, TypePromotionTransaction &TPT,
3294       InstrToOrigTy &PromotedInsts, unsigned &CreatedInstsCost,
3295       SmallVectorImpl<Instruction *> *Exts,
3296       SmallVectorImpl<Instruction *> *Truncs, const TargetLowering &TLI) {
3297     return promoteOperandForOther(Ext, TPT, PromotedInsts, CreatedInstsCost,
3298                                   Exts, Truncs, TLI, true);
3299   }
3300
3301   /// \see promoteOperandForOther.
3302   static Value *zeroExtendOperandForOther(
3303       Instruction *Ext, TypePromotionTransaction &TPT,
3304       InstrToOrigTy &PromotedInsts, unsigned &CreatedInstsCost,
3305       SmallVectorImpl<Instruction *> *Exts,
3306       SmallVectorImpl<Instruction *> *Truncs, const TargetLowering &TLI) {
3307     return promoteOperandForOther(Ext, TPT, PromotedInsts, CreatedInstsCost,
3308                                   Exts, Truncs, TLI, false);
3309   }
3310
3311 public:
3312   /// Type for the utility function that promotes the operand of Ext.
3313   typedef Value *(*Action)(Instruction *Ext, TypePromotionTransaction &TPT,
3314                            InstrToOrigTy &PromotedInsts,
3315                            unsigned &CreatedInstsCost,
3316                            SmallVectorImpl<Instruction *> *Exts,
3317                            SmallVectorImpl<Instruction *> *Truncs,
3318                            const TargetLowering &TLI);
3319   /// \brief Given a sign/zero extend instruction \p Ext, return the approriate
3320   /// action to promote the operand of \p Ext instead of using Ext.
3321   /// \return NULL if no promotable action is possible with the current
3322   /// sign extension.
3323   /// \p InsertedInsts keeps track of all the instructions inserted by the
3324   /// other CodeGenPrepare optimizations. This information is important
3325   /// because we do not want to promote these instructions as CodeGenPrepare
3326   /// will reinsert them later. Thus creating an infinite loop: create/remove.
3327   /// \p PromotedInsts maps the instructions to their type before promotion.
3328   static Action getAction(Instruction *Ext, const SetOfInstrs &InsertedInsts,
3329                           const TargetLowering &TLI,
3330                           const InstrToOrigTy &PromotedInsts);
3331 };
3332
3333 bool TypePromotionHelper::canGetThrough(const Instruction *Inst,
3334                                         Type *ConsideredExtType,
3335                                         const InstrToOrigTy &PromotedInsts,
3336                                         bool IsSExt) {
3337   // The promotion helper does not know how to deal with vector types yet.
3338   // To be able to fix that, we would need to fix the places where we
3339   // statically extend, e.g., constants and such.
3340   if (Inst->getType()->isVectorTy())
3341     return false;
3342
3343   // We can always get through zext.
3344   if (isa<ZExtInst>(Inst))
3345     return true;
3346
3347   // sext(sext) is ok too.
3348   if (IsSExt && isa<SExtInst>(Inst))
3349     return true;
3350
3351   // We can get through binary operator, if it is legal. In other words, the
3352   // binary operator must have a nuw or nsw flag.
3353   const BinaryOperator *BinOp = dyn_cast<BinaryOperator>(Inst);
3354   if (BinOp && isa<OverflowingBinaryOperator>(BinOp) &&
3355       ((!IsSExt && BinOp->hasNoUnsignedWrap()) ||
3356        (IsSExt && BinOp->hasNoSignedWrap())))
3357     return true;
3358
3359   // Check if we can do the following simplification.
3360   // ext(trunc(opnd)) --> ext(opnd)
3361   if (!isa<TruncInst>(Inst))
3362     return false;
3363
3364   Value *OpndVal = Inst->getOperand(0);
3365   // Check if we can use this operand in the extension.
3366   // If the type is larger than the result type of the extension, we cannot.
3367   if (!OpndVal->getType()->isIntegerTy() ||
3368       OpndVal->getType()->getIntegerBitWidth() >
3369           ConsideredExtType->getIntegerBitWidth())
3370     return false;
3371
3372   // If the operand of the truncate is not an instruction, we will not have
3373   // any information on the dropped bits.
3374   // (Actually we could for constant but it is not worth the extra logic).
3375   Instruction *Opnd = dyn_cast<Instruction>(OpndVal);
3376   if (!Opnd)
3377     return false;
3378
3379   // Check if the source of the type is narrow enough.
3380   // I.e., check that trunc just drops extended bits of the same kind of
3381   // the extension.
3382   // #1 get the type of the operand and check the kind of the extended bits.
3383   const Type *OpndType;
3384   InstrToOrigTy::const_iterator It = PromotedInsts.find(Opnd);
3385   if (It != PromotedInsts.end() && It->second.getInt() == IsSExt)
3386     OpndType = It->second.getPointer();
3387   else if ((IsSExt && isa<SExtInst>(Opnd)) || (!IsSExt && isa<ZExtInst>(Opnd)))
3388     OpndType = Opnd->getOperand(0)->getType();
3389   else
3390     return false;
3391
3392   // #2 check that the truncate just drops extended bits.
3393   return Inst->getType()->getIntegerBitWidth() >=
3394          OpndType->getIntegerBitWidth();
3395 }
3396
3397 TypePromotionHelper::Action TypePromotionHelper::getAction(
3398     Instruction *Ext, const SetOfInstrs &InsertedInsts,
3399     const TargetLowering &TLI, const InstrToOrigTy &PromotedInsts) {
3400   assert((isa<SExtInst>(Ext) || isa<ZExtInst>(Ext)) &&
3401          "Unexpected instruction type");
3402   Instruction *ExtOpnd = dyn_cast<Instruction>(Ext->getOperand(0));
3403   Type *ExtTy = Ext->getType();
3404   bool IsSExt = isa<SExtInst>(Ext);
3405   // If the operand of the extension is not an instruction, we cannot
3406   // get through.
3407   // If it, check we can get through.
3408   if (!ExtOpnd || !canGetThrough(ExtOpnd, ExtTy, PromotedInsts, IsSExt))
3409     return nullptr;
3410
3411   // Do not promote if the operand has been added by codegenprepare.
3412   // Otherwise, it means we are undoing an optimization that is likely to be
3413   // redone, thus causing potential infinite loop.
3414   if (isa<TruncInst>(ExtOpnd) && InsertedInsts.count(ExtOpnd))
3415     return nullptr;
3416
3417   // SExt or Trunc instructions.
3418   // Return the related handler.
3419   if (isa<SExtInst>(ExtOpnd) || isa<TruncInst>(ExtOpnd) ||
3420       isa<ZExtInst>(ExtOpnd))
3421     return promoteOperandForTruncAndAnyExt;
3422
3423   // Regular instruction.
3424   // Abort early if we will have to insert non-free instructions.
3425   if (!ExtOpnd->hasOneUse() && !TLI.isTruncateFree(ExtTy, ExtOpnd->getType()))
3426     return nullptr;
3427   return IsSExt ? signExtendOperandForOther : zeroExtendOperandForOther;
3428 }
3429
3430 Value *TypePromotionHelper::promoteOperandForTruncAndAnyExt(
3431     llvm::Instruction *SExt, TypePromotionTransaction &TPT,
3432     InstrToOrigTy &PromotedInsts, unsigned &CreatedInstsCost,
3433     SmallVectorImpl<Instruction *> *Exts,
3434     SmallVectorImpl<Instruction *> *Truncs, const TargetLowering &TLI) {
3435   // By construction, the operand of SExt is an instruction. Otherwise we cannot
3436   // get through it and this method should not be called.
3437   Instruction *SExtOpnd = cast<Instruction>(SExt->getOperand(0));
3438   Value *ExtVal = SExt;
3439   bool HasMergedNonFreeExt = false;
3440   if (isa<ZExtInst>(SExtOpnd)) {
3441     // Replace s|zext(zext(opnd))
3442     // => zext(opnd).
3443     HasMergedNonFreeExt = !TLI.isExtFree(SExtOpnd);
3444     Value *ZExt =
3445         TPT.createZExt(SExt, SExtOpnd->getOperand(0), SExt->getType());
3446     TPT.replaceAllUsesWith(SExt, ZExt);
3447     TPT.eraseInstruction(SExt);
3448     ExtVal = ZExt;
3449   } else {
3450     // Replace z|sext(trunc(opnd)) or sext(sext(opnd))
3451     // => z|sext(opnd).
3452     TPT.setOperand(SExt, 0, SExtOpnd->getOperand(0));
3453   }
3454   CreatedInstsCost = 0;
3455
3456   // Remove dead code.
3457   if (SExtOpnd->use_empty())
3458     TPT.eraseInstruction(SExtOpnd);
3459
3460   // Check if the extension is still needed.
3461   Instruction *ExtInst = dyn_cast<Instruction>(ExtVal);
3462   if (!ExtInst || ExtInst->getType() != ExtInst->getOperand(0)->getType()) {
3463     if (ExtInst) {
3464       if (Exts)
3465         Exts->push_back(ExtInst);
3466       CreatedInstsCost = !TLI.isExtFree(ExtInst) && !HasMergedNonFreeExt;
3467     }
3468     return ExtVal;
3469   }
3470
3471   // At this point we have: ext ty opnd to ty.
3472   // Reassign the uses of ExtInst to the opnd and remove ExtInst.
3473   Value *NextVal = ExtInst->getOperand(0);
3474   TPT.eraseInstruction(ExtInst, NextVal);
3475   return NextVal;
3476 }
3477
3478 Value *TypePromotionHelper::promoteOperandForOther(
3479     Instruction *Ext, TypePromotionTransaction &TPT,
3480     InstrToOrigTy &PromotedInsts, unsigned &CreatedInstsCost,
3481     SmallVectorImpl<Instruction *> *Exts,
3482     SmallVectorImpl<Instruction *> *Truncs, const TargetLowering &TLI,
3483     bool IsSExt) {
3484   // By construction, the operand of Ext is an instruction. Otherwise we cannot
3485   // get through it and this method should not be called.
3486   Instruction *ExtOpnd = cast<Instruction>(Ext->getOperand(0));
3487   CreatedInstsCost = 0;
3488   if (!ExtOpnd->hasOneUse()) {
3489     // ExtOpnd will be promoted.
3490     // All its uses, but Ext, will need to use a truncated value of the
3491     // promoted version.
3492     // Create the truncate now.
3493     Value *Trunc = TPT.createTrunc(Ext, ExtOpnd->getType());
3494     if (Instruction *ITrunc = dyn_cast<Instruction>(Trunc)) {
3495       ITrunc->removeFromParent();
3496       // Insert it just after the definition.
3497       ITrunc->insertAfter(ExtOpnd);
3498       if (Truncs)
3499         Truncs->push_back(ITrunc);
3500     }
3501
3502     TPT.replaceAllUsesWith(ExtOpnd, Trunc);
3503     // Restore the operand of Ext (which has been replaced by the previous call
3504     // to replaceAllUsesWith) to avoid creating a cycle trunc <-> sext.
3505     TPT.setOperand(Ext, 0, ExtOpnd);
3506   }
3507
3508   // Get through the Instruction:
3509   // 1. Update its type.
3510   // 2. Replace the uses of Ext by Inst.
3511   // 3. Extend each operand that needs to be extended.
3512
3513   // Remember the original type of the instruction before promotion.
3514   // This is useful to know that the high bits are sign extended bits.
3515   PromotedInsts.insert(std::pair<Instruction *, TypeIsSExt>(
3516       ExtOpnd, TypeIsSExt(ExtOpnd->getType(), IsSExt)));
3517   // Step #1.
3518   TPT.mutateType(ExtOpnd, Ext->getType());
3519   // Step #2.
3520   TPT.replaceAllUsesWith(Ext, ExtOpnd);
3521   // Step #3.
3522   Instruction *ExtForOpnd = Ext;
3523
3524   DEBUG(dbgs() << "Propagate Ext to operands\n");
3525   for (int OpIdx = 0, EndOpIdx = ExtOpnd->getNumOperands(); OpIdx != EndOpIdx;
3526        ++OpIdx) {
3527     DEBUG(dbgs() << "Operand:\n" << *(ExtOpnd->getOperand(OpIdx)) << '\n');
3528     if (ExtOpnd->getOperand(OpIdx)->getType() == Ext->getType() ||
3529         !shouldExtOperand(ExtOpnd, OpIdx)) {
3530       DEBUG(dbgs() << "No need to propagate\n");
3531       continue;
3532     }
3533     // Check if we can statically extend the operand.
3534     Value *Opnd = ExtOpnd->getOperand(OpIdx);
3535     if (const ConstantInt *Cst = dyn_cast<ConstantInt>(Opnd)) {
3536       DEBUG(dbgs() << "Statically extend\n");
3537       unsigned BitWidth = Ext->getType()->getIntegerBitWidth();
3538       APInt CstVal = IsSExt ? Cst->getValue().sext(BitWidth)
3539                             : Cst->getValue().zext(BitWidth);
3540       TPT.setOperand(ExtOpnd, OpIdx, ConstantInt::get(Ext->getType(), CstVal));
3541       continue;
3542     }
3543     // UndefValue are typed, so we have to statically sign extend them.
3544     if (isa<UndefValue>(Opnd)) {
3545       DEBUG(dbgs() << "Statically extend\n");
3546       TPT.setOperand(ExtOpnd, OpIdx, UndefValue::get(Ext->getType()));
3547       continue;
3548     }
3549
3550     // Otherwise we have to explicity sign extend the operand.
3551     // Check if Ext was reused to extend an operand.
3552     if (!ExtForOpnd) {
3553       // If yes, create a new one.
3554       DEBUG(dbgs() << "More operands to ext\n");
3555       Value *ValForExtOpnd = IsSExt ? TPT.createSExt(Ext, Opnd, Ext->getType())
3556         : TPT.createZExt(Ext, Opnd, Ext->getType());
3557       if (!isa<Instruction>(ValForExtOpnd)) {
3558         TPT.setOperand(ExtOpnd, OpIdx, ValForExtOpnd);
3559         continue;
3560       }
3561       ExtForOpnd = cast<Instruction>(ValForExtOpnd);
3562     }
3563     if (Exts)
3564       Exts->push_back(ExtForOpnd);
3565     TPT.setOperand(ExtForOpnd, 0, Opnd);
3566
3567     // Move the sign extension before the insertion point.
3568     TPT.moveBefore(ExtForOpnd, ExtOpnd);
3569     TPT.setOperand(ExtOpnd, OpIdx, ExtForOpnd);
3570     CreatedInstsCost += !TLI.isExtFree(ExtForOpnd);
3571     // If more sext are required, new instructions will have to be created.
3572     ExtForOpnd = nullptr;
3573   }
3574   if (ExtForOpnd == Ext) {
3575     DEBUG(dbgs() << "Extension is useless now\n");
3576     TPT.eraseInstruction(Ext);
3577   }
3578   return ExtOpnd;
3579 }
3580
3581 /// Check whether or not promoting an instruction to a wider type is profitable.
3582 /// \p NewCost gives the cost of extension instructions created by the
3583 /// promotion.
3584 /// \p OldCost gives the cost of extension instructions before the promotion
3585 /// plus the number of instructions that have been
3586 /// matched in the addressing mode the promotion.
3587 /// \p PromotedOperand is the value that has been promoted.
3588 /// \return True if the promotion is profitable, false otherwise.
3589 bool AddressingModeMatcher::isPromotionProfitable(
3590     unsigned NewCost, unsigned OldCost, Value *PromotedOperand) const {
3591   DEBUG(dbgs() << "OldCost: " << OldCost << "\tNewCost: " << NewCost << '\n');
3592   // The cost of the new extensions is greater than the cost of the
3593   // old extension plus what we folded.
3594   // This is not profitable.
3595   if (NewCost > OldCost)
3596     return false;
3597   if (NewCost < OldCost)
3598     return true;
3599   // The promotion is neutral but it may help folding the sign extension in
3600   // loads for instance.
3601   // Check that we did not create an illegal instruction.
3602   return isPromotedInstructionLegal(TLI, DL, PromotedOperand);
3603 }
3604
3605 /// Given an instruction or constant expr, see if we can fold the operation
3606 /// into the addressing mode. If so, update the addressing mode and return
3607 /// true, otherwise return false without modifying AddrMode.
3608 /// If \p MovedAway is not NULL, it contains the information of whether or
3609 /// not AddrInst has to be folded into the addressing mode on success.
3610 /// If \p MovedAway == true, \p AddrInst will not be part of the addressing
3611 /// because it has been moved away.
3612 /// Thus AddrInst must not be added in the matched instructions.
3613 /// This state can happen when AddrInst is a sext, since it may be moved away.
3614 /// Therefore, AddrInst may not be valid when MovedAway is true and it must
3615 /// not be referenced anymore.
3616 bool AddressingModeMatcher::matchOperationAddr(User *AddrInst, unsigned Opcode,
3617                                                unsigned Depth,
3618                                                bool *MovedAway) {
3619   // Avoid exponential behavior on extremely deep expression trees.
3620   if (Depth >= 5) return false;
3621
3622   // By default, all matched instructions stay in place.
3623   if (MovedAway)
3624     *MovedAway = false;
3625
3626   switch (Opcode) {
3627   case Instruction::PtrToInt:
3628     // PtrToInt is always a noop, as we know that the int type is pointer sized.
3629     return matchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth);
3630   case Instruction::IntToPtr: {
3631     auto AS = AddrInst->getType()->getPointerAddressSpace();
3632     auto PtrTy = MVT::getIntegerVT(DL.getPointerSizeInBits(AS));
3633     // This inttoptr is a no-op if the integer type is pointer sized.
3634     if (TLI.getValueType(DL, AddrInst->getOperand(0)->getType()) == PtrTy)
3635       return matchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth);
3636     return false;
3637   }
3638   case Instruction::BitCast:
3639     // BitCast is always a noop, and we can handle it as long as it is
3640     // int->int or pointer->pointer (we don't want int<->fp or something).
3641     if ((AddrInst->getOperand(0)->getType()->isPointerTy() ||
3642          AddrInst->getOperand(0)->getType()->isIntegerTy()) &&
3643         // Don't touch identity bitcasts.  These were probably put here by LSR,
3644         // and we don't want to mess around with them.  Assume it knows what it
3645         // is doing.
3646         AddrInst->getOperand(0)->getType() != AddrInst->getType())
3647       return matchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth);
3648     return false;
3649   case Instruction::AddrSpaceCast: {
3650     unsigned SrcAS
3651       = AddrInst->getOperand(0)->getType()->getPointerAddressSpace();
3652     unsigned DestAS = AddrInst->getType()->getPointerAddressSpace();
3653     if (TLI.isNoopAddrSpaceCast(SrcAS, DestAS))
3654       return matchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth);
3655     return false;
3656   }
3657   case Instruction::Add: {
3658     // Check to see if we can merge in the RHS then the LHS.  If so, we win.
3659     ExtAddrMode BackupAddrMode = AddrMode;
3660     unsigned OldSize = AddrModeInsts.size();
3661     // Start a transaction at this point.
3662     // The LHS may match but not the RHS.
3663     // Therefore, we need a higher level restoration point to undo partially
3664     // matched operation.
3665     TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
3666         TPT.getRestorationPoint();
3667
3668     if (matchAddr(AddrInst->getOperand(1), Depth+1) &&
3669         matchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth+1))
3670       return true;
3671
3672     // Restore the old addr mode info.
3673     AddrMode = BackupAddrMode;
3674     AddrModeInsts.resize(OldSize);
3675     TPT.rollback(LastKnownGood);
3676
3677     // Otherwise this was over-aggressive.  Try merging in the LHS then the RHS.
3678     if (matchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth+1) &&
3679         matchAddr(AddrInst->getOperand(1), Depth+1))
3680       return true;
3681
3682     // Otherwise we definitely can't merge the ADD in.
3683     AddrMode = BackupAddrMode;
3684     AddrModeInsts.resize(OldSize);
3685     TPT.rollback(LastKnownGood);
3686     break;
3687   }
3688   //case Instruction::Or:
3689   // TODO: We can handle "Or Val, Imm" iff this OR is equivalent to an ADD.
3690   //break;
3691   case Instruction::Mul:
3692   case Instruction::Shl: {
3693     // Can only handle X*C and X << C.
3694     ConstantInt *RHS = dyn_cast<ConstantInt>(AddrInst->getOperand(1));
3695     if (!RHS)
3696       return false;
3697     int64_t Scale = RHS->getSExtValue();
3698     if (Opcode == Instruction::Shl)
3699       Scale = 1LL << Scale;
3700
3701     return matchScaledValue(AddrInst->getOperand(0), Scale, Depth);
3702   }
3703   case Instruction::GetElementPtr: {
3704     // Scan the GEP.  We check it if it contains constant offsets and at most
3705     // one variable offset.
3706     int VariableOperand = -1;
3707     unsigned VariableScale = 0;
3708
3709     int64_t ConstantOffset = 0;
3710     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(AddrInst);
3711     for (unsigned i = 1, e = AddrInst->getNumOperands(); i != e; ++i, ++GTI) {
3712       if (StructType *STy = GTI.getStructTypeOrNull()) {
3713         const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
3714         unsigned Idx =
3715           cast<ConstantInt>(AddrInst->getOperand(i))->getZExtValue();
3716         ConstantOffset += SL->getElementOffset(Idx);
3717       } else {
3718         uint64_t TypeSize = DL.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType());
3719         if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(AddrInst->getOperand(i))) {
3720           ConstantOffset += CI->getSExtValue()*TypeSize;
3721         } else if (TypeSize) {  // Scales of zero don't do anything.
3722           // We only allow one variable index at the moment.
3723           if (VariableOperand != -1)
3724             return false;
3725
3726           // Remember the variable index.
3727           VariableOperand = i;
3728           VariableScale = TypeSize;
3729         }
3730       }
3731     }
3732
3733     // A common case is for the GEP to only do a constant offset.  In this case,
3734     // just add it to the disp field and check validity.
3735     if (VariableOperand == -1) {
3736       AddrMode.BaseOffs += ConstantOffset;
3737       if (ConstantOffset == 0 ||
3738           TLI.isLegalAddressingMode(DL, AddrMode, AccessTy, AddrSpace)) {
3739         // Check to see if we can fold the base pointer in too.
3740         if (matchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth+1))
3741           return true;
3742       }
3743       AddrMode.BaseOffs -= ConstantOffset;
3744       return false;
3745     }
3746
3747     // Save the valid addressing mode in case we can't match.
3748     ExtAddrMode BackupAddrMode = AddrMode;
3749     unsigned OldSize = AddrModeInsts.size();
3750
3751     // See if the scale and offset amount is valid for this target.
3752     AddrMode.BaseOffs += ConstantOffset;
3753
3754     // Match the base operand of the GEP.
3755     if (!matchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth+1)) {
3756       // If it couldn't be matched, just stuff the value in a register.
3757       if (AddrMode.HasBaseReg) {
3758         AddrMode = BackupAddrMode;
3759         AddrModeInsts.resize(OldSize);
3760         return false;
3761       }
3762       AddrMode.HasBaseReg = true;
3763       AddrMode.BaseReg = AddrInst->getOperand(0);
3764     }
3765
3766     // Match the remaining variable portion of the GEP.
3767     if (!matchScaledValue(AddrInst->getOperand(VariableOperand), VariableScale,
3768                           Depth)) {
3769       // If it couldn't be matched, try stuffing the base into a register
3770       // instead of matching it, and retrying the match of the scale.
3771       AddrMode = BackupAddrMode;
3772       AddrModeInsts.resize(OldSize);
3773       if (AddrMode.HasBaseReg)
3774         return false;
3775       AddrMode.HasBaseReg = true;
3776       AddrMode.BaseReg = AddrInst->getOperand(0);
3777       AddrMode.BaseOffs += ConstantOffset;
3778       if (!matchScaledValue(AddrInst->getOperand(VariableOperand),
3779                             VariableScale, Depth)) {
3780         // If even that didn't work, bail.
3781         AddrMode = BackupAddrMode;
3782         AddrModeInsts.resize(OldSize);
3783         return false;
3784       }
3785     }
3786
3787     return true;
3788   }
3789   case Instruction::SExt:
3790   case Instruction::ZExt: {
3791     Instruction *Ext = dyn_cast<Instruction>(AddrInst);
3792     if (!Ext)
3793       return false;
3794
3795     // Try to move this ext out of the way of the addressing mode.
3796     // Ask for a method for doing so.
3797     TypePromotionHelper::Action TPH =
3798         TypePromotionHelper::getAction(Ext, InsertedInsts, TLI, PromotedInsts);
3799     if (!TPH)
3800       return false;
3801
3802     TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
3803         TPT.getRestorationPoint();
3804     unsigned CreatedInstsCost = 0;
3805     unsigned ExtCost = !TLI.isExtFree(Ext);
3806     Value *PromotedOperand =
3807         TPH(Ext, TPT, PromotedInsts, CreatedInstsCost, nullptr, nullptr, TLI);
3808     // SExt has been moved away.
3809     // Thus either it will be rematched later in the recursive calls or it is
3810     // gone. Anyway, we must not fold it into the addressing mode at this point.
3811     // E.g.,
3812     // op = add opnd, 1
3813     // idx = ext op
3814     // addr = gep base, idx
3815     // is now:
3816     // promotedOpnd = ext opnd            <- no match here
3817     // op = promoted_add promotedOpnd, 1  <- match (later in recursive calls)
3818     // addr = gep base, op                <- match
3819     if (MovedAway)
3820       *MovedAway = true;
3821
3822     assert(PromotedOperand &&
3823            "TypePromotionHelper should have filtered out those cases");
3824
3825     ExtAddrMode BackupAddrMode = AddrMode;
3826     unsigned OldSize = AddrModeInsts.size();
3827
3828     if (!matchAddr(PromotedOperand, Depth) ||
3829         // The total of the new cost is equal to the cost of the created
3830         // instructions.
3831         // The total of the old cost is equal to the cost of the extension plus
3832         // what we have saved in the addressing mode.
3833         !isPromotionProfitable(CreatedInstsCost,
3834                                ExtCost + (AddrModeInsts.size() - OldSize),
3835                                PromotedOperand)) {
3836       AddrMode = BackupAddrMode;
3837       AddrModeInsts.resize(OldSize);
3838       DEBUG(dbgs() << "Sign extension does not pay off: rollback\n");
3839       TPT.rollback(LastKnownGood);
3840       return false;
3841     }
3842     return true;
3843   }
3844   }
3845   return false;
3846 }
3847
3848 /// If we can, try to add the value of 'Addr' into the current addressing mode.
3849 /// If Addr can't be added to AddrMode this returns false and leaves AddrMode
3850 /// unmodified. This assumes that Addr is either a pointer type or intptr_t
3851 /// for the target.
3852 ///
3853 bool AddressingModeMatcher::matchAddr(Value *Addr, unsigned Depth) {
3854   // Start a transaction at this point that we will rollback if the matching
3855   // fails.
3856   TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
3857       TPT.getRestorationPoint();
3858   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Addr)) {
3859     // Fold in immediates if legal for the target.
3860     AddrMode.BaseOffs += CI->getSExtValue();
3861     if (TLI.isLegalAddressingMode(DL, AddrMode, AccessTy, AddrSpace))
3862       return true;
3863     AddrMode.BaseOffs -= CI->getSExtValue();
3864   } else if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(Addr)) {
3865     // If this is a global variable, try to fold it into the addressing mode.
3866     if (!AddrMode.BaseGV) {
3867       AddrMode.BaseGV = GV;
3868       if (TLI.isLegalAddressingMode(DL, AddrMode, AccessTy, AddrSpace))
3869         return true;
3870       AddrMode.BaseGV = nullptr;
3871     }
3872   } else if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Addr)) {
3873     ExtAddrMode BackupAddrMode = AddrMode;
3874     unsigned OldSize = AddrModeInsts.size();
3875
3876     // Check to see if it is possible to fold this operation.
3877     bool MovedAway = false;
3878     if (matchOperationAddr(I, I->getOpcode(), Depth, &MovedAway)) {
3879       // This instruction may have been moved away. If so, there is nothing
3880       // to check here.
3881       if (MovedAway)
3882         return true;
3883       // Okay, it's possible to fold this.  Check to see if it is actually
3884       // *profitable* to do so.  We use a simple cost model to avoid increasing
3885       // register pressure too much.
3886       if (I->hasOneUse() ||
3887           isProfitableToFoldIntoAddressingMode(I, BackupAddrMode, AddrMode)) {
3888         AddrModeInsts.push_back(I);
3889         return true;
3890       }
3891
3892       // It isn't profitable to do this, roll back.
3893       //cerr << "NOT FOLDING: " << *I;
3894       AddrMode = BackupAddrMode;
3895       AddrModeInsts.resize(OldSize);
3896       TPT.rollback(LastKnownGood);
3897     }
3898   } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Addr)) {
3899     if (matchOperationAddr(CE, CE->getOpcode(), Depth))
3900       return true;
3901     TPT.rollback(LastKnownGood);
3902   } else if (isa<ConstantPointerNull>(Addr)) {
3903     // Null pointer gets folded without affecting the addressing mode.
3904     return true;
3905   }
3906
3907   // Worse case, the target should support [reg] addressing modes. :)
3908   if (!AddrMode.HasBaseReg) {
3909     AddrMode.HasBaseReg = true;
3910     AddrMode.BaseReg = Addr;
3911     // Still check for legality in case the target supports [imm] but not [i+r].
3912     if (TLI.isLegalAddressingMode(DL, AddrMode, AccessTy, AddrSpace))
3913       return true;
3914     AddrMode.HasBaseReg = false;
3915     AddrMode.BaseReg = nullptr;
3916   }
3917
3918   // If the base register is already taken, see if we can do [r+r].
3919   if (AddrMode.Scale == 0) {
3920     AddrMode.Scale = 1;
3921     AddrMode.ScaledReg = Addr;
3922     if (TLI.isLegalAddressingMode(DL, AddrMode, AccessTy, AddrSpace))
3923       return true;
3924     AddrMode.Scale = 0;
3925     AddrMode.ScaledReg = nullptr;
3926   }
3927   // Couldn't match.
3928   TPT.rollback(LastKnownGood);
3929   return false;
3930 }
3931
3932 /// Check to see if all uses of OpVal by the specified inline asm call are due
3933 /// to memory operands. If so, return true, otherwise return false.
3934 static bool IsOperandAMemoryOperand(CallInst *CI, InlineAsm *IA, Value *OpVal,
3935                                     const TargetLowering &TLI,
3936                                     const TargetRegisterInfo &TRI) {
3937   const Function *F = CI->getParent()->getParent();
3938   TargetLowering::AsmOperandInfoVector TargetConstraints =
3939       TLI.ParseConstraints(F->getParent()->getDataLayout(), &TRI,
3940                             ImmutableCallSite(CI));
3941
3942   for (unsigned i = 0, e = TargetConstraints.size(); i != e; ++i) {
3943     TargetLowering::AsmOperandInfo &OpInfo = TargetConstraints[i];
3944
3945     // Compute the constraint code and ConstraintType to use.
3946     TLI.ComputeConstraintToUse(OpInfo, SDValue());
3947
3948     // If this asm operand is our Value*, and if it isn't an indirect memory
3949     // operand, we can't fold it!
3950     if (OpInfo.CallOperandVal == OpVal &&
3951         (OpInfo.ConstraintType != TargetLowering::C_Memory ||
3952          !OpInfo.isIndirect))
3953       return false;
3954   }
3955
3956   return true;
3957 }
3958
3959 /// Recursively walk all the uses of I until we find a memory use.
3960 /// If we find an obviously non-foldable instruction, return true.
3961 /// Add the ultimately found memory instructions to MemoryUses.
3962 static bool FindAllMemoryUses(
3963     Instruction *I,
3964     SmallVectorImpl<std::pair<Instruction *, unsigned>> &MemoryUses,
3965     SmallPtrSetImpl<Instruction *> &ConsideredInsts,
3966     const TargetLowering &TLI, const TargetRegisterInfo &TRI) {
3967   // If we already considered this instruction, we're done.
3968   if (!ConsideredInsts.insert(I).second)
3969     return false;
3970
3971   // If this is an obviously unfoldable instruction, bail out.
3972   if (!MightBeFoldableInst(I))
3973     return true;
3974
3975   const bool OptSize = I->getFunction()->optForSize();
3976
3977   // Loop over all the uses, recursively processing them.
3978   for (Use &U : I->uses()) {
3979     Instruction *UserI = cast<Instruction>(U.getUser());
3980
3981     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(UserI)) {
3982       MemoryUses.push_back(std::make_pair(LI, U.getOperandNo()));
3983       continue;
3984     }
3985
3986     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UserI)) {
3987       unsigned opNo = U.getOperandNo();
3988       if (opNo != StoreInst::getPointerOperandIndex())
3989         return true; // Storing addr, not into addr.
3990       MemoryUses.push_back(std::make_pair(SI, opNo));
3991       continue;
3992     }
3993
3994     if (AtomicRMWInst *RMW = dyn_cast<AtomicRMWInst>(UserI)) {
3995       unsigned opNo = U.getOperandNo();
3996       if (opNo != AtomicRMWInst::getPointerOperandIndex())
3997         return true; // Storing addr, not into addr.
3998       MemoryUses.push_back(std::make_pair(RMW, opNo));
3999       continue;
4000     }
4001
4002     if (AtomicCmpXchgInst *CmpX = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(UserI)) {
4003       unsigned opNo = U.getOperandNo();
4004       if (opNo != AtomicCmpXchgInst::getPointerOperandIndex())
4005         return true; // Storing addr, not into addr.
4006       MemoryUses.push_back(std::make_pair(CmpX, opNo));
4007       continue;
4008     }
4009
4010     if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(UserI)) {
4011       // If this is a cold call, we can sink the addressing calculation into
4012       // the cold path.  See optimizeCallInst
4013       if (!OptSize && CI->hasFnAttr(Attribute::Cold))
4014         continue;
4015
4016       InlineAsm *IA = dyn_cast<InlineAsm>(CI->getCalledValue());
4017       if (!IA) return true;
4018
4019       // If this is a memory operand, we're cool, otherwise bail out.
4020       if (!IsOperandAMemoryOperand(CI, IA, I, TLI, TRI))
4021         return true;
4022       continue;
4023     }
4024
4025     if (FindAllMemoryUses(UserI, MemoryUses, ConsideredInsts, TLI, TRI))
4026       return true;
4027   }
4028
4029   return false;
4030 }
4031
4032 /// Return true if Val is already known to be live at the use site that we're
4033 /// folding it into. If so, there is no cost to include it in the addressing
4034 /// mode. KnownLive1 and KnownLive2 are two values that we know are live at the
4035 /// instruction already.
4036 bool AddressingModeMatcher::valueAlreadyLiveAtInst(Value *Val,Value *KnownLive1,
4037                                                    Value *KnownLive2) {
4038   // If Val is either of the known-live values, we know it is live!
4039   if (Val == nullptr || Val == KnownLive1 || Val == KnownLive2)
4040     return true;
4041
4042   // All values other than instructions and arguments (e.g. constants) are live.
4043   if (!isa<Instruction>(Val) && !isa<Argument>(Val)) return true;
4044
4045   // If Val is a constant sized alloca in the entry block, it is live, this is
4046   // true because it is just a reference to the stack/frame pointer, which is
4047   // live for the whole function.
4048   if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(Val))
4049     if (AI->isStaticAlloca())
4050       return true;
4051
4052   // Check to see if this value is already used in the memory instruction's
4053   // block.  If so, it's already live into the block at the very least, so we
4054   // can reasonably fold it.
4055   return Val->isUsedInBasicBlock(MemoryInst->getParent());
4056 }
4057
4058 /// It is possible for the addressing mode of the machine to fold the specified
4059 /// instruction into a load or store that ultimately uses it.
4060 /// However, the specified instruction has multiple uses.
4061 /// Given this, it may actually increase register pressure to fold it
4062 /// into the load. For example, consider this code:
4063 ///
4064 ///     X = ...
4065 ///     Y = X+1
4066 ///     use(Y)   -> nonload/store
4067 ///     Z = Y+1
4068 ///     load Z
4069 ///
4070 /// In this case, Y has multiple uses, and can be folded into the load of Z
4071 /// (yielding load [X+2]).  However, doing this will cause both "X" and "X+1" to
4072 /// be live at the use(Y) line.  If we don't fold Y into load Z, we use one
4073 /// fewer register.  Since Y can't be folded into "use(Y)" we don't increase the
4074 /// number of computations either.
4075 ///
4076 /// Note that this (like most of CodeGenPrepare) is just a rough heuristic.  If
4077 /// X was live across 'load Z' for other reasons, we actually *would* want to
4078 /// fold the addressing mode in the Z case.  This would make Y die earlier.
4079 bool AddressingModeMatcher::
4080 isProfitableToFoldIntoAddressingMode(Instruction *I, ExtAddrMode &AMBefore,
4081                                      ExtAddrMode &AMAfter) {
4082   if (IgnoreProfitability) return true;
4083
4084   // AMBefore is the addressing mode before this instruction was folded into it,
4085   // and AMAfter is the addressing mode after the instruction was folded.  Get
4086   // the set of registers referenced by AMAfter and subtract out those
4087   // referenced by AMBefore: this is the set of values which folding in this
4088   // address extends the lifetime of.
4089   //
4090   // Note that there are only two potential values being referenced here,
4091   // BaseReg and ScaleReg (global addresses are always available, as are any
4092   // folded immediates).
4093   Value *BaseReg = AMAfter.BaseReg, *ScaledReg = AMAfter.ScaledReg;
4094
4095   // If the BaseReg or ScaledReg was referenced by the previous addrmode, their
4096   // lifetime wasn't extended by adding this instruction.
4097   if (valueAlreadyLiveAtInst(BaseReg, AMBefore.BaseReg, AMBefore.ScaledReg))
4098     BaseReg = nullptr;
4099   if (valueAlreadyLiveAtInst(ScaledReg, AMBefore.BaseReg, AMBefore.ScaledReg))
4100     ScaledReg = nullptr;
4101
4102   // If folding this instruction (and it's subexprs) didn't extend any live
4103   // ranges, we're ok with it.
4104   if (!BaseReg && !ScaledReg)
4105     return true;
4106
4107   // If all uses of this instruction can have the address mode sunk into them,
4108   // we can remove the addressing mode and effectively trade one live register
4109   // for another (at worst.)  In this context, folding an addressing mode into
4110   // the use is just a particularly nice way of sinking it.
4111   SmallVector<std::pair<Instruction*,unsigned>, 16> MemoryUses;
4112   SmallPtrSet<Instruction*, 16> ConsideredInsts;
4113   if (FindAllMemoryUses(I, MemoryUses, ConsideredInsts, TLI, TRI))
4114     return false;  // Has a non-memory, non-foldable use!
4115
4116   // Now that we know that all uses of this instruction are part of a chain of
4117   // computation involving only operations that could theoretically be folded
4118   // into a memory use, loop over each of these memory operation uses and see
4119   // if they could  *actually* fold the instruction.  The assumption is that
4120   // addressing modes are cheap and that duplicating the computation involved
4121   // many times is worthwhile, even on a fastpath. For sinking candidates
4122   // (i.e. cold call sites), this serves as a way to prevent excessive code
4123   // growth since most architectures have some reasonable small and fast way to
4124   // compute an effective address.  (i.e LEA on x86)
4125   SmallVector<Instruction*, 32> MatchedAddrModeInsts;
4126   for (unsigned i = 0, e = MemoryUses.size(); i != e; ++i) {
4127     Instruction *User = MemoryUses[i].first;
4128     unsigned OpNo = MemoryUses[i].second;
4129
4130     // Get the access type of this use.  If the use isn't a pointer, we don't
4131     // know what it accesses.
4132     Value *Address = User->getOperand(OpNo);
4133     PointerType *AddrTy = dyn_cast<PointerType>(Address->getType());
4134     if (!AddrTy)
4135       return false;
4136     Type *AddressAccessTy = AddrTy->getElementType();
4137     unsigned AS = AddrTy->getAddressSpace();
4138
4139     // Do a match against the root of this address, ignoring profitability. This
4140     // will tell us if the addressing mode for the memory operation will
4141     // *actually* cover the shared instruction.
4142     ExtAddrMode Result;
4143     TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
4144         TPT.getRestorationPoint();
4145     AddressingModeMatcher Matcher(MatchedAddrModeInsts, TLI, TRI,
4146                                   AddressAccessTy, AS,
4147                                   MemoryInst, Result, InsertedInsts,
4148                                   PromotedInsts, TPT);
4149     Matcher.IgnoreProfitability = true;
4150     bool Success = Matcher.matchAddr(Address, 0);
4151     (void)Success; assert(Success && "Couldn't select *anything*?");
4152
4153     // The match was to check the profitability, the changes made are not
4154     // part of the original matcher. Therefore, they should be dropped
4155     // otherwise the original matcher will not present the right state.
4156     TPT.rollback(LastKnownGood);
4157
4158     // If the match didn't cover I, then it won't be shared by it.
4159     if (!is_contained(MatchedAddrModeInsts, I))
4160       return false;
4161
4162     MatchedAddrModeInsts.clear();
4163   }
4164
4165   return true;
4166 }
4167
4168 } // end anonymous namespace
4169
4170 /// Return true if the specified values are defined in a
4171 /// different basic block than BB.
4172 static bool IsNonLocalValue(Value *V, BasicBlock *BB) {
4173   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
4174     return I->getParent() != BB;
4175   return false;
4176 }
4177
4178 /// Sink addressing mode computation immediate before MemoryInst if doing so
4179 /// can be done without increasing register pressure.  The need for the
4180 /// register pressure constraint means this can end up being an all or nothing
4181 /// decision for all uses of the same addressing computation.
4182 ///
4183 /// Load and Store Instructions often have addressing modes that can do
4184 /// significant amounts of computation. As such, instruction selection will try
4185 /// to get the load or store to do as much computation as possible for the
4186 /// program. The problem is that isel can only see within a single block. As
4187 /// such, we sink as much legal addressing mode work into the block as possible.
4188 ///
4189 /// This method is used to optimize both load/store and inline asms with memory
4190 /// operands.  It's also used to sink addressing computations feeding into cold
4191 /// call sites into their (cold) basic block.
4192 ///
4193 /// The motivation for handling sinking into cold blocks is that doing so can
4194 /// both enable other address mode sinking (by satisfying the register pressure
4195 /// constraint above), and reduce register pressure globally (by removing the
4196 /// addressing mode computation from the fast path entirely.).
4197 bool CodeGenPrepare::optimizeMemoryInst(Instruction *MemoryInst, Value *Addr,
4198                                         Type *AccessTy, unsigned AddrSpace) {
4199   Value *Repl = Addr;
4200
4201   // Try to collapse single-value PHI nodes.  This is necessary to undo
4202   // unprofitable PRE transformations.
4203   SmallVector<Value*, 8> worklist;
4204   SmallPtrSet<Value*, 16> Visited;
4205   worklist.push_back(Addr);
4206
4207   // Use a worklist to iteratively look through PHI nodes, and ensure that
4208   // the addressing mode obtained from the non-PHI roots of the graph
4209   // are equivalent.
4210   Value *Consensus = nullptr;
4211   unsigned NumUsesConsensus = 0;
4212   bool IsNumUsesConsensusValid = false;
4213   SmallVector<Instruction*, 16> AddrModeInsts;
4214   ExtAddrMode AddrMode;
4215   TypePromotionTransaction TPT(RemovedInsts);
4216   TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
4217       TPT.getRestorationPoint();
4218   while (!worklist.empty()) {
4219     Value *V = worklist.back();
4220     worklist.pop_back();
4221
4222     // Break use-def graph loops.
4223     if (!Visited.insert(V).second) {
4224       Consensus = nullptr;
4225       break;
4226     }
4227
4228     // For a PHI node, push all of its incoming values.
4229     if (PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(V)) {
4230       for (Value *IncValue : P->incoming_values())
4231         worklist.push_back(IncValue);
4232       continue;
4233     }
4234
4235     // For non-PHIs, determine the addressing mode being computed.  Note that
4236     // the result may differ depending on what other uses our candidate
4237     // addressing instructions might have.
4238     SmallVector<Instruction*, 16> NewAddrModeInsts;
4239     ExtAddrMode NewAddrMode = AddressingModeMatcher::Match(
4240       V, AccessTy, AddrSpace, MemoryInst, NewAddrModeInsts, *TLI, *TRI,
4241       InsertedInsts, PromotedInsts, TPT);
4242
4243     // This check is broken into two cases with very similar code to avoid using
4244     // getNumUses() as much as possible. Some values have a lot of uses, so
4245     // calling getNumUses() unconditionally caused a significant compile-time
4246     // regression.
4247     if (!Consensus) {
4248       Consensus = V;
4249       AddrMode = NewAddrMode;
4250       AddrModeInsts = NewAddrModeInsts;
4251       continue;
4252     } else if (NewAddrMode == AddrMode) {
4253       if (!IsNumUsesConsensusValid) {
4254         NumUsesConsensus = Consensus->getNumUses();
4255         IsNumUsesConsensusValid = true;
4256       }
4257
4258       // Ensure that the obtained addressing mode is equivalent to that obtained
4259       // for all other roots of the PHI traversal.  Also, when choosing one
4260       // such root as representative, select the one with the most uses in order
4261       // to keep the cost modeling heuristics in AddressingModeMatcher
4262       // applicable.
4263       unsigned NumUses = V->getNumUses();
4264       if (NumUses > NumUsesConsensus) {
4265         Consensus = V;
4266         NumUsesConsensus = NumUses;
4267         AddrModeInsts = NewAddrModeInsts;
4268       }
4269       continue;
4270     }
4271
4272     Consensus = nullptr;
4273     break;
4274   }
4275
4276   // If the addressing mode couldn't be determined, or if multiple different
4277   // ones were determined, bail out now.
4278   if (!Consensus) {
4279     TPT.rollback(LastKnownGood);
4280     return false;
4281   }
4282   TPT.commit();
4283
4284   // If all the instructions matched are already in this BB, don't do anything.
4285   if (none_of(AddrModeInsts, [&](Value *V) {
4286         return IsNonLocalValue(V, MemoryInst->getParent());
4287       })) {
4288     DEBUG(dbgs() << "CGP: Found      local addrmode: " << AddrMode << "\n");
4289     return false;
4290   }
4291
4292   // Insert this computation right after this user.  Since our caller is
4293   // scanning from the top of the BB to the bottom, reuse of the expr are
4294   // guaranteed to happen later.
4295   IRBuilder<> Builder(MemoryInst);
4296
4297   // Now that we determined the addressing expression we want to use and know
4298   // that we have to sink it into this block.  Check to see if we have already
4299   // done this for some other load/store instr in this block.  If so, reuse the
4300   // computation.
4301   Value *&SunkAddr = SunkAddrs[Addr];
4302   if (SunkAddr) {
4303     DEBUG(dbgs() << "CGP: Reusing nonlocal addrmode: " << AddrMode << " for "
4304                  << *MemoryInst << "\n");
4305     if (SunkAddr->getType() != Addr->getType())
4306       SunkAddr = Builder.CreatePointerCast(SunkAddr, Addr->getType());
4307   } else if (AddrSinkUsingGEPs ||
4308              (!AddrSinkUsingGEPs.getNumOccurrences() && TM &&
4309               SubtargetInfo->useAA())) {
4310     // By default, we use the GEP-based method when AA is used later. This
4311     // prevents new inttoptr/ptrtoint pairs from degrading AA capabilities.
4312     DEBUG(dbgs() << "CGP: SINKING nonlocal addrmode: " << AddrMode << " for "
4313                  << *MemoryInst << "\n");
4314     Type *IntPtrTy = DL->getIntPtrType(Addr->getType());
4315     Value *ResultPtr = nullptr, *ResultIndex = nullptr;
4316
4317     // First, find the pointer.
4318     if (AddrMode.BaseReg && AddrMode.BaseReg->getType()->isPointerTy()) {
4319       ResultPtr = AddrMode.BaseReg;
4320       AddrMode.BaseReg = nullptr;
4321     }
4322
4323     if (AddrMode.Scale && AddrMode.ScaledReg->getType()->isPointerTy()) {
4324       // We can't add more than one pointer together, nor can we scale a
4325       // pointer (both of which seem meaningless).
4326       if (ResultPtr || AddrMode.Scale != 1)
4327         return false;
4328
4329       ResultPtr = AddrMode.ScaledReg;
4330       AddrMode.Scale = 0;
4331     }
4332
4333     if (AddrMode.BaseGV) {
4334       if (ResultPtr)
4335         return false;
4336
4337       ResultPtr = AddrMode.BaseGV;
4338     }
4339
4340     // If the real base value actually came from an inttoptr, then the matcher
4341     // will look through it and provide only the integer value. In that case,
4342     // use it here.
4343     if (!ResultPtr && AddrMode.BaseReg) {
4344       ResultPtr =
4345         Builder.CreateIntToPtr(AddrMode.BaseReg, Addr->getType(), "sunkaddr");
4346       AddrMode.BaseReg = nullptr;
4347     } else if (!ResultPtr && AddrMode.Scale == 1) {
4348       ResultPtr =
4349         Builder.CreateIntToPtr(AddrMode.ScaledReg, Addr->getType(), "sunkaddr");
4350       AddrMode.Scale = 0;
4351     }
4352
4353     if (!ResultPtr &&
4354         !AddrMode.BaseReg && !AddrMode.Scale && !AddrMode.BaseOffs) {
4355       SunkAddr = Constant::getNullValue(Addr->getType());
4356     } else if (!ResultPtr) {
4357       return false;
4358     } else {
4359       Type *I8PtrTy =
4360           Builder.getInt8PtrTy(Addr->getType()->getPointerAddressSpace());
4361       Type *I8Ty = Builder.getInt8Ty();
4362
4363       // Start with the base register. Do this first so that subsequent address
4364       // matching finds it last, which will prevent it from trying to match it
4365       // as the scaled value in case it happens to be a mul. That would be
4366       // problematic if we've sunk a different mul for the scale, because then
4367       // we'd end up sinking both muls.
4368       if (AddrMode.BaseReg) {
4369         Value *V = AddrMode.BaseReg;
4370         if (V->getType() != IntPtrTy)
4371           V = Builder.CreateIntCast(V, IntPtrTy, /*isSigned=*/true, "sunkaddr");
4372
4373         ResultIndex = V;
4374       }
4375
4376       // Add the scale value.
4377       if (AddrMode.Scale) {
4378         Value *V = AddrMode.ScaledReg;
4379         if (V->getType() == IntPtrTy) {
4380           // done.
4381         } else if (cast<IntegerType>(IntPtrTy)->getBitWidth() <
4382                    cast<IntegerType>(V->getType())->getBitWidth()) {
4383           V = Builder.CreateTrunc(V, IntPtrTy, "sunkaddr");
4384         } else {
4385           // It is only safe to sign extend the BaseReg if we know that the math
4386           // required to create it did not overflow before we extend it. Since
4387           // the original IR value was tossed in favor of a constant back when
4388           // the AddrMode was created we need to bail out gracefully if widths
4389           // do not match instead of extending it.
4390           Instruction *I = dyn_cast_or_null<Instruction>(ResultIndex);
4391           if (I && (ResultIndex != AddrMode.BaseReg))
4392             I->eraseFromParent();
4393           return false;
4394         }
4395
4396         if (AddrMode.Scale != 1)
4397           V = Builder.CreateMul(V, ConstantInt::get(IntPtrTy, AddrMode.Scale),
4398                                 "sunkaddr");
4399         if (ResultIndex)
4400           ResultIndex = Builder.CreateAdd(ResultIndex, V, "sunkaddr");
4401         else
4402           ResultIndex = V;
4403       }
4404
4405       // Add in the Base Offset if present.
4406       if (AddrMode.BaseOffs) {
4407         Value *V = ConstantInt::get(IntPtrTy, AddrMode.BaseOffs);
4408         if (ResultIndex) {
4409           // We need to add this separately from the scale above to help with
4410           // SDAG consecutive load/store merging.
4411           if (ResultPtr->getType() != I8PtrTy)
4412             ResultPtr = Builder.CreatePointerCast(ResultPtr, I8PtrTy);
4413           ResultPtr = Builder.CreateGEP(I8Ty, ResultPtr, ResultIndex, "sunkaddr");
4414         }
4415
4416         ResultIndex = V;
4417       }
4418
4419       if (!ResultIndex) {
4420         SunkAddr = ResultPtr;
4421       } else {
4422         if (ResultPtr->getType() != I8PtrTy)
4423           ResultPtr = Builder.CreatePointerCast(ResultPtr, I8PtrTy);
4424         SunkAddr = Builder.CreateGEP(I8Ty, ResultPtr, ResultIndex, "sunkaddr");
4425       }
4426
4427       if (SunkAddr->getType() != Addr->getType())
4428         SunkAddr = Builder.CreatePointerCast(SunkAddr, Addr->getType());
4429     }
4430   } else {
4431     DEBUG(dbgs() << "CGP: SINKING nonlocal addrmode: " << AddrMode << " for "
4432                  << *MemoryInst << "\n");
4433     Type *IntPtrTy = DL->getIntPtrType(Addr->getType());
4434     Value *Result = nullptr;
4435
4436     // Start with the base register. Do this first so that subsequent address
4437     // matching finds it last, which will prevent it from trying to match it
4438     // as the scaled value in case it happens to be a mul. That would be
4439     // problematic if we've sunk a different mul for the scale, because then
4440     // we'd end up sinking both muls.
4441     if (AddrMode.BaseReg) {
4442       Value *V = AddrMode.BaseReg;
4443       if (V->getType()->isPointerTy())
4444         V = Builder.CreatePtrToInt(V, IntPtrTy, "sunkaddr");
4445       if (V->getType() != IntPtrTy)
4446         V = Builder.CreateIntCast(V, IntPtrTy, /*isSigned=*/true, "sunkaddr");
4447       Result = V;
4448     }
4449
4450     // Add the scale value.
4451     if (AddrMode.Scale) {
4452       Value *V = AddrMode.ScaledReg;
4453       if (V->getType() == IntPtrTy) {
4454         // done.
4455       } else if (V->getType()->isPointerTy()) {
4456         V = Builder.CreatePtrToInt(V, IntPtrTy, "sunkaddr");
4457       } else if (cast<IntegerType>(IntPtrTy)->getBitWidth() <
4458                  cast<IntegerType>(V->getType())->getBitWidth()) {
4459         V = Builder.CreateTrunc(V, IntPtrTy, "sunkaddr");
4460       } else {
4461         // It is only safe to sign extend the BaseReg if we know that the math
4462         // required to create it did not overflow before we extend it. Since
4463         // the original IR value was tossed in favor of a constant back when
4464         // the AddrMode was created we need to bail out gracefully if widths
4465         // do not match instead of extending it.
4466         Instruction *I = dyn_cast_or_null<Instruction>(Result);
4467         if (I && (Result != AddrMode.BaseReg))
4468           I->eraseFromParent();
4469         return false;
4470       }
4471       if (AddrMode.Scale != 1)
4472         V = Builder.CreateMul(V, ConstantInt::get(IntPtrTy, AddrMode.Scale),
4473                               "sunkaddr");
4474       if (Result)
4475         Result = Builder.CreateAdd(Result, V, "sunkaddr");
4476       else
4477         Result = V;
4478     }
4479
4480     // Add in the BaseGV if present.
4481     if (AddrMode.BaseGV) {
4482       Value *V = Builder.CreatePtrToInt(AddrMode.BaseGV, IntPtrTy, "sunkaddr");
4483       if (Result)
4484         Result = Builder.CreateAdd(Result, V, "sunkaddr");
4485       else
4486         Result = V;
4487     }
4488
4489     // Add in the Base Offset if present.
4490     if (AddrMode.BaseOffs) {
4491       Value *V = ConstantInt::get(IntPtrTy, AddrMode.BaseOffs);
4492       if (Result)
4493         Result = Builder.CreateAdd(Result, V, "sunkaddr");
4494       else
4495         Result = V;
4496     }
4497
4498     if (!Result)
4499       SunkAddr = Constant::getNullValue(Addr->getType());
4500     else
4501       SunkAddr = Builder.CreateIntToPtr(Result, Addr->getType(), "sunkaddr");
4502   }
4503
4504   MemoryInst->replaceUsesOfWith(Repl, SunkAddr);
4505
4506   // If we have no uses, recursively delete the value and all dead instructions
4507   // using it.
4508   if (Repl->use_empty()) {
4509     // This can cause recursive deletion, which can invalidate our iterator.
4510     // Use a WeakTrackingVH to hold onto it in case this happens.
4511     Value *CurValue = &*CurInstIterator;
4512     WeakTrackingVH IterHandle(CurValue);
4513     BasicBlock *BB = CurInstIterator->getParent();
4514
4515     RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Repl, TLInfo);
4516
4517     if (IterHandle != CurValue) {
4518       // If the iterator instruction was recursively deleted, start over at the
4519       // start of the block.
4520       CurInstIterator = BB->begin();
4521       SunkAddrs.clear();
4522     }
4523   }
4524   ++NumMemoryInsts;
4525   return true;
4526 }
4527
4528 /// If there are any memory operands, use OptimizeMemoryInst to sink their
4529 /// address computing into the block when possible / profitable.
4530 bool CodeGenPrepare::optimizeInlineAsmInst(CallInst *CS) {
4531   bool MadeChange = false;
4532
4533   const TargetRegisterInfo *TRI =
4534       TM->getSubtargetImpl(*CS->getParent()->getParent())->getRegisterInfo();
4535   TargetLowering::AsmOperandInfoVector TargetConstraints =
4536       TLI->ParseConstraints(*DL, TRI, CS);
4537   unsigned ArgNo = 0;
4538   for (unsigned i = 0, e = TargetConstraints.size(); i != e; ++i) {
4539     TargetLowering::AsmOperandInfo &OpInfo = TargetConstraints[i];
4540
4541     // Compute the constraint code and ConstraintType to use.
4542     TLI->ComputeConstraintToUse(OpInfo, SDValue());
4543
4544     if (OpInfo.ConstraintType == TargetLowering::C_Memory &&
4545         OpInfo.isIndirect) {
4546       Value *OpVal = CS->getArgOperand(ArgNo++);
4547       MadeChange |= optimizeMemoryInst(CS, OpVal, OpVal->getType(), ~0u);
4548     } else if (OpInfo.Type == InlineAsm::isInput)
4549       ArgNo++;
4550   }
4551
4552   return MadeChange;
4553 }
4554
4555 /// \brief Check if all the uses of \p Val are equivalent (or free) zero or
4556 /// sign extensions.
4557 static bool hasSameExtUse(Value *Val, const TargetLowering &TLI) {
4558   assert(!Val->use_empty() && "Input must have at least one use");
4559   const Instruction *FirstUser = cast<Instruction>(*Val->user_begin());
4560   bool IsSExt = isa<SExtInst>(FirstUser);
4561   Type *ExtTy = FirstUser->getType();
4562   for (const User *U : Val->users()) {
4563     const Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
4564     if ((IsSExt && !isa<SExtInst>(UI)) || (!IsSExt && !isa<ZExtInst>(UI)))
4565       return false;
4566     Type *CurTy = UI->getType();
4567     // Same input and output types: Same instruction after CSE.
4568     if (CurTy == ExtTy)
4569       continue;
4570
4571     // If IsSExt is true, we are in this situation:
4572     // a = Val
4573     // b = sext ty1 a to ty2
4574     // c = sext ty1 a to ty3
4575     // Assuming ty2 is shorter than ty3, this could be turned into:
4576     // a = Val
4577     // b = sext ty1 a to ty2
4578     // c = sext ty2 b to ty3
4579     // However, the last sext is not free.
4580     if (IsSExt)
4581       return false;
4582
4583     // This is a ZExt, maybe this is free to extend from one type to another.
4584     // In that case, we would not account for a different use.
4585     Type *NarrowTy;
4586     Type *LargeTy;
4587     if (ExtTy->getScalarType()->getIntegerBitWidth() >
4588         CurTy->getScalarType()->getIntegerBitWidth()) {
4589       NarrowTy = CurTy;
4590       LargeTy = ExtTy;
4591     } else {
4592       NarrowTy = ExtTy;
4593       LargeTy = CurTy;
4594     }
4595
4596     if (!TLI.isZExtFree(NarrowTy, LargeTy))
4597       return false;
4598   }
4599   // All uses are the same or can be derived from one another for free.
4600   return true;
4601 }
4602
4603 /// \brief Try to speculatively promote extensions in \p Exts and continue
4604 /// promoting through newly promoted operands recursively as far as doing so is
4605 /// profitable. Save extensions profitably moved up, in \p ProfitablyMovedExts.
4606 /// When some promotion happened, \p TPT contains the proper state to revert
4607 /// them.
4608 ///
4609 /// \return true if some promotion happened, false otherwise.
4610 bool CodeGenPrepare::tryToPromoteExts(
4611     TypePromotionTransaction &TPT, const SmallVectorImpl<Instruction *> &Exts,
4612     SmallVectorImpl<Instruction *> &ProfitablyMovedExts,
4613     unsigned CreatedInstsCost) {
4614   bool Promoted = false;
4615
4616   // Iterate over all the extensions to try to promote them.
4617   for (auto I : Exts) {
4618     // Early check if we directly have ext(load).
4619     if (isa<LoadInst>(I->getOperand(0))) {
4620       ProfitablyMovedExts.push_back(I);
4621       continue;
4622     }
4623
4624     // Check whether or not we want to do any promotion.  The reason we have
4625     // this check inside the for loop is to catch the case where an extension
4626     // is directly fed by a load because in such case the extension can be moved
4627     // up without any promotion on its operands.
4628     if (!TLI || !TLI->enableExtLdPromotion() || DisableExtLdPromotion)
4629       return false;
4630
4631     // Get the action to perform the promotion.
4632     TypePromotionHelper::Action TPH =
4633         TypePromotionHelper::getAction(I, InsertedInsts, *TLI, PromotedInsts);
4634     // Check if we can promote.
4635     if (!TPH) {
4636       // Save the current extension as we cannot move up through its operand.
4637       ProfitablyMovedExts.push_back(I);
4638       continue;
4639     }
4640
4641     // Save the current state.
4642     TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
4643         TPT.getRestorationPoint();
4644     SmallVector<Instruction *, 4> NewExts;
4645     unsigned NewCreatedInstsCost = 0;
4646     unsigned ExtCost = !TLI->isExtFree(I);
4647     // Promote.
4648     Value *PromotedVal = TPH(I, TPT, PromotedInsts, NewCreatedInstsCost,
4649                              &NewExts, nullptr, *TLI);
4650     assert(PromotedVal &&
4651            "TypePromotionHelper should have filtered out those cases");
4652
4653     // We would be able to merge only one extension in a load.
4654     // Therefore, if we have more than 1 new extension we heuristically
4655     // cut this search path, because it means we degrade the code quality.
4656     // With exactly 2, the transformation is neutral, because we will merge
4657     // one extension but leave one. However, we optimistically keep going,
4658     // because the new extension may be removed too.
4659     long long TotalCreatedInstsCost = CreatedInstsCost + NewCreatedInstsCost;
4660     // FIXME: It would be possible to propagate a negative value instead of
4661     // conservatively ceiling it to 0.
4662     TotalCreatedInstsCost =
4663         std::max((long long)0, (TotalCreatedInstsCost - ExtCost));
4664     if (!StressExtLdPromotion &&
4665         (TotalCreatedInstsCost > 1 ||
4666          !isPromotedInstructionLegal(*TLI, *DL, PromotedVal))) {
4667       // This promotion is not profitable, rollback to the previous state, and
4668       // save the current extension in ProfitablyMovedExts as the latest
4669       // speculative promotion turned out to be unprofitable.
4670       TPT.rollback(LastKnownGood);
4671       ProfitablyMovedExts.push_back(I);
4672       continue;
4673     }
4674     // Continue promoting NewExts as far as doing so is profitable.
4675     SmallVector<Instruction *, 2> NewlyMovedExts;
4676     (void)tryToPromoteExts(TPT, NewExts, NewlyMovedExts, TotalCreatedInstsCost);
4677     bool NewPromoted = false;
4678     for (auto ExtInst : NewlyMovedExts) {
4679       Instruction *MovedExt = cast<Instruction>(ExtInst);
4680       Value *ExtOperand = MovedExt->getOperand(0);
4681       // If we have reached to a load, we need this extra profitability check
4682       // as it could potentially be merged into an ext(load).
4683       if (isa<LoadInst>(ExtOperand) &&
4684           !(StressExtLdPromotion || NewCreatedInstsCost <= ExtCost ||
4685             (ExtOperand->hasOneUse() || hasSameExtUse(ExtOperand, *TLI))))
4686         continue;
4687
4688       ProfitablyMovedExts.push_back(MovedExt);
4689       NewPromoted = true;
4690     }
4691
4692     // If none of speculative promotions for NewExts is profitable, rollback
4693     // and save the current extension (I) as the last profitable extension.
4694     if (!NewPromoted) {
4695       TPT.rollback(LastKnownGood);
4696       ProfitablyMovedExts.push_back(I);
4697       continue;
4698     }
4699     // The promotion is profitable.
4700     Promoted = true;
4701   }
4702   return Promoted;
4703 }
4704
4705 /// Merging redundant sexts when one is dominating the other.
4706 bool CodeGenPrepare::mergeSExts(Function &F) {
4707   DominatorTree DT(F);
4708   bool Changed = false;
4709   for (auto &Entry : ValToSExtendedUses) {
4710     SExts &Insts = Entry.second;
4711     SExts CurPts;
4712     for (Instruction *Inst : Insts) {
4713       if (RemovedInsts.count(Inst) || !isa<SExtInst>(Inst) ||
4714           Inst->getOperand(0) != Entry.first)
4715         continue;
4716       bool inserted = false;
4717       for (auto &Pt : CurPts) {
4718         if (DT.dominates(Inst, Pt)) {
4719           Pt->replaceAllUsesWith(Inst);
4720           RemovedInsts.insert(Pt);
4721           Pt->removeFromParent();
4722           Pt = Inst;
4723           inserted = true;
4724           Changed = true;
4725           break;
4726         }
4727         if (!DT.dominates(Pt, Inst))
4728           // Give up if we need to merge in a common dominator as the
4729           // expermients show it is not profitable.
4730           continue;
4731         Inst->replaceAllUsesWith(Pt);
4732         RemovedInsts.insert(Inst);
4733         Inst->removeFromParent();
4734         inserted = true;
4735         Changed = true;
4736         break;
4737       }
4738       if (!inserted)
4739         CurPts.push_back(Inst);
4740     }
4741   }
4742   return Changed;
4743 }
4744
4745 /// Return true, if an ext(load) can be formed from an extension in
4746 /// \p MovedExts.
4747 bool CodeGenPrepare::canFormExtLd(
4748     const SmallVectorImpl<Instruction *> &MovedExts, LoadInst *&LI,
4749     Instruction *&Inst, bool HasPromoted) {
4750   for (auto *MovedExtInst : MovedExts) {
4751     if (isa<LoadInst>(MovedExtInst->getOperand(0))) {
4752       LI = cast<LoadInst>(MovedExtInst->getOperand(0));
4753       Inst = MovedExtInst;
4754       break;
4755     }
4756   }
4757   if (!LI)
4758     return false;
4759
4760   // If they're already in the same block, there's nothing to do.
4761   // Make the cheap checks first if we did not promote.
4762   // If we promoted, we need to check if it is indeed profitable.
4763   if (!HasPromoted && LI->getParent() == Inst->getParent())
4764     return false;
4765
4766   EVT VT = TLI->getValueType(*DL, Inst->getType());
4767   EVT LoadVT = TLI->getValueType(*DL, LI->getType());
4768
4769   // If the load has other users and the truncate is not free, this probably
4770   // isn't worthwhile.
4771   if (!LI->hasOneUse() && (TLI->isTypeLegal(LoadVT) || !TLI->isTypeLegal(VT)) &&
4772       !TLI->isTruncateFree(Inst->getType(), LI->getType()))
4773     return false;
4774
4775   // Check whether the target supports casts folded into loads.
4776   unsigned LType;
4777   if (isa<ZExtInst>(Inst))
4778     LType = ISD::ZEXTLOAD;
4779   else {
4780     assert(isa<SExtInst>(Inst) && "Unexpected ext type!");
4781     LType = ISD::SEXTLOAD;
4782   }
4783
4784   return TLI->isLoadExtLegal(LType, VT, LoadVT);
4785 }
4786
4787 /// Move a zext or sext fed by a load into the same basic block as the load,
4788 /// unless conditions are unfavorable. This allows SelectionDAG to fold the
4789 /// extend into the load.
4790 ///
4791 /// E.g.,
4792 /// \code
4793 /// %ld = load i32* %addr
4794 /// %add = add nuw i32 %ld, 4
4795 /// %zext = zext i32 %add to i64
4796 // \endcode
4797 /// =>
4798 /// \code
4799 /// %ld = load i32* %addr
4800 /// %zext = zext i32 %ld to i64
4801 /// %add = add nuw i64 %zext, 4
4802 /// \encode
4803 /// Note that the promotion in %add to i64 is done in tryToPromoteExts(), which
4804 /// allow us to match zext(load i32*) to i64.
4805 ///
4806 /// Also, try to promote the computations used to obtain a sign extended
4807 /// value used into memory accesses.
4808 /// E.g.,
4809 /// \code
4810 /// a = add nsw i32 b, 3
4811 /// d = sext i32 a to i64
4812 /// e = getelementptr ..., i64 d
4813 /// \endcode
4814 /// =>
4815 /// \code
4816 /// f = sext i32 b to i64
4817 /// a = add nsw i64 f, 3
4818 /// e = getelementptr ..., i64 a
4819 /// \endcode
4820 ///
4821 /// \p Inst[in/out] the extension may be modified during the process if some
4822 /// promotions apply.
4823 bool CodeGenPrepare::optimizeExt(Instruction *&Inst) {
4824   // ExtLoad formation and address type promotion infrastructure requires TLI to
4825   // be effective.
4826   if (!TLI)
4827     return false;
4828
4829   bool AllowPromotionWithoutCommonHeader = false;
4830   /// See if it is an interesting sext operations for the address type
4831   /// promotion before trying to promote it, e.g., the ones with the right
4832   /// type and used in memory accesses.
4833   bool ATPConsiderable = TTI->shouldConsiderAddressTypePromotion(
4834       *Inst, AllowPromotionWithoutCommonHeader);
4835   TypePromotionTransaction TPT(RemovedInsts);
4836   TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
4837       TPT.getRestorationPoint();
4838   SmallVector<Instruction *, 1> Exts;
4839   SmallVector<Instruction *, 2> SpeculativelyMovedExts;
4840   Exts.push_back(Inst);
4841
4842   bool HasPromoted = tryToPromoteExts(TPT, Exts, SpeculativelyMovedExts);
4843
4844   // Look for a load being extended.
4845   LoadInst *LI = nullptr;
4846   Instruction *ExtFedByLoad;
4847
4848   // Try to promote a chain of computation if it allows to form an extended
4849   // load.
4850   if (canFormExtLd(SpeculativelyMovedExts, LI, ExtFedByLoad, HasPromoted)) {
4851     assert(LI && ExtFedByLoad && "Expect a valid load and extension");
4852     TPT.commit();
4853     // Move the extend into the same block as the load
4854     ExtFedByLoad->removeFromParent();
4855     ExtFedByLoad->insertAfter(LI);
4856     // CGP does not check if the zext would be speculatively executed when moved
4857     // to the same basic block as the load. Preserving its original location
4858     // would pessimize the debugging experience, as well as negatively impact
4859     // the quality of sample pgo. We don't want to use "line 0" as that has a
4860     // size cost in the line-table section and logically the zext can be seen as
4861     // part of the load. Therefore we conservatively reuse the same debug
4862     // location for the load and the zext.
4863     ExtFedByLoad->setDebugLoc(LI->getDebugLoc());
4864     ++NumExtsMoved;
4865     Inst = ExtFedByLoad;
4866     return true;
4867   }
4868
4869   // Continue promoting SExts if known as considerable depending on targets.
4870   if (ATPConsiderable &&
4871       performAddressTypePromotion(Inst, AllowPromotionWithoutCommonHeader,
4872                                   HasPromoted, TPT, SpeculativelyMovedExts))
4873     return true;
4874
4875   TPT.rollback(LastKnownGood);
4876   return false;
4877 }
4878
4879 // Perform address type promotion if doing so is profitable.
4880 // If AllowPromotionWithoutCommonHeader == false, we should find other sext
4881 // instructions that sign extended the same initial value. However, if
4882 // AllowPromotionWithoutCommonHeader == true, we expect promoting the
4883 // extension is just profitable.
4884 bool CodeGenPrepare::performAddressTypePromotion(
4885     Instruction *&Inst, bool AllowPromotionWithoutCommonHeader,
4886     bool HasPromoted, TypePromotionTransaction &TPT,
4887     SmallVectorImpl<Instruction *> &SpeculativelyMovedExts) {
4888   bool Promoted = false;
4889   SmallPtrSet<Instruction *, 1> UnhandledExts;
4890   bool AllSeenFirst = true;
4891   for (auto I : SpeculativelyMovedExts) {
4892     Value *HeadOfChain = I->getOperand(0);
4893     DenseMap<Value *, Instruction *>::iterator AlreadySeen =
4894         SeenChainsForSExt.find(HeadOfChain);
4895     // If there is an unhandled SExt which has the same header, try to promote
4896     // it as well.
4897     if (AlreadySeen != SeenChainsForSExt.end()) {
4898       if (AlreadySeen->second != nullptr)
4899         UnhandledExts.insert(AlreadySeen->second);
4900       AllSeenFirst = false;
4901     }
4902   }
4903
4904   if (!AllSeenFirst || (AllowPromotionWithoutCommonHeader &&
4905                         SpeculativelyMovedExts.size() == 1)) {
4906     TPT.commit();
4907     if (HasPromoted)
4908       Promoted = true;
4909     for (auto I : SpeculativelyMovedExts) {
4910       Value *HeadOfChain = I->getOperand(0);
4911       SeenChainsForSExt[HeadOfChain] = nullptr;
4912       ValToSExtendedUses[HeadOfChain].push_back(I);
4913     }
4914     // Update Inst as promotion happen.
4915     Inst = SpeculativelyMovedExts.pop_back_val();
4916   } else {
4917     // This is the first chain visited from the header, keep the current chain
4918     // as unhandled. Defer to promote this until we encounter another SExt
4919     // chain derived from the same header.
4920     for (auto I : SpeculativelyMovedExts) {
4921       Value *HeadOfChain = I->getOperand(0);
4922       SeenChainsForSExt[HeadOfChain] = Inst;
4923     }
4924     return false;
4925   }
4926
4927   if (!AllSeenFirst && !UnhandledExts.empty())
4928     for (auto VisitedSExt : UnhandledExts) {
4929       if (RemovedInsts.count(VisitedSExt))
4930         continue;
4931       TypePromotionTransaction TPT(RemovedInsts);
4932       SmallVector<Instruction *, 1> Exts;
4933       SmallVector<Instruction *, 2> Chains;
4934       Exts.push_back(VisitedSExt);
4935       bool HasPromoted = tryToPromoteExts(TPT, Exts, Chains);
4936       TPT.commit();
4937       if (HasPromoted)
4938         Promoted = true;
4939       for (auto I : Chains) {
4940         Value *HeadOfChain = I->getOperand(0);
4941         // Mark this as handled.
4942         SeenChainsForSExt[HeadOfChain] = nullptr;
4943         ValToSExtendedUses[HeadOfChain].push_back(I);
4944       }
4945     }
4946   return Promoted;
4947 }
4948
4949 bool CodeGenPrepare::optimizeExtUses(Instruction *I) {
4950   BasicBlock *DefBB = I->getParent();
4951
4952   // If the result of a {s|z}ext and its source are both live out, rewrite all
4953   // other uses of the source with result of extension.
4954   Value *Src = I->getOperand(0);
4955   if (Src->hasOneUse())
4956     return false;
4957
4958   // Only do this xform if truncating is free.
4959   if (TLI && !TLI->isTruncateFree(I->getType(), Src->getType()))
4960     return false;
4961
4962   // Only safe to perform the optimization if the source is also defined in
4963   // this block.
4964   if (!isa<Instruction>(Src) || DefBB != cast<Instruction>(Src)->getParent())
4965     return false;
4966
4967   bool DefIsLiveOut = false;
4968   for (User *U : I->users()) {
4969     Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
4970
4971     // Figure out which BB this ext is used in.
4972     BasicBlock *UserBB = UI->getParent();
4973     if (UserBB == DefBB) continue;
4974     DefIsLiveOut = true;
4975     break;
4976   }
4977   if (!DefIsLiveOut)
4978     return false;
4979
4980   // Make sure none of the uses are PHI nodes.
4981   for (User *U : Src->users()) {
4982     Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
4983     BasicBlock *UserBB = UI->getParent();
4984     if (UserBB == DefBB) continue;
4985     // Be conservative. We don't want this xform to end up introducing
4986     // reloads just before load / store instructions.
4987     if (isa<PHINode>(UI) || isa<LoadInst>(UI) || isa<StoreInst>(UI))
4988       return false;
4989   }
4990
4991   // InsertedTruncs - Only insert one trunc in each block once.
4992   DenseMap<BasicBlock*, Instruction*> InsertedTruncs;
4993
4994   bool MadeChange = false;
4995   for (Use &U : Src->uses()) {
4996     Instruction *User = cast<Instruction>(U.getUser());
4997
4998     // Figure out which BB this ext is used in.
4999     BasicBlock *UserBB = User->getParent();
5000     if (UserBB == DefBB) continue;
5001
5002     // Both src and def are live in this block. Rewrite the use.
5003     Instruction *&InsertedTrunc = InsertedTruncs[UserBB];
5004
5005     if (!InsertedTrunc) {
5006       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->getFirstInsertionPt();
5007       assert(InsertPt != UserBB->end());
5008       InsertedTrunc = new TruncInst(I, Src->getType(), "", &*InsertPt);
5009       InsertedInsts.insert(InsertedTrunc);
5010     }
5011
5012     // Replace a use of the {s|z}ext source with a use of the result.
5013     U = InsertedTrunc;
5014     ++NumExtUses;
5015     MadeChange = true;
5016   }
5017
5018   return MadeChange;
5019 }
5020
5021 // Find loads whose uses only use some of the loaded value's bits.  Add an "and"
5022 // just after the load if the target can fold this into one extload instruction,
5023 // with the hope of eliminating some of the other later "and" instructions using
5024 // the loaded value.  "and"s that are made trivially redundant by the insertion
5025 // of the new "and" are removed by this function, while others (e.g. those whose
5026 // path from the load goes through a phi) are left for isel to potentially
5027 // remove.
5028 //
5029 // For example:
5030 //
5031 // b0:
5032 //   x = load i32
5033 //   ...
5034 // b1:
5035 //   y = and x, 0xff
5036 //   z = use y
5037 //
5038 // becomes:
5039 //
5040 // b0:
5041 //   x = load i32
5042 //   x' = and x, 0xff
5043 //   ...
5044 // b1:
5045 //   z = use x'
5046 //
5047 // whereas:
5048 //
5049 // b0:
5050 //   x1 = load i32
5051 //   ...
5052 // b1:
5053 //   x2 = load i32
5054 //   ...
5055 // b2:
5056 //   x = phi x1, x2
5057 //   y = and x, 0xff
5058 //
5059 // becomes (after a call to optimizeLoadExt for each load):
5060 //
5061 // b0:
5062 //   x1 = load i32
5063 //   x1' = and x1, 0xff
5064 //   ...
5065 // b1:
5066 //   x2 = load i32
5067 //   x2' = and x2, 0xff
5068 //   ...
5069 // b2:
5070 //   x = phi x1', x2'
5071 //   y = and x, 0xff
5072 //
5073
5074 bool CodeGenPrepare::optimizeLoadExt(LoadInst *Load) {
5075
5076   if (!Load->isSimple() ||
5077       !(Load->getType()->isIntegerTy() || Load->getType()->isPointerTy()))
5078     return false;
5079
5080   // Skip loads we've already transformed.
5081   if (Load->hasOneUse() &&
5082       InsertedInsts.count(cast<Instruction>(*Load->user_begin())))
5083     return false;
5084
5085   // Look at all uses of Load, looking through phis, to determine how many bits
5086   // of the loaded value are needed.
5087   SmallVector<Instruction *, 8> WorkList;
5088   SmallPtrSet<Instruction *, 16> Visited;
5089   SmallVector<Instruction *, 8> AndsToMaybeRemove;
5090   for (auto *U : Load->users())
5091     WorkList.push_back(cast<Instruction>(U));
5092
5093   EVT LoadResultVT = TLI->getValueType(*DL, Load->getType());
5094   unsigned BitWidth = LoadResultVT.getSizeInBits();
5095   APInt DemandBits(BitWidth, 0);
5096   APInt WidestAndBits(BitWidth, 0);
5097
5098   while (!WorkList.empty()) {
5099     Instruction *I = WorkList.back();
5100     WorkList.pop_back();
5101
5102     // Break use-def graph loops.
5103     if (!Visited.insert(I).second)
5104       continue;
5105
5106     // For a PHI node, push all of its users.
5107     if (auto *Phi = dyn_cast<PHINode>(I)) {
5108       for (auto *U : Phi->users())
5109         WorkList.push_back(cast<Instruction>(U));
5110       continue;
5111     }
5112
5113     switch (I->getOpcode()) {
5114     case llvm::Instruction::And: {
5115       auto *AndC = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1));
5116       if (!AndC)
5117         return false;
5118       APInt AndBits = AndC->getValue();
5119       DemandBits |= AndBits;
5120       // Keep track of the widest and mask we see.
5121       if (AndBits.ugt(WidestAndBits))
5122         WidestAndBits = AndBits;
5123       if (AndBits == WidestAndBits && I->getOperand(0) == Load)
5124         AndsToMaybeRemove.push_back(I);
5125       break;
5126     }
5127
5128     case llvm::Instruction::Shl: {
5129       auto *ShlC = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1));
5130       if (!ShlC)
5131         return false;
5132       uint64_t ShiftAmt = ShlC->getLimitedValue(BitWidth - 1);
5133       DemandBits.setLowBits(BitWidth - ShiftAmt);
5134       break;
5135     }
5136
5137     case llvm::Instruction::Trunc: {
5138       EVT TruncVT = TLI->getValueType(*DL, I->getType());
5139       unsigned TruncBitWidth = TruncVT.getSizeInBits();
5140       DemandBits.setLowBits(TruncBitWidth);
5141       break;
5142     }
5143
5144     default:
5145       return false;
5146     }
5147   }
5148
5149   uint32_t ActiveBits = DemandBits.getActiveBits();
5150   // Avoid hoisting (and (load x) 1) since it is unlikely to be folded by the
5151   // target even if isLoadExtLegal says an i1 EXTLOAD is valid.  For example,
5152   // for the AArch64 target isLoadExtLegal(ZEXTLOAD, i32, i1) returns true, but
5153   // (and (load x) 1) is not matched as a single instruction, rather as a LDR
5154   // followed by an AND.
5155   // TODO: Look into removing this restriction by fixing backends to either
5156   // return false for isLoadExtLegal for i1 or have them select this pattern to
5157   // a single instruction.
5158   //
5159   // Also avoid hoisting if we didn't see any ands with the exact DemandBits
5160   // mask, since these are the only ands that will be removed by isel.
5161   if (ActiveBits <= 1 || !DemandBits.isMask(ActiveBits) ||
5162       WidestAndBits != DemandBits)
5163     return false;
5164
5165   LLVMContext &Ctx = Load->getType()->getContext();
5166   Type *TruncTy = Type::getIntNTy(Ctx, ActiveBits);
5167   EVT TruncVT = TLI->getValueType(*DL, TruncTy);
5168
5169   // Reject cases that won't be matched as extloads.
5170   if (!LoadResultVT.bitsGT(TruncVT) || !TruncVT.isRound() ||
5171       !TLI->isLoadExtLegal(ISD::ZEXTLOAD, LoadResultVT, TruncVT))
5172     return false;
5173
5174   IRBuilder<> Builder(Load->getNextNode());
5175   auto *NewAnd = dyn_cast<Instruction>(
5176       Builder.CreateAnd(Load, ConstantInt::get(Ctx, DemandBits)));
5177   // Mark this instruction as "inserted by CGP", so that other
5178   // optimizations don't touch it.
5179   InsertedInsts.insert(NewAnd);
5180
5181   // Replace all uses of load with new and (except for the use of load in the
5182   // new and itself).
5183   Load->replaceAllUsesWith(NewAnd);
5184   NewAnd->setOperand(0, Load);
5185
5186   // Remove any and instructions that are now redundant.
5187   for (auto *And : AndsToMaybeRemove)
5188     // Check that the and mask is the same as the one we decided to put on the
5189     // new and.
5190     if (cast<ConstantInt>(And->getOperand(1))->getValue() == DemandBits) {
5191       And->replaceAllUsesWith(NewAnd);
5192       if (&*CurInstIterator == And)
5193         CurInstIterator = std::next(And->getIterator());
5194       And->eraseFromParent();
5195       ++NumAndUses;
5196     }
5197
5198   ++NumAndsAdded;
5199   return true;
5200 }
5201
5202 /// Check if V (an operand of a select instruction) is an expensive instruction
5203 /// that is only used once.
5204 static bool sinkSelectOperand(const TargetTransformInfo *TTI, Value *V) {
5205   auto *I = dyn_cast<Instruction>(V);
5206   // If it's safe to speculatively execute, then it should not have side
5207   // effects; therefore, it's safe to sink and possibly *not* execute.
5208   return I && I->hasOneUse() && isSafeToSpeculativelyExecute(I) &&
5209          TTI->getUserCost(I) >= TargetTransformInfo::TCC_Expensive;
5210 }
5211
5212 /// Returns true if a SelectInst should be turned into an explicit branch.
5213 static bool isFormingBranchFromSelectProfitable(const TargetTransformInfo *TTI,
5214                                                 const TargetLowering *TLI,
5215                                                 SelectInst *SI) {
5216   // If even a predictable select is cheap, then a branch can't be cheaper.
5217   if (!TLI->isPredictableSelectExpensive())
5218     return false;
5219
5220   // FIXME: This should use the same heuristics as IfConversion to determine
5221   // whether a select is better represented as a branch.
5222
5223   // If metadata tells us that the select condition is obviously predictable,
5224   // then we want to replace the select with a branch.
5225   uint64_t TrueWeight, FalseWeight;
5226   if (SI->extractProfMetadata(TrueWeight, FalseWeight)) {
5227     uint64_t Max = std::max(TrueWeight, FalseWeight);
5228     uint64_t Sum = TrueWeight + FalseWeight;
5229     if (Sum != 0) {
5230       auto Probability = BranchProbability::getBranchProbability(Max, Sum);
5231       if (Probability > TLI->getPredictableBranchThreshold())
5232         return true;
5233     }
5234   }
5235
5236   CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(SI->getCondition());
5237
5238   // If a branch is predictable, an out-of-order CPU can avoid blocking on its
5239   // comparison condition. If the compare has more than one use, there's
5240   // probably another cmov or setcc around, so it's not worth emitting a branch.
5241   if (!Cmp || !Cmp->hasOneUse())
5242     return false;
5243
5244   // If either operand of the select is expensive and only needed on one side
5245   // of the select, we should form a branch.
5246   if (sinkSelectOperand(TTI, SI->getTrueValue()) ||
5247       sinkSelectOperand(TTI, SI->getFalseValue()))
5248     return true;
5249
5250   return false;
5251 }
5252
5253 /// If \p isTrue is true, return the true value of \p SI, otherwise return
5254 /// false value of \p SI. If the true/false value of \p SI is defined by any
5255 /// select instructions in \p Selects, look through the defining select
5256 /// instruction until the true/false value is not defined in \p Selects.
5257 static Value *getTrueOrFalseValue(
5258     SelectInst *SI, bool isTrue,
5259     const SmallPtrSet<const Instruction *, 2> &Selects) {
5260   Value *V;
5261
5262   for (SelectInst *DefSI = SI; DefSI != nullptr && Selects.count(DefSI);
5263        DefSI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
5264     assert(DefSI->getCondition() == SI->getCondition() &&
5265            "The condition of DefSI does not match with SI");
5266     V = (isTrue ? DefSI->getTrueValue() : DefSI->getFalseValue());
5267   }
5268   return V;
5269 }
5270
5271 /// If we have a SelectInst that will likely profit from branch prediction,
5272 /// turn it into a branch.
5273 bool CodeGenPrepare::optimizeSelectInst(SelectInst *SI) {
5274   // Find all consecutive select instructions that share the same condition.
5275   SmallVector<SelectInst *, 2> ASI;
5276   ASI.push_back(SI);
5277   for (BasicBlock::iterator It = ++BasicBlock::iterator(SI);
5278        It != SI->getParent()->end(); ++It) {
5279     SelectInst *I = dyn_cast<SelectInst>(&*It);
5280     if (I && SI->getCondition() == I->getCondition()) {
5281       ASI.push_back(I);
5282     } else {
5283       break;
5284     }
5285   }
5286
5287   SelectInst *LastSI = ASI.back();
5288   // Increment the current iterator to skip all the rest of select instructions
5289   // because they will be either "not lowered" or "all lowered" to branch.
5290   CurInstIterator = std::next(LastSI->getIterator());
5291
5292   bool VectorCond = !SI->getCondition()->getType()->isIntegerTy(1);
5293
5294   // Can we convert the 'select' to CF ?
5295   if (DisableSelectToBranch || OptSize || !TLI || VectorCond ||
5296       SI->getMetadata(LLVMContext::MD_unpredictable))
5297     return false;
5298
5299   TargetLowering::SelectSupportKind SelectKind;
5300   if (VectorCond)
5301     SelectKind = TargetLowering::VectorMaskSelect;
5302   else if (SI->getType()->isVectorTy())
5303     SelectKind = TargetLowering::ScalarCondVectorVal;
5304   else
5305     SelectKind = TargetLowering::ScalarValSelect;
5306
5307   if (TLI->isSelectSupported(SelectKind) &&
5308       !isFormingBranchFromSelectProfitable(TTI, TLI, SI))
5309     return false;
5310
5311   ModifiedDT = true;
5312
5313   // Transform a sequence like this:
5314   //    start:
5315   //       %cmp = cmp uge i32 %a, %b
5316   //       %sel = select i1 %cmp, i32 %c, i32 %d
5317   //
5318   // Into:
5319   //    start:
5320   //       %cmp = cmp uge i32 %a, %b
5321   //       br i1 %cmp, label %select.true, label %select.false
5322   //    select.true:
5323   //       br label %select.end
5324   //    select.false:
5325   //       br label %select.end
5326   //    select.end:
5327   //       %sel = phi i32 [ %c, %select.true ], [ %d, %select.false ]
5328   //
5329   // In addition, we may sink instructions that produce %c or %d from
5330   // the entry block into the destination(s) of the new branch.
5331   // If the true or false blocks do not contain a sunken instruction, that
5332   // block and its branch may be optimized away. In that case, one side of the
5333   // first branch will point directly to select.end, and the corresponding PHI
5334   // predecessor block will be the start block.
5335
5336   // First, we split the block containing the select into 2 blocks.
5337   BasicBlock *StartBlock = SI->getParent();
5338   BasicBlock::iterator SplitPt = ++(BasicBlock::iterator(LastSI));
5339   BasicBlock *EndBlock = StartBlock->splitBasicBlock(SplitPt, "select.end");
5340
5341   // Delete the unconditional branch that was just created by the split.
5342   StartBlock->getTerminator()->eraseFromParent();
5343
5344   // These are the new basic blocks for the conditional branch.
5345   // At least one will become an actual new basic block.
5346   BasicBlock *TrueBlock = nullptr;
5347   BasicBlock *FalseBlock = nullptr;
5348   BranchInst *TrueBranch = nullptr;
5349   BranchInst *FalseBranch = nullptr;
5350
5351   // Sink expensive instructions into the conditional blocks to avoid executing
5352   // them speculatively.
5353   for (SelectInst *SI : ASI) {
5354     if (sinkSelectOperand(TTI, SI->getTrueValue())) {
5355       if (TrueBlock == nullptr) {
5356         TrueBlock = BasicBlock::Create(SI->getContext(), "select.true.sink",
5357                                        EndBlock->getParent(), EndBlock);
5358         TrueBranch = BranchInst::Create(EndBlock, TrueBlock);
5359       }
5360       auto *TrueInst = cast<Instruction>(SI->getTrueValue());
5361       TrueInst->moveBefore(TrueBranch);
5362     }
5363     if (sinkSelectOperand(TTI, SI->getFalseValue())) {
5364       if (FalseBlock == nullptr) {
5365         FalseBlock = BasicBlock::Create(SI->getContext(), "select.false.sink",
5366                                         EndBlock->getParent(), EndBlock);
5367         FalseBranch = BranchInst::Create(EndBlock, FalseBlock);
5368       }
5369       auto *FalseInst = cast<Instruction>(SI->getFalseValue());
5370       FalseInst->moveBefore(FalseBranch);
5371     }
5372   }
5373
5374   // If there was nothing to sink, then arbitrarily choose the 'false' side
5375   // for a new input value to the PHI.
5376   if (TrueBlock == FalseBlock) {
5377     assert(TrueBlock == nullptr &&
5378            "Unexpected basic block transform while optimizing select");
5379
5380     FalseBlock = BasicBlock::Create(SI->getContext(), "select.false",
5381                                     EndBlock->getParent(), EndBlock);
5382     BranchInst::Create(EndBlock, FalseBlock);
5383   }
5384
5385   // Insert the real conditional branch based on the original condition.
5386   // If we did not create a new block for one of the 'true' or 'false' paths
5387   // of the condition, it means that side of the branch goes to the end block
5388   // directly and the path originates from the start block from the point of
5389   // view of the new PHI.
5390   BasicBlock *TT, *FT;
5391   if (TrueBlock == nullptr) {
5392     TT = EndBlock;
5393     FT = FalseBlock;
5394     TrueBlock = StartBlock;
5395   } else if (FalseBlock == nullptr) {
5396     TT = TrueBlock;
5397     FT = EndBlock;
5398     FalseBlock = StartBlock;
5399   } else {
5400     TT = TrueBlock;
5401     FT = FalseBlock;
5402   }
5403   IRBuilder<>(SI).CreateCondBr(SI->getCondition(), TT, FT, SI);
5404
5405   SmallPtrSet<const Instruction *, 2> INS;
5406   INS.insert(ASI.begin(), ASI.end());
5407   // Use reverse iterator because later select may use the value of the
5408   // earlier select, and we need to propagate value through earlier select
5409   // to get the PHI operand.
5410   for (auto It = ASI.rbegin(); It != ASI.rend(); ++It) {
5411     SelectInst *SI = *It;
5412     // The select itself is replaced with a PHI Node.
5413     PHINode *PN = PHINode::Create(SI->getType(), 2, "", &EndBlock->front());
5414     PN->takeName(SI);
5415     PN->addIncoming(getTrueOrFalseValue(SI, true, INS), TrueBlock);
5416     PN->addIncoming(getTrueOrFalseValue(SI, false, INS), FalseBlock);
5417
5418     SI->replaceAllUsesWith(PN);
5419     SI->eraseFromParent();
5420     INS.erase(SI);
5421     ++NumSelectsExpanded;
5422   }
5423
5424   // Instruct OptimizeBlock to skip to the next block.
5425   CurInstIterator = StartBlock->end();
5426   return true;
5427 }
5428
5429 static bool isBroadcastShuffle(ShuffleVectorInst *SVI) {
5430   SmallVector<int, 16> Mask(SVI->getShuffleMask());
5431   int SplatElem = -1;
5432   for (unsigned i = 0; i < Mask.size(); ++i) {
5433     if (SplatElem != -1 && Mask[i] != -1 && Mask[i] != SplatElem)
5434       return false;
5435     SplatElem = Mask[i];
5436   }
5437
5438   return true;
5439 }
5440
5441 /// Some targets have expensive vector shifts if the lanes aren't all the same
5442 /// (e.g. x86 only introduced "vpsllvd" and friends with AVX2). In these cases
5443 /// it's often worth sinking a shufflevector splat down to its use so that
5444 /// codegen can spot all lanes are identical.
5445 bool CodeGenPrepare::optimizeShuffleVectorInst(ShuffleVectorInst *SVI) {
5446   BasicBlock *DefBB = SVI->getParent();
5447
5448   // Only do this xform if variable vector shifts are particularly expensive.
5449   if (!TLI || !TLI->isVectorShiftByScalarCheap(SVI->getType()))
5450     return false;
5451
5452   // We only expect better codegen by sinking a shuffle if we can recognise a
5453   // constant splat.
5454   if (!isBroadcastShuffle(SVI))
5455     return false;
5456
5457   // InsertedShuffles - Only insert a shuffle in each block once.
5458   DenseMap<BasicBlock*, Instruction*> InsertedShuffles;
5459
5460   bool MadeChange = false;
5461   for (User *U : SVI->users()) {
5462     Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
5463
5464     // Figure out which BB this ext is used in.
5465     BasicBlock *UserBB = UI->getParent();
5466     if (UserBB == DefBB) continue;
5467
5468     // For now only apply this when the splat is used by a shift instruction.
5469     if (!UI->isShift()) continue;
5470
5471     // Everything checks out, sink the shuffle if the user's block doesn't
5472     // already have a copy.
5473     Instruction *&InsertedShuffle = InsertedShuffles[UserBB];
5474
5475     if (!InsertedShuffle) {
5476       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->getFirstInsertionPt();
5477       assert(InsertPt != UserBB->end());
5478       InsertedShuffle =
5479           new ShuffleVectorInst(SVI->getOperand(0), SVI->getOperand(1),
5480                                 SVI->getOperand(2), "", &*InsertPt);
5481     }
5482
5483     UI->replaceUsesOfWith(SVI, InsertedShuffle);
5484     MadeChange = true;
5485   }
5486
5487   // If we removed all uses, nuke the shuffle.
5488   if (SVI->use_empty()) {
5489     SVI->eraseFromParent();
5490     MadeChange = true;
5491   }
5492
5493   return MadeChange;
5494 }
5495
5496 bool CodeGenPrepare::optimizeSwitchInst(SwitchInst *SI) {
5497   if (!TLI || !DL)
5498     return false;
5499
5500   Value *Cond = SI->getCondition();
5501   Type *OldType = Cond->getType();
5502   LLVMContext &Context = Cond->getContext();
5503   MVT RegType = TLI->getRegisterType(Context, TLI->getValueType(*DL, OldType));
5504   unsigned RegWidth = RegType.getSizeInBits();
5505
5506   if (RegWidth <= cast<IntegerType>(OldType)->getBitWidth())
5507     return false;
5508
5509   // If the register width is greater than the type width, expand the condition
5510   // of the switch instruction and each case constant to the width of the
5511   // register. By widening the type of the switch condition, subsequent
5512   // comparisons (for case comparisons) will not need to be extended to the
5513   // preferred register width, so we will potentially eliminate N-1 extends,
5514   // where N is the number of cases in the switch.
5515   auto *NewType = Type::getIntNTy(Context, RegWidth);
5516
5517   // Zero-extend the switch condition and case constants unless the switch
5518   // condition is a function argument that is already being sign-extended.
5519   // In that case, we can avoid an unnecessary mask/extension by sign-extending
5520   // everything instead.
5521   Instruction::CastOps ExtType = Instruction::ZExt;
5522   if (auto *Arg = dyn_cast<Argument>(Cond))
5523     if (Arg->hasSExtAttr())
5524       ExtType = Instruction::SExt;
5525
5526   auto *ExtInst = CastInst::Create(ExtType, Cond, NewType);
5527   ExtInst->insertBefore(SI);
5528   SI->setCondition(ExtInst);
5529   for (auto Case : SI->cases()) {
5530     APInt NarrowConst = Case.getCaseValue()->getValue();
5531     APInt WideConst = (ExtType == Instruction::ZExt) ?
5532                       NarrowConst.zext(RegWidth) : NarrowConst.sext(RegWidth);
5533     Case.setValue(ConstantInt::get(Context, WideConst));
5534   }
5535
5536   return true;
5537 }
5538
5539
5540 namespace {
5541 /// \brief Helper class to promote a scalar operation to a vector one.
5542 /// This class is used to move downward extractelement transition.
5543 /// E.g.,
5544 /// a = vector_op <2 x i32>
5545 /// b = extractelement <2 x i32> a, i32 0
5546 /// c = scalar_op b
5547 /// store c
5548 ///
5549 /// =>
5550 /// a = vector_op <2 x i32>
5551 /// c = vector_op a (equivalent to scalar_op on the related lane)
5552 /// * d = extractelement <2 x i32> c, i32 0
5553 /// * store d
5554 /// Assuming both extractelement and store can be combine, we get rid of the
5555 /// transition.
5556 class VectorPromoteHelper {
5557   /// DataLayout associated with the current module.
5558   const DataLayout &DL;
5559
5560   /// Used to perform some checks on the legality of vector operations.
5561   const TargetLowering &TLI;
5562
5563   /// Used to estimated the cost of the promoted chain.
5564   const TargetTransformInfo &TTI;
5565
5566   /// The transition being moved downwards.
5567   Instruction *Transition;
5568   /// The sequence of instructions to be promoted.
5569   SmallVector<Instruction *, 4> InstsToBePromoted;
5570   /// Cost of combining a store and an extract.
5571   unsigned StoreExtractCombineCost;
5572   /// Instruction that will be combined with the transition.
5573   Instruction *CombineInst;
5574
5575   /// \brief The instruction that represents the current end of the transition.
5576   /// Since we are faking the promotion until we reach the end of the chain
5577   /// of computation, we need a way to get the current end of the transition.
5578   Instruction *getEndOfTransition() const {
5579     if (InstsToBePromoted.empty())
5580       return Transition;
5581     return InstsToBePromoted.back();
5582   }
5583
5584   /// \brief Return the index of the original value in the transition.
5585   /// E.g., for "extractelement <2 x i32> c, i32 1" the original value,
5586   /// c, is at index 0.
5587   unsigned getTransitionOriginalValueIdx() const {
5588     assert(isa<ExtractElementInst>(Transition) &&
5589            "Other kind of transitions are not supported yet");
5590     return 0;
5591   }
5592
5593   /// \brief Return the index of the index in the transition.
5594   /// E.g., for "extractelement <2 x i32> c, i32 0" the index
5595   /// is at index 1.
5596   unsigned getTransitionIdx() const {
5597     assert(isa<ExtractElementInst>(Transition) &&
5598            "Other kind of transitions are not supported yet");
5599     return 1;
5600   }
5601
5602   /// \brief Get the type of the transition.
5603   /// This is the type of the original value.
5604   /// E.g., for "extractelement <2 x i32> c, i32 1" the type of the
5605   /// transition is <2 x i32>.
5606   Type *getTransitionType() const {
5607     return Transition->getOperand(getTransitionOriginalValueIdx())->getType();
5608   }
5609
5610   /// \brief Promote \p ToBePromoted by moving \p Def downward through.
5611   /// I.e., we have the following sequence:
5612   /// Def = Transition <ty1> a to <ty2>
5613   /// b = ToBePromoted <ty2> Def, ...
5614   /// =>
5615   /// b = ToBePromoted <ty1> a, ...
5616   /// Def = Transition <ty1> ToBePromoted to <ty2>
5617   void promoteImpl(Instruction *ToBePromoted);
5618
5619   /// \brief Check whether or not it is profitable to promote all the
5620   /// instructions enqueued to be promoted.
5621   bool isProfitableToPromote() {
5622     Value *ValIdx = Transition->getOperand(getTransitionOriginalValueIdx());
5623     unsigned Index = isa<ConstantInt>(ValIdx)
5624                          ? cast<ConstantInt>(ValIdx)->getZExtValue()
5625                          : -1;
5626     Type *PromotedType = getTransitionType();
5627
5628     StoreInst *ST = cast<StoreInst>(CombineInst);
5629     unsigned AS = ST->getPointerAddressSpace();
5630     unsigned Align = ST->getAlignment();
5631     // Check if this store is supported.
5632     if (!TLI.allowsMisalignedMemoryAccesses(
5633             TLI.getValueType(DL, ST->getValueOperand()->getType()), AS,
5634             Align)) {
5635       // If this is not supported, there is no way we can combine
5636       // the extract with the store.
5637       return false;
5638     }
5639
5640     // The scalar chain of computation has to pay for the transition
5641     // scalar to vector.
5642     // The vector chain has to account for the combining cost.
5643     uint64_t ScalarCost =
5644         TTI.getVectorInstrCost(Transition->getOpcode(), PromotedType, Index);
5645     uint64_t VectorCost = StoreExtractCombineCost;
5646     for (const auto &Inst : InstsToBePromoted) {
5647       // Compute the cost.
5648       // By construction, all instructions being promoted are arithmetic ones.
5649       // Moreover, one argument is a constant that can be viewed as a splat
5650       // constant.
5651       Value *Arg0 = Inst->getOperand(0);
5652       bool IsArg0Constant = isa<UndefValue>(Arg0) || isa<ConstantInt>(Arg0) ||
5653                             isa<ConstantFP>(Arg0);
5654       TargetTransformInfo::OperandValueKind Arg0OVK =
5655           IsArg0Constant ? TargetTransformInfo::OK_UniformConstantValue
5656                          : TargetTransformInfo::OK_AnyValue;
5657       TargetTransformInfo::OperandValueKind Arg1OVK =
5658           !IsArg0Constant ? TargetTransformInfo::OK_UniformConstantValue
5659                           : TargetTransformInfo::OK_AnyValue;
5660       ScalarCost += TTI.getArithmeticInstrCost(
5661           Inst->getOpcode(), Inst->getType(), Arg0OVK, Arg1OVK);
5662       VectorCost += TTI.getArithmeticInstrCost(Inst->getOpcode(), PromotedType,
5663                                                Arg0OVK, Arg1OVK);
5664     }
5665     DEBUG(dbgs() << "Estimated cost of computation to be promoted:\nScalar: "
5666                  << ScalarCost << "\nVector: " << VectorCost << '\n');
5667     return ScalarCost > VectorCost;
5668   }
5669
5670   /// \brief Generate a constant vector with \p Val with the same
5671   /// number of elements as the transition.
5672   /// \p UseSplat defines whether or not \p Val should be replicated
5673   /// across the whole vector.
5674   /// In other words, if UseSplat == true, we generate <Val, Val, ..., Val>,
5675   /// otherwise we generate a vector with as many undef as possible:
5676   /// <undef, ..., undef, Val, undef, ..., undef> where \p Val is only
5677   /// used at the index of the extract.
5678   Value *getConstantVector(Constant *Val, bool UseSplat) const {
5679     unsigned ExtractIdx = UINT_MAX;
5680     if (!UseSplat) {
5681       // If we cannot determine where the constant must be, we have to
5682       // use a splat constant.
5683       Value *ValExtractIdx = Transition->getOperand(getTransitionIdx());
5684       if (ConstantInt *CstVal = dyn_cast<ConstantInt>(ValExtractIdx))
5685         ExtractIdx = CstVal->getSExtValue();
5686       else
5687         UseSplat = true;
5688     }
5689
5690     unsigned End = getTransitionType()->getVectorNumElements();
5691     if (UseSplat)
5692       return ConstantVector::getSplat(End, Val);
5693
5694     SmallVector<Constant *, 4> ConstVec;
5695     UndefValue *UndefVal = UndefValue::get(Val->getType());
5696     for (unsigned Idx = 0; Idx != End; ++Idx) {
5697       if (Idx == ExtractIdx)
5698         ConstVec.push_back(Val);
5699       else
5700         ConstVec.push_back(UndefVal);
5701     }
5702     return ConstantVector::get(ConstVec);
5703   }
5704
5705   /// \brief Check if promoting to a vector type an operand at \p OperandIdx
5706   /// in \p Use can trigger undefined behavior.
5707   static bool canCauseUndefinedBehavior(const Instruction *Use,
5708                                         unsigned OperandIdx) {
5709     // This is not safe to introduce undef when the operand is on
5710     // the right hand side of a division-like instruction.
5711     if (OperandIdx != 1)
5712       return false;
5713     switch (Use->getOpcode()) {
5714     default:
5715       return false;
5716     case Instruction::SDiv:
5717     case Instruction::UDiv:
5718     case Instruction::SRem:
5719     case Instruction::URem:
5720       return true;
5721     case Instruction::FDiv:
5722     case Instruction::FRem:
5723       return !Use->hasNoNaNs();
5724     }
5725     llvm_unreachable(nullptr);
5726   }
5727
5728 public:
5729   VectorPromoteHelper(const DataLayout &DL, const TargetLowering &TLI,
5730                       const TargetTransformInfo &TTI, Instruction *Transition,
5731                       unsigned CombineCost)
5732       : DL(DL), TLI(TLI), TTI(TTI), Transition(Transition),
5733         StoreExtractCombineCost(CombineCost), CombineInst(nullptr) {
5734     assert(Transition && "Do not know how to promote null");
5735   }
5736
5737   /// \brief Check if we can promote \p ToBePromoted to \p Type.
5738   bool canPromote(const Instruction *ToBePromoted) const {
5739     // We could support CastInst too.
5740     return isa<BinaryOperator>(ToBePromoted);
5741   }
5742
5743   /// \brief Check if it is profitable to promote \p ToBePromoted
5744   /// by moving downward the transition through.
5745   bool shouldPromote(const Instruction *ToBePromoted) const {
5746     // Promote only if all the operands can be statically expanded.
5747     // Indeed, we do not want to introduce any new kind of transitions.
5748     for (const Use &U : ToBePromoted->operands()) {
5749       const Value *Val = U.get();
5750       if (Val == getEndOfTransition()) {
5751         // If the use is a division and the transition is on the rhs,
5752         // we cannot promote the operation, otherwise we may create a
5753         // division by zero.
5754         if (canCauseUndefinedBehavior(ToBePromoted, U.getOperandNo()))
5755           return false;
5756         continue;
5757       }
5758       if (!isa<ConstantInt>(Val) && !isa<UndefValue>(Val) &&
5759           !isa<ConstantFP>(Val))
5760         return false;
5761     }
5762     // Check that the resulting operation is legal.
5763     int ISDOpcode = TLI.InstructionOpcodeToISD(ToBePromoted->getOpcode());
5764     if (!ISDOpcode)
5765       return false;
5766     return StressStoreExtract ||
5767            TLI.isOperationLegalOrCustom(
5768                ISDOpcode, TLI.getValueType(DL, getTransitionType(), true));
5769   }
5770
5771   /// \brief Check whether or not \p Use can be combined
5772   /// with the transition.
5773   /// I.e., is it possible to do Use(Transition) => AnotherUse?
5774   bool canCombine(const Instruction *Use) { return isa<StoreInst>(Use); }
5775
5776   /// \brief Record \p ToBePromoted as part of the chain to be promoted.
5777   void enqueueForPromotion(Instruction *ToBePromoted) {
5778     InstsToBePromoted.push_back(ToBePromoted);
5779   }
5780
5781   /// \brief Set the instruction that will be combined with the transition.
5782   void recordCombineInstruction(Instruction *ToBeCombined) {
5783     assert(canCombine(ToBeCombined) && "Unsupported instruction to combine");
5784     CombineInst = ToBeCombined;
5785   }
5786
5787   /// \brief Promote all the instructions enqueued for promotion if it is
5788   /// is profitable.
5789   /// \return True if the promotion happened, false otherwise.
5790   bool promote() {
5791     // Check if there is something to promote.
5792     // Right now, if we do not have anything to combine with,
5793     // we assume the promotion is not profitable.
5794     if (InstsToBePromoted.empty() || !CombineInst)
5795       return false;
5796
5797     // Check cost.
5798     if (!StressStoreExtract && !isProfitableToPromote())
5799       return false;
5800
5801     // Promote.
5802     for (auto &ToBePromoted : InstsToBePromoted)
5803       promoteImpl(ToBePromoted);
5804     InstsToBePromoted.clear();
5805     return true;
5806   }
5807 };
5808 } // End of anonymous namespace.
5809
5810 void VectorPromoteHelper::promoteImpl(Instruction *ToBePromoted) {
5811   // At this point, we know that all the operands of ToBePromoted but Def
5812   // can be statically promoted.
5813   // For Def, we need to use its parameter in ToBePromoted:
5814   // b = ToBePromoted ty1 a
5815   // Def = Transition ty1 b to ty2
5816   // Move the transition down.
5817   // 1. Replace all uses of the promoted operation by the transition.
5818   // = ... b => = ... Def.
5819   assert(ToBePromoted->getType() == Transition->getType() &&
5820          "The type of the result of the transition does not match "
5821          "the final type");
5822   ToBePromoted->replaceAllUsesWith(Transition);
5823   // 2. Update the type of the uses.
5824   // b = ToBePromoted ty2 Def => b = ToBePromoted ty1 Def.
5825   Type *TransitionTy = getTransitionType();
5826   ToBePromoted->mutateType(TransitionTy);
5827   // 3. Update all the operands of the promoted operation with promoted
5828   // operands.
5829   // b = ToBePromoted ty1 Def => b = ToBePromoted ty1 a.
5830   for (Use &U : ToBePromoted->operands()) {
5831     Value *Val = U.get();
5832     Value *NewVal = nullptr;
5833     if (Val == Transition)
5834       NewVal = Transition->getOperand(getTransitionOriginalValueIdx());
5835     else if (isa<UndefValue>(Val) || isa<ConstantInt>(Val) ||
5836              isa<ConstantFP>(Val)) {
5837       // Use a splat constant if it is not safe to use undef.
5838       NewVal = getConstantVector(
5839           cast<Constant>(Val),
5840           isa<UndefValue>(Val) ||
5841               canCauseUndefinedBehavior(ToBePromoted, U.getOperandNo()));
5842     } else
5843       llvm_unreachable("Did you modified shouldPromote and forgot to update "
5844                        "this?");
5845     ToBePromoted->setOperand(U.getOperandNo(), NewVal);
5846   }
5847   Transition->removeFromParent();
5848   Transition->insertAfter(ToBePromoted);
5849   Transition->setOperand(getTransitionOriginalValueIdx(), ToBePromoted);
5850 }
5851
5852 /// Some targets can do store(extractelement) with one instruction.
5853 /// Try to push the extractelement towards the stores when the target
5854 /// has this feature and this is profitable.
5855 bool CodeGenPrepare::optimizeExtractElementInst(Instruction *Inst) {
5856   unsigned CombineCost = UINT_MAX;
5857   if (DisableStoreExtract || !TLI ||
5858       (!StressStoreExtract &&
5859        !TLI->canCombineStoreAndExtract(Inst->getOperand(0)->getType(),
5860                                        Inst->getOperand(1), CombineCost)))
5861     return false;
5862
5863   // At this point we know that Inst is a vector to scalar transition.
5864   // Try to move it down the def-use chain, until:
5865   // - We can combine the transition with its single use
5866   //   => we got rid of the transition.
5867   // - We escape the current basic block
5868   //   => we would need to check that we are moving it at a cheaper place and
5869   //      we do not do that for now.
5870   BasicBlock *Parent = Inst->getParent();
5871   DEBUG(dbgs() << "Found an interesting transition: " << *Inst << '\n');
5872   VectorPromoteHelper VPH(*DL, *TLI, *TTI, Inst, CombineCost);
5873   // If the transition has more than one use, assume this is not going to be
5874   // beneficial.
5875   while (Inst->hasOneUse()) {
5876     Instruction *ToBePromoted = cast<Instruction>(*Inst->user_begin());
5877     DEBUG(dbgs() << "Use: " << *ToBePromoted << '\n');
5878
5879     if (ToBePromoted->getParent() != Parent) {
5880       DEBUG(dbgs() << "Instruction to promote is in a different block ("
5881                    << ToBePromoted->getParent()->getName()
5882                    << ") than the transition (" << Parent->getName() << ").\n");
5883       return false;
5884     }
5885
5886     if (VPH.canCombine(ToBePromoted)) {
5887       DEBUG(dbgs() << "Assume " << *Inst << '\n'
5888                    << "will be combined with: " << *ToBePromoted << '\n');
5889       VPH.recordCombineInstruction(ToBePromoted);
5890       bool Changed = VPH.promote();
5891       NumStoreExtractExposed += Changed;
5892       return Changed;
5893     }
5894
5895     DEBUG(dbgs() << "Try promoting.\n");
5896     if (!VPH.canPromote(ToBePromoted) || !VPH.shouldPromote(ToBePromoted))
5897       return false;
5898
5899     DEBUG(dbgs() << "Promoting is possible... Enqueue for promotion!\n");
5900
5901     VPH.enqueueForPromotion(ToBePromoted);
5902     Inst = ToBePromoted;
5903   }
5904   return false;
5905 }
5906
5907 /// For the instruction sequence of store below, F and I values
5908 /// are bundled together as an i64 value before being stored into memory.
5909 /// Sometimes it is more efficent to generate separate stores for F and I,
5910 /// which can remove the bitwise instructions or sink them to colder places.
5911 ///
5912 ///   (store (or (zext (bitcast F to i32) to i64),
5913 ///              (shl (zext I to i64), 32)), addr)  -->
5914 ///   (store F, addr) and (store I, addr+4)
5915 ///
5916 /// Similarly, splitting for other merged store can also be beneficial, like:
5917 /// For pair of {i32, i32}, i64 store --> two i32 stores.
5918 /// For pair of {i32, i16}, i64 store --> two i32 stores.
5919 /// For pair of {i16, i16}, i32 store --> two i16 stores.
5920 /// For pair of {i16, i8},  i32 store --> two i16 stores.
5921 /// For pair of {i8, i8},   i16 store --> two i8 stores.
5922 ///
5923 /// We allow each target to determine specifically which kind of splitting is
5924 /// supported.
5925 ///
5926 /// The store patterns are commonly seen from the simple code snippet below
5927 /// if only std::make_pair(...) is sroa transformed before inlined into hoo.
5928 ///   void goo(const std::pair<int, float> &);
5929 ///   hoo() {
5930 ///     ...
5931 ///     goo(std::make_pair(tmp, ftmp));
5932 ///     ...
5933 ///   }
5934 ///
5935 /// Although we already have similar splitting in DAG Combine, we duplicate
5936 /// it in CodeGenPrepare to catch the case in which pattern is across
5937 /// multiple BBs. The logic in DAG Combine is kept to catch case generated
5938 /// during code expansion.
5939 static bool splitMergedValStore(StoreInst &SI, const DataLayout &DL,
5940                                 const TargetLowering &TLI) {
5941   // Handle simple but common cases only.
5942   Type *StoreType = SI.getValueOperand()->getType();
5943   if (DL.getTypeStoreSizeInBits(StoreType) != DL.getTypeSizeInBits(StoreType) ||
5944       DL.getTypeSizeInBits(StoreType) == 0)
5945     return false;
5946
5947   unsigned HalfValBitSize = DL.getTypeSizeInBits(StoreType) / 2;
5948   Type *SplitStoreType = Type::getIntNTy(SI.getContext(), HalfValBitSize);
5949   if (DL.getTypeStoreSizeInBits(SplitStoreType) !=
5950       DL.getTypeSizeInBits(SplitStoreType))
5951     return false;
5952
5953   // Match the following patterns:
5954   // (store (or (zext LValue to i64),
5955   //            (shl (zext HValue to i64), 32)), HalfValBitSize)
5956   //  or
5957   // (store (or (shl (zext HValue to i64), 32)), HalfValBitSize)
5958   //            (zext LValue to i64),
5959   // Expect both operands of OR and the first operand of SHL have only
5960   // one use.
5961   Value *LValue, *HValue;
5962   if (!match(SI.getValueOperand(),
5963              m_c_Or(m_OneUse(m_ZExt(m_Value(LValue))),
5964                     m_OneUse(m_Shl(m_OneUse(m_ZExt(m_Value(HValue))),
5965                                    m_SpecificInt(HalfValBitSize))))))
5966     return false;
5967
5968   // Check LValue and HValue are int with size less or equal than 32.
5969   if (!LValue->getType()->isIntegerTy() ||
5970       DL.getTypeSizeInBits(LValue->getType()) > HalfValBitSize ||
5971       !HValue->getType()->isIntegerTy() ||
5972       DL.getTypeSizeInBits(HValue->getType()) > HalfValBitSize)
5973     return false;
5974
5975   // If LValue/HValue is a bitcast instruction, use the EVT before bitcast
5976   // as the input of target query.
5977   auto *LBC = dyn_cast<BitCastInst>(LValue);
5978   auto *HBC = dyn_cast<BitCastInst>(HValue);
5979   EVT LowTy = LBC ? EVT::getEVT(LBC->getOperand(0)->getType())
5980                   : EVT::getEVT(LValue->getType());
5981   EVT HighTy = HBC ? EVT::getEVT(HBC->getOperand(0)->getType())
5982                    : EVT::getEVT(HValue->getType());
5983   if (!ForceSplitStore && !TLI.isMultiStoresCheaperThanBitsMerge(LowTy, HighTy))
5984     return false;
5985
5986   // Start to split store.
5987   IRBuilder<> Builder(SI.getContext());
5988   Builder.SetInsertPoint(&SI);
5989
5990   // If LValue/HValue is a bitcast in another BB, create a new one in current
5991   // BB so it may be merged with the splitted stores by dag combiner.
5992   if (LBC && LBC->getParent() != SI.getParent())
5993     LValue = Builder.CreateBitCast(LBC->getOperand(0), LBC->getType());
5994   if (HBC && HBC->getParent() != SI.getParent())
5995     HValue = Builder.CreateBitCast(HBC->getOperand(0), HBC->getType());
5996
5997   auto CreateSplitStore = [&](Value *V, bool Upper) {
5998     V = Builder.CreateZExtOrBitCast(V, SplitStoreType);
5999     Value *Addr = Builder.CreateBitCast(
6000         SI.getOperand(1),
6001         SplitStoreType->getPointerTo(SI.getPointerAddressSpace()));
6002     if (Upper)
6003       Addr = Builder.CreateGEP(
6004           SplitStoreType, Addr,
6005           ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(SI.getContext()), 1));
6006     Builder.CreateAlignedStore(
6007         V, Addr, Upper ? SI.getAlignment() / 2 : SI.getAlignment());
6008   };
6009
6010   CreateSplitStore(LValue, false);
6011   CreateSplitStore(HValue, true);
6012
6013   // Delete the old store.
6014   SI.eraseFromParent();
6015   return true;
6016 }
6017
6018 bool CodeGenPrepare::optimizeInst(Instruction *I, bool& ModifiedDT) {
6019   // Bail out if we inserted the instruction to prevent optimizations from
6020   // stepping on each other's toes.
6021   if (InsertedInsts.count(I))
6022     return false;
6023
6024   if (PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(I)) {
6025     // It is possible for very late stage optimizations (such as SimplifyCFG)
6026     // to introduce PHI nodes too late to be cleaned up.  If we detect such a
6027     // trivial PHI, go ahead and zap it here.
6028     if (Value *V = SimplifyInstruction(P, {*DL, TLInfo})) {
6029       P->replaceAllUsesWith(V);
6030       P->eraseFromParent();
6031       ++NumPHIsElim;
6032       return true;
6033     }
6034     return false;
6035   }
6036
6037   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(I)) {
6038     // If the source of the cast is a constant, then this should have
6039     // already been constant folded.  The only reason NOT to constant fold
6040     // it is if something (e.g. LSR) was careful to place the constant
6041     // evaluation in a block other than then one that uses it (e.g. to hoist
6042     // the address of globals out of a loop).  If this is the case, we don't
6043     // want to forward-subst the cast.
6044     if (isa<Constant>(CI->getOperand(0)))
6045       return false;
6046
6047     if (TLI && OptimizeNoopCopyExpression(CI, *TLI, *DL))
6048       return true;
6049
6050     if (isa<ZExtInst>(I) || isa<SExtInst>(I)) {
6051       /// Sink a zext or sext into its user blocks if the target type doesn't
6052       /// fit in one register
6053       if (TLI &&
6054           TLI->getTypeAction(CI->getContext(),
6055                              TLI->getValueType(*DL, CI->getType())) ==
6056               TargetLowering::TypeExpandInteger) {
6057         return SinkCast(CI);
6058       } else {
6059         bool MadeChange = optimizeExt(I);
6060         return MadeChange | optimizeExtUses(I);
6061       }
6062     }
6063     return false;
6064   }
6065
6066   if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
6067     if (!TLI || !TLI->hasMultipleConditionRegisters())
6068       return OptimizeCmpExpression(CI, TLI);
6069
6070   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
6071     LI->setMetadata(LLVMContext::MD_invariant_group, nullptr);
6072     if (TLI) {
6073       bool Modified = optimizeLoadExt(LI);
6074       unsigned AS = LI->getPointerAddressSpace();
6075       Modified |= optimizeMemoryInst(I, I->getOperand(0), LI->getType(), AS);
6076       return Modified;
6077     }
6078     return false;
6079   }
6080
6081   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
6082     if (TLI && splitMergedValStore(*SI, *DL, *TLI))
6083       return true;
6084     SI->setMetadata(LLVMContext::MD_invariant_group, nullptr);
6085     if (TLI) {
6086       unsigned AS = SI->getPointerAddressSpace();
6087       return optimizeMemoryInst(I, SI->getOperand(1),
6088                                 SI->getOperand(0)->getType(), AS);
6089     }
6090     return false;
6091   }
6092
6093   if (AtomicRMWInst *RMW = dyn_cast<AtomicRMWInst>(I)) {
6094       unsigned AS = RMW->getPointerAddressSpace();
6095       return optimizeMemoryInst(I, RMW->getPointerOperand(),
6096                                 RMW->getType(), AS);
6097   }
6098
6099   if (AtomicCmpXchgInst *CmpX = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(I)) {
6100       unsigned AS = CmpX->getPointerAddressSpace();
6101       return optimizeMemoryInst(I, CmpX->getPointerOperand(),
6102                                 CmpX->getCompareOperand()->getType(), AS);
6103   }
6104
6105   BinaryOperator *BinOp = dyn_cast<BinaryOperator>(I);
6106
6107   if (BinOp && (BinOp->getOpcode() == Instruction::And) &&
6108       EnableAndCmpSinking && TLI)
6109     return sinkAndCmp0Expression(BinOp, *TLI, InsertedInsts);
6110
6111   if (BinOp && (BinOp->getOpcode() == Instruction::AShr ||
6112                 BinOp->getOpcode() == Instruction::LShr)) {
6113     ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(BinOp->getOperand(1));
6114     if (TLI && CI && TLI->hasExtractBitsInsn())
6115       return OptimizeExtractBits(BinOp, CI, *TLI, *DL);
6116
6117     return false;
6118   }
6119
6120   if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
6121     if (GEPI->hasAllZeroIndices()) {
6122       /// The GEP operand must be a pointer, so must its result -> BitCast
6123       Instruction *NC = new BitCastInst(GEPI->getOperand(0), GEPI->getType(),
6124                                         GEPI->getName(), GEPI);
6125       GEPI->replaceAllUsesWith(NC);
6126       GEPI->eraseFromParent();
6127       ++NumGEPsElim;
6128       optimizeInst(NC, ModifiedDT);
6129       return true;
6130     }
6131     return false;
6132   }
6133
6134   if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
6135     return optimizeCallInst(CI, ModifiedDT);
6136
6137   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(I))
6138     return optimizeSelectInst(SI);
6139
6140   if (ShuffleVectorInst *SVI = dyn_cast<ShuffleVectorInst>(I))
6141     return optimizeShuffleVectorInst(SVI);
6142
6143   if (auto *Switch = dyn_cast<SwitchInst>(I))
6144     return optimizeSwitchInst(Switch);
6145
6146   if (isa<ExtractElementInst>(I))
6147     return optimizeExtractElementInst(I);
6148
6149   return false;
6150 }
6151
6152 /// Given an OR instruction, check to see if this is a bitreverse
6153 /// idiom. If so, insert the new intrinsic and return true.
6154 static bool makeBitReverse(Instruction &I, const DataLayout &DL,
6155                            const TargetLowering &TLI) {
6156   if (!I.getType()->isIntegerTy() ||
6157       !TLI.isOperationLegalOrCustom(ISD::BITREVERSE,
6158                                     TLI.getValueType(DL, I.getType(), true)))
6159     return false;
6160
6161   SmallVector<Instruction*, 4> Insts;
6162   if (!recognizeBSwapOrBitReverseIdiom(&I, false, true, Insts))
6163     return false;
6164   Instruction *LastInst = Insts.back();
6165   I.replaceAllUsesWith(LastInst);
6166   RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(&I);
6167   return true;
6168 }
6169
6170 // In this pass we look for GEP and cast instructions that are used
6171 // across basic blocks and rewrite them to improve basic-block-at-a-time
6172 // selection.
6173 bool CodeGenPrepare::optimizeBlock(BasicBlock &BB, bool& ModifiedDT) {
6174   SunkAddrs.clear();
6175   bool MadeChange = false;
6176
6177   CurInstIterator = BB.begin();
6178   while (CurInstIterator != BB.end()) {
6179     MadeChange |= optimizeInst(&*CurInstIterator++, ModifiedDT);
6180     if (ModifiedDT)
6181       return true;
6182   }
6183
6184   bool MadeBitReverse = true;
6185   while (TLI && MadeBitReverse) {
6186     MadeBitReverse = false;
6187     for (auto &I : reverse(BB)) {
6188       if (makeBitReverse(I, *DL, *TLI)) {
6189         MadeBitReverse = MadeChange = true;
6190         ModifiedDT = true;
6191         break;
6192       }
6193     }
6194   }
6195   MadeChange |= dupRetToEnableTailCallOpts(&BB);
6196
6197   return MadeChange;
6198 }
6199
6200 // llvm.dbg.value is far away from the value then iSel may not be able
6201 // handle it properly. iSel will drop llvm.dbg.value if it can not
6202 // find a node corresponding to the value.
6203 bool CodeGenPrepare::placeDbgValues(Function &F) {
6204   bool MadeChange = false;
6205   for (BasicBlock &BB : F) {
6206     Instruction *PrevNonDbgInst = nullptr;
6207     for (BasicBlock::iterator BI = BB.begin(), BE = BB.end(); BI != BE;) {
6208       Instruction *Insn = &*BI++;
6209       DbgValueInst *DVI = dyn_cast<DbgValueInst>(Insn);
6210       // Leave dbg.values that refer to an alloca alone. These
6211       // instrinsics describe the address of a variable (= the alloca)
6212       // being taken.  They should not be moved next to the alloca
6213       // (and to the beginning of the scope), but rather stay close to
6214       // where said address is used.
6215       if (!DVI || (DVI->getValue() && isa<AllocaInst>(DVI->getValue()))) {
6216         PrevNonDbgInst = Insn;
6217         continue;
6218       }
6219
6220       Instruction *VI = dyn_cast_or_null<Instruction>(DVI->getValue());
6221       if (VI && VI != PrevNonDbgInst && !VI->isTerminator()) {
6222         // If VI is a phi in a block with an EHPad terminator, we can't insert
6223         // after it.
6224         if (isa<PHINode>(VI) && VI->getParent()->getTerminator()->isEHPad())
6225           continue;
6226         DEBUG(dbgs() << "Moving Debug Value before :\n" << *DVI << ' ' << *VI);
6227         DVI->removeFromParent();
6228         if (isa<PHINode>(VI))
6229           DVI->insertBefore(&*VI->getParent()->getFirstInsertionPt());
6230         else
6231           DVI->insertAfter(VI);
6232         MadeChange = true;
6233         ++NumDbgValueMoved;
6234       }
6235     }
6236   }
6237   return MadeChange;
6238 }
6239
6240 /// \brief Scale down both weights to fit into uint32_t.
6241 static void scaleWeights(uint64_t &NewTrue, uint64_t &NewFalse) {
6242   uint64_t NewMax = (NewTrue > NewFalse) ? NewTrue : NewFalse;
6243   uint32_t Scale = (NewMax / UINT32_MAX) + 1;
6244   NewTrue = NewTrue / Scale;
6245   NewFalse = NewFalse / Scale;
6246 }
6247
6248 /// \brief Some targets prefer to split a conditional branch like:
6249 /// \code
6250 ///   %0 = icmp ne i32 %a, 0
6251 ///   %1 = icmp ne i32 %b, 0
6252 ///   %or.cond = or i1 %0, %1
6253 ///   br i1 %or.cond, label %TrueBB, label %FalseBB
6254 /// \endcode
6255 /// into multiple branch instructions like:
6256 /// \code
6257 ///   bb1:
6258 ///     %0 = icmp ne i32 %a, 0
6259 ///     br i1 %0, label %TrueBB, label %bb2
6260 ///   bb2:
6261 ///     %1 = icmp ne i32 %b, 0
6262 ///     br i1 %1, label %TrueBB, label %FalseBB
6263 /// \endcode
6264 /// This usually allows instruction selection to do even further optimizations
6265 /// and combine the compare with the branch instruction. Currently this is
6266 /// applied for targets which have "cheap" jump instructions.
6267 ///
6268 /// FIXME: Remove the (equivalent?) implementation in SelectionDAG.
6269 ///
6270 bool CodeGenPrepare::splitBranchCondition(Function &F) {
6271   if (!TM || !TM->Options.EnableFastISel || !TLI || TLI->isJumpExpensive())
6272     return false;
6273
6274   bool MadeChange = false;
6275   for (auto &BB : F) {
6276     // Does this BB end with the following?
6277     //   %cond1 = icmp|fcmp|binary instruction ...
6278     //   %cond2 = icmp|fcmp|binary instruction ...
6279     //   %cond.or = or|and i1 %cond1, cond2
6280     //   br i1 %cond.or label %dest1, label %dest2"
6281     BinaryOperator *LogicOp;
6282     BasicBlock *TBB, *FBB;
6283     if (!match(BB.getTerminator(), m_Br(m_OneUse(m_BinOp(LogicOp)), TBB, FBB)))
6284       continue;
6285
6286     auto *Br1 = cast<BranchInst>(BB.getTerminator());
6287     if (Br1->getMetadata(LLVMContext::MD_unpredictable))
6288       continue;
6289
6290     unsigned Opc;
6291     Value *Cond1, *Cond2;
6292     if (match(LogicOp, m_And(m_OneUse(m_Value(Cond1)),
6293                              m_OneUse(m_Value(Cond2)))))
6294       Opc = Instruction::And;
6295     else if (match(LogicOp, m_Or(m_OneUse(m_Value(Cond1)),
6296                                  m_OneUse(m_Value(Cond2)))))
6297       Opc = Instruction::Or;
6298     else
6299       continue;
6300
6301     if (!match(Cond1, m_CombineOr(m_Cmp(), m_BinOp())) ||
6302         !match(Cond2, m_CombineOr(m_Cmp(), m_BinOp()))   )
6303       continue;
6304
6305     DEBUG(dbgs() << "Before branch condition splitting\n"; BB.dump());
6306
6307     // Create a new BB.
6308     auto TmpBB =
6309         BasicBlock::Create(BB.getContext(), BB.getName() + ".cond.split",
6310                            BB.getParent(), BB.getNextNode());
6311
6312     // Update original basic block by using the first condition directly by the
6313     // branch instruction and removing the no longer needed and/or instruction.
6314     Br1->setCondition(Cond1);
6315     LogicOp->eraseFromParent();
6316
6317     // Depending on the conditon we have to either replace the true or the false
6318     // successor of the original branch instruction.
6319     if (Opc == Instruction::And)
6320       Br1->setSuccessor(0, TmpBB);
6321     else
6322       Br1->setSuccessor(1, TmpBB);
6323
6324     // Fill in the new basic block.
6325     auto *Br2 = IRBuilder<>(TmpBB).CreateCondBr(Cond2, TBB, FBB);
6326     if (auto *I = dyn_cast<Instruction>(Cond2)) {
6327       I->removeFromParent();
6328       I->insertBefore(Br2);
6329     }
6330
6331     // Update PHI nodes in both successors. The original BB needs to be
6332     // replaced in one succesor's PHI nodes, because the branch comes now from
6333     // the newly generated BB (NewBB). In the other successor we need to add one
6334     // incoming edge to the PHI nodes, because both branch instructions target
6335     // now the same successor. Depending on the original branch condition
6336     // (and/or) we have to swap the successors (TrueDest, FalseDest), so that
6337     // we perform the correct update for the PHI nodes.
6338     // This doesn't change the successor order of the just created branch
6339     // instruction (or any other instruction).
6340     if (Opc == Instruction::Or)
6341       std::swap(TBB, FBB);
6342
6343     // Replace the old BB with the new BB.
6344     for (auto &I : *TBB) {
6345       PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(&I);
6346       if (!PN)
6347         break;
6348       int i;
6349       while ((i = PN->getBasicBlockIndex(&BB)) >= 0)
6350         PN->setIncomingBlock(i, TmpBB);
6351     }
6352
6353     // Add another incoming edge form the new BB.
6354     for (auto &I : *FBB) {
6355       PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(&I);
6356       if (!PN)
6357         break;
6358       auto *Val = PN->getIncomingValueForBlock(&BB);
6359       PN->addIncoming(Val, TmpBB);
6360     }
6361
6362     // Update the branch weights (from SelectionDAGBuilder::
6363     // FindMergedConditions).
6364     if (Opc == Instruction::Or) {
6365       // Codegen X | Y as:
6366       // BB1:
6367       //   jmp_if_X TBB
6368       //   jmp TmpBB
6369       // TmpBB:
6370       //   jmp_if_Y TBB
6371       //   jmp FBB
6372       //
6373
6374       // We have flexibility in setting Prob for BB1 and Prob for NewBB.
6375       // The requirement is that
6376       //   TrueProb for BB1 + (FalseProb for BB1 * TrueProb for TmpBB)
6377       //     = TrueProb for orignal BB.
6378       // Assuming the orignal weights are A and B, one choice is to set BB1's
6379       // weights to A and A+2B, and set TmpBB's weights to A and 2B. This choice
6380       // assumes that
6381       //   TrueProb for BB1 == FalseProb for BB1 * TrueProb for TmpBB.
6382       // Another choice is to assume TrueProb for BB1 equals to TrueProb for
6383       // TmpBB, but the math is more complicated.
6384       uint64_t TrueWeight, FalseWeight;
6385       if (Br1->extractProfMetadata(TrueWeight, FalseWeight)) {
6386         uint64_t NewTrueWeight = TrueWeight;
6387         uint64_t NewFalseWeight = TrueWeight + 2 * FalseWeight;
6388         scaleWeights(NewTrueWeight, NewFalseWeight);
6389         Br1->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, MDBuilder(Br1->getContext())
6390                          .createBranchWeights(TrueWeight, FalseWeight));
6391
6392         NewTrueWeight = TrueWeight;
6393         NewFalseWeight = 2 * FalseWeight;
6394         scaleWeights(NewTrueWeight, NewFalseWeight);
6395         Br2->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, MDBuilder(Br2->getContext())
6396                          .createBranchWeights(TrueWeight, FalseWeight));
6397       }
6398     } else {
6399       // Codegen X & Y as:
6400       // BB1:
6401       //   jmp_if_X TmpBB
6402       //   jmp FBB
6403       // TmpBB:
6404       //   jmp_if_Y TBB
6405       //   jmp FBB
6406       //
6407       //  This requires creation of TmpBB after CurBB.
6408
6409       // We have flexibility in setting Prob for BB1 and Prob for TmpBB.
6410       // The requirement is that
6411       //   FalseProb for BB1 + (TrueProb for BB1 * FalseProb for TmpBB)
6412       //     = FalseProb for orignal BB.
6413       // Assuming the orignal weights are A and B, one choice is to set BB1's
6414       // weights to 2A+B and B, and set TmpBB's weights to 2A and B. This choice
6415       // assumes that
6416       //   FalseProb for BB1 == TrueProb for BB1 * FalseProb for TmpBB.
6417       uint64_t TrueWeight, FalseWeight;
6418       if (Br1->extractProfMetadata(TrueWeight, FalseWeight)) {
6419         uint64_t NewTrueWeight = 2 * TrueWeight + FalseWeight;
6420         uint64_t NewFalseWeight = FalseWeight;
6421         scaleWeights(NewTrueWeight, NewFalseWeight);
6422         Br1->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, MDBuilder(Br1->getContext())
6423                          .createBranchWeights(TrueWeight, FalseWeight));
6424
6425         NewTrueWeight = 2 * TrueWeight;
6426         NewFalseWeight = FalseWeight;
6427         scaleWeights(NewTrueWeight, NewFalseWeight);
6428         Br2->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, MDBuilder(Br2->getContext())
6429                          .createBranchWeights(TrueWeight, FalseWeight));
6430       }
6431     }
6432
6433     // Note: No point in getting fancy here, since the DT info is never
6434     // available to CodeGenPrepare.
6435     ModifiedDT = true;
6436
6437     MadeChange = true;
6438
6439     DEBUG(dbgs() << "After branch condition splitting\n"; BB.dump();
6440           TmpBB->dump());
6441   }
6442   return MadeChange;
6443 }