]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/CodeGen/CodeGenPrepare.cpp
MFV r345988:
[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/ADT/APInt.h"
17 #include "llvm/ADT/ArrayRef.h"
18 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
19 #include "llvm/ADT/PointerIntPair.h"
20 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
21 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
22 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
23 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
24 #include "llvm/Analysis/BlockFrequencyInfo.h"
25 #include "llvm/Analysis/BranchProbabilityInfo.h"
26 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
27 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
28 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
29 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
30 #include "llvm/Analysis/ProfileSummaryInfo.h"
31 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
32 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
33 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
34 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
35 #include "llvm/CodeGen/Analysis.h"
36 #include "llvm/CodeGen/ISDOpcodes.h"
37 #include "llvm/CodeGen/SelectionDAGNodes.h"
38 #include "llvm/CodeGen/TargetLowering.h"
39 #include "llvm/CodeGen/TargetPassConfig.h"
40 #include "llvm/CodeGen/TargetSubtargetInfo.h"
41 #include "llvm/CodeGen/ValueTypes.h"
42 #include "llvm/Config/llvm-config.h"
43 #include "llvm/IR/Argument.h"
44 #include "llvm/IR/Attributes.h"
45 #include "llvm/IR/BasicBlock.h"
46 #include "llvm/IR/CallSite.h"
47 #include "llvm/IR/Constant.h"
48 #include "llvm/IR/Constants.h"
49 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
50 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
51 #include "llvm/IR/Dominators.h"
52 #include "llvm/IR/Function.h"
53 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
54 #include "llvm/IR/GlobalValue.h"
55 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
56 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
57 #include "llvm/IR/InlineAsm.h"
58 #include "llvm/IR/InstrTypes.h"
59 #include "llvm/IR/Instruction.h"
60 #include "llvm/IR/Instructions.h"
61 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
62 #include "llvm/IR/Intrinsics.h"
63 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
64 #include "llvm/IR/MDBuilder.h"
65 #include "llvm/IR/Module.h"
66 #include "llvm/IR/Operator.h"
67 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
68 #include "llvm/IR/Statepoint.h"
69 #include "llvm/IR/Type.h"
70 #include "llvm/IR/Use.h"
71 #include "llvm/IR/User.h"
72 #include "llvm/IR/Value.h"
73 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
74 #include "llvm/IR/ValueMap.h"
75 #include "llvm/Pass.h"
76 #include "llvm/Support/BlockFrequency.h"
77 #include "llvm/Support/BranchProbability.h"
78 #include "llvm/Support/Casting.h"
79 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
80 #include "llvm/Support/Compiler.h"
81 #include "llvm/Support/Debug.h"
82 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
83 #include "llvm/Support/MachineValueType.h"
84 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
85 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
86 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
87 #include "llvm/Target/TargetOptions.h"
88 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
89 #include "llvm/Transforms/Utils/BypassSlowDivision.h"
90 #include "llvm/Transforms/Utils/SimplifyLibCalls.h"
91 #include <algorithm>
92 #include <cassert>
93 #include <cstdint>
94 #include <iterator>
95 #include <limits>
96 #include <memory>
97 #include <utility>
98 #include <vector>
99
100 using namespace llvm;
101 using namespace llvm::PatternMatch;
102
103 #define DEBUG_TYPE "codegenprepare"
104
105 STATISTIC(NumBlocksElim, "Number of blocks eliminated");
106 STATISTIC(NumPHIsElim,   "Number of trivial PHIs eliminated");
107 STATISTIC(NumGEPsElim,   "Number of GEPs converted to casts");
108 STATISTIC(NumCmpUses, "Number of uses of Cmp expressions replaced with uses of "
109                       "sunken Cmps");
110 STATISTIC(NumCastUses, "Number of uses of Cast expressions replaced with uses "
111                        "of sunken Casts");
112 STATISTIC(NumMemoryInsts, "Number of memory instructions whose address "
113                           "computations were sunk");
114 STATISTIC(NumMemoryInstsPhiCreated,
115           "Number of phis created when address "
116           "computations were sunk to memory instructions");
117 STATISTIC(NumMemoryInstsSelectCreated,
118           "Number of select created when address "
119           "computations were sunk to memory instructions");
120 STATISTIC(NumExtsMoved,  "Number of [s|z]ext instructions combined with loads");
121 STATISTIC(NumExtUses,    "Number of uses of [s|z]ext instructions optimized");
122 STATISTIC(NumAndsAdded,
123           "Number of and mask instructions added to form ext loads");
124 STATISTIC(NumAndUses, "Number of uses of and mask instructions optimized");
125 STATISTIC(NumRetsDup,    "Number of return instructions duplicated");
126 STATISTIC(NumDbgValueMoved, "Number of debug value instructions moved");
127 STATISTIC(NumSelectsExpanded, "Number of selects turned into branches");
128 STATISTIC(NumStoreExtractExposed, "Number of store(extractelement) exposed");
129
130 static cl::opt<bool> DisableBranchOpts(
131   "disable-cgp-branch-opts", cl::Hidden, cl::init(false),
132   cl::desc("Disable branch optimizations in CodeGenPrepare"));
133
134 static cl::opt<bool>
135     DisableGCOpts("disable-cgp-gc-opts", cl::Hidden, cl::init(false),
136                   cl::desc("Disable GC optimizations in CodeGenPrepare"));
137
138 static cl::opt<bool> DisableSelectToBranch(
139   "disable-cgp-select2branch", cl::Hidden, cl::init(false),
140   cl::desc("Disable select to branch conversion."));
141
142 static cl::opt<bool> AddrSinkUsingGEPs(
143   "addr-sink-using-gep", cl::Hidden, cl::init(true),
144   cl::desc("Address sinking in CGP using GEPs."));
145
146 static cl::opt<bool> EnableAndCmpSinking(
147    "enable-andcmp-sinking", cl::Hidden, cl::init(true),
148    cl::desc("Enable sinkinig and/cmp into branches."));
149
150 static cl::opt<bool> DisableStoreExtract(
151     "disable-cgp-store-extract", cl::Hidden, cl::init(false),
152     cl::desc("Disable store(extract) optimizations in CodeGenPrepare"));
153
154 static cl::opt<bool> StressStoreExtract(
155     "stress-cgp-store-extract", cl::Hidden, cl::init(false),
156     cl::desc("Stress test store(extract) optimizations in CodeGenPrepare"));
157
158 static cl::opt<bool> DisableExtLdPromotion(
159     "disable-cgp-ext-ld-promotion", cl::Hidden, cl::init(false),
160     cl::desc("Disable ext(promotable(ld)) -> promoted(ext(ld)) optimization in "
161              "CodeGenPrepare"));
162
163 static cl::opt<bool> StressExtLdPromotion(
164     "stress-cgp-ext-ld-promotion", cl::Hidden, cl::init(false),
165     cl::desc("Stress test ext(promotable(ld)) -> promoted(ext(ld)) "
166              "optimization in CodeGenPrepare"));
167
168 static cl::opt<bool> DisablePreheaderProtect(
169     "disable-preheader-prot", cl::Hidden, cl::init(false),
170     cl::desc("Disable protection against removing loop preheaders"));
171
172 static cl::opt<bool> ProfileGuidedSectionPrefix(
173     "profile-guided-section-prefix", cl::Hidden, cl::init(true), cl::ZeroOrMore,
174     cl::desc("Use profile info to add section prefix for hot/cold functions"));
175
176 static cl::opt<unsigned> FreqRatioToSkipMerge(
177     "cgp-freq-ratio-to-skip-merge", cl::Hidden, cl::init(2),
178     cl::desc("Skip merging empty blocks if (frequency of empty block) / "
179              "(frequency of destination block) is greater than this ratio"));
180
181 static cl::opt<bool> ForceSplitStore(
182     "force-split-store", cl::Hidden, cl::init(false),
183     cl::desc("Force store splitting no matter what the target query says."));
184
185 static cl::opt<bool>
186 EnableTypePromotionMerge("cgp-type-promotion-merge", cl::Hidden,
187     cl::desc("Enable merging of redundant sexts when one is dominating"
188     " the other."), cl::init(true));
189
190 static cl::opt<bool> DisableComplexAddrModes(
191     "disable-complex-addr-modes", cl::Hidden, cl::init(false),
192     cl::desc("Disables combining addressing modes with different parts "
193              "in optimizeMemoryInst."));
194
195 static cl::opt<bool>
196 AddrSinkNewPhis("addr-sink-new-phis", cl::Hidden, cl::init(false),
197                 cl::desc("Allow creation of Phis in Address sinking."));
198
199 static cl::opt<bool>
200 AddrSinkNewSelects("addr-sink-new-select", cl::Hidden, cl::init(true),
201                    cl::desc("Allow creation of selects in Address sinking."));
202
203 static cl::opt<bool> AddrSinkCombineBaseReg(
204     "addr-sink-combine-base-reg", cl::Hidden, cl::init(true),
205     cl::desc("Allow combining of BaseReg field in Address sinking."));
206
207 static cl::opt<bool> AddrSinkCombineBaseGV(
208     "addr-sink-combine-base-gv", cl::Hidden, cl::init(true),
209     cl::desc("Allow combining of BaseGV field in Address sinking."));
210
211 static cl::opt<bool> AddrSinkCombineBaseOffs(
212     "addr-sink-combine-base-offs", cl::Hidden, cl::init(true),
213     cl::desc("Allow combining of BaseOffs field in Address sinking."));
214
215 static cl::opt<bool> AddrSinkCombineScaledReg(
216     "addr-sink-combine-scaled-reg", cl::Hidden, cl::init(true),
217     cl::desc("Allow combining of ScaledReg field in Address sinking."));
218
219 static cl::opt<bool>
220     EnableGEPOffsetSplit("cgp-split-large-offset-gep", cl::Hidden,
221                          cl::init(true),
222                          cl::desc("Enable splitting large offset of GEP."));
223
224 namespace {
225
226 enum ExtType {
227   ZeroExtension,   // Zero extension has been seen.
228   SignExtension,   // Sign extension has been seen.
229   BothExtension    // This extension type is used if we saw sext after
230                    // ZeroExtension had been set, or if we saw zext after
231                    // SignExtension had been set. It makes the type
232                    // information of a promoted instruction invalid.
233 };
234
235 using SetOfInstrs = SmallPtrSet<Instruction *, 16>;
236 using TypeIsSExt = PointerIntPair<Type *, 2, ExtType>;
237 using InstrToOrigTy = DenseMap<Instruction *, TypeIsSExt>;
238 using SExts = SmallVector<Instruction *, 16>;
239 using ValueToSExts = DenseMap<Value *, SExts>;
240
241 class TypePromotionTransaction;
242
243   class CodeGenPrepare : public FunctionPass {
244     const TargetMachine *TM = nullptr;
245     const TargetSubtargetInfo *SubtargetInfo;
246     const TargetLowering *TLI = nullptr;
247     const TargetRegisterInfo *TRI;
248     const TargetTransformInfo *TTI = nullptr;
249     const TargetLibraryInfo *TLInfo;
250     const LoopInfo *LI;
251     std::unique_ptr<BlockFrequencyInfo> BFI;
252     std::unique_ptr<BranchProbabilityInfo> BPI;
253
254     /// As we scan instructions optimizing them, this is the next instruction
255     /// to optimize. Transforms that can invalidate this should update it.
256     BasicBlock::iterator CurInstIterator;
257
258     /// Keeps track of non-local addresses that have been sunk into a block.
259     /// This allows us to avoid inserting duplicate code for blocks with
260     /// multiple load/stores of the same address. The usage of WeakTrackingVH
261     /// enables SunkAddrs to be treated as a cache whose entries can be
262     /// invalidated if a sunken address computation has been erased.
263     ValueMap<Value*, WeakTrackingVH> SunkAddrs;
264
265     /// Keeps track of all instructions inserted for the current function.
266     SetOfInstrs InsertedInsts;
267
268     /// Keeps track of the type of the related instruction before their
269     /// promotion for the current function.
270     InstrToOrigTy PromotedInsts;
271
272     /// Keep track of instructions removed during promotion.
273     SetOfInstrs RemovedInsts;
274
275     /// Keep track of sext chains based on their initial value.
276     DenseMap<Value *, Instruction *> SeenChainsForSExt;
277
278     /// Keep track of GEPs accessing the same data structures such as structs or
279     /// arrays that are candidates to be split later because of their large
280     /// size.
281     MapVector<
282         AssertingVH<Value>,
283         SmallVector<std::pair<AssertingVH<GetElementPtrInst>, int64_t>, 32>>
284         LargeOffsetGEPMap;
285
286     /// Keep track of new GEP base after splitting the GEPs having large offset.
287     SmallSet<AssertingVH<Value>, 2> NewGEPBases;
288
289     /// Map serial numbers to Large offset GEPs.
290     DenseMap<AssertingVH<GetElementPtrInst>, int> LargeOffsetGEPID;
291
292     /// Keep track of SExt promoted.
293     ValueToSExts ValToSExtendedUses;
294
295     /// True if CFG is modified in any way.
296     bool ModifiedDT;
297
298     /// True if optimizing for size.
299     bool OptSize;
300
301     /// DataLayout for the Function being processed.
302     const DataLayout *DL = nullptr;
303
304   public:
305     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
306
307     CodeGenPrepare() : FunctionPass(ID) {
308       initializeCodeGenPreparePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
309     }
310
311     bool runOnFunction(Function &F) override;
312
313     StringRef getPassName() const override { return "CodeGen Prepare"; }
314
315     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
316       // FIXME: When we can selectively preserve passes, preserve the domtree.
317       AU.addRequired<ProfileSummaryInfoWrapperPass>();
318       AU.addRequired<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
319       AU.addRequired<TargetTransformInfoWrapperPass>();
320       AU.addRequired<LoopInfoWrapperPass>();
321     }
322
323   private:
324     template <typename F>
325     void resetIteratorIfInvalidatedWhileCalling(BasicBlock *BB, F f) {
326       // Substituting can cause recursive simplifications, which can invalidate
327       // our iterator.  Use a WeakTrackingVH to hold onto it in case this
328       // happens.
329       Value *CurValue = &*CurInstIterator;
330       WeakTrackingVH IterHandle(CurValue);
331
332       f();
333
334       // If the iterator instruction was recursively deleted, start over at the
335       // start of the block.
336       if (IterHandle != CurValue) {
337         CurInstIterator = BB->begin();
338         SunkAddrs.clear();
339       }
340     }
341
342     bool eliminateFallThrough(Function &F);
343     bool eliminateMostlyEmptyBlocks(Function &F);
344     BasicBlock *findDestBlockOfMergeableEmptyBlock(BasicBlock *BB);
345     bool canMergeBlocks(const BasicBlock *BB, const BasicBlock *DestBB) const;
346     void eliminateMostlyEmptyBlock(BasicBlock *BB);
347     bool isMergingEmptyBlockProfitable(BasicBlock *BB, BasicBlock *DestBB,
348                                        bool isPreheader);
349     bool optimizeBlock(BasicBlock &BB, bool &ModifiedDT);
350     bool optimizeInst(Instruction *I, bool &ModifiedDT);
351     bool optimizeMemoryInst(Instruction *MemoryInst, Value *Addr,
352                             Type *AccessTy, unsigned AddrSpace);
353     bool optimizeInlineAsmInst(CallInst *CS);
354     bool optimizeCallInst(CallInst *CI, bool &ModifiedDT);
355     bool optimizeExt(Instruction *&I);
356     bool optimizeExtUses(Instruction *I);
357     bool optimizeLoadExt(LoadInst *Load);
358     bool optimizeSelectInst(SelectInst *SI);
359     bool optimizeShuffleVectorInst(ShuffleVectorInst *SVI);
360     bool optimizeSwitchInst(SwitchInst *SI);
361     bool optimizeExtractElementInst(Instruction *Inst);
362     bool dupRetToEnableTailCallOpts(BasicBlock *BB);
363     bool placeDbgValues(Function &F);
364     bool canFormExtLd(const SmallVectorImpl<Instruction *> &MovedExts,
365                       LoadInst *&LI, Instruction *&Inst, bool HasPromoted);
366     bool tryToPromoteExts(TypePromotionTransaction &TPT,
367                           const SmallVectorImpl<Instruction *> &Exts,
368                           SmallVectorImpl<Instruction *> &ProfitablyMovedExts,
369                           unsigned CreatedInstsCost = 0);
370     bool mergeSExts(Function &F);
371     bool splitLargeGEPOffsets();
372     bool performAddressTypePromotion(
373         Instruction *&Inst,
374         bool AllowPromotionWithoutCommonHeader,
375         bool HasPromoted, TypePromotionTransaction &TPT,
376         SmallVectorImpl<Instruction *> &SpeculativelyMovedExts);
377     bool splitBranchCondition(Function &F);
378     bool simplifyOffsetableRelocate(Instruction &I);
379   };
380
381 } // end anonymous namespace
382
383 char CodeGenPrepare::ID = 0;
384
385 INITIALIZE_PASS_BEGIN(CodeGenPrepare, DEBUG_TYPE,
386                       "Optimize for code generation", false, false)
387 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ProfileSummaryInfoWrapperPass)
388 INITIALIZE_PASS_END(CodeGenPrepare, DEBUG_TYPE,
389                     "Optimize for code generation", false, false)
390
391 FunctionPass *llvm::createCodeGenPreparePass() { return new CodeGenPrepare(); }
392
393 bool CodeGenPrepare::runOnFunction(Function &F) {
394   if (skipFunction(F))
395     return false;
396
397   DL = &F.getParent()->getDataLayout();
398
399   bool EverMadeChange = false;
400   // Clear per function information.
401   InsertedInsts.clear();
402   PromotedInsts.clear();
403
404   ModifiedDT = false;
405   if (auto *TPC = getAnalysisIfAvailable<TargetPassConfig>()) {
406     TM = &TPC->getTM<TargetMachine>();
407     SubtargetInfo = TM->getSubtargetImpl(F);
408     TLI = SubtargetInfo->getTargetLowering();
409     TRI = SubtargetInfo->getRegisterInfo();
410   }
411   TLInfo = &getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI();
412   TTI = &getAnalysis<TargetTransformInfoWrapperPass>().getTTI(F);
413   LI = &getAnalysis<LoopInfoWrapperPass>().getLoopInfo();
414   BPI.reset(new BranchProbabilityInfo(F, *LI));
415   BFI.reset(new BlockFrequencyInfo(F, *BPI, *LI));
416   OptSize = F.optForSize();
417
418   ProfileSummaryInfo *PSI =
419       &getAnalysis<ProfileSummaryInfoWrapperPass>().getPSI();
420   if (ProfileGuidedSectionPrefix) {
421     if (PSI->isFunctionHotInCallGraph(&F, *BFI))
422       F.setSectionPrefix(".hot");
423     else if (PSI->isFunctionColdInCallGraph(&F, *BFI))
424       F.setSectionPrefix(".unlikely");
425   }
426
427   /// This optimization identifies DIV instructions that can be
428   /// profitably bypassed and carried out with a shorter, faster divide.
429   if (!OptSize && !PSI->hasHugeWorkingSetSize() && TLI &&
430       TLI->isSlowDivBypassed()) {
431     const DenseMap<unsigned int, unsigned int> &BypassWidths =
432        TLI->getBypassSlowDivWidths();
433     BasicBlock* BB = &*F.begin();
434     while (BB != nullptr) {
435       // bypassSlowDivision may create new BBs, but we don't want to reapply the
436       // optimization to those blocks.
437       BasicBlock* Next = BB->getNextNode();
438       EverMadeChange |= bypassSlowDivision(BB, BypassWidths);
439       BB = Next;
440     }
441   }
442
443   // Eliminate blocks that contain only PHI nodes and an
444   // unconditional branch.
445   EverMadeChange |= eliminateMostlyEmptyBlocks(F);
446
447   if (!DisableBranchOpts)
448     EverMadeChange |= splitBranchCondition(F);
449
450   // Split some critical edges where one of the sources is an indirect branch,
451   // to help generate sane code for PHIs involving such edges.
452   EverMadeChange |= SplitIndirectBrCriticalEdges(F);
453
454   bool MadeChange = true;
455   while (MadeChange) {
456     MadeChange = false;
457     for (Function::iterator I = F.begin(); I != F.end(); ) {
458       BasicBlock *BB = &*I++;
459       bool ModifiedDTOnIteration = false;
460       MadeChange |= optimizeBlock(*BB, ModifiedDTOnIteration);
461
462       // Restart BB iteration if the dominator tree of the Function was changed
463       if (ModifiedDTOnIteration)
464         break;
465     }
466     if (EnableTypePromotionMerge && !ValToSExtendedUses.empty())
467       MadeChange |= mergeSExts(F);
468     if (!LargeOffsetGEPMap.empty())
469       MadeChange |= splitLargeGEPOffsets();
470
471     // Really free removed instructions during promotion.
472     for (Instruction *I : RemovedInsts)
473       I->deleteValue();
474
475     EverMadeChange |= MadeChange;
476     SeenChainsForSExt.clear();
477     ValToSExtendedUses.clear();
478     RemovedInsts.clear();
479     LargeOffsetGEPMap.clear();
480     LargeOffsetGEPID.clear();
481   }
482
483   SunkAddrs.clear();
484
485   if (!DisableBranchOpts) {
486     MadeChange = false;
487     // Use a set vector to get deterministic iteration order. The order the
488     // blocks are removed may affect whether or not PHI nodes in successors
489     // are removed.
490     SmallSetVector<BasicBlock*, 8> WorkList;
491     for (BasicBlock &BB : F) {
492       SmallVector<BasicBlock *, 2> Successors(succ_begin(&BB), succ_end(&BB));
493       MadeChange |= ConstantFoldTerminator(&BB, true);
494       if (!MadeChange) continue;
495
496       for (SmallVectorImpl<BasicBlock*>::iterator
497              II = Successors.begin(), IE = Successors.end(); II != IE; ++II)
498         if (pred_begin(*II) == pred_end(*II))
499           WorkList.insert(*II);
500     }
501
502     // Delete the dead blocks and any of their dead successors.
503     MadeChange |= !WorkList.empty();
504     while (!WorkList.empty()) {
505       BasicBlock *BB = WorkList.pop_back_val();
506       SmallVector<BasicBlock*, 2> Successors(succ_begin(BB), succ_end(BB));
507
508       DeleteDeadBlock(BB);
509
510       for (SmallVectorImpl<BasicBlock*>::iterator
511              II = Successors.begin(), IE = Successors.end(); II != IE; ++II)
512         if (pred_begin(*II) == pred_end(*II))
513           WorkList.insert(*II);
514     }
515
516     // Merge pairs of basic blocks with unconditional branches, connected by
517     // a single edge.
518     if (EverMadeChange || MadeChange)
519       MadeChange |= eliminateFallThrough(F);
520
521     EverMadeChange |= MadeChange;
522   }
523
524   if (!DisableGCOpts) {
525     SmallVector<Instruction *, 2> Statepoints;
526     for (BasicBlock &BB : F)
527       for (Instruction &I : BB)
528         if (isStatepoint(I))
529           Statepoints.push_back(&I);
530     for (auto &I : Statepoints)
531       EverMadeChange |= simplifyOffsetableRelocate(*I);
532   }
533
534   // Do this last to clean up use-before-def scenarios introduced by other
535   // preparatory transforms.
536   EverMadeChange |= placeDbgValues(F);
537
538   return EverMadeChange;
539 }
540
541 /// Merge basic blocks which are connected by a single edge, where one of the
542 /// basic blocks has a single successor pointing to the other basic block,
543 /// which has a single predecessor.
544 bool CodeGenPrepare::eliminateFallThrough(Function &F) {
545   bool Changed = false;
546   // Scan all of the blocks in the function, except for the entry block.
547   // Use a temporary array to avoid iterator being invalidated when
548   // deleting blocks.
549   SmallVector<WeakTrackingVH, 16> Blocks;
550   for (auto &Block : llvm::make_range(std::next(F.begin()), F.end()))
551     Blocks.push_back(&Block);
552
553   for (auto &Block : Blocks) {
554     auto *BB = cast_or_null<BasicBlock>(Block);
555     if (!BB)
556       continue;
557     // If the destination block has a single pred, then this is a trivial
558     // edge, just collapse it.
559     BasicBlock *SinglePred = BB->getSinglePredecessor();
560
561     // Don't merge if BB's address is taken.
562     if (!SinglePred || SinglePred == BB || BB->hasAddressTaken()) continue;
563
564     BranchInst *Term = dyn_cast<BranchInst>(SinglePred->getTerminator());
565     if (Term && !Term->isConditional()) {
566       Changed = true;
567       LLVM_DEBUG(dbgs() << "To merge:\n" << *BB << "\n\n\n");
568
569       // Merge BB into SinglePred and delete it.
570       MergeBlockIntoPredecessor(BB);
571     }
572   }
573   return Changed;
574 }
575
576 /// Find a destination block from BB if BB is mergeable empty block.
577 BasicBlock *CodeGenPrepare::findDestBlockOfMergeableEmptyBlock(BasicBlock *BB) {
578   // If this block doesn't end with an uncond branch, ignore it.
579   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
580   if (!BI || !BI->isUnconditional())
581     return nullptr;
582
583   // If the instruction before the branch (skipping debug info) isn't a phi
584   // node, then other stuff is happening here.
585   BasicBlock::iterator BBI = BI->getIterator();
586   if (BBI != BB->begin()) {
587     --BBI;
588     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI)) {
589       if (BBI == BB->begin())
590         break;
591       --BBI;
592     }
593     if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI) && !isa<PHINode>(BBI))
594       return nullptr;
595   }
596
597   // Do not break infinite loops.
598   BasicBlock *DestBB = BI->getSuccessor(0);
599   if (DestBB == BB)
600     return nullptr;
601
602   if (!canMergeBlocks(BB, DestBB))
603     DestBB = nullptr;
604
605   return DestBB;
606 }
607
608 /// Eliminate blocks that contain only PHI nodes, debug info directives, and an
609 /// unconditional branch. Passes before isel (e.g. LSR/loopsimplify) often split
610 /// edges in ways that are non-optimal for isel. Start by eliminating these
611 /// blocks so we can split them the way we want them.
612 bool CodeGenPrepare::eliminateMostlyEmptyBlocks(Function &F) {
613   SmallPtrSet<BasicBlock *, 16> Preheaders;
614   SmallVector<Loop *, 16> LoopList(LI->begin(), LI->end());
615   while (!LoopList.empty()) {
616     Loop *L = LoopList.pop_back_val();
617     LoopList.insert(LoopList.end(), L->begin(), L->end());
618     if (BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader())
619       Preheaders.insert(Preheader);
620   }
621
622   bool MadeChange = false;
623   // Copy blocks into a temporary array to avoid iterator invalidation issues
624   // as we remove them.
625   // Note that this intentionally skips the entry block.
626   SmallVector<WeakTrackingVH, 16> Blocks;
627   for (auto &Block : llvm::make_range(std::next(F.begin()), F.end()))
628     Blocks.push_back(&Block);
629
630   for (auto &Block : Blocks) {
631     BasicBlock *BB = cast_or_null<BasicBlock>(Block);
632     if (!BB)
633       continue;
634     BasicBlock *DestBB = findDestBlockOfMergeableEmptyBlock(BB);
635     if (!DestBB ||
636         !isMergingEmptyBlockProfitable(BB, DestBB, Preheaders.count(BB)))
637       continue;
638
639     eliminateMostlyEmptyBlock(BB);
640     MadeChange = true;
641   }
642   return MadeChange;
643 }
644
645 bool CodeGenPrepare::isMergingEmptyBlockProfitable(BasicBlock *BB,
646                                                    BasicBlock *DestBB,
647                                                    bool isPreheader) {
648   // Do not delete loop preheaders if doing so would create a critical edge.
649   // Loop preheaders can be good locations to spill registers. If the
650   // preheader is deleted and we create a critical edge, registers may be
651   // spilled in the loop body instead.
652   if (!DisablePreheaderProtect && isPreheader &&
653       !(BB->getSinglePredecessor() &&
654         BB->getSinglePredecessor()->getSingleSuccessor()))
655     return false;
656
657   // Try to skip merging if the unique predecessor of BB is terminated by a
658   // switch or indirect branch instruction, and BB is used as an incoming block
659   // of PHIs in DestBB. In such case, merging BB and DestBB would cause ISel to
660   // add COPY instructions in the predecessor of BB instead of BB (if it is not
661   // merged). Note that the critical edge created by merging such blocks wont be
662   // split in MachineSink because the jump table is not analyzable. By keeping
663   // such empty block (BB), ISel will place COPY instructions in BB, not in the
664   // predecessor of BB.
665   BasicBlock *Pred = BB->getUniquePredecessor();
666   if (!Pred ||
667       !(isa<SwitchInst>(Pred->getTerminator()) ||
668         isa<IndirectBrInst>(Pred->getTerminator())))
669     return true;
670
671   if (BB->getTerminator() != BB->getFirstNonPHIOrDbg())
672     return true;
673
674   // We use a simple cost heuristic which determine skipping merging is
675   // profitable if the cost of skipping merging is less than the cost of
676   // merging : Cost(skipping merging) < Cost(merging BB), where the
677   // Cost(skipping merging) is Freq(BB) * (Cost(Copy) + Cost(Branch)), and
678   // the Cost(merging BB) is Freq(Pred) * Cost(Copy).
679   // Assuming Cost(Copy) == Cost(Branch), we could simplify it to :
680   //   Freq(Pred) / Freq(BB) > 2.
681   // Note that if there are multiple empty blocks sharing the same incoming
682   // value for the PHIs in the DestBB, we consider them together. In such
683   // case, Cost(merging BB) will be the sum of their frequencies.
684
685   if (!isa<PHINode>(DestBB->begin()))
686     return true;
687
688   SmallPtrSet<BasicBlock *, 16> SameIncomingValueBBs;
689
690   // Find all other incoming blocks from which incoming values of all PHIs in
691   // DestBB are the same as the ones from BB.
692   for (pred_iterator PI = pred_begin(DestBB), E = pred_end(DestBB); PI != E;
693        ++PI) {
694     BasicBlock *DestBBPred = *PI;
695     if (DestBBPred == BB)
696       continue;
697
698     if (llvm::all_of(DestBB->phis(), [&](const PHINode &DestPN) {
699           return DestPN.getIncomingValueForBlock(BB) ==
700                  DestPN.getIncomingValueForBlock(DestBBPred);
701         }))
702       SameIncomingValueBBs.insert(DestBBPred);
703   }
704
705   // See if all BB's incoming values are same as the value from Pred. In this
706   // case, no reason to skip merging because COPYs are expected to be place in
707   // Pred already.
708   if (SameIncomingValueBBs.count(Pred))
709     return true;
710
711   BlockFrequency PredFreq = BFI->getBlockFreq(Pred);
712   BlockFrequency BBFreq = BFI->getBlockFreq(BB);
713
714   for (auto SameValueBB : SameIncomingValueBBs)
715     if (SameValueBB->getUniquePredecessor() == Pred &&
716         DestBB == findDestBlockOfMergeableEmptyBlock(SameValueBB))
717       BBFreq += BFI->getBlockFreq(SameValueBB);
718
719   return PredFreq.getFrequency() <=
720          BBFreq.getFrequency() * FreqRatioToSkipMerge;
721 }
722
723 /// Return true if we can merge BB into DestBB if there is a single
724 /// unconditional branch between them, and BB contains no other non-phi
725 /// instructions.
726 bool CodeGenPrepare::canMergeBlocks(const BasicBlock *BB,
727                                     const BasicBlock *DestBB) const {
728   // We only want to eliminate blocks whose phi nodes are used by phi nodes in
729   // the successor.  If there are more complex condition (e.g. preheaders),
730   // don't mess around with them.
731   for (const PHINode &PN : BB->phis()) {
732     for (const User *U : PN.users()) {
733       const Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
734       if (UI->getParent() != DestBB || !isa<PHINode>(UI))
735         return false;
736       // If User is inside DestBB block and it is a PHINode then check
737       // incoming value. If incoming value is not from BB then this is
738       // a complex condition (e.g. preheaders) we want to avoid here.
739       if (UI->getParent() == DestBB) {
740         if (const PHINode *UPN = dyn_cast<PHINode>(UI))
741           for (unsigned I = 0, E = UPN->getNumIncomingValues(); I != E; ++I) {
742             Instruction *Insn = dyn_cast<Instruction>(UPN->getIncomingValue(I));
743             if (Insn && Insn->getParent() == BB &&
744                 Insn->getParent() != UPN->getIncomingBlock(I))
745               return false;
746           }
747       }
748     }
749   }
750
751   // If BB and DestBB contain any common predecessors, then the phi nodes in BB
752   // and DestBB may have conflicting incoming values for the block.  If so, we
753   // can't merge the block.
754   const PHINode *DestBBPN = dyn_cast<PHINode>(DestBB->begin());
755   if (!DestBBPN) return true;  // no conflict.
756
757   // Collect the preds of BB.
758   SmallPtrSet<const BasicBlock*, 16> BBPreds;
759   if (const PHINode *BBPN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
760     // It is faster to get preds from a PHI than with pred_iterator.
761     for (unsigned i = 0, e = BBPN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
762       BBPreds.insert(BBPN->getIncomingBlock(i));
763   } else {
764     BBPreds.insert(pred_begin(BB), pred_end(BB));
765   }
766
767   // Walk the preds of DestBB.
768   for (unsigned i = 0, e = DestBBPN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
769     BasicBlock *Pred = DestBBPN->getIncomingBlock(i);
770     if (BBPreds.count(Pred)) {   // Common predecessor?
771       for (const PHINode &PN : DestBB->phis()) {
772         const Value *V1 = PN.getIncomingValueForBlock(Pred);
773         const Value *V2 = PN.getIncomingValueForBlock(BB);
774
775         // If V2 is a phi node in BB, look up what the mapped value will be.
776         if (const PHINode *V2PN = dyn_cast<PHINode>(V2))
777           if (V2PN->getParent() == BB)
778             V2 = V2PN->getIncomingValueForBlock(Pred);
779
780         // If there is a conflict, bail out.
781         if (V1 != V2) return false;
782       }
783     }
784   }
785
786   return true;
787 }
788
789 /// Eliminate a basic block that has only phi's and an unconditional branch in
790 /// it.
791 void CodeGenPrepare::eliminateMostlyEmptyBlock(BasicBlock *BB) {
792   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
793   BasicBlock *DestBB = BI->getSuccessor(0);
794
795   LLVM_DEBUG(dbgs() << "MERGING MOSTLY EMPTY BLOCKS - BEFORE:\n"
796                     << *BB << *DestBB);
797
798   // If the destination block has a single pred, then this is a trivial edge,
799   // just collapse it.
800   if (BasicBlock *SinglePred = DestBB->getSinglePredecessor()) {
801     if (SinglePred != DestBB) {
802       assert(SinglePred == BB &&
803              "Single predecessor not the same as predecessor");
804       // Merge DestBB into SinglePred/BB and delete it.
805       MergeBlockIntoPredecessor(DestBB);
806       // Note: BB(=SinglePred) will not be deleted on this path.
807       // DestBB(=its single successor) is the one that was deleted.
808       LLVM_DEBUG(dbgs() << "AFTER:\n" << *SinglePred << "\n\n\n");
809       return;
810     }
811   }
812
813   // Otherwise, we have multiple predecessors of BB.  Update the PHIs in DestBB
814   // to handle the new incoming edges it is about to have.
815   for (PHINode &PN : DestBB->phis()) {
816     // Remove the incoming value for BB, and remember it.
817     Value *InVal = PN.removeIncomingValue(BB, false);
818
819     // Two options: either the InVal is a phi node defined in BB or it is some
820     // value that dominates BB.
821     PHINode *InValPhi = dyn_cast<PHINode>(InVal);
822     if (InValPhi && InValPhi->getParent() == BB) {
823       // Add all of the input values of the input PHI as inputs of this phi.
824       for (unsigned i = 0, e = InValPhi->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
825         PN.addIncoming(InValPhi->getIncomingValue(i),
826                        InValPhi->getIncomingBlock(i));
827     } else {
828       // Otherwise, add one instance of the dominating value for each edge that
829       // we will be adding.
830       if (PHINode *BBPN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
831         for (unsigned i = 0, e = BBPN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
832           PN.addIncoming(InVal, BBPN->getIncomingBlock(i));
833       } else {
834         for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
835           PN.addIncoming(InVal, *PI);
836       }
837     }
838   }
839
840   // The PHIs are now updated, change everything that refers to BB to use
841   // DestBB and remove BB.
842   BB->replaceAllUsesWith(DestBB);
843   BB->eraseFromParent();
844   ++NumBlocksElim;
845
846   LLVM_DEBUG(dbgs() << "AFTER:\n" << *DestBB << "\n\n\n");
847 }
848
849 // Computes a map of base pointer relocation instructions to corresponding
850 // derived pointer relocation instructions given a vector of all relocate calls
851 static void computeBaseDerivedRelocateMap(
852     const SmallVectorImpl<GCRelocateInst *> &AllRelocateCalls,
853     DenseMap<GCRelocateInst *, SmallVector<GCRelocateInst *, 2>>
854         &RelocateInstMap) {
855   // Collect information in two maps: one primarily for locating the base object
856   // while filling the second map; the second map is the final structure holding
857   // a mapping between Base and corresponding Derived relocate calls
858   DenseMap<std::pair<unsigned, unsigned>, GCRelocateInst *> RelocateIdxMap;
859   for (auto *ThisRelocate : AllRelocateCalls) {
860     auto K = std::make_pair(ThisRelocate->getBasePtrIndex(),
861                             ThisRelocate->getDerivedPtrIndex());
862     RelocateIdxMap.insert(std::make_pair(K, ThisRelocate));
863   }
864   for (auto &Item : RelocateIdxMap) {
865     std::pair<unsigned, unsigned> Key = Item.first;
866     if (Key.first == Key.second)
867       // Base relocation: nothing to insert
868       continue;
869
870     GCRelocateInst *I = Item.second;
871     auto BaseKey = std::make_pair(Key.first, Key.first);
872
873     // We're iterating over RelocateIdxMap so we cannot modify it.
874     auto MaybeBase = RelocateIdxMap.find(BaseKey);
875     if (MaybeBase == RelocateIdxMap.end())
876       // TODO: We might want to insert a new base object relocate and gep off
877       // that, if there are enough derived object relocates.
878       continue;
879
880     RelocateInstMap[MaybeBase->second].push_back(I);
881   }
882 }
883
884 // Accepts a GEP and extracts the operands into a vector provided they're all
885 // small integer constants
886 static bool getGEPSmallConstantIntOffsetV(GetElementPtrInst *GEP,
887                                           SmallVectorImpl<Value *> &OffsetV) {
888   for (unsigned i = 1; i < GEP->getNumOperands(); i++) {
889     // Only accept small constant integer operands
890     auto Op = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i));
891     if (!Op || Op->getZExtValue() > 20)
892       return false;
893   }
894
895   for (unsigned i = 1; i < GEP->getNumOperands(); i++)
896     OffsetV.push_back(GEP->getOperand(i));
897   return true;
898 }
899
900 // Takes a RelocatedBase (base pointer relocation instruction) and Targets to
901 // replace, computes a replacement, and affects it.
902 static bool
903 simplifyRelocatesOffABase(GCRelocateInst *RelocatedBase,
904                           const SmallVectorImpl<GCRelocateInst *> &Targets) {
905   bool MadeChange = false;
906   // We must ensure the relocation of derived pointer is defined after
907   // relocation of base pointer. If we find a relocation corresponding to base
908   // defined earlier than relocation of base then we move relocation of base
909   // right before found relocation. We consider only relocation in the same
910   // basic block as relocation of base. Relocations from other basic block will
911   // be skipped by optimization and we do not care about them.
912   for (auto R = RelocatedBase->getParent()->getFirstInsertionPt();
913        &*R != RelocatedBase; ++R)
914     if (auto RI = dyn_cast<GCRelocateInst>(R))
915       if (RI->getStatepoint() == RelocatedBase->getStatepoint())
916         if (RI->getBasePtrIndex() == RelocatedBase->getBasePtrIndex()) {
917           RelocatedBase->moveBefore(RI);
918           break;
919         }
920
921   for (GCRelocateInst *ToReplace : Targets) {
922     assert(ToReplace->getBasePtrIndex() == RelocatedBase->getBasePtrIndex() &&
923            "Not relocating a derived object of the original base object");
924     if (ToReplace->getBasePtrIndex() == ToReplace->getDerivedPtrIndex()) {
925       // A duplicate relocate call. TODO: coalesce duplicates.
926       continue;
927     }
928
929     if (RelocatedBase->getParent() != ToReplace->getParent()) {
930       // Base and derived relocates are in different basic blocks.
931       // In this case transform is only valid when base dominates derived
932       // relocate. However it would be too expensive to check dominance
933       // for each such relocate, so we skip the whole transformation.
934       continue;
935     }
936
937     Value *Base = ToReplace->getBasePtr();
938     auto Derived = dyn_cast<GetElementPtrInst>(ToReplace->getDerivedPtr());
939     if (!Derived || Derived->getPointerOperand() != Base)
940       continue;
941
942     SmallVector<Value *, 2> OffsetV;
943     if (!getGEPSmallConstantIntOffsetV(Derived, OffsetV))
944       continue;
945
946     // Create a Builder and replace the target callsite with a gep
947     assert(RelocatedBase->getNextNode() &&
948            "Should always have one since it's not a terminator");
949
950     // Insert after RelocatedBase
951     IRBuilder<> Builder(RelocatedBase->getNextNode());
952     Builder.SetCurrentDebugLocation(ToReplace->getDebugLoc());
953
954     // If gc_relocate does not match the actual type, cast it to the right type.
955     // In theory, there must be a bitcast after gc_relocate if the type does not
956     // match, and we should reuse it to get the derived pointer. But it could be
957     // cases like this:
958     // bb1:
959     //  ...
960     //  %g1 = call coldcc i8 addrspace(1)* @llvm.experimental.gc.relocate.p1i8(...)
961     //  br label %merge
962     //
963     // bb2:
964     //  ...
965     //  %g2 = call coldcc i8 addrspace(1)* @llvm.experimental.gc.relocate.p1i8(...)
966     //  br label %merge
967     //
968     // merge:
969     //  %p1 = phi i8 addrspace(1)* [ %g1, %bb1 ], [ %g2, %bb2 ]
970     //  %cast = bitcast i8 addrspace(1)* %p1 in to i32 addrspace(1)*
971     //
972     // In this case, we can not find the bitcast any more. So we insert a new bitcast
973     // no matter there is already one or not. In this way, we can handle all cases, and
974     // the extra bitcast should be optimized away in later passes.
975     Value *ActualRelocatedBase = RelocatedBase;
976     if (RelocatedBase->getType() != Base->getType()) {
977       ActualRelocatedBase =
978           Builder.CreateBitCast(RelocatedBase, Base->getType());
979     }
980     Value *Replacement = Builder.CreateGEP(
981         Derived->getSourceElementType(), ActualRelocatedBase, makeArrayRef(OffsetV));
982     Replacement->takeName(ToReplace);
983     // If the newly generated derived pointer's type does not match the original derived
984     // pointer's type, cast the new derived pointer to match it. Same reasoning as above.
985     Value *ActualReplacement = Replacement;
986     if (Replacement->getType() != ToReplace->getType()) {
987       ActualReplacement =
988           Builder.CreateBitCast(Replacement, ToReplace->getType());
989     }
990     ToReplace->replaceAllUsesWith(ActualReplacement);
991     ToReplace->eraseFromParent();
992
993     MadeChange = true;
994   }
995   return MadeChange;
996 }
997
998 // Turns this:
999 //
1000 // %base = ...
1001 // %ptr = gep %base + 15
1002 // %tok = statepoint (%fun, i32 0, i32 0, i32 0, %base, %ptr)
1003 // %base' = relocate(%tok, i32 4, i32 4)
1004 // %ptr' = relocate(%tok, i32 4, i32 5)
1005 // %val = load %ptr'
1006 //
1007 // into this:
1008 //
1009 // %base = ...
1010 // %ptr = gep %base + 15
1011 // %tok = statepoint (%fun, i32 0, i32 0, i32 0, %base, %ptr)
1012 // %base' = gc.relocate(%tok, i32 4, i32 4)
1013 // %ptr' = gep %base' + 15
1014 // %val = load %ptr'
1015 bool CodeGenPrepare::simplifyOffsetableRelocate(Instruction &I) {
1016   bool MadeChange = false;
1017   SmallVector<GCRelocateInst *, 2> AllRelocateCalls;
1018
1019   for (auto *U : I.users())
1020     if (GCRelocateInst *Relocate = dyn_cast<GCRelocateInst>(U))
1021       // Collect all the relocate calls associated with a statepoint
1022       AllRelocateCalls.push_back(Relocate);
1023
1024   // We need atleast one base pointer relocation + one derived pointer
1025   // relocation to mangle
1026   if (AllRelocateCalls.size() < 2)
1027     return false;
1028
1029   // RelocateInstMap is a mapping from the base relocate instruction to the
1030   // corresponding derived relocate instructions
1031   DenseMap<GCRelocateInst *, SmallVector<GCRelocateInst *, 2>> RelocateInstMap;
1032   computeBaseDerivedRelocateMap(AllRelocateCalls, RelocateInstMap);
1033   if (RelocateInstMap.empty())
1034     return false;
1035
1036   for (auto &Item : RelocateInstMap)
1037     // Item.first is the RelocatedBase to offset against
1038     // Item.second is the vector of Targets to replace
1039     MadeChange = simplifyRelocatesOffABase(Item.first, Item.second);
1040   return MadeChange;
1041 }
1042
1043 /// SinkCast - Sink the specified cast instruction into its user blocks
1044 static bool SinkCast(CastInst *CI) {
1045   BasicBlock *DefBB = CI->getParent();
1046
1047   /// InsertedCasts - Only insert a cast in each block once.
1048   DenseMap<BasicBlock*, CastInst*> InsertedCasts;
1049
1050   bool MadeChange = false;
1051   for (Value::user_iterator UI = CI->user_begin(), E = CI->user_end();
1052        UI != E; ) {
1053     Use &TheUse = UI.getUse();
1054     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1055
1056     // Figure out which BB this cast is used in.  For PHI's this is the
1057     // appropriate predecessor block.
1058     BasicBlock *UserBB = User->getParent();
1059     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
1060       UserBB = PN->getIncomingBlock(TheUse);
1061     }
1062
1063     // Preincrement use iterator so we don't invalidate it.
1064     ++UI;
1065
1066     // The first insertion point of a block containing an EH pad is after the
1067     // pad.  If the pad is the user, we cannot sink the cast past the pad.
1068     if (User->isEHPad())
1069       continue;
1070
1071     // If the block selected to receive the cast is an EH pad that does not
1072     // allow non-PHI instructions before the terminator, we can't sink the
1073     // cast.
1074     if (UserBB->getTerminator()->isEHPad())
1075       continue;
1076
1077     // If this user is in the same block as the cast, don't change the cast.
1078     if (UserBB == DefBB) continue;
1079
1080     // If we have already inserted a cast into this block, use it.
1081     CastInst *&InsertedCast = InsertedCasts[UserBB];
1082
1083     if (!InsertedCast) {
1084       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->getFirstInsertionPt();
1085       assert(InsertPt != UserBB->end());
1086       InsertedCast = CastInst::Create(CI->getOpcode(), CI->getOperand(0),
1087                                       CI->getType(), "", &*InsertPt);
1088       InsertedCast->setDebugLoc(CI->getDebugLoc());
1089     }
1090
1091     // Replace a use of the cast with a use of the new cast.
1092     TheUse = InsertedCast;
1093     MadeChange = true;
1094     ++NumCastUses;
1095   }
1096
1097   // If we removed all uses, nuke the cast.
1098   if (CI->use_empty()) {
1099     salvageDebugInfo(*CI);
1100     CI->eraseFromParent();
1101     MadeChange = true;
1102   }
1103
1104   return MadeChange;
1105 }
1106
1107 /// If the specified cast instruction is a noop copy (e.g. it's casting from
1108 /// one pointer type to another, i32->i8 on PPC), sink it into user blocks to
1109 /// reduce the number of virtual registers that must be created and coalesced.
1110 ///
1111 /// Return true if any changes are made.
1112 static bool OptimizeNoopCopyExpression(CastInst *CI, const TargetLowering &TLI,
1113                                        const DataLayout &DL) {
1114   // Sink only "cheap" (or nop) address-space casts.  This is a weaker condition
1115   // than sinking only nop casts, but is helpful on some platforms.
1116   if (auto *ASC = dyn_cast<AddrSpaceCastInst>(CI)) {
1117     if (!TLI.isCheapAddrSpaceCast(ASC->getSrcAddressSpace(),
1118                                   ASC->getDestAddressSpace()))
1119       return false;
1120   }
1121
1122   // If this is a noop copy,
1123   EVT SrcVT = TLI.getValueType(DL, CI->getOperand(0)->getType());
1124   EVT DstVT = TLI.getValueType(DL, CI->getType());
1125
1126   // This is an fp<->int conversion?
1127   if (SrcVT.isInteger() != DstVT.isInteger())
1128     return false;
1129
1130   // If this is an extension, it will be a zero or sign extension, which
1131   // isn't a noop.
1132   if (SrcVT.bitsLT(DstVT)) return false;
1133
1134   // If these values will be promoted, find out what they will be promoted
1135   // to.  This helps us consider truncates on PPC as noop copies when they
1136   // are.
1137   if (TLI.getTypeAction(CI->getContext(), SrcVT) ==
1138       TargetLowering::TypePromoteInteger)
1139     SrcVT = TLI.getTypeToTransformTo(CI->getContext(), SrcVT);
1140   if (TLI.getTypeAction(CI->getContext(), DstVT) ==
1141       TargetLowering::TypePromoteInteger)
1142     DstVT = TLI.getTypeToTransformTo(CI->getContext(), DstVT);
1143
1144   // If, after promotion, these are the same types, this is a noop copy.
1145   if (SrcVT != DstVT)
1146     return false;
1147
1148   return SinkCast(CI);
1149 }
1150
1151 /// Try to combine CI into a call to the llvm.uadd.with.overflow intrinsic if
1152 /// possible.
1153 ///
1154 /// Return true if any changes were made.
1155 static bool CombineUAddWithOverflow(CmpInst *CI) {
1156   Value *A, *B;
1157   Instruction *AddI;
1158   if (!match(CI,
1159              m_UAddWithOverflow(m_Value(A), m_Value(B), m_Instruction(AddI))))
1160     return false;
1161
1162   Type *Ty = AddI->getType();
1163   if (!isa<IntegerType>(Ty))
1164     return false;
1165
1166   // We don't want to move around uses of condition values this late, so we we
1167   // check if it is legal to create the call to the intrinsic in the basic
1168   // block containing the icmp:
1169
1170   if (AddI->getParent() != CI->getParent() && !AddI->hasOneUse())
1171     return false;
1172
1173 #ifndef NDEBUG
1174   // Someday m_UAddWithOverflow may get smarter, but this is a safe assumption
1175   // for now:
1176   if (AddI->hasOneUse())
1177     assert(*AddI->user_begin() == CI && "expected!");
1178 #endif
1179
1180   Module *M = CI->getModule();
1181   Value *F = Intrinsic::getDeclaration(M, Intrinsic::uadd_with_overflow, Ty);
1182
1183   auto *InsertPt = AddI->hasOneUse() ? CI : AddI;
1184
1185   DebugLoc Loc = CI->getDebugLoc();
1186   auto *UAddWithOverflow =
1187       CallInst::Create(F, {A, B}, "uadd.overflow", InsertPt);
1188   UAddWithOverflow->setDebugLoc(Loc);
1189   auto *UAdd = ExtractValueInst::Create(UAddWithOverflow, 0, "uadd", InsertPt);
1190   UAdd->setDebugLoc(Loc);
1191   auto *Overflow =
1192       ExtractValueInst::Create(UAddWithOverflow, 1, "overflow", InsertPt);
1193   Overflow->setDebugLoc(Loc);
1194
1195   CI->replaceAllUsesWith(Overflow);
1196   AddI->replaceAllUsesWith(UAdd);
1197   CI->eraseFromParent();
1198   AddI->eraseFromParent();
1199   return true;
1200 }
1201
1202 /// Sink the given CmpInst into user blocks to reduce the number of virtual
1203 /// registers that must be created and coalesced. This is a clear win except on
1204 /// targets with multiple condition code registers (PowerPC), where it might
1205 /// lose; some adjustment may be wanted there.
1206 ///
1207 /// Return true if any changes are made.
1208 static bool SinkCmpExpression(CmpInst *CI, const TargetLowering *TLI) {
1209   BasicBlock *DefBB = CI->getParent();
1210
1211   // Avoid sinking soft-FP comparisons, since this can move them into a loop.
1212   if (TLI && TLI->useSoftFloat() && isa<FCmpInst>(CI))
1213     return false;
1214
1215   // Only insert a cmp in each block once.
1216   DenseMap<BasicBlock*, CmpInst*> InsertedCmps;
1217
1218   bool MadeChange = false;
1219   for (Value::user_iterator UI = CI->user_begin(), E = CI->user_end();
1220        UI != E; ) {
1221     Use &TheUse = UI.getUse();
1222     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1223
1224     // Preincrement use iterator so we don't invalidate it.
1225     ++UI;
1226
1227     // Don't bother for PHI nodes.
1228     if (isa<PHINode>(User))
1229       continue;
1230
1231     // Figure out which BB this cmp is used in.
1232     BasicBlock *UserBB = User->getParent();
1233
1234     // If this user is in the same block as the cmp, don't change the cmp.
1235     if (UserBB == DefBB) continue;
1236
1237     // If we have already inserted a cmp into this block, use it.
1238     CmpInst *&InsertedCmp = InsertedCmps[UserBB];
1239
1240     if (!InsertedCmp) {
1241       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->getFirstInsertionPt();
1242       assert(InsertPt != UserBB->end());
1243       InsertedCmp =
1244           CmpInst::Create(CI->getOpcode(), CI->getPredicate(),
1245                           CI->getOperand(0), CI->getOperand(1), "", &*InsertPt);
1246       // Propagate the debug info.
1247       InsertedCmp->setDebugLoc(CI->getDebugLoc());
1248     }
1249
1250     // Replace a use of the cmp with a use of the new cmp.
1251     TheUse = InsertedCmp;
1252     MadeChange = true;
1253     ++NumCmpUses;
1254   }
1255
1256   // If we removed all uses, nuke the cmp.
1257   if (CI->use_empty()) {
1258     CI->eraseFromParent();
1259     MadeChange = true;
1260   }
1261
1262   return MadeChange;
1263 }
1264
1265 static bool OptimizeCmpExpression(CmpInst *CI, const TargetLowering *TLI) {
1266   if (SinkCmpExpression(CI, TLI))
1267     return true;
1268
1269   if (CombineUAddWithOverflow(CI))
1270     return true;
1271
1272   return false;
1273 }
1274
1275 /// Duplicate and sink the given 'and' instruction into user blocks where it is
1276 /// used in a compare to allow isel to generate better code for targets where
1277 /// this operation can be combined.
1278 ///
1279 /// Return true if any changes are made.
1280 static bool sinkAndCmp0Expression(Instruction *AndI,
1281                                   const TargetLowering &TLI,
1282                                   SetOfInstrs &InsertedInsts) {
1283   // Double-check that we're not trying to optimize an instruction that was
1284   // already optimized by some other part of this pass.
1285   assert(!InsertedInsts.count(AndI) &&
1286          "Attempting to optimize already optimized and instruction");
1287   (void) InsertedInsts;
1288
1289   // Nothing to do for single use in same basic block.
1290   if (AndI->hasOneUse() &&
1291       AndI->getParent() == cast<Instruction>(*AndI->user_begin())->getParent())
1292     return false;
1293
1294   // Try to avoid cases where sinking/duplicating is likely to increase register
1295   // pressure.
1296   if (!isa<ConstantInt>(AndI->getOperand(0)) &&
1297       !isa<ConstantInt>(AndI->getOperand(1)) &&
1298       AndI->getOperand(0)->hasOneUse() && AndI->getOperand(1)->hasOneUse())
1299     return false;
1300
1301   for (auto *U : AndI->users()) {
1302     Instruction *User = cast<Instruction>(U);
1303
1304     // Only sink for and mask feeding icmp with 0.
1305     if (!isa<ICmpInst>(User))
1306       return false;
1307
1308     auto *CmpC = dyn_cast<ConstantInt>(User->getOperand(1));
1309     if (!CmpC || !CmpC->isZero())
1310       return false;
1311   }
1312
1313   if (!TLI.isMaskAndCmp0FoldingBeneficial(*AndI))
1314     return false;
1315
1316   LLVM_DEBUG(dbgs() << "found 'and' feeding only icmp 0;\n");
1317   LLVM_DEBUG(AndI->getParent()->dump());
1318
1319   // Push the 'and' into the same block as the icmp 0.  There should only be
1320   // one (icmp (and, 0)) in each block, since CSE/GVN should have removed any
1321   // others, so we don't need to keep track of which BBs we insert into.
1322   for (Value::user_iterator UI = AndI->user_begin(), E = AndI->user_end();
1323        UI != E; ) {
1324     Use &TheUse = UI.getUse();
1325     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1326
1327     // Preincrement use iterator so we don't invalidate it.
1328     ++UI;
1329
1330     LLVM_DEBUG(dbgs() << "sinking 'and' use: " << *User << "\n");
1331
1332     // Keep the 'and' in the same place if the use is already in the same block.
1333     Instruction *InsertPt =
1334         User->getParent() == AndI->getParent() ? AndI : User;
1335     Instruction *InsertedAnd =
1336         BinaryOperator::Create(Instruction::And, AndI->getOperand(0),
1337                                AndI->getOperand(1), "", InsertPt);
1338     // Propagate the debug info.
1339     InsertedAnd->setDebugLoc(AndI->getDebugLoc());
1340
1341     // Replace a use of the 'and' with a use of the new 'and'.
1342     TheUse = InsertedAnd;
1343     ++NumAndUses;
1344     LLVM_DEBUG(User->getParent()->dump());
1345   }
1346
1347   // We removed all uses, nuke the and.
1348   AndI->eraseFromParent();
1349   return true;
1350 }
1351
1352 /// Check if the candidates could be combined with a shift instruction, which
1353 /// includes:
1354 /// 1. Truncate instruction
1355 /// 2. And instruction and the imm is a mask of the low bits:
1356 /// imm & (imm+1) == 0
1357 static bool isExtractBitsCandidateUse(Instruction *User) {
1358   if (!isa<TruncInst>(User)) {
1359     if (User->getOpcode() != Instruction::And ||
1360         !isa<ConstantInt>(User->getOperand(1)))
1361       return false;
1362
1363     const APInt &Cimm = cast<ConstantInt>(User->getOperand(1))->getValue();
1364
1365     if ((Cimm & (Cimm + 1)).getBoolValue())
1366       return false;
1367   }
1368   return true;
1369 }
1370
1371 /// Sink both shift and truncate instruction to the use of truncate's BB.
1372 static bool
1373 SinkShiftAndTruncate(BinaryOperator *ShiftI, Instruction *User, ConstantInt *CI,
1374                      DenseMap<BasicBlock *, BinaryOperator *> &InsertedShifts,
1375                      const TargetLowering &TLI, const DataLayout &DL) {
1376   BasicBlock *UserBB = User->getParent();
1377   DenseMap<BasicBlock *, CastInst *> InsertedTruncs;
1378   TruncInst *TruncI = dyn_cast<TruncInst>(User);
1379   bool MadeChange = false;
1380
1381   for (Value::user_iterator TruncUI = TruncI->user_begin(),
1382                             TruncE = TruncI->user_end();
1383        TruncUI != TruncE;) {
1384
1385     Use &TruncTheUse = TruncUI.getUse();
1386     Instruction *TruncUser = cast<Instruction>(*TruncUI);
1387     // Preincrement use iterator so we don't invalidate it.
1388
1389     ++TruncUI;
1390
1391     int ISDOpcode = TLI.InstructionOpcodeToISD(TruncUser->getOpcode());
1392     if (!ISDOpcode)
1393       continue;
1394
1395     // If the use is actually a legal node, there will not be an
1396     // implicit truncate.
1397     // FIXME: always querying the result type is just an
1398     // approximation; some nodes' legality is determined by the
1399     // operand or other means. There's no good way to find out though.
1400     if (TLI.isOperationLegalOrCustom(
1401             ISDOpcode, TLI.getValueType(DL, TruncUser->getType(), true)))
1402       continue;
1403
1404     // Don't bother for PHI nodes.
1405     if (isa<PHINode>(TruncUser))
1406       continue;
1407
1408     BasicBlock *TruncUserBB = TruncUser->getParent();
1409
1410     if (UserBB == TruncUserBB)
1411       continue;
1412
1413     BinaryOperator *&InsertedShift = InsertedShifts[TruncUserBB];
1414     CastInst *&InsertedTrunc = InsertedTruncs[TruncUserBB];
1415
1416     if (!InsertedShift && !InsertedTrunc) {
1417       BasicBlock::iterator InsertPt = TruncUserBB->getFirstInsertionPt();
1418       assert(InsertPt != TruncUserBB->end());
1419       // Sink the shift
1420       if (ShiftI->getOpcode() == Instruction::AShr)
1421         InsertedShift = BinaryOperator::CreateAShr(ShiftI->getOperand(0), CI,
1422                                                    "", &*InsertPt);
1423       else
1424         InsertedShift = BinaryOperator::CreateLShr(ShiftI->getOperand(0), CI,
1425                                                    "", &*InsertPt);
1426       InsertedShift->setDebugLoc(ShiftI->getDebugLoc());
1427
1428       // Sink the trunc
1429       BasicBlock::iterator TruncInsertPt = TruncUserBB->getFirstInsertionPt();
1430       TruncInsertPt++;
1431       assert(TruncInsertPt != TruncUserBB->end());
1432
1433       InsertedTrunc = CastInst::Create(TruncI->getOpcode(), InsertedShift,
1434                                        TruncI->getType(), "", &*TruncInsertPt);
1435       InsertedTrunc->setDebugLoc(TruncI->getDebugLoc());
1436
1437       MadeChange = true;
1438
1439       TruncTheUse = InsertedTrunc;
1440     }
1441   }
1442   return MadeChange;
1443 }
1444
1445 /// Sink the shift *right* instruction into user blocks if the uses could
1446 /// potentially be combined with this shift instruction and generate BitExtract
1447 /// instruction. It will only be applied if the architecture supports BitExtract
1448 /// instruction. Here is an example:
1449 /// BB1:
1450 ///   %x.extract.shift = lshr i64 %arg1, 32
1451 /// BB2:
1452 ///   %x.extract.trunc = trunc i64 %x.extract.shift to i16
1453 /// ==>
1454 ///
1455 /// BB2:
1456 ///   %x.extract.shift.1 = lshr i64 %arg1, 32
1457 ///   %x.extract.trunc = trunc i64 %x.extract.shift.1 to i16
1458 ///
1459 /// CodeGen will recognize the pattern in BB2 and generate BitExtract
1460 /// instruction.
1461 /// Return true if any changes are made.
1462 static bool OptimizeExtractBits(BinaryOperator *ShiftI, ConstantInt *CI,
1463                                 const TargetLowering &TLI,
1464                                 const DataLayout &DL) {
1465   BasicBlock *DefBB = ShiftI->getParent();
1466
1467   /// Only insert instructions in each block once.
1468   DenseMap<BasicBlock *, BinaryOperator *> InsertedShifts;
1469
1470   bool shiftIsLegal = TLI.isTypeLegal(TLI.getValueType(DL, ShiftI->getType()));
1471
1472   bool MadeChange = false;
1473   for (Value::user_iterator UI = ShiftI->user_begin(), E = ShiftI->user_end();
1474        UI != E;) {
1475     Use &TheUse = UI.getUse();
1476     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1477     // Preincrement use iterator so we don't invalidate it.
1478     ++UI;
1479
1480     // Don't bother for PHI nodes.
1481     if (isa<PHINode>(User))
1482       continue;
1483
1484     if (!isExtractBitsCandidateUse(User))
1485       continue;
1486
1487     BasicBlock *UserBB = User->getParent();
1488
1489     if (UserBB == DefBB) {
1490       // If the shift and truncate instruction are in the same BB. The use of
1491       // the truncate(TruncUse) may still introduce another truncate if not
1492       // legal. In this case, we would like to sink both shift and truncate
1493       // instruction to the BB of TruncUse.
1494       // for example:
1495       // BB1:
1496       // i64 shift.result = lshr i64 opnd, imm
1497       // trunc.result = trunc shift.result to i16
1498       //
1499       // BB2:
1500       //   ----> We will have an implicit truncate here if the architecture does
1501       //   not have i16 compare.
1502       // cmp i16 trunc.result, opnd2
1503       //
1504       if (isa<TruncInst>(User) && shiftIsLegal
1505           // If the type of the truncate is legal, no truncate will be
1506           // introduced in other basic blocks.
1507           &&
1508           (!TLI.isTypeLegal(TLI.getValueType(DL, User->getType()))))
1509         MadeChange =
1510             SinkShiftAndTruncate(ShiftI, User, CI, InsertedShifts, TLI, DL);
1511
1512       continue;
1513     }
1514     // If we have already inserted a shift into this block, use it.
1515     BinaryOperator *&InsertedShift = InsertedShifts[UserBB];
1516
1517     if (!InsertedShift) {
1518       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->getFirstInsertionPt();
1519       assert(InsertPt != UserBB->end());
1520
1521       if (ShiftI->getOpcode() == Instruction::AShr)
1522         InsertedShift = BinaryOperator::CreateAShr(ShiftI->getOperand(0), CI,
1523                                                    "", &*InsertPt);
1524       else
1525         InsertedShift = BinaryOperator::CreateLShr(ShiftI->getOperand(0), CI,
1526                                                    "", &*InsertPt);
1527       InsertedShift->setDebugLoc(ShiftI->getDebugLoc());
1528
1529       MadeChange = true;
1530     }
1531
1532     // Replace a use of the shift with a use of the new shift.
1533     TheUse = InsertedShift;
1534   }
1535
1536   // If we removed all uses, nuke the shift.
1537   if (ShiftI->use_empty()) {
1538     salvageDebugInfo(*ShiftI);
1539     ShiftI->eraseFromParent();
1540   }
1541
1542   return MadeChange;
1543 }
1544
1545 /// If counting leading or trailing zeros is an expensive operation and a zero
1546 /// input is defined, add a check for zero to avoid calling the intrinsic.
1547 ///
1548 /// We want to transform:
1549 ///     %z = call i64 @llvm.cttz.i64(i64 %A, i1 false)
1550 ///
1551 /// into:
1552 ///   entry:
1553 ///     %cmpz = icmp eq i64 %A, 0
1554 ///     br i1 %cmpz, label %cond.end, label %cond.false
1555 ///   cond.false:
1556 ///     %z = call i64 @llvm.cttz.i64(i64 %A, i1 true)
1557 ///     br label %cond.end
1558 ///   cond.end:
1559 ///     %ctz = phi i64 [ 64, %entry ], [ %z, %cond.false ]
1560 ///
1561 /// If the transform is performed, return true and set ModifiedDT to true.
1562 static bool despeculateCountZeros(IntrinsicInst *CountZeros,
1563                                   const TargetLowering *TLI,
1564                                   const DataLayout *DL,
1565                                   bool &ModifiedDT) {
1566   if (!TLI || !DL)
1567     return false;
1568
1569   // If a zero input is undefined, it doesn't make sense to despeculate that.
1570   if (match(CountZeros->getOperand(1), m_One()))
1571     return false;
1572
1573   // If it's cheap to speculate, there's nothing to do.
1574   auto IntrinsicID = CountZeros->getIntrinsicID();
1575   if ((IntrinsicID == Intrinsic::cttz && TLI->isCheapToSpeculateCttz()) ||
1576       (IntrinsicID == Intrinsic::ctlz && TLI->isCheapToSpeculateCtlz()))
1577     return false;
1578
1579   // Only handle legal scalar cases. Anything else requires too much work.
1580   Type *Ty = CountZeros->getType();
1581   unsigned SizeInBits = Ty->getPrimitiveSizeInBits();
1582   if (Ty->isVectorTy() || SizeInBits > DL->getLargestLegalIntTypeSizeInBits())
1583     return false;
1584
1585   // The intrinsic will be sunk behind a compare against zero and branch.
1586   BasicBlock *StartBlock = CountZeros->getParent();
1587   BasicBlock *CallBlock = StartBlock->splitBasicBlock(CountZeros, "cond.false");
1588
1589   // Create another block after the count zero intrinsic. A PHI will be added
1590   // in this block to select the result of the intrinsic or the bit-width
1591   // constant if the input to the intrinsic is zero.
1592   BasicBlock::iterator SplitPt = ++(BasicBlock::iterator(CountZeros));
1593   BasicBlock *EndBlock = CallBlock->splitBasicBlock(SplitPt, "cond.end");
1594
1595   // Set up a builder to create a compare, conditional branch, and PHI.
1596   IRBuilder<> Builder(CountZeros->getContext());
1597   Builder.SetInsertPoint(StartBlock->getTerminator());
1598   Builder.SetCurrentDebugLocation(CountZeros->getDebugLoc());
1599
1600   // Replace the unconditional branch that was created by the first split with
1601   // a compare against zero and a conditional branch.
1602   Value *Zero = Constant::getNullValue(Ty);
1603   Value *Cmp = Builder.CreateICmpEQ(CountZeros->getOperand(0), Zero, "cmpz");
1604   Builder.CreateCondBr(Cmp, EndBlock, CallBlock);
1605   StartBlock->getTerminator()->eraseFromParent();
1606
1607   // Create a PHI in the end block to select either the output of the intrinsic
1608   // or the bit width of the operand.
1609   Builder.SetInsertPoint(&EndBlock->front());
1610   PHINode *PN = Builder.CreatePHI(Ty, 2, "ctz");
1611   CountZeros->replaceAllUsesWith(PN);
1612   Value *BitWidth = Builder.getInt(APInt(SizeInBits, SizeInBits));
1613   PN->addIncoming(BitWidth, StartBlock);
1614   PN->addIncoming(CountZeros, CallBlock);
1615
1616   // We are explicitly handling the zero case, so we can set the intrinsic's
1617   // undefined zero argument to 'true'. This will also prevent reprocessing the
1618   // intrinsic; we only despeculate when a zero input is defined.
1619   CountZeros->setArgOperand(1, Builder.getTrue());
1620   ModifiedDT = true;
1621   return true;
1622 }
1623
1624 bool CodeGenPrepare::optimizeCallInst(CallInst *CI, bool &ModifiedDT) {
1625   BasicBlock *BB = CI->getParent();
1626
1627   // Lower inline assembly if we can.
1628   // If we found an inline asm expession, and if the target knows how to
1629   // lower it to normal LLVM code, do so now.
1630   if (TLI && isa<InlineAsm>(CI->getCalledValue())) {
1631     if (TLI->ExpandInlineAsm(CI)) {
1632       // Avoid invalidating the iterator.
1633       CurInstIterator = BB->begin();
1634       // Avoid processing instructions out of order, which could cause
1635       // reuse before a value is defined.
1636       SunkAddrs.clear();
1637       return true;
1638     }
1639     // Sink address computing for memory operands into the block.
1640     if (optimizeInlineAsmInst(CI))
1641       return true;
1642   }
1643
1644   // Align the pointer arguments to this call if the target thinks it's a good
1645   // idea
1646   unsigned MinSize, PrefAlign;
1647   if (TLI && TLI->shouldAlignPointerArgs(CI, MinSize, PrefAlign)) {
1648     for (auto &Arg : CI->arg_operands()) {
1649       // We want to align both objects whose address is used directly and
1650       // objects whose address is used in casts and GEPs, though it only makes
1651       // sense for GEPs if the offset is a multiple of the desired alignment and
1652       // if size - offset meets the size threshold.
1653       if (!Arg->getType()->isPointerTy())
1654         continue;
1655       APInt Offset(DL->getIndexSizeInBits(
1656                        cast<PointerType>(Arg->getType())->getAddressSpace()),
1657                    0);
1658       Value *Val = Arg->stripAndAccumulateInBoundsConstantOffsets(*DL, Offset);
1659       uint64_t Offset2 = Offset.getLimitedValue();
1660       if ((Offset2 & (PrefAlign-1)) != 0)
1661         continue;
1662       AllocaInst *AI;
1663       if ((AI = dyn_cast<AllocaInst>(Val)) && AI->getAlignment() < PrefAlign &&
1664           DL->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType()) >= MinSize + Offset2)
1665         AI->setAlignment(PrefAlign);
1666       // Global variables can only be aligned if they are defined in this
1667       // object (i.e. they are uniquely initialized in this object), and
1668       // over-aligning global variables that have an explicit section is
1669       // forbidden.
1670       GlobalVariable *GV;
1671       if ((GV = dyn_cast<GlobalVariable>(Val)) && GV->canIncreaseAlignment() &&
1672           GV->getPointerAlignment(*DL) < PrefAlign &&
1673           DL->getTypeAllocSize(GV->getValueType()) >=
1674               MinSize + Offset2)
1675         GV->setAlignment(PrefAlign);
1676     }
1677     // If this is a memcpy (or similar) then we may be able to improve the
1678     // alignment
1679     if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(CI)) {
1680       unsigned DestAlign = getKnownAlignment(MI->getDest(), *DL);
1681       if (DestAlign > MI->getDestAlignment())
1682         MI->setDestAlignment(DestAlign);
1683       if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(MI)) {
1684         unsigned SrcAlign = getKnownAlignment(MTI->getSource(), *DL);
1685         if (SrcAlign > MTI->getSourceAlignment())
1686           MTI->setSourceAlignment(SrcAlign);
1687       }
1688     }
1689   }
1690
1691   // If we have a cold call site, try to sink addressing computation into the
1692   // cold block.  This interacts with our handling for loads and stores to
1693   // ensure that we can fold all uses of a potential addressing computation
1694   // into their uses.  TODO: generalize this to work over profiling data
1695   if (!OptSize && CI->hasFnAttr(Attribute::Cold))
1696     for (auto &Arg : CI->arg_operands()) {
1697       if (!Arg->getType()->isPointerTy())
1698         continue;
1699       unsigned AS = Arg->getType()->getPointerAddressSpace();
1700       return optimizeMemoryInst(CI, Arg, Arg->getType(), AS);
1701     }
1702
1703   IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CI);
1704   if (II) {
1705     switch (II->getIntrinsicID()) {
1706     default: break;
1707     case Intrinsic::objectsize: {
1708       // Lower all uses of llvm.objectsize.*
1709       ConstantInt *RetVal =
1710           lowerObjectSizeCall(II, *DL, TLInfo, /*MustSucceed=*/true);
1711
1712       resetIteratorIfInvalidatedWhileCalling(BB, [&]() {
1713         replaceAndRecursivelySimplify(CI, RetVal, TLInfo, nullptr);
1714       });
1715       return true;
1716     }
1717     case Intrinsic::is_constant: {
1718       // If is_constant hasn't folded away yet, lower it to false now.
1719       Constant *RetVal = ConstantInt::get(II->getType(), 0);
1720       resetIteratorIfInvalidatedWhileCalling(BB, [&]() {
1721         replaceAndRecursivelySimplify(CI, RetVal, TLInfo, nullptr);
1722       });
1723       return true;
1724     }
1725     case Intrinsic::aarch64_stlxr:
1726     case Intrinsic::aarch64_stxr: {
1727       ZExtInst *ExtVal = dyn_cast<ZExtInst>(CI->getArgOperand(0));
1728       if (!ExtVal || !ExtVal->hasOneUse() ||
1729           ExtVal->getParent() == CI->getParent())
1730         return false;
1731       // Sink a zext feeding stlxr/stxr before it, so it can be folded into it.
1732       ExtVal->moveBefore(CI);
1733       // Mark this instruction as "inserted by CGP", so that other
1734       // optimizations don't touch it.
1735       InsertedInsts.insert(ExtVal);
1736       return true;
1737     }
1738     case Intrinsic::launder_invariant_group:
1739     case Intrinsic::strip_invariant_group: {
1740       Value *ArgVal = II->getArgOperand(0);
1741       auto it = LargeOffsetGEPMap.find(II);
1742       if (it != LargeOffsetGEPMap.end()) {
1743           // Merge entries in LargeOffsetGEPMap to reflect the RAUW.
1744           // Make sure not to have to deal with iterator invalidation
1745           // after possibly adding ArgVal to LargeOffsetGEPMap.
1746           auto GEPs = std::move(it->second);
1747           LargeOffsetGEPMap[ArgVal].append(GEPs.begin(), GEPs.end());
1748           LargeOffsetGEPMap.erase(II);
1749       }
1750
1751       II->replaceAllUsesWith(ArgVal);
1752       II->eraseFromParent();
1753       return true;
1754     }
1755     case Intrinsic::cttz:
1756     case Intrinsic::ctlz:
1757       // If counting zeros is expensive, try to avoid it.
1758       return despeculateCountZeros(II, TLI, DL, ModifiedDT);
1759     }
1760
1761     if (TLI) {
1762       SmallVector<Value*, 2> PtrOps;
1763       Type *AccessTy;
1764       if (TLI->getAddrModeArguments(II, PtrOps, AccessTy))
1765         while (!PtrOps.empty()) {
1766           Value *PtrVal = PtrOps.pop_back_val();
1767           unsigned AS = PtrVal->getType()->getPointerAddressSpace();
1768           if (optimizeMemoryInst(II, PtrVal, AccessTy, AS))
1769             return true;
1770         }
1771     }
1772   }
1773
1774   // From here on out we're working with named functions.
1775   if (!CI->getCalledFunction()) return false;
1776
1777   // Lower all default uses of _chk calls.  This is very similar
1778   // to what InstCombineCalls does, but here we are only lowering calls
1779   // to fortified library functions (e.g. __memcpy_chk) that have the default
1780   // "don't know" as the objectsize.  Anything else should be left alone.
1781   FortifiedLibCallSimplifier Simplifier(TLInfo, true);
1782   if (Value *V = Simplifier.optimizeCall(CI)) {
1783     CI->replaceAllUsesWith(V);
1784     CI->eraseFromParent();
1785     return true;
1786   }
1787
1788   return false;
1789 }
1790
1791 /// Look for opportunities to duplicate return instructions to the predecessor
1792 /// to enable tail call optimizations. The case it is currently looking for is:
1793 /// @code
1794 /// bb0:
1795 ///   %tmp0 = tail call i32 @f0()
1796 ///   br label %return
1797 /// bb1:
1798 ///   %tmp1 = tail call i32 @f1()
1799 ///   br label %return
1800 /// bb2:
1801 ///   %tmp2 = tail call i32 @f2()
1802 ///   br label %return
1803 /// return:
1804 ///   %retval = phi i32 [ %tmp0, %bb0 ], [ %tmp1, %bb1 ], [ %tmp2, %bb2 ]
1805 ///   ret i32 %retval
1806 /// @endcode
1807 ///
1808 /// =>
1809 ///
1810 /// @code
1811 /// bb0:
1812 ///   %tmp0 = tail call i32 @f0()
1813 ///   ret i32 %tmp0
1814 /// bb1:
1815 ///   %tmp1 = tail call i32 @f1()
1816 ///   ret i32 %tmp1
1817 /// bb2:
1818 ///   %tmp2 = tail call i32 @f2()
1819 ///   ret i32 %tmp2
1820 /// @endcode
1821 bool CodeGenPrepare::dupRetToEnableTailCallOpts(BasicBlock *BB) {
1822   if (!TLI)
1823     return false;
1824
1825   ReturnInst *RetI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator());
1826   if (!RetI)
1827     return false;
1828
1829   PHINode *PN = nullptr;
1830   BitCastInst *BCI = nullptr;
1831   Value *V = RetI->getReturnValue();
1832   if (V) {
1833     BCI = dyn_cast<BitCastInst>(V);
1834     if (BCI)
1835       V = BCI->getOperand(0);
1836
1837     PN = dyn_cast<PHINode>(V);
1838     if (!PN)
1839       return false;
1840   }
1841
1842   if (PN && PN->getParent() != BB)
1843     return false;
1844
1845   // Make sure there are no instructions between the PHI and return, or that the
1846   // return is the first instruction in the block.
1847   if (PN) {
1848     BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
1849     do { ++BI; } while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BI));
1850     if (&*BI == BCI)
1851       // Also skip over the bitcast.
1852       ++BI;
1853     if (&*BI != RetI)
1854       return false;
1855   } else {
1856     BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
1857     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BI)) ++BI;
1858     if (&*BI != RetI)
1859       return false;
1860   }
1861
1862   /// Only dup the ReturnInst if the CallInst is likely to be emitted as a tail
1863   /// call.
1864   const Function *F = BB->getParent();
1865   SmallVector<CallInst*, 4> TailCalls;
1866   if (PN) {
1867     for (unsigned I = 0, E = PN->getNumIncomingValues(); I != E; ++I) {
1868       CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(PN->getIncomingValue(I));
1869       // Make sure the phi value is indeed produced by the tail call.
1870       if (CI && CI->hasOneUse() && CI->getParent() == PN->getIncomingBlock(I) &&
1871           TLI->mayBeEmittedAsTailCall(CI) &&
1872           attributesPermitTailCall(F, CI, RetI, *TLI))
1873         TailCalls.push_back(CI);
1874     }
1875   } else {
1876     SmallPtrSet<BasicBlock*, 4> VisitedBBs;
1877     for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB); PI != PE; ++PI) {
1878       if (!VisitedBBs.insert(*PI).second)
1879         continue;
1880
1881       BasicBlock::InstListType &InstList = (*PI)->getInstList();
1882       BasicBlock::InstListType::reverse_iterator RI = InstList.rbegin();
1883       BasicBlock::InstListType::reverse_iterator RE = InstList.rend();
1884       do { ++RI; } while (RI != RE && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI));
1885       if (RI == RE)
1886         continue;
1887
1888       CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(&*RI);
1889       if (CI && CI->use_empty() && TLI->mayBeEmittedAsTailCall(CI) &&
1890           attributesPermitTailCall(F, CI, RetI, *TLI))
1891         TailCalls.push_back(CI);
1892     }
1893   }
1894
1895   bool Changed = false;
1896   for (unsigned i = 0, e = TailCalls.size(); i != e; ++i) {
1897     CallInst *CI = TailCalls[i];
1898     CallSite CS(CI);
1899
1900     // Make sure the call instruction is followed by an unconditional branch to
1901     // the return block.
1902     BasicBlock *CallBB = CI->getParent();
1903     BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(CallBB->getTerminator());
1904     if (!BI || !BI->isUnconditional() || BI->getSuccessor(0) != BB)
1905       continue;
1906
1907     // Duplicate the return into CallBB.
1908     (void)FoldReturnIntoUncondBranch(RetI, BB, CallBB);
1909     ModifiedDT = Changed = true;
1910     ++NumRetsDup;
1911   }
1912
1913   // If we eliminated all predecessors of the block, delete the block now.
1914   if (Changed && !BB->hasAddressTaken() && pred_begin(BB) == pred_end(BB))
1915     BB->eraseFromParent();
1916
1917   return Changed;
1918 }
1919
1920 //===----------------------------------------------------------------------===//
1921 // Memory Optimization
1922 //===----------------------------------------------------------------------===//
1923
1924 namespace {
1925
1926 /// This is an extended version of TargetLowering::AddrMode
1927 /// which holds actual Value*'s for register values.
1928 struct ExtAddrMode : public TargetLowering::AddrMode {
1929   Value *BaseReg = nullptr;
1930   Value *ScaledReg = nullptr;
1931   Value *OriginalValue = nullptr;
1932
1933   enum FieldName {
1934     NoField        = 0x00,
1935     BaseRegField   = 0x01,
1936     BaseGVField    = 0x02,
1937     BaseOffsField  = 0x04,
1938     ScaledRegField = 0x08,
1939     ScaleField     = 0x10,
1940     MultipleFields = 0xff
1941   };
1942
1943   ExtAddrMode() = default;
1944
1945   void print(raw_ostream &OS) const;
1946   void dump() const;
1947
1948   FieldName compare(const ExtAddrMode &other) {
1949     // First check that the types are the same on each field, as differing types
1950     // is something we can't cope with later on.
1951     if (BaseReg && other.BaseReg &&
1952         BaseReg->getType() != other.BaseReg->getType())
1953       return MultipleFields;
1954     if (BaseGV && other.BaseGV &&
1955         BaseGV->getType() != other.BaseGV->getType())
1956       return MultipleFields;
1957     if (ScaledReg && other.ScaledReg &&
1958         ScaledReg->getType() != other.ScaledReg->getType())
1959       return MultipleFields;
1960
1961     // Check each field to see if it differs.
1962     unsigned Result = NoField;
1963     if (BaseReg != other.BaseReg)
1964       Result |= BaseRegField;
1965     if (BaseGV != other.BaseGV)
1966       Result |= BaseGVField;
1967     if (BaseOffs != other.BaseOffs)
1968       Result |= BaseOffsField;
1969     if (ScaledReg != other.ScaledReg)
1970       Result |= ScaledRegField;
1971     // Don't count 0 as being a different scale, because that actually means
1972     // unscaled (which will already be counted by having no ScaledReg).
1973     if (Scale && other.Scale && Scale != other.Scale)
1974       Result |= ScaleField;
1975
1976     if (countPopulation(Result) > 1)
1977       return MultipleFields;
1978     else
1979       return static_cast<FieldName>(Result);
1980   }
1981
1982   // An AddrMode is trivial if it involves no calculation i.e. it is just a base
1983   // with no offset.
1984   bool isTrivial() {
1985     // An AddrMode is (BaseGV + BaseReg + BaseOffs + ScaleReg * Scale) so it is
1986     // trivial if at most one of these terms is nonzero, except that BaseGV and
1987     // BaseReg both being zero actually means a null pointer value, which we
1988     // consider to be 'non-zero' here.
1989     return !BaseOffs && !Scale && !(BaseGV && BaseReg);
1990   }
1991
1992   Value *GetFieldAsValue(FieldName Field, Type *IntPtrTy) {
1993     switch (Field) {
1994     default:
1995       return nullptr;
1996     case BaseRegField:
1997       return BaseReg;
1998     case BaseGVField:
1999       return BaseGV;
2000     case ScaledRegField:
2001       return ScaledReg;
2002     case BaseOffsField:
2003       return ConstantInt::get(IntPtrTy, BaseOffs);
2004     }
2005   }
2006
2007   void SetCombinedField(FieldName Field, Value *V,
2008                         const SmallVectorImpl<ExtAddrMode> &AddrModes) {
2009     switch (Field) {
2010     default:
2011       llvm_unreachable("Unhandled fields are expected to be rejected earlier");
2012       break;
2013     case ExtAddrMode::BaseRegField:
2014       BaseReg = V;
2015       break;
2016     case ExtAddrMode::BaseGVField:
2017       // A combined BaseGV is an Instruction, not a GlobalValue, so it goes
2018       // in the BaseReg field.
2019       assert(BaseReg == nullptr);
2020       BaseReg = V;
2021       BaseGV = nullptr;
2022       break;
2023     case ExtAddrMode::ScaledRegField:
2024       ScaledReg = V;
2025       // If we have a mix of scaled and unscaled addrmodes then we want scale
2026       // to be the scale and not zero.
2027       if (!Scale)
2028         for (const ExtAddrMode &AM : AddrModes)
2029           if (AM.Scale) {
2030             Scale = AM.Scale;
2031             break;
2032           }
2033       break;
2034     case ExtAddrMode::BaseOffsField:
2035       // The offset is no longer a constant, so it goes in ScaledReg with a
2036       // scale of 1.
2037       assert(ScaledReg == nullptr);
2038       ScaledReg = V;
2039       Scale = 1;
2040       BaseOffs = 0;
2041       break;
2042     }
2043   }
2044 };
2045
2046 } // end anonymous namespace
2047
2048 #ifndef NDEBUG
2049 static inline raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const ExtAddrMode &AM) {
2050   AM.print(OS);
2051   return OS;
2052 }
2053 #endif
2054
2055 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
2056 void ExtAddrMode::print(raw_ostream &OS) const {
2057   bool NeedPlus = false;
2058   OS << "[";
2059   if (BaseGV) {
2060     OS << (NeedPlus ? " + " : "")
2061        << "GV:";
2062     BaseGV->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
2063     NeedPlus = true;
2064   }
2065
2066   if (BaseOffs) {
2067     OS << (NeedPlus ? " + " : "")
2068        << BaseOffs;
2069     NeedPlus = true;
2070   }
2071
2072   if (BaseReg) {
2073     OS << (NeedPlus ? " + " : "")
2074        << "Base:";
2075     BaseReg->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
2076     NeedPlus = true;
2077   }
2078   if (Scale) {
2079     OS << (NeedPlus ? " + " : "")
2080        << Scale << "*";
2081     ScaledReg->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
2082   }
2083
2084   OS << ']';
2085 }
2086
2087 LLVM_DUMP_METHOD void ExtAddrMode::dump() const {
2088   print(dbgs());
2089   dbgs() << '\n';
2090 }
2091 #endif
2092
2093 namespace {
2094
2095 /// This class provides transaction based operation on the IR.
2096 /// Every change made through this class is recorded in the internal state and
2097 /// can be undone (rollback) until commit is called.
2098 class TypePromotionTransaction {
2099   /// This represents the common interface of the individual transaction.
2100   /// Each class implements the logic for doing one specific modification on
2101   /// the IR via the TypePromotionTransaction.
2102   class TypePromotionAction {
2103   protected:
2104     /// The Instruction modified.
2105     Instruction *Inst;
2106
2107   public:
2108     /// Constructor of the action.
2109     /// The constructor performs the related action on the IR.
2110     TypePromotionAction(Instruction *Inst) : Inst(Inst) {}
2111
2112     virtual ~TypePromotionAction() = default;
2113
2114     /// Undo the modification done by this action.
2115     /// When this method is called, the IR must be in the same state as it was
2116     /// before this action was applied.
2117     /// \pre Undoing the action works if and only if the IR is in the exact same
2118     /// state as it was directly after this action was applied.
2119     virtual void undo() = 0;
2120
2121     /// Advocate every change made by this action.
2122     /// When the results on the IR of the action are to be kept, it is important
2123     /// to call this function, otherwise hidden information may be kept forever.
2124     virtual void commit() {
2125       // Nothing to be done, this action is not doing anything.
2126     }
2127   };
2128
2129   /// Utility to remember the position of an instruction.
2130   class InsertionHandler {
2131     /// Position of an instruction.
2132     /// Either an instruction:
2133     /// - Is the first in a basic block: BB is used.
2134     /// - Has a previous instruction: PrevInst is used.
2135     union {
2136       Instruction *PrevInst;
2137       BasicBlock *BB;
2138     } Point;
2139
2140     /// Remember whether or not the instruction had a previous instruction.
2141     bool HasPrevInstruction;
2142
2143   public:
2144     /// Record the position of \p Inst.
2145     InsertionHandler(Instruction *Inst) {
2146       BasicBlock::iterator It = Inst->getIterator();
2147       HasPrevInstruction = (It != (Inst->getParent()->begin()));
2148       if (HasPrevInstruction)
2149         Point.PrevInst = &*--It;
2150       else
2151         Point.BB = Inst->getParent();
2152     }
2153
2154     /// Insert \p Inst at the recorded position.
2155     void insert(Instruction *Inst) {
2156       if (HasPrevInstruction) {
2157         if (Inst->getParent())
2158           Inst->removeFromParent();
2159         Inst->insertAfter(Point.PrevInst);
2160       } else {
2161         Instruction *Position = &*Point.BB->getFirstInsertionPt();
2162         if (Inst->getParent())
2163           Inst->moveBefore(Position);
2164         else
2165           Inst->insertBefore(Position);
2166       }
2167     }
2168   };
2169
2170   /// Move an instruction before another.
2171   class InstructionMoveBefore : public TypePromotionAction {
2172     /// Original position of the instruction.
2173     InsertionHandler Position;
2174
2175   public:
2176     /// Move \p Inst before \p Before.
2177     InstructionMoveBefore(Instruction *Inst, Instruction *Before)
2178         : TypePromotionAction(Inst), Position(Inst) {
2179       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Do: move: " << *Inst << "\nbefore: " << *Before
2180                         << "\n");
2181       Inst->moveBefore(Before);
2182     }
2183
2184     /// Move the instruction back to its original position.
2185     void undo() override {
2186       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Undo: moveBefore: " << *Inst << "\n");
2187       Position.insert(Inst);
2188     }
2189   };
2190
2191   /// Set the operand of an instruction with a new value.
2192   class OperandSetter : public TypePromotionAction {
2193     /// Original operand of the instruction.
2194     Value *Origin;
2195
2196     /// Index of the modified instruction.
2197     unsigned Idx;
2198
2199   public:
2200     /// Set \p Idx operand of \p Inst with \p NewVal.
2201     OperandSetter(Instruction *Inst, unsigned Idx, Value *NewVal)
2202         : TypePromotionAction(Inst), Idx(Idx) {
2203       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Do: setOperand: " << Idx << "\n"
2204                         << "for:" << *Inst << "\n"
2205                         << "with:" << *NewVal << "\n");
2206       Origin = Inst->getOperand(Idx);
2207       Inst->setOperand(Idx, NewVal);
2208     }
2209
2210     /// Restore the original value of the instruction.
2211     void undo() override {
2212       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Undo: setOperand:" << Idx << "\n"
2213                         << "for: " << *Inst << "\n"
2214                         << "with: " << *Origin << "\n");
2215       Inst->setOperand(Idx, Origin);
2216     }
2217   };
2218
2219   /// Hide the operands of an instruction.
2220   /// Do as if this instruction was not using any of its operands.
2221   class OperandsHider : public TypePromotionAction {
2222     /// The list of original operands.
2223     SmallVector<Value *, 4> OriginalValues;
2224
2225   public:
2226     /// Remove \p Inst from the uses of the operands of \p Inst.
2227     OperandsHider(Instruction *Inst) : TypePromotionAction(Inst) {
2228       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Do: OperandsHider: " << *Inst << "\n");
2229       unsigned NumOpnds = Inst->getNumOperands();
2230       OriginalValues.reserve(NumOpnds);
2231       for (unsigned It = 0; It < NumOpnds; ++It) {
2232         // Save the current operand.
2233         Value *Val = Inst->getOperand(It);
2234         OriginalValues.push_back(Val);
2235         // Set a dummy one.
2236         // We could use OperandSetter here, but that would imply an overhead
2237         // that we are not willing to pay.
2238         Inst->setOperand(It, UndefValue::get(Val->getType()));
2239       }
2240     }
2241
2242     /// Restore the original list of uses.
2243     void undo() override {
2244       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Undo: OperandsHider: " << *Inst << "\n");
2245       for (unsigned It = 0, EndIt = OriginalValues.size(); It != EndIt; ++It)
2246         Inst->setOperand(It, OriginalValues[It]);
2247     }
2248   };
2249
2250   /// Build a truncate instruction.
2251   class TruncBuilder : public TypePromotionAction {
2252     Value *Val;
2253
2254   public:
2255     /// Build a truncate instruction of \p Opnd producing a \p Ty
2256     /// result.
2257     /// trunc Opnd to Ty.
2258     TruncBuilder(Instruction *Opnd, Type *Ty) : TypePromotionAction(Opnd) {
2259       IRBuilder<> Builder(Opnd);
2260       Val = Builder.CreateTrunc(Opnd, Ty, "promoted");
2261       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Do: TruncBuilder: " << *Val << "\n");
2262     }
2263
2264     /// Get the built value.
2265     Value *getBuiltValue() { return Val; }
2266
2267     /// Remove the built instruction.
2268     void undo() override {
2269       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Undo: TruncBuilder: " << *Val << "\n");
2270       if (Instruction *IVal = dyn_cast<Instruction>(Val))
2271         IVal->eraseFromParent();
2272     }
2273   };
2274
2275   /// Build a sign extension instruction.
2276   class SExtBuilder : public TypePromotionAction {
2277     Value *Val;
2278
2279   public:
2280     /// Build a sign extension instruction of \p Opnd producing a \p Ty
2281     /// result.
2282     /// sext Opnd to Ty.
2283     SExtBuilder(Instruction *InsertPt, Value *Opnd, Type *Ty)
2284         : TypePromotionAction(InsertPt) {
2285       IRBuilder<> Builder(InsertPt);
2286       Val = Builder.CreateSExt(Opnd, Ty, "promoted");
2287       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Do: SExtBuilder: " << *Val << "\n");
2288     }
2289
2290     /// Get the built value.
2291     Value *getBuiltValue() { return Val; }
2292
2293     /// Remove the built instruction.
2294     void undo() override {
2295       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Undo: SExtBuilder: " << *Val << "\n");
2296       if (Instruction *IVal = dyn_cast<Instruction>(Val))
2297         IVal->eraseFromParent();
2298     }
2299   };
2300
2301   /// Build a zero extension instruction.
2302   class ZExtBuilder : public TypePromotionAction {
2303     Value *Val;
2304
2305   public:
2306     /// Build a zero extension instruction of \p Opnd producing a \p Ty
2307     /// result.
2308     /// zext Opnd to Ty.
2309     ZExtBuilder(Instruction *InsertPt, Value *Opnd, Type *Ty)
2310         : TypePromotionAction(InsertPt) {
2311       IRBuilder<> Builder(InsertPt);
2312       Val = Builder.CreateZExt(Opnd, Ty, "promoted");
2313       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Do: ZExtBuilder: " << *Val << "\n");
2314     }
2315
2316     /// Get the built value.
2317     Value *getBuiltValue() { return Val; }
2318
2319     /// Remove the built instruction.
2320     void undo() override {
2321       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Undo: ZExtBuilder: " << *Val << "\n");
2322       if (Instruction *IVal = dyn_cast<Instruction>(Val))
2323         IVal->eraseFromParent();
2324     }
2325   };
2326
2327   /// Mutate an instruction to another type.
2328   class TypeMutator : public TypePromotionAction {
2329     /// Record the original type.
2330     Type *OrigTy;
2331
2332   public:
2333     /// Mutate the type of \p Inst into \p NewTy.
2334     TypeMutator(Instruction *Inst, Type *NewTy)
2335         : TypePromotionAction(Inst), OrigTy(Inst->getType()) {
2336       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Do: MutateType: " << *Inst << " with " << *NewTy
2337                         << "\n");
2338       Inst->mutateType(NewTy);
2339     }
2340
2341     /// Mutate the instruction back to its original type.
2342     void undo() override {
2343       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Undo: MutateType: " << *Inst << " with " << *OrigTy
2344                         << "\n");
2345       Inst->mutateType(OrigTy);
2346     }
2347   };
2348
2349   /// Replace the uses of an instruction by another instruction.
2350   class UsesReplacer : public TypePromotionAction {
2351     /// Helper structure to keep track of the replaced uses.
2352     struct InstructionAndIdx {
2353       /// The instruction using the instruction.
2354       Instruction *Inst;
2355
2356       /// The index where this instruction is used for Inst.
2357       unsigned Idx;
2358
2359       InstructionAndIdx(Instruction *Inst, unsigned Idx)
2360           : Inst(Inst), Idx(Idx) {}
2361     };
2362
2363     /// Keep track of the original uses (pair Instruction, Index).
2364     SmallVector<InstructionAndIdx, 4> OriginalUses;
2365     /// Keep track of the debug users.
2366     SmallVector<DbgValueInst *, 1> DbgValues;
2367
2368     using use_iterator = SmallVectorImpl<InstructionAndIdx>::iterator;
2369
2370   public:
2371     /// Replace all the use of \p Inst by \p New.
2372     UsesReplacer(Instruction *Inst, Value *New) : TypePromotionAction(Inst) {
2373       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Do: UsersReplacer: " << *Inst << " with " << *New
2374                         << "\n");
2375       // Record the original uses.
2376       for (Use &U : Inst->uses()) {
2377         Instruction *UserI = cast<Instruction>(U.getUser());
2378         OriginalUses.push_back(InstructionAndIdx(UserI, U.getOperandNo()));
2379       }
2380       // Record the debug uses separately. They are not in the instruction's
2381       // use list, but they are replaced by RAUW.
2382       findDbgValues(DbgValues, Inst);
2383
2384       // Now, we can replace the uses.
2385       Inst->replaceAllUsesWith(New);
2386     }
2387
2388     /// Reassign the original uses of Inst to Inst.
2389     void undo() override {
2390       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Undo: UsersReplacer: " << *Inst << "\n");
2391       for (use_iterator UseIt = OriginalUses.begin(),
2392                         EndIt = OriginalUses.end();
2393            UseIt != EndIt; ++UseIt) {
2394         UseIt->Inst->setOperand(UseIt->Idx, Inst);
2395       }
2396       // RAUW has replaced all original uses with references to the new value,
2397       // including the debug uses. Since we are undoing the replacements,
2398       // the original debug uses must also be reinstated to maintain the
2399       // correctness and utility of debug value instructions.
2400       for (auto *DVI: DbgValues) {
2401         LLVMContext &Ctx = Inst->getType()->getContext();
2402         auto *MV = MetadataAsValue::get(Ctx, ValueAsMetadata::get(Inst));
2403         DVI->setOperand(0, MV);
2404       }
2405     }
2406   };
2407
2408   /// Remove an instruction from the IR.
2409   class InstructionRemover : public TypePromotionAction {
2410     /// Original position of the instruction.
2411     InsertionHandler Inserter;
2412
2413     /// Helper structure to hide all the link to the instruction. In other
2414     /// words, this helps to do as if the instruction was removed.
2415     OperandsHider Hider;
2416
2417     /// Keep track of the uses replaced, if any.
2418     UsesReplacer *Replacer = nullptr;
2419
2420     /// Keep track of instructions removed.
2421     SetOfInstrs &RemovedInsts;
2422
2423   public:
2424     /// Remove all reference of \p Inst and optionally replace all its
2425     /// uses with New.
2426     /// \p RemovedInsts Keep track of the instructions removed by this Action.
2427     /// \pre If !Inst->use_empty(), then New != nullptr
2428     InstructionRemover(Instruction *Inst, SetOfInstrs &RemovedInsts,
2429                        Value *New = nullptr)
2430         : TypePromotionAction(Inst), Inserter(Inst), Hider(Inst),
2431           RemovedInsts(RemovedInsts) {
2432       if (New)
2433         Replacer = new UsesReplacer(Inst, New);
2434       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Do: InstructionRemover: " << *Inst << "\n");
2435       RemovedInsts.insert(Inst);
2436       /// The instructions removed here will be freed after completing
2437       /// optimizeBlock() for all blocks as we need to keep track of the
2438       /// removed instructions during promotion.
2439       Inst->removeFromParent();
2440     }
2441
2442     ~InstructionRemover() override { delete Replacer; }
2443
2444     /// Resurrect the instruction and reassign it to the proper uses if
2445     /// new value was provided when build this action.
2446     void undo() override {
2447       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Undo: InstructionRemover: " << *Inst << "\n");
2448       Inserter.insert(Inst);
2449       if (Replacer)
2450         Replacer->undo();
2451       Hider.undo();
2452       RemovedInsts.erase(Inst);
2453     }
2454   };
2455
2456 public:
2457   /// Restoration point.
2458   /// The restoration point is a pointer to an action instead of an iterator
2459   /// because the iterator may be invalidated but not the pointer.
2460   using ConstRestorationPt = const TypePromotionAction *;
2461
2462   TypePromotionTransaction(SetOfInstrs &RemovedInsts)
2463       : RemovedInsts(RemovedInsts) {}
2464
2465   /// Advocate every changes made in that transaction.
2466   void commit();
2467
2468   /// Undo all the changes made after the given point.
2469   void rollback(ConstRestorationPt Point);
2470
2471   /// Get the current restoration point.
2472   ConstRestorationPt getRestorationPoint() const;
2473
2474   /// \name API for IR modification with state keeping to support rollback.
2475   /// @{
2476   /// Same as Instruction::setOperand.
2477   void setOperand(Instruction *Inst, unsigned Idx, Value *NewVal);
2478
2479   /// Same as Instruction::eraseFromParent.
2480   void eraseInstruction(Instruction *Inst, Value *NewVal = nullptr);
2481
2482   /// Same as Value::replaceAllUsesWith.
2483   void replaceAllUsesWith(Instruction *Inst, Value *New);
2484
2485   /// Same as Value::mutateType.
2486   void mutateType(Instruction *Inst, Type *NewTy);
2487
2488   /// Same as IRBuilder::createTrunc.
2489   Value *createTrunc(Instruction *Opnd, Type *Ty);
2490
2491   /// Same as IRBuilder::createSExt.
2492   Value *createSExt(Instruction *Inst, Value *Opnd, Type *Ty);
2493
2494   /// Same as IRBuilder::createZExt.
2495   Value *createZExt(Instruction *Inst, Value *Opnd, Type *Ty);
2496
2497   /// Same as Instruction::moveBefore.
2498   void moveBefore(Instruction *Inst, Instruction *Before);
2499   /// @}
2500
2501 private:
2502   /// The ordered list of actions made so far.
2503   SmallVector<std::unique_ptr<TypePromotionAction>, 16> Actions;
2504
2505   using CommitPt = SmallVectorImpl<std::unique_ptr<TypePromotionAction>>::iterator;
2506
2507   SetOfInstrs &RemovedInsts;
2508 };
2509
2510 } // end anonymous namespace
2511
2512 void TypePromotionTransaction::setOperand(Instruction *Inst, unsigned Idx,
2513                                           Value *NewVal) {
2514   Actions.push_back(llvm::make_unique<TypePromotionTransaction::OperandSetter>(
2515       Inst, Idx, NewVal));
2516 }
2517
2518 void TypePromotionTransaction::eraseInstruction(Instruction *Inst,
2519                                                 Value *NewVal) {
2520   Actions.push_back(
2521       llvm::make_unique<TypePromotionTransaction::InstructionRemover>(
2522           Inst, RemovedInsts, NewVal));
2523 }
2524
2525 void TypePromotionTransaction::replaceAllUsesWith(Instruction *Inst,
2526                                                   Value *New) {
2527   Actions.push_back(
2528       llvm::make_unique<TypePromotionTransaction::UsesReplacer>(Inst, New));
2529 }
2530
2531 void TypePromotionTransaction::mutateType(Instruction *Inst, Type *NewTy) {
2532   Actions.push_back(
2533       llvm::make_unique<TypePromotionTransaction::TypeMutator>(Inst, NewTy));
2534 }
2535
2536 Value *TypePromotionTransaction::createTrunc(Instruction *Opnd,
2537                                              Type *Ty) {
2538   std::unique_ptr<TruncBuilder> Ptr(new TruncBuilder(Opnd, Ty));
2539   Value *Val = Ptr->getBuiltValue();
2540   Actions.push_back(std::move(Ptr));
2541   return Val;
2542 }
2543
2544 Value *TypePromotionTransaction::createSExt(Instruction *Inst,
2545                                             Value *Opnd, Type *Ty) {
2546   std::unique_ptr<SExtBuilder> Ptr(new SExtBuilder(Inst, Opnd, Ty));
2547   Value *Val = Ptr->getBuiltValue();
2548   Actions.push_back(std::move(Ptr));
2549   return Val;
2550 }
2551
2552 Value *TypePromotionTransaction::createZExt(Instruction *Inst,
2553                                             Value *Opnd, Type *Ty) {
2554   std::unique_ptr<ZExtBuilder> Ptr(new ZExtBuilder(Inst, Opnd, Ty));
2555   Value *Val = Ptr->getBuiltValue();
2556   Actions.push_back(std::move(Ptr));
2557   return Val;
2558 }
2559
2560 void TypePromotionTransaction::moveBefore(Instruction *Inst,
2561                                           Instruction *Before) {
2562   Actions.push_back(
2563       llvm::make_unique<TypePromotionTransaction::InstructionMoveBefore>(
2564           Inst, Before));
2565 }
2566
2567 TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt
2568 TypePromotionTransaction::getRestorationPoint() const {
2569   return !Actions.empty() ? Actions.back().get() : nullptr;
2570 }
2571
2572 void TypePromotionTransaction::commit() {
2573   for (CommitPt It = Actions.begin(), EndIt = Actions.end(); It != EndIt;
2574        ++It)
2575     (*It)->commit();
2576   Actions.clear();
2577 }
2578
2579 void TypePromotionTransaction::rollback(
2580     TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt Point) {
2581   while (!Actions.empty() && Point != Actions.back().get()) {
2582     std::unique_ptr<TypePromotionAction> Curr = Actions.pop_back_val();
2583     Curr->undo();
2584   }
2585 }
2586
2587 namespace {
2588
2589 /// A helper class for matching addressing modes.
2590 ///
2591 /// This encapsulates the logic for matching the target-legal addressing modes.
2592 class AddressingModeMatcher {
2593   SmallVectorImpl<Instruction*> &AddrModeInsts;
2594   const TargetLowering &TLI;
2595   const TargetRegisterInfo &TRI;
2596   const DataLayout &DL;
2597
2598   /// AccessTy/MemoryInst - This is the type for the access (e.g. double) and
2599   /// the memory instruction that we're computing this address for.
2600   Type *AccessTy;
2601   unsigned AddrSpace;
2602   Instruction *MemoryInst;
2603
2604   /// This is the addressing mode that we're building up. This is
2605   /// part of the return value of this addressing mode matching stuff.
2606   ExtAddrMode &AddrMode;
2607
2608   /// The instructions inserted by other CodeGenPrepare optimizations.
2609   const SetOfInstrs &InsertedInsts;
2610
2611   /// A map from the instructions to their type before promotion.
2612   InstrToOrigTy &PromotedInsts;
2613
2614   /// The ongoing transaction where every action should be registered.
2615   TypePromotionTransaction &TPT;
2616
2617   // A GEP which has too large offset to be folded into the addressing mode.
2618   std::pair<AssertingVH<GetElementPtrInst>, int64_t> &LargeOffsetGEP;
2619
2620   /// This is set to true when we should not do profitability checks.
2621   /// When true, IsProfitableToFoldIntoAddressingMode always returns true.
2622   bool IgnoreProfitability;
2623
2624   AddressingModeMatcher(
2625       SmallVectorImpl<Instruction *> &AMI, const TargetLowering &TLI,
2626       const TargetRegisterInfo &TRI, Type *AT, unsigned AS, Instruction *MI,
2627       ExtAddrMode &AM, const SetOfInstrs &InsertedInsts,
2628       InstrToOrigTy &PromotedInsts, TypePromotionTransaction &TPT,
2629       std::pair<AssertingVH<GetElementPtrInst>, int64_t> &LargeOffsetGEP)
2630       : AddrModeInsts(AMI), TLI(TLI), TRI(TRI),
2631         DL(MI->getModule()->getDataLayout()), AccessTy(AT), AddrSpace(AS),
2632         MemoryInst(MI), AddrMode(AM), InsertedInsts(InsertedInsts),
2633         PromotedInsts(PromotedInsts), TPT(TPT), LargeOffsetGEP(LargeOffsetGEP) {
2634     IgnoreProfitability = false;
2635   }
2636
2637 public:
2638   /// Find the maximal addressing mode that a load/store of V can fold,
2639   /// give an access type of AccessTy.  This returns a list of involved
2640   /// instructions in AddrModeInsts.
2641   /// \p InsertedInsts The instructions inserted by other CodeGenPrepare
2642   /// optimizations.
2643   /// \p PromotedInsts maps the instructions to their type before promotion.
2644   /// \p The ongoing transaction where every action should be registered.
2645   static ExtAddrMode
2646   Match(Value *V, Type *AccessTy, unsigned AS, Instruction *MemoryInst,
2647         SmallVectorImpl<Instruction *> &AddrModeInsts,
2648         const TargetLowering &TLI, const TargetRegisterInfo &TRI,
2649         const SetOfInstrs &InsertedInsts, InstrToOrigTy &PromotedInsts,
2650         TypePromotionTransaction &TPT,
2651         std::pair<AssertingVH<GetElementPtrInst>, int64_t> &LargeOffsetGEP) {
2652     ExtAddrMode Result;
2653
2654     bool Success = AddressingModeMatcher(AddrModeInsts, TLI, TRI, AccessTy, AS,
2655                                          MemoryInst, Result, InsertedInsts,
2656                                          PromotedInsts, TPT, LargeOffsetGEP)
2657                        .matchAddr(V, 0);
2658     (void)Success; assert(Success && "Couldn't select *anything*?");
2659     return Result;
2660   }
2661
2662 private:
2663   bool matchScaledValue(Value *ScaleReg, int64_t Scale, unsigned Depth);
2664   bool matchAddr(Value *Addr, unsigned Depth);
2665   bool matchOperationAddr(User *AddrInst, unsigned Opcode, unsigned Depth,
2666                           bool *MovedAway = nullptr);
2667   bool isProfitableToFoldIntoAddressingMode(Instruction *I,
2668                                             ExtAddrMode &AMBefore,
2669                                             ExtAddrMode &AMAfter);
2670   bool valueAlreadyLiveAtInst(Value *Val, Value *KnownLive1, Value *KnownLive2);
2671   bool isPromotionProfitable(unsigned NewCost, unsigned OldCost,
2672                              Value *PromotedOperand) const;
2673 };
2674
2675 class PhiNodeSet;
2676
2677 /// An iterator for PhiNodeSet.
2678 class PhiNodeSetIterator {
2679   PhiNodeSet * const Set;
2680   size_t CurrentIndex = 0;
2681
2682 public:
2683   /// The constructor. Start should point to either a valid element, or be equal
2684   /// to the size of the underlying SmallVector of the PhiNodeSet.
2685   PhiNodeSetIterator(PhiNodeSet * const Set, size_t Start);
2686   PHINode * operator*() const;
2687   PhiNodeSetIterator& operator++();
2688   bool operator==(const PhiNodeSetIterator &RHS) const;
2689   bool operator!=(const PhiNodeSetIterator &RHS) const;
2690 };
2691
2692 /// Keeps a set of PHINodes.
2693 ///
2694 /// This is a minimal set implementation for a specific use case:
2695 /// It is very fast when there are very few elements, but also provides good
2696 /// performance when there are many. It is similar to SmallPtrSet, but also
2697 /// provides iteration by insertion order, which is deterministic and stable
2698 /// across runs. It is also similar to SmallSetVector, but provides removing
2699 /// elements in O(1) time. This is achieved by not actually removing the element
2700 /// from the underlying vector, so comes at the cost of using more memory, but
2701 /// that is fine, since PhiNodeSets are used as short lived objects.
2702 class PhiNodeSet {
2703   friend class PhiNodeSetIterator;
2704
2705   using MapType = SmallDenseMap<PHINode *, size_t, 32>;
2706   using iterator =  PhiNodeSetIterator;
2707
2708   /// Keeps the elements in the order of their insertion in the underlying
2709   /// vector. To achieve constant time removal, it never deletes any element.
2710   SmallVector<PHINode *, 32> NodeList;
2711
2712   /// Keeps the elements in the underlying set implementation. This (and not the
2713   /// NodeList defined above) is the source of truth on whether an element
2714   /// is actually in the collection.
2715   MapType NodeMap;
2716
2717   /// Points to the first valid (not deleted) element when the set is not empty
2718   /// and the value is not zero. Equals to the size of the underlying vector
2719   /// when the set is empty. When the value is 0, as in the beginning, the
2720   /// first element may or may not be valid.
2721   size_t FirstValidElement = 0;
2722
2723 public:
2724   /// Inserts a new element to the collection.
2725   /// \returns true if the element is actually added, i.e. was not in the
2726   /// collection before the operation.
2727   bool insert(PHINode *Ptr) {
2728     if (NodeMap.insert(std::make_pair(Ptr, NodeList.size())).second) {
2729       NodeList.push_back(Ptr);
2730       return true;
2731     }
2732     return false;
2733   }
2734
2735   /// Removes the element from the collection.
2736   /// \returns whether the element is actually removed, i.e. was in the
2737   /// collection before the operation.
2738   bool erase(PHINode *Ptr) {
2739     auto it = NodeMap.find(Ptr);
2740     if (it != NodeMap.end()) {
2741       NodeMap.erase(Ptr);
2742       SkipRemovedElements(FirstValidElement);
2743       return true;
2744     }
2745     return false;
2746   }
2747
2748   /// Removes all elements and clears the collection.
2749   void clear() {
2750     NodeMap.clear();
2751     NodeList.clear();
2752     FirstValidElement = 0;
2753   }
2754
2755   /// \returns an iterator that will iterate the elements in the order of
2756   /// insertion.
2757   iterator begin() {
2758     if (FirstValidElement == 0)
2759       SkipRemovedElements(FirstValidElement);
2760     return PhiNodeSetIterator(this, FirstValidElement);
2761   }
2762
2763   /// \returns an iterator that points to the end of the collection.
2764   iterator end() { return PhiNodeSetIterator(this, NodeList.size()); }
2765
2766   /// Returns the number of elements in the collection.
2767   size_t size() const {
2768     return NodeMap.size();
2769   }
2770
2771   /// \returns 1 if the given element is in the collection, and 0 if otherwise.
2772   size_t count(PHINode *Ptr) const {
2773     return NodeMap.count(Ptr);
2774   }
2775
2776 private:
2777   /// Updates the CurrentIndex so that it will point to a valid element.
2778   ///
2779   /// If the element of NodeList at CurrentIndex is valid, it does not
2780   /// change it. If there are no more valid elements, it updates CurrentIndex
2781   /// to point to the end of the NodeList.
2782   void SkipRemovedElements(size_t &CurrentIndex) {
2783     while (CurrentIndex < NodeList.size()) {
2784       auto it = NodeMap.find(NodeList[CurrentIndex]);
2785       // If the element has been deleted and added again later, NodeMap will
2786       // point to a different index, so CurrentIndex will still be invalid.
2787       if (it != NodeMap.end() && it->second == CurrentIndex)
2788         break;
2789       ++CurrentIndex;
2790     }
2791   }
2792 };
2793
2794 PhiNodeSetIterator::PhiNodeSetIterator(PhiNodeSet *const Set, size_t Start)
2795     : Set(Set), CurrentIndex(Start) {}
2796
2797 PHINode * PhiNodeSetIterator::operator*() const {
2798   assert(CurrentIndex < Set->NodeList.size() &&
2799          "PhiNodeSet access out of range");
2800   return Set->NodeList[CurrentIndex];
2801 }
2802
2803 PhiNodeSetIterator& PhiNodeSetIterator::operator++() {
2804   assert(CurrentIndex < Set->NodeList.size() &&
2805          "PhiNodeSet access out of range");
2806   ++CurrentIndex;
2807   Set->SkipRemovedElements(CurrentIndex);
2808   return *this;
2809 }
2810
2811 bool PhiNodeSetIterator::operator==(const PhiNodeSetIterator &RHS) const {
2812   return CurrentIndex == RHS.CurrentIndex;
2813 }
2814
2815 bool PhiNodeSetIterator::operator!=(const PhiNodeSetIterator &RHS) const {
2816   return !((*this) == RHS);
2817 }
2818
2819 /// Keep track of simplification of Phi nodes.
2820 /// Accept the set of all phi nodes and erase phi node from this set
2821 /// if it is simplified.
2822 class SimplificationTracker {
2823   DenseMap<Value *, Value *> Storage;
2824   const SimplifyQuery &SQ;
2825   // Tracks newly created Phi nodes. The elements are iterated by insertion
2826   // order.
2827   PhiNodeSet AllPhiNodes;
2828   // Tracks newly created Select nodes.
2829   SmallPtrSet<SelectInst *, 32> AllSelectNodes;
2830
2831 public:
2832   SimplificationTracker(const SimplifyQuery &sq)
2833       : SQ(sq) {}
2834
2835   Value *Get(Value *V) {
2836     do {
2837       auto SV = Storage.find(V);
2838       if (SV == Storage.end())
2839         return V;
2840       V = SV->second;
2841     } while (true);
2842   }
2843
2844   Value *Simplify(Value *Val) {
2845     SmallVector<Value *, 32> WorkList;
2846     SmallPtrSet<Value *, 32> Visited;
2847     WorkList.push_back(Val);
2848     while (!WorkList.empty()) {
2849       auto P = WorkList.pop_back_val();
2850       if (!Visited.insert(P).second)
2851         continue;
2852       if (auto *PI = dyn_cast<Instruction>(P))
2853         if (Value *V = SimplifyInstruction(cast<Instruction>(PI), SQ)) {
2854           for (auto *U : PI->users())
2855             WorkList.push_back(cast<Value>(U));
2856           Put(PI, V);
2857           PI->replaceAllUsesWith(V);
2858           if (auto *PHI = dyn_cast<PHINode>(PI))
2859             AllPhiNodes.erase(PHI);
2860           if (auto *Select = dyn_cast<SelectInst>(PI))
2861             AllSelectNodes.erase(Select);
2862           PI->eraseFromParent();
2863         }
2864     }
2865     return Get(Val);
2866   }
2867
2868   void Put(Value *From, Value *To) {
2869     Storage.insert({ From, To });
2870   }
2871
2872   void ReplacePhi(PHINode *From, PHINode *To) {
2873     Value* OldReplacement = Get(From);
2874     while (OldReplacement != From) {
2875       From = To;
2876       To = dyn_cast<PHINode>(OldReplacement);
2877       OldReplacement = Get(From);
2878     }
2879     assert(Get(To) == To && "Replacement PHI node is already replaced.");
2880     Put(From, To);
2881     From->replaceAllUsesWith(To);
2882     AllPhiNodes.erase(From);
2883     From->eraseFromParent();
2884   }
2885
2886   PhiNodeSet& newPhiNodes() { return AllPhiNodes; }
2887
2888   void insertNewPhi(PHINode *PN) { AllPhiNodes.insert(PN); }
2889
2890   void insertNewSelect(SelectInst *SI) { AllSelectNodes.insert(SI); }
2891
2892   unsigned countNewPhiNodes() const { return AllPhiNodes.size(); }
2893
2894   unsigned countNewSelectNodes() const { return AllSelectNodes.size(); }
2895
2896   void destroyNewNodes(Type *CommonType) {
2897     // For safe erasing, replace the uses with dummy value first.
2898     auto Dummy = UndefValue::get(CommonType);
2899     for (auto I : AllPhiNodes) {
2900       I->replaceAllUsesWith(Dummy);
2901       I->eraseFromParent();
2902     }
2903     AllPhiNodes.clear();
2904     for (auto I : AllSelectNodes) {
2905       I->replaceAllUsesWith(Dummy);
2906       I->eraseFromParent();
2907     }
2908     AllSelectNodes.clear();
2909   }
2910 };
2911
2912 /// A helper class for combining addressing modes.
2913 class AddressingModeCombiner {
2914   typedef DenseMap<Value *, Value *> FoldAddrToValueMapping;
2915   typedef std::pair<PHINode *, PHINode *> PHIPair;
2916
2917 private:
2918   /// The addressing modes we've collected.
2919   SmallVector<ExtAddrMode, 16> AddrModes;
2920
2921   /// The field in which the AddrModes differ, when we have more than one.
2922   ExtAddrMode::FieldName DifferentField = ExtAddrMode::NoField;
2923
2924   /// Are the AddrModes that we have all just equal to their original values?
2925   bool AllAddrModesTrivial = true;
2926
2927   /// Common Type for all different fields in addressing modes.
2928   Type *CommonType;
2929
2930   /// SimplifyQuery for simplifyInstruction utility.
2931   const SimplifyQuery &SQ;
2932
2933   /// Original Address.
2934   Value *Original;
2935
2936 public:
2937   AddressingModeCombiner(const SimplifyQuery &_SQ, Value *OriginalValue)
2938       : CommonType(nullptr), SQ(_SQ), Original(OriginalValue) {}
2939
2940   /// Get the combined AddrMode
2941   const ExtAddrMode &getAddrMode() const {
2942     return AddrModes[0];
2943   }
2944
2945   /// Add a new AddrMode if it's compatible with the AddrModes we already
2946   /// have.
2947   /// \return True iff we succeeded in doing so.
2948   bool addNewAddrMode(ExtAddrMode &NewAddrMode) {
2949     // Take note of if we have any non-trivial AddrModes, as we need to detect
2950     // when all AddrModes are trivial as then we would introduce a phi or select
2951     // which just duplicates what's already there.
2952     AllAddrModesTrivial = AllAddrModesTrivial && NewAddrMode.isTrivial();
2953
2954     // If this is the first addrmode then everything is fine.
2955     if (AddrModes.empty()) {
2956       AddrModes.emplace_back(NewAddrMode);
2957       return true;
2958     }
2959
2960     // Figure out how different this is from the other address modes, which we
2961     // can do just by comparing against the first one given that we only care
2962     // about the cumulative difference.
2963     ExtAddrMode::FieldName ThisDifferentField =
2964       AddrModes[0].compare(NewAddrMode);
2965     if (DifferentField == ExtAddrMode::NoField)
2966       DifferentField = ThisDifferentField;
2967     else if (DifferentField != ThisDifferentField)
2968       DifferentField = ExtAddrMode::MultipleFields;
2969
2970     // If NewAddrMode differs in more than one dimension we cannot handle it.
2971     bool CanHandle = DifferentField != ExtAddrMode::MultipleFields;
2972
2973     // If Scale Field is different then we reject.
2974     CanHandle = CanHandle && DifferentField != ExtAddrMode::ScaleField;
2975
2976     // We also must reject the case when base offset is different and
2977     // scale reg is not null, we cannot handle this case due to merge of
2978     // different offsets will be used as ScaleReg.
2979     CanHandle = CanHandle && (DifferentField != ExtAddrMode::BaseOffsField ||
2980                               !NewAddrMode.ScaledReg);
2981
2982     // We also must reject the case when GV is different and BaseReg installed
2983     // due to we want to use base reg as a merge of GV values.
2984     CanHandle = CanHandle && (DifferentField != ExtAddrMode::BaseGVField ||
2985                               !NewAddrMode.HasBaseReg);
2986
2987     // Even if NewAddMode is the same we still need to collect it due to
2988     // original value is different. And later we will need all original values
2989     // as anchors during finding the common Phi node.
2990     if (CanHandle)
2991       AddrModes.emplace_back(NewAddrMode);
2992     else
2993       AddrModes.clear();
2994
2995     return CanHandle;
2996   }
2997
2998   /// Combine the addressing modes we've collected into a single
2999   /// addressing mode.
3000   /// \return True iff we successfully combined them or we only had one so
3001   /// didn't need to combine them anyway.
3002   bool combineAddrModes() {
3003     // If we have no AddrModes then they can't be combined.
3004     if (AddrModes.size() == 0)
3005       return false;
3006
3007     // A single AddrMode can trivially be combined.
3008     if (AddrModes.size() == 1 || DifferentField == ExtAddrMode::NoField)
3009       return true;
3010
3011     // If the AddrModes we collected are all just equal to the value they are
3012     // derived from then combining them wouldn't do anything useful.
3013     if (AllAddrModesTrivial)
3014       return false;
3015
3016     if (!addrModeCombiningAllowed())
3017       return false;
3018
3019     // Build a map between <original value, basic block where we saw it> to
3020     // value of base register.
3021     // Bail out if there is no common type.
3022     FoldAddrToValueMapping Map;
3023     if (!initializeMap(Map))
3024       return false;
3025
3026     Value *CommonValue = findCommon(Map);
3027     if (CommonValue)
3028       AddrModes[0].SetCombinedField(DifferentField, CommonValue, AddrModes);
3029     return CommonValue != nullptr;
3030   }
3031
3032 private:
3033   /// Initialize Map with anchor values. For address seen
3034   /// we set the value of different field saw in this address.
3035   /// At the same time we find a common type for different field we will
3036   /// use to create new Phi/Select nodes. Keep it in CommonType field.
3037   /// Return false if there is no common type found.
3038   bool initializeMap(FoldAddrToValueMapping &Map) {
3039     // Keep track of keys where the value is null. We will need to replace it
3040     // with constant null when we know the common type.
3041     SmallVector<Value *, 2> NullValue;
3042     Type *IntPtrTy = SQ.DL.getIntPtrType(AddrModes[0].OriginalValue->getType());
3043     for (auto &AM : AddrModes) {
3044       Value *DV = AM.GetFieldAsValue(DifferentField, IntPtrTy);
3045       if (DV) {
3046         auto *Type = DV->getType();
3047         if (CommonType && CommonType != Type)
3048           return false;
3049         CommonType = Type;
3050         Map[AM.OriginalValue] = DV;
3051       } else {
3052         NullValue.push_back(AM.OriginalValue);
3053       }
3054     }
3055     assert(CommonType && "At least one non-null value must be!");
3056     for (auto *V : NullValue)
3057       Map[V] = Constant::getNullValue(CommonType);
3058     return true;
3059   }
3060
3061   /// We have mapping between value A and other value B where B was a field in
3062   /// addressing mode represented by A. Also we have an original value C
3063   /// representing an address we start with. Traversing from C through phi and
3064   /// selects we ended up with A's in a map. This utility function tries to find
3065   /// a value V which is a field in addressing mode C and traversing through phi
3066   /// nodes and selects we will end up in corresponded values B in a map.
3067   /// The utility will create a new Phi/Selects if needed.
3068   // The simple example looks as follows:
3069   // BB1:
3070   //   p1 = b1 + 40
3071   //   br cond BB2, BB3
3072   // BB2:
3073   //   p2 = b2 + 40
3074   //   br BB3
3075   // BB3:
3076   //   p = phi [p1, BB1], [p2, BB2]
3077   //   v = load p
3078   // Map is
3079   //   p1 -> b1
3080   //   p2 -> b2
3081   // Request is
3082   //   p -> ?
3083   // The function tries to find or build phi [b1, BB1], [b2, BB2] in BB3.
3084   Value *findCommon(FoldAddrToValueMapping &Map) {
3085     // Tracks the simplification of newly created phi nodes. The reason we use
3086     // this mapping is because we will add new created Phi nodes in AddrToBase.
3087     // Simplification of Phi nodes is recursive, so some Phi node may
3088     // be simplified after we added it to AddrToBase. In reality this
3089     // simplification is possible only if original phi/selects were not
3090     // simplified yet.
3091     // Using this mapping we can find the current value in AddrToBase.
3092     SimplificationTracker ST(SQ);
3093
3094     // First step, DFS to create PHI nodes for all intermediate blocks.
3095     // Also fill traverse order for the second step.
3096     SmallVector<Value *, 32> TraverseOrder;
3097     InsertPlaceholders(Map, TraverseOrder, ST);
3098
3099     // Second Step, fill new nodes by merged values and simplify if possible.
3100     FillPlaceholders(Map, TraverseOrder, ST);
3101
3102     if (!AddrSinkNewSelects && ST.countNewSelectNodes() > 0) {
3103       ST.destroyNewNodes(CommonType);
3104       return nullptr;
3105     }
3106
3107     // Now we'd like to match New Phi nodes to existed ones.
3108     unsigned PhiNotMatchedCount = 0;
3109     if (!MatchPhiSet(ST, AddrSinkNewPhis, PhiNotMatchedCount)) {
3110       ST.destroyNewNodes(CommonType);
3111       return nullptr;
3112     }
3113
3114     auto *Result = ST.Get(Map.find(Original)->second);
3115     if (Result) {
3116       NumMemoryInstsPhiCreated += ST.countNewPhiNodes() + PhiNotMatchedCount;
3117       NumMemoryInstsSelectCreated += ST.countNewSelectNodes();
3118     }
3119     return Result;
3120   }
3121
3122   /// Try to match PHI node to Candidate.
3123   /// Matcher tracks the matched Phi nodes.
3124   bool MatchPhiNode(PHINode *PHI, PHINode *Candidate,
3125                     SmallSetVector<PHIPair, 8> &Matcher,
3126                     PhiNodeSet &PhiNodesToMatch) {
3127     SmallVector<PHIPair, 8> WorkList;
3128     Matcher.insert({ PHI, Candidate });
3129     WorkList.push_back({ PHI, Candidate });
3130     SmallSet<PHIPair, 8> Visited;
3131     while (!WorkList.empty()) {
3132       auto Item = WorkList.pop_back_val();
3133       if (!Visited.insert(Item).second)
3134         continue;
3135       // We iterate over all incoming values to Phi to compare them.
3136       // If values are different and both of them Phi and the first one is a
3137       // Phi we added (subject to match) and both of them is in the same basic
3138       // block then we can match our pair if values match. So we state that
3139       // these values match and add it to work list to verify that.
3140       for (auto B : Item.first->blocks()) {
3141         Value *FirstValue = Item.first->getIncomingValueForBlock(B);
3142         Value *SecondValue = Item.second->getIncomingValueForBlock(B);
3143         if (FirstValue == SecondValue)
3144           continue;
3145
3146         PHINode *FirstPhi = dyn_cast<PHINode>(FirstValue);
3147         PHINode *SecondPhi = dyn_cast<PHINode>(SecondValue);
3148
3149         // One of them is not Phi or
3150         // The first one is not Phi node from the set we'd like to match or
3151         // Phi nodes from different basic blocks then
3152         // we will not be able to match.
3153         if (!FirstPhi || !SecondPhi || !PhiNodesToMatch.count(FirstPhi) ||
3154             FirstPhi->getParent() != SecondPhi->getParent())
3155           return false;
3156
3157         // If we already matched them then continue.
3158         if (Matcher.count({ FirstPhi, SecondPhi }))
3159           continue;
3160         // So the values are different and does not match. So we need them to
3161         // match.
3162         Matcher.insert({ FirstPhi, SecondPhi });
3163         // But me must check it.
3164         WorkList.push_back({ FirstPhi, SecondPhi });
3165       }
3166     }
3167     return true;
3168   }
3169
3170   /// For the given set of PHI nodes (in the SimplificationTracker) try
3171   /// to find their equivalents.
3172   /// Returns false if this matching fails and creation of new Phi is disabled.
3173   bool MatchPhiSet(SimplificationTracker &ST, bool AllowNewPhiNodes,
3174                    unsigned &PhiNotMatchedCount) {
3175     // Matched and PhiNodesToMatch iterate their elements in a deterministic
3176     // order, so the replacements (ReplacePhi) are also done in a deterministic
3177     // order.
3178     SmallSetVector<PHIPair, 8> Matched;
3179     SmallPtrSet<PHINode *, 8> WillNotMatch;
3180     PhiNodeSet &PhiNodesToMatch = ST.newPhiNodes();
3181     while (PhiNodesToMatch.size()) {
3182       PHINode *PHI = *PhiNodesToMatch.begin();
3183
3184       // Add us, if no Phi nodes in the basic block we do not match.
3185       WillNotMatch.clear();
3186       WillNotMatch.insert(PHI);
3187
3188       // Traverse all Phis until we found equivalent or fail to do that.
3189       bool IsMatched = false;
3190       for (auto &P : PHI->getParent()->phis()) {
3191         if (&P == PHI)
3192           continue;
3193         if ((IsMatched = MatchPhiNode(PHI, &P, Matched, PhiNodesToMatch)))
3194           break;
3195         // If it does not match, collect all Phi nodes from matcher.
3196         // if we end up with no match, them all these Phi nodes will not match
3197         // later.
3198         for (auto M : Matched)
3199           WillNotMatch.insert(M.first);
3200         Matched.clear();
3201       }
3202       if (IsMatched) {
3203         // Replace all matched values and erase them.
3204         for (auto MV : Matched)
3205           ST.ReplacePhi(MV.first, MV.second);
3206         Matched.clear();
3207         continue;
3208       }
3209       // If we are not allowed to create new nodes then bail out.
3210       if (!AllowNewPhiNodes)
3211         return false;
3212       // Just remove all seen values in matcher. They will not match anything.
3213       PhiNotMatchedCount += WillNotMatch.size();
3214       for (auto *P : WillNotMatch)
3215         PhiNodesToMatch.erase(P);
3216     }
3217     return true;
3218   }
3219   /// Fill the placeholders with values from predecessors and simplify them.
3220   void FillPlaceholders(FoldAddrToValueMapping &Map,
3221                         SmallVectorImpl<Value *> &TraverseOrder,
3222                         SimplificationTracker &ST) {
3223     while (!TraverseOrder.empty()) {
3224       Value *Current = TraverseOrder.pop_back_val();
3225       assert(Map.find(Current) != Map.end() && "No node to fill!!!");
3226       Value *V = Map[Current];
3227
3228       if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
3229         // CurrentValue also must be Select.
3230         auto *CurrentSelect = cast<SelectInst>(Current);
3231         auto *TrueValue = CurrentSelect->getTrueValue();
3232         assert(Map.find(TrueValue) != Map.end() && "No True Value!");
3233         Select->setTrueValue(ST.Get(Map[TrueValue]));
3234         auto *FalseValue = CurrentSelect->getFalseValue();
3235         assert(Map.find(FalseValue) != Map.end() && "No False Value!");
3236         Select->setFalseValue(ST.Get(Map[FalseValue]));
3237       } else {
3238         // Must be a Phi node then.
3239         PHINode *PHI = cast<PHINode>(V);
3240         auto *CurrentPhi = dyn_cast<PHINode>(Current);
3241         // Fill the Phi node with values from predecessors.
3242         for (auto B : predecessors(PHI->getParent())) {
3243           Value *PV = CurrentPhi->getIncomingValueForBlock(B);
3244           assert(Map.find(PV) != Map.end() && "No predecessor Value!");
3245           PHI->addIncoming(ST.Get(Map[PV]), B);
3246         }
3247       }
3248       Map[Current] = ST.Simplify(V);
3249     }
3250   }
3251
3252   /// Starting from original value recursively iterates over def-use chain up to
3253   /// known ending values represented in a map. For each traversed phi/select
3254   /// inserts a placeholder Phi or Select.
3255   /// Reports all new created Phi/Select nodes by adding them to set.
3256   /// Also reports and order in what values have been traversed.
3257   void InsertPlaceholders(FoldAddrToValueMapping &Map,
3258                           SmallVectorImpl<Value *> &TraverseOrder,
3259                           SimplificationTracker &ST) {
3260     SmallVector<Value *, 32> Worklist;
3261     assert((isa<PHINode>(Original) || isa<SelectInst>(Original)) &&
3262            "Address must be a Phi or Select node");
3263     auto *Dummy = UndefValue::get(CommonType);
3264     Worklist.push_back(Original);
3265     while (!Worklist.empty()) {
3266       Value *Current = Worklist.pop_back_val();
3267       // if it is already visited or it is an ending value then skip it.
3268       if (Map.find(Current) != Map.end())
3269         continue;
3270       TraverseOrder.push_back(Current);
3271
3272       // CurrentValue must be a Phi node or select. All others must be covered
3273       // by anchors.
3274       if (SelectInst *CurrentSelect = dyn_cast<SelectInst>(Current)) {
3275         // Is it OK to get metadata from OrigSelect?!
3276         // Create a Select placeholder with dummy value.
3277         SelectInst *Select = SelectInst::Create(
3278             CurrentSelect->getCondition(), Dummy, Dummy,
3279             CurrentSelect->getName(), CurrentSelect, CurrentSelect);
3280         Map[Current] = Select;
3281         ST.insertNewSelect(Select);
3282         // We are interested in True and False values.
3283         Worklist.push_back(CurrentSelect->getTrueValue());
3284         Worklist.push_back(CurrentSelect->getFalseValue());
3285       } else {
3286         // It must be a Phi node then.
3287         PHINode *CurrentPhi = cast<PHINode>(Current);
3288         unsigned PredCount = CurrentPhi->getNumIncomingValues();
3289         PHINode *PHI =
3290             PHINode::Create(CommonType, PredCount, "sunk_phi", CurrentPhi);
3291         Map[Current] = PHI;
3292         ST.insertNewPhi(PHI);
3293         for (Value *P : CurrentPhi->incoming_values())
3294           Worklist.push_back(P);
3295       }
3296     }
3297   }
3298
3299   bool addrModeCombiningAllowed() {
3300     if (DisableComplexAddrModes)
3301       return false;
3302     switch (DifferentField) {
3303     default:
3304       return false;
3305     case ExtAddrMode::BaseRegField:
3306       return AddrSinkCombineBaseReg;
3307     case ExtAddrMode::BaseGVField:
3308       return AddrSinkCombineBaseGV;
3309     case ExtAddrMode::BaseOffsField:
3310       return AddrSinkCombineBaseOffs;
3311     case ExtAddrMode::ScaledRegField:
3312       return AddrSinkCombineScaledReg;
3313     }
3314   }
3315 };
3316 } // end anonymous namespace
3317
3318 /// Try adding ScaleReg*Scale to the current addressing mode.
3319 /// Return true and update AddrMode if this addr mode is legal for the target,
3320 /// false if not.
3321 bool AddressingModeMatcher::matchScaledValue(Value *ScaleReg, int64_t Scale,
3322                                              unsigned Depth) {
3323   // If Scale is 1, then this is the same as adding ScaleReg to the addressing
3324   // mode.  Just process that directly.
3325   if (Scale == 1)
3326     return matchAddr(ScaleReg, Depth);
3327
3328   // If the scale is 0, it takes nothing to add this.
3329   if (Scale == 0)
3330     return true;
3331
3332   // If we already have a scale of this value, we can add to it, otherwise, we
3333   // need an available scale field.
3334   if (AddrMode.Scale != 0 && AddrMode.ScaledReg != ScaleReg)
3335     return false;
3336
3337   ExtAddrMode TestAddrMode = AddrMode;
3338
3339   // Add scale to turn X*4+X*3 -> X*7.  This could also do things like
3340   // [A+B + A*7] -> [B+A*8].
3341   TestAddrMode.Scale += Scale;
3342   TestAddrMode.ScaledReg = ScaleReg;
3343
3344   // If the new address isn't legal, bail out.
3345   if (!TLI.isLegalAddressingMode(DL, TestAddrMode, AccessTy, AddrSpace))
3346     return false;
3347
3348   // It was legal, so commit it.
3349   AddrMode = TestAddrMode;
3350
3351   // Okay, we decided that we can add ScaleReg+Scale to AddrMode.  Check now
3352   // to see if ScaleReg is actually X+C.  If so, we can turn this into adding
3353   // X*Scale + C*Scale to addr mode.
3354   ConstantInt *CI = nullptr; Value *AddLHS = nullptr;
3355   if (isa<Instruction>(ScaleReg) &&  // not a constant expr.
3356       match(ScaleReg, m_Add(m_Value(AddLHS), m_ConstantInt(CI)))) {
3357     TestAddrMode.ScaledReg = AddLHS;
3358     TestAddrMode.BaseOffs += CI->getSExtValue()*TestAddrMode.Scale;
3359
3360     // If this addressing mode is legal, commit it and remember that we folded
3361     // this instruction.
3362     if (TLI.isLegalAddressingMode(DL, TestAddrMode, AccessTy, AddrSpace)) {
3363       AddrModeInsts.push_back(cast<Instruction>(ScaleReg));
3364       AddrMode = TestAddrMode;
3365       return true;
3366     }
3367   }
3368
3369   // Otherwise, not (x+c)*scale, just return what we have.
3370   return true;
3371 }
3372
3373 /// This is a little filter, which returns true if an addressing computation
3374 /// involving I might be folded into a load/store accessing it.
3375 /// This doesn't need to be perfect, but needs to accept at least
3376 /// the set of instructions that MatchOperationAddr can.
3377 static bool MightBeFoldableInst(Instruction *I) {
3378   switch (I->getOpcode()) {
3379   case Instruction::BitCast:
3380   case Instruction::AddrSpaceCast:
3381     // Don't touch identity bitcasts.
3382     if (I->getType() == I->getOperand(0)->getType())
3383       return false;
3384     return I->getType()->isIntOrPtrTy();
3385   case Instruction::PtrToInt:
3386     // PtrToInt is always a noop, as we know that the int type is pointer sized.
3387     return true;
3388   case Instruction::IntToPtr:
3389     // We know the input is intptr_t, so this is foldable.
3390     return true;
3391   case Instruction::Add:
3392     return true;
3393   case Instruction::Mul:
3394   case Instruction::Shl:
3395     // Can only handle X*C and X << C.
3396     return isa<ConstantInt>(I->getOperand(1));
3397   case Instruction::GetElementPtr:
3398     return true;
3399   default:
3400     return false;
3401   }
3402 }
3403
3404 /// Check whether or not \p Val is a legal instruction for \p TLI.
3405 /// \note \p Val is assumed to be the product of some type promotion.
3406 /// Therefore if \p Val has an undefined state in \p TLI, this is assumed
3407 /// to be legal, as the non-promoted value would have had the same state.
3408 static bool isPromotedInstructionLegal(const TargetLowering &TLI,
3409                                        const DataLayout &DL, Value *Val) {
3410   Instruction *PromotedInst = dyn_cast<Instruction>(Val);
3411   if (!PromotedInst)
3412     return false;
3413   int ISDOpcode = TLI.InstructionOpcodeToISD(PromotedInst->getOpcode());
3414   // If the ISDOpcode is undefined, it was undefined before the promotion.
3415   if (!ISDOpcode)
3416     return true;
3417   // Otherwise, check if the promoted instruction is legal or not.
3418   return TLI.isOperationLegalOrCustom(
3419       ISDOpcode, TLI.getValueType(DL, PromotedInst->getType()));
3420 }
3421
3422 namespace {
3423
3424 /// Hepler class to perform type promotion.
3425 class TypePromotionHelper {
3426   /// Utility function to add a promoted instruction \p ExtOpnd to
3427   /// \p PromotedInsts and record the type of extension we have seen.
3428   static void addPromotedInst(InstrToOrigTy &PromotedInsts,
3429                               Instruction *ExtOpnd,
3430                               bool IsSExt) {
3431     ExtType ExtTy = IsSExt ? SignExtension : ZeroExtension;
3432     InstrToOrigTy::iterator It = PromotedInsts.find(ExtOpnd);
3433     if (It != PromotedInsts.end()) {
3434       // If the new extension is same as original, the information in
3435       // PromotedInsts[ExtOpnd] is still correct.
3436       if (It->second.getInt() == ExtTy)
3437         return;
3438
3439       // Now the new extension is different from old extension, we make
3440       // the type information invalid by setting extension type to
3441       // BothExtension.
3442       ExtTy = BothExtension;
3443     }
3444     PromotedInsts[ExtOpnd] = TypeIsSExt(ExtOpnd->getType(), ExtTy);
3445   }
3446
3447   /// Utility function to query the original type of instruction \p Opnd
3448   /// with a matched extension type. If the extension doesn't match, we
3449   /// cannot use the information we had on the original type.
3450   /// BothExtension doesn't match any extension type.
3451   static const Type *getOrigType(const InstrToOrigTy &PromotedInsts,
3452                                  Instruction *Opnd,
3453                                  bool IsSExt) {
3454     ExtType ExtTy = IsSExt ? SignExtension : ZeroExtension;
3455     InstrToOrigTy::const_iterator It = PromotedInsts.find(Opnd);
3456     if (It != PromotedInsts.end() && It->second.getInt() == ExtTy)
3457       return It->second.getPointer();
3458     return nullptr;
3459   }
3460
3461   /// Utility function to check whether or not a sign or zero extension
3462   /// of \p Inst with \p ConsideredExtType can be moved through \p Inst by
3463   /// either using the operands of \p Inst or promoting \p Inst.
3464   /// The type of the extension is defined by \p IsSExt.
3465   /// In other words, check if:
3466   /// ext (Ty Inst opnd1 opnd2 ... opndN) to ConsideredExtType.
3467   /// #1 Promotion applies:
3468   /// ConsideredExtType Inst (ext opnd1 to ConsideredExtType, ...).
3469   /// #2 Operand reuses:
3470   /// ext opnd1 to ConsideredExtType.
3471   /// \p PromotedInsts maps the instructions to their type before promotion.
3472   static bool canGetThrough(const Instruction *Inst, Type *ConsideredExtType,
3473                             const InstrToOrigTy &PromotedInsts, bool IsSExt);
3474
3475   /// Utility function to determine if \p OpIdx should be promoted when
3476   /// promoting \p Inst.
3477   static bool shouldExtOperand(const Instruction *Inst, int OpIdx) {
3478     return !(isa<SelectInst>(Inst) && OpIdx == 0);
3479   }
3480
3481   /// Utility function to promote the operand of \p Ext when this
3482   /// operand is a promotable trunc or sext or zext.
3483   /// \p PromotedInsts maps the instructions to their type before promotion.
3484   /// \p CreatedInstsCost[out] contains the cost of all instructions
3485   /// created to promote the operand of Ext.
3486   /// Newly added extensions are inserted in \p Exts.
3487   /// Newly added truncates are inserted in \p Truncs.
3488   /// Should never be called directly.
3489   /// \return The promoted value which is used instead of Ext.
3490   static Value *promoteOperandForTruncAndAnyExt(
3491       Instruction *Ext, TypePromotionTransaction &TPT,
3492       InstrToOrigTy &PromotedInsts, unsigned &CreatedInstsCost,
3493       SmallVectorImpl<Instruction *> *Exts,
3494       SmallVectorImpl<Instruction *> *Truncs, const TargetLowering &TLI);
3495
3496   /// Utility function to promote the operand of \p Ext when this
3497   /// operand is promotable and is not a supported trunc or sext.
3498   /// \p PromotedInsts maps the instructions to their type before promotion.
3499   /// \p CreatedInstsCost[out] contains the cost of all the instructions
3500   /// created to promote the operand of Ext.
3501   /// Newly added extensions are inserted in \p Exts.
3502   /// Newly added truncates are inserted in \p Truncs.
3503   /// Should never be called directly.
3504   /// \return The promoted value which is used instead of Ext.
3505   static Value *promoteOperandForOther(Instruction *Ext,
3506                                        TypePromotionTransaction &TPT,
3507                                        InstrToOrigTy &PromotedInsts,
3508                                        unsigned &CreatedInstsCost,
3509                                        SmallVectorImpl<Instruction *> *Exts,
3510                                        SmallVectorImpl<Instruction *> *Truncs,
3511                                        const TargetLowering &TLI, bool IsSExt);
3512
3513   /// \see promoteOperandForOther.
3514   static Value *signExtendOperandForOther(
3515       Instruction *Ext, TypePromotionTransaction &TPT,
3516       InstrToOrigTy &PromotedInsts, unsigned &CreatedInstsCost,
3517       SmallVectorImpl<Instruction *> *Exts,
3518       SmallVectorImpl<Instruction *> *Truncs, const TargetLowering &TLI) {
3519     return promoteOperandForOther(Ext, TPT, PromotedInsts, CreatedInstsCost,
3520                                   Exts, Truncs, TLI, true);
3521   }
3522
3523   /// \see promoteOperandForOther.
3524   static Value *zeroExtendOperandForOther(
3525       Instruction *Ext, TypePromotionTransaction &TPT,
3526       InstrToOrigTy &PromotedInsts, unsigned &CreatedInstsCost,
3527       SmallVectorImpl<Instruction *> *Exts,
3528       SmallVectorImpl<Instruction *> *Truncs, const TargetLowering &TLI) {
3529     return promoteOperandForOther(Ext, TPT, PromotedInsts, CreatedInstsCost,
3530                                   Exts, Truncs, TLI, false);
3531   }
3532
3533 public:
3534   /// Type for the utility function that promotes the operand of Ext.
3535   using Action = Value *(*)(Instruction *Ext, TypePromotionTransaction &TPT,
3536                             InstrToOrigTy &PromotedInsts,
3537                             unsigned &CreatedInstsCost,
3538                             SmallVectorImpl<Instruction *> *Exts,
3539                             SmallVectorImpl<Instruction *> *Truncs,
3540                             const TargetLowering &TLI);
3541
3542   /// Given a sign/zero extend instruction \p Ext, return the appropriate
3543   /// action to promote the operand of \p Ext instead of using Ext.
3544   /// \return NULL if no promotable action is possible with the current
3545   /// sign extension.
3546   /// \p InsertedInsts keeps track of all the instructions inserted by the
3547   /// other CodeGenPrepare optimizations. This information is important
3548   /// because we do not want to promote these instructions as CodeGenPrepare
3549   /// will reinsert them later. Thus creating an infinite loop: create/remove.
3550   /// \p PromotedInsts maps the instructions to their type before promotion.
3551   static Action getAction(Instruction *Ext, const SetOfInstrs &InsertedInsts,
3552                           const TargetLowering &TLI,
3553                           const InstrToOrigTy &PromotedInsts);
3554 };
3555
3556 } // end anonymous namespace
3557
3558 bool TypePromotionHelper::canGetThrough(const Instruction *Inst,
3559                                         Type *ConsideredExtType,
3560                                         const InstrToOrigTy &PromotedInsts,
3561                                         bool IsSExt) {
3562   // The promotion helper does not know how to deal with vector types yet.
3563   // To be able to fix that, we would need to fix the places where we
3564   // statically extend, e.g., constants and such.
3565   if (Inst->getType()->isVectorTy())
3566     return false;
3567
3568   // We can always get through zext.
3569   if (isa<ZExtInst>(Inst))
3570     return true;
3571
3572   // sext(sext) is ok too.
3573   if (IsSExt && isa<SExtInst>(Inst))
3574     return true;
3575
3576   // We can get through binary operator, if it is legal. In other words, the
3577   // binary operator must have a nuw or nsw flag.
3578   const BinaryOperator *BinOp = dyn_cast<BinaryOperator>(Inst);
3579   if (BinOp && isa<OverflowingBinaryOperator>(BinOp) &&
3580       ((!IsSExt && BinOp->hasNoUnsignedWrap()) ||
3581        (IsSExt && BinOp->hasNoSignedWrap())))
3582     return true;
3583
3584   // ext(and(opnd, cst)) --> and(ext(opnd), ext(cst))
3585   if ((Inst->getOpcode() == Instruction::And ||
3586        Inst->getOpcode() == Instruction::Or))
3587     return true;
3588
3589   // ext(xor(opnd, cst)) --> xor(ext(opnd), ext(cst))
3590   if (Inst->getOpcode() == Instruction::Xor) {
3591     const ConstantInt *Cst = dyn_cast<ConstantInt>(Inst->getOperand(1));
3592     // Make sure it is not a NOT.
3593     if (Cst && !Cst->getValue().isAllOnesValue())
3594       return true;
3595   }
3596
3597   // zext(shrl(opnd, cst)) --> shrl(zext(opnd), zext(cst))
3598   // It may change a poisoned value into a regular value, like
3599   //     zext i32 (shrl i8 %val, 12)  -->  shrl i32 (zext i8 %val), 12
3600   //          poisoned value                    regular value
3601   // It should be OK since undef covers valid value.
3602   if (Inst->getOpcode() == Instruction::LShr && !IsSExt)
3603     return true;
3604
3605   // and(ext(shl(opnd, cst)), cst) --> and(shl(ext(opnd), ext(cst)), cst)
3606   // It may change a poisoned value into a regular value, like
3607   //     zext i32 (shl i8 %val, 12)  -->  shl i32 (zext i8 %val), 12
3608   //          poisoned value                    regular value
3609   // It should be OK since undef covers valid value.
3610   if (Inst->getOpcode() == Instruction::Shl && Inst->hasOneUse()) {
3611     const Instruction *ExtInst =
3612         dyn_cast<const Instruction>(*Inst->user_begin());
3613     if (ExtInst->hasOneUse()) {
3614       const Instruction *AndInst =
3615           dyn_cast<const Instruction>(*ExtInst->user_begin());
3616       if (AndInst && AndInst->getOpcode() == Instruction::And) {
3617         const ConstantInt *Cst = dyn_cast<ConstantInt>(AndInst->getOperand(1));
3618         if (Cst &&
3619             Cst->getValue().isIntN(Inst->getType()->getIntegerBitWidth()))
3620           return true;
3621       }
3622     }
3623   }
3624
3625   // Check if we can do the following simplification.
3626   // ext(trunc(opnd)) --> ext(opnd)
3627   if (!isa<TruncInst>(Inst))
3628     return false;
3629
3630   Value *OpndVal = Inst->getOperand(0);
3631   // Check if we can use this operand in the extension.
3632   // If the type is larger than the result type of the extension, we cannot.
3633   if (!OpndVal->getType()->isIntegerTy() ||
3634       OpndVal->getType()->getIntegerBitWidth() >
3635           ConsideredExtType->getIntegerBitWidth())
3636     return false;
3637
3638   // If the operand of the truncate is not an instruction, we will not have
3639   // any information on the dropped bits.
3640   // (Actually we could for constant but it is not worth the extra logic).
3641   Instruction *Opnd = dyn_cast<Instruction>(OpndVal);
3642   if (!Opnd)
3643     return false;
3644
3645   // Check if the source of the type is narrow enough.
3646   // I.e., check that trunc just drops extended bits of the same kind of
3647   // the extension.
3648   // #1 get the type of the operand and check the kind of the extended bits.
3649   const Type *OpndType = getOrigType(PromotedInsts, Opnd, IsSExt);
3650   if (OpndType)
3651     ;
3652   else if ((IsSExt && isa<SExtInst>(Opnd)) || (!IsSExt && isa<ZExtInst>(Opnd)))
3653     OpndType = Opnd->getOperand(0)->getType();
3654   else
3655     return false;
3656
3657   // #2 check that the truncate just drops extended bits.
3658   return Inst->getType()->getIntegerBitWidth() >=
3659          OpndType->getIntegerBitWidth();
3660 }
3661
3662 TypePromotionHelper::Action TypePromotionHelper::getAction(
3663     Instruction *Ext, const SetOfInstrs &InsertedInsts,
3664     const TargetLowering &TLI, const InstrToOrigTy &PromotedInsts) {
3665   assert((isa<SExtInst>(Ext) || isa<ZExtInst>(Ext)) &&
3666          "Unexpected instruction type");
3667   Instruction *ExtOpnd = dyn_cast<Instruction>(Ext->getOperand(0));
3668   Type *ExtTy = Ext->getType();
3669   bool IsSExt = isa<SExtInst>(Ext);
3670   // If the operand of the extension is not an instruction, we cannot
3671   // get through.
3672   // If it, check we can get through.
3673   if (!ExtOpnd || !canGetThrough(ExtOpnd, ExtTy, PromotedInsts, IsSExt))
3674     return nullptr;
3675
3676   // Do not promote if the operand has been added by codegenprepare.
3677   // Otherwise, it means we are undoing an optimization that is likely to be
3678   // redone, thus causing potential infinite loop.
3679   if (isa<TruncInst>(ExtOpnd) && InsertedInsts.count(ExtOpnd))
3680     return nullptr;
3681
3682   // SExt or Trunc instructions.
3683   // Return the related handler.
3684   if (isa<SExtInst>(ExtOpnd) || isa<TruncInst>(ExtOpnd) ||
3685       isa<ZExtInst>(ExtOpnd))
3686     return promoteOperandForTruncAndAnyExt;
3687
3688   // Regular instruction.
3689   // Abort early if we will have to insert non-free instructions.
3690   if (!ExtOpnd->hasOneUse() && !TLI.isTruncateFree(ExtTy, ExtOpnd->getType()))
3691     return nullptr;
3692   return IsSExt ? signExtendOperandForOther : zeroExtendOperandForOther;
3693 }
3694
3695 Value *TypePromotionHelper::promoteOperandForTruncAndAnyExt(
3696     Instruction *SExt, TypePromotionTransaction &TPT,
3697     InstrToOrigTy &PromotedInsts, unsigned &CreatedInstsCost,
3698     SmallVectorImpl<Instruction *> *Exts,
3699     SmallVectorImpl<Instruction *> *Truncs, const TargetLowering &TLI) {
3700   // By construction, the operand of SExt is an instruction. Otherwise we cannot
3701   // get through it and this method should not be called.
3702   Instruction *SExtOpnd = cast<Instruction>(SExt->getOperand(0));
3703   Value *ExtVal = SExt;
3704   bool HasMergedNonFreeExt = false;
3705   if (isa<ZExtInst>(SExtOpnd)) {
3706     // Replace s|zext(zext(opnd))
3707     // => zext(opnd).
3708     HasMergedNonFreeExt = !TLI.isExtFree(SExtOpnd);
3709     Value *ZExt =
3710         TPT.createZExt(SExt, SExtOpnd->getOperand(0), SExt->getType());
3711     TPT.replaceAllUsesWith(SExt, ZExt);
3712     TPT.eraseInstruction(SExt);
3713     ExtVal = ZExt;
3714   } else {
3715     // Replace z|sext(trunc(opnd)) or sext(sext(opnd))
3716     // => z|sext(opnd).
3717     TPT.setOperand(SExt, 0, SExtOpnd->getOperand(0));
3718   }
3719   CreatedInstsCost = 0;
3720
3721   // Remove dead code.
3722   if (SExtOpnd->use_empty())
3723     TPT.eraseInstruction(SExtOpnd);
3724
3725   // Check if the extension is still needed.
3726   Instruction *ExtInst = dyn_cast<Instruction>(ExtVal);
3727   if (!ExtInst || ExtInst->getType() != ExtInst->getOperand(0)->getType()) {
3728     if (ExtInst) {
3729       if (Exts)
3730         Exts->push_back(ExtInst);
3731       CreatedInstsCost = !TLI.isExtFree(ExtInst) && !HasMergedNonFreeExt;
3732     }
3733     return ExtVal;
3734   }
3735
3736   // At this point we have: ext ty opnd to ty.
3737   // Reassign the uses of ExtInst to the opnd and remove ExtInst.
3738   Value *NextVal = ExtInst->getOperand(0);
3739   TPT.eraseInstruction(ExtInst, NextVal);
3740   return NextVal;
3741 }
3742
3743 Value *TypePromotionHelper::promoteOperandForOther(
3744     Instruction *Ext, TypePromotionTransaction &TPT,
3745     InstrToOrigTy &PromotedInsts, unsigned &CreatedInstsCost,
3746     SmallVectorImpl<Instruction *> *Exts,
3747     SmallVectorImpl<Instruction *> *Truncs, const TargetLowering &TLI,
3748     bool IsSExt) {
3749   // By construction, the operand of Ext is an instruction. Otherwise we cannot
3750   // get through it and this method should not be called.
3751   Instruction *ExtOpnd = cast<Instruction>(Ext->getOperand(0));
3752   CreatedInstsCost = 0;
3753   if (!ExtOpnd->hasOneUse()) {
3754     // ExtOpnd will be promoted.
3755     // All its uses, but Ext, will need to use a truncated value of the
3756     // promoted version.
3757     // Create the truncate now.
3758     Value *Trunc = TPT.createTrunc(Ext, ExtOpnd->getType());
3759     if (Instruction *ITrunc = dyn_cast<Instruction>(Trunc)) {
3760       // Insert it just after the definition.
3761       ITrunc->moveAfter(ExtOpnd);
3762       if (Truncs)
3763         Truncs->push_back(ITrunc);
3764     }
3765
3766     TPT.replaceAllUsesWith(ExtOpnd, Trunc);
3767     // Restore the operand of Ext (which has been replaced by the previous call
3768     // to replaceAllUsesWith) to avoid creating a cycle trunc <-> sext.
3769     TPT.setOperand(Ext, 0, ExtOpnd);
3770   }
3771
3772   // Get through the Instruction:
3773   // 1. Update its type.
3774   // 2. Replace the uses of Ext by Inst.
3775   // 3. Extend each operand that needs to be extended.
3776
3777   // Remember the original type of the instruction before promotion.
3778   // This is useful to know that the high bits are sign extended bits.
3779   addPromotedInst(PromotedInsts, ExtOpnd, IsSExt);
3780   // Step #1.
3781   TPT.mutateType(ExtOpnd, Ext->getType());
3782   // Step #2.
3783   TPT.replaceAllUsesWith(Ext, ExtOpnd);
3784   // Step #3.
3785   Instruction *ExtForOpnd = Ext;
3786
3787   LLVM_DEBUG(dbgs() << "Propagate Ext to operands\n");
3788   for (int OpIdx = 0, EndOpIdx = ExtOpnd->getNumOperands(); OpIdx != EndOpIdx;
3789        ++OpIdx) {
3790     LLVM_DEBUG(dbgs() << "Operand:\n" << *(ExtOpnd->getOperand(OpIdx)) << '\n');
3791     if (ExtOpnd->getOperand(OpIdx)->getType() == Ext->getType() ||
3792         !shouldExtOperand(ExtOpnd, OpIdx)) {
3793       LLVM_DEBUG(dbgs() << "No need to propagate\n");
3794       continue;
3795     }
3796     // Check if we can statically extend the operand.
3797     Value *Opnd = ExtOpnd->getOperand(OpIdx);
3798     if (const ConstantInt *Cst = dyn_cast<ConstantInt>(Opnd)) {
3799       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Statically extend\n");
3800       unsigned BitWidth = Ext->getType()->getIntegerBitWidth();
3801       APInt CstVal = IsSExt ? Cst->getValue().sext(BitWidth)
3802                             : Cst->getValue().zext(BitWidth);
3803       TPT.setOperand(ExtOpnd, OpIdx, ConstantInt::get(Ext->getType(), CstVal));
3804       continue;
3805     }
3806     // UndefValue are typed, so we have to statically sign extend them.
3807     if (isa<UndefValue>(Opnd)) {
3808       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Statically extend\n");
3809       TPT.setOperand(ExtOpnd, OpIdx, UndefValue::get(Ext->getType()));
3810       continue;
3811     }
3812
3813     // Otherwise we have to explicitly sign extend the operand.
3814     // Check if Ext was reused to extend an operand.
3815     if (!ExtForOpnd) {
3816       // If yes, create a new one.
3817       LLVM_DEBUG(dbgs() << "More operands to ext\n");
3818       Value *ValForExtOpnd = IsSExt ? TPT.createSExt(Ext, Opnd, Ext->getType())
3819         : TPT.createZExt(Ext, Opnd, Ext->getType());
3820       if (!isa<Instruction>(ValForExtOpnd)) {
3821         TPT.setOperand(ExtOpnd, OpIdx, ValForExtOpnd);
3822         continue;
3823       }
3824       ExtForOpnd = cast<Instruction>(ValForExtOpnd);
3825     }
3826     if (Exts)
3827       Exts->push_back(ExtForOpnd);
3828     TPT.setOperand(ExtForOpnd, 0, Opnd);
3829
3830     // Move the sign extension before the insertion point.
3831     TPT.moveBefore(ExtForOpnd, ExtOpnd);
3832     TPT.setOperand(ExtOpnd, OpIdx, ExtForOpnd);
3833     CreatedInstsCost += !TLI.isExtFree(ExtForOpnd);
3834     // If more sext are required, new instructions will have to be created.
3835     ExtForOpnd = nullptr;
3836   }
3837   if (ExtForOpnd == Ext) {
3838     LLVM_DEBUG(dbgs() << "Extension is useless now\n");
3839     TPT.eraseInstruction(Ext);
3840   }
3841   return ExtOpnd;
3842 }
3843
3844 /// Check whether or not promoting an instruction to a wider type is profitable.
3845 /// \p NewCost gives the cost of extension instructions created by the
3846 /// promotion.
3847 /// \p OldCost gives the cost of extension instructions before the promotion
3848 /// plus the number of instructions that have been
3849 /// matched in the addressing mode the promotion.
3850 /// \p PromotedOperand is the value that has been promoted.
3851 /// \return True if the promotion is profitable, false otherwise.
3852 bool AddressingModeMatcher::isPromotionProfitable(
3853     unsigned NewCost, unsigned OldCost, Value *PromotedOperand) const {
3854   LLVM_DEBUG(dbgs() << "OldCost: " << OldCost << "\tNewCost: " << NewCost
3855                     << '\n');
3856   // The cost of the new extensions is greater than the cost of the
3857   // old extension plus what we folded.
3858   // This is not profitable.
3859   if (NewCost > OldCost)
3860     return false;
3861   if (NewCost < OldCost)
3862     return true;
3863   // The promotion is neutral but it may help folding the sign extension in
3864   // loads for instance.
3865   // Check that we did not create an illegal instruction.
3866   return isPromotedInstructionLegal(TLI, DL, PromotedOperand);
3867 }
3868
3869 /// Given an instruction or constant expr, see if we can fold the operation
3870 /// into the addressing mode. If so, update the addressing mode and return
3871 /// true, otherwise return false without modifying AddrMode.
3872 /// If \p MovedAway is not NULL, it contains the information of whether or
3873 /// not AddrInst has to be folded into the addressing mode on success.
3874 /// If \p MovedAway == true, \p AddrInst will not be part of the addressing
3875 /// because it has been moved away.
3876 /// Thus AddrInst must not be added in the matched instructions.
3877 /// This state can happen when AddrInst is a sext, since it may be moved away.
3878 /// Therefore, AddrInst may not be valid when MovedAway is true and it must
3879 /// not be referenced anymore.
3880 bool AddressingModeMatcher::matchOperationAddr(User *AddrInst, unsigned Opcode,
3881                                                unsigned Depth,
3882                                                bool *MovedAway) {
3883   // Avoid exponential behavior on extremely deep expression trees.
3884   if (Depth >= 5) return false;
3885
3886   // By default, all matched instructions stay in place.
3887   if (MovedAway)
3888     *MovedAway = false;
3889
3890   switch (Opcode) {
3891   case Instruction::PtrToInt:
3892     // PtrToInt is always a noop, as we know that the int type is pointer sized.
3893     return matchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth);
3894   case Instruction::IntToPtr: {
3895     auto AS = AddrInst->getType()->getPointerAddressSpace();
3896     auto PtrTy = MVT::getIntegerVT(DL.getPointerSizeInBits(AS));
3897     // This inttoptr is a no-op if the integer type is pointer sized.
3898     if (TLI.getValueType(DL, AddrInst->getOperand(0)->getType()) == PtrTy)
3899       return matchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth);
3900     return false;
3901   }
3902   case Instruction::BitCast:
3903     // BitCast is always a noop, and we can handle it as long as it is
3904     // int->int or pointer->pointer (we don't want int<->fp or something).
3905     if (AddrInst->getOperand(0)->getType()->isIntOrPtrTy() &&
3906         // Don't touch identity bitcasts.  These were probably put here by LSR,
3907         // and we don't want to mess around with them.  Assume it knows what it
3908         // is doing.
3909         AddrInst->getOperand(0)->getType() != AddrInst->getType())
3910       return matchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth);
3911     return false;
3912   case Instruction::AddrSpaceCast: {
3913     unsigned SrcAS
3914       = AddrInst->getOperand(0)->getType()->getPointerAddressSpace();
3915     unsigned DestAS = AddrInst->getType()->getPointerAddressSpace();
3916     if (TLI.isNoopAddrSpaceCast(SrcAS, DestAS))
3917       return matchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth);
3918     return false;
3919   }
3920   case Instruction::Add: {
3921     // Check to see if we can merge in the RHS then the LHS.  If so, we win.
3922     ExtAddrMode BackupAddrMode = AddrMode;
3923     unsigned OldSize = AddrModeInsts.size();
3924     // Start a transaction at this point.
3925     // The LHS may match but not the RHS.
3926     // Therefore, we need a higher level restoration point to undo partially
3927     // matched operation.
3928     TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
3929         TPT.getRestorationPoint();
3930
3931     if (matchAddr(AddrInst->getOperand(1), Depth+1) &&
3932         matchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth+1))
3933       return true;
3934
3935     // Restore the old addr mode info.
3936     AddrMode = BackupAddrMode;
3937     AddrModeInsts.resize(OldSize);
3938     TPT.rollback(LastKnownGood);
3939
3940     // Otherwise this was over-aggressive.  Try merging in the LHS then the RHS.
3941     if (matchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth+1) &&
3942         matchAddr(AddrInst->getOperand(1), Depth+1))
3943       return true;
3944
3945     // Otherwise we definitely can't merge the ADD in.
3946     AddrMode = BackupAddrMode;
3947     AddrModeInsts.resize(OldSize);
3948     TPT.rollback(LastKnownGood);
3949     break;
3950   }
3951   //case Instruction::Or:
3952   // TODO: We can handle "Or Val, Imm" iff this OR is equivalent to an ADD.
3953   //break;
3954   case Instruction::Mul:
3955   case Instruction::Shl: {
3956     // Can only handle X*C and X << C.
3957     ConstantInt *RHS = dyn_cast<ConstantInt>(AddrInst->getOperand(1));
3958     if (!RHS || RHS->getBitWidth() > 64)
3959       return false;
3960     int64_t Scale = RHS->getSExtValue();
3961     if (Opcode == Instruction::Shl)
3962       Scale = 1LL << Scale;
3963
3964     return matchScaledValue(AddrInst->getOperand(0), Scale, Depth);
3965   }
3966   case Instruction::GetElementPtr: {
3967     // Scan the GEP.  We check it if it contains constant offsets and at most
3968     // one variable offset.
3969     int VariableOperand = -1;
3970     unsigned VariableScale = 0;
3971
3972     int64_t ConstantOffset = 0;
3973     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(AddrInst);
3974     for (unsigned i = 1, e = AddrInst->getNumOperands(); i != e; ++i, ++GTI) {
3975       if (StructType *STy = GTI.getStructTypeOrNull()) {
3976         const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
3977         unsigned Idx =
3978           cast<ConstantInt>(AddrInst->getOperand(i))->getZExtValue();
3979         ConstantOffset += SL->getElementOffset(Idx);
3980       } else {
3981         uint64_t TypeSize = DL.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType());
3982         if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(AddrInst->getOperand(i))) {
3983           const APInt &CVal = CI->getValue();
3984           if (CVal.getMinSignedBits() <= 64) {
3985             ConstantOffset += CVal.getSExtValue() * TypeSize;
3986             continue;
3987           }
3988         }
3989         if (TypeSize) {  // Scales of zero don't do anything.
3990           // We only allow one variable index at the moment.
3991           if (VariableOperand != -1)
3992             return false;
3993
3994           // Remember the variable index.
3995           VariableOperand = i;
3996           VariableScale = TypeSize;
3997         }
3998       }
3999     }
4000
4001     // A common case is for the GEP to only do a constant offset.  In this case,
4002     // just add it to the disp field and check validity.
4003     if (VariableOperand == -1) {
4004       AddrMode.BaseOffs += ConstantOffset;
4005       if (ConstantOffset == 0 ||
4006           TLI.isLegalAddressingMode(DL, AddrMode, AccessTy, AddrSpace)) {
4007         // Check to see if we can fold the base pointer in too.
4008         if (matchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth+1))
4009           return true;
4010       } else if (EnableGEPOffsetSplit && isa<GetElementPtrInst>(AddrInst) &&
4011                  TLI.shouldConsiderGEPOffsetSplit() && Depth == 0 &&
4012                  ConstantOffset > 0) {
4013         // Record GEPs with non-zero offsets as candidates for splitting in the
4014         // event that the offset cannot fit into the r+i addressing mode.
4015         // Simple and common case that only one GEP is used in calculating the
4016         // address for the memory access.
4017         Value *Base = AddrInst->getOperand(0);
4018         auto *BaseI = dyn_cast<Instruction>(Base);
4019         auto *GEP = cast<GetElementPtrInst>(AddrInst);
4020         if (isa<Argument>(Base) || isa<GlobalValue>(Base) ||
4021             (BaseI && !isa<CastInst>(BaseI) &&
4022              !isa<GetElementPtrInst>(BaseI))) {
4023           // If the base is an instruction, make sure the GEP is not in the same
4024           // basic block as the base. If the base is an argument or global
4025           // value, make sure the GEP is not in the entry block.  Otherwise,
4026           // instruction selection can undo the split.  Also make sure the
4027           // parent block allows inserting non-PHI instructions before the
4028           // terminator.
4029           BasicBlock *Parent =
4030               BaseI ? BaseI->getParent() : &GEP->getFunction()->getEntryBlock();
4031           if (GEP->getParent() != Parent && !Parent->getTerminator()->isEHPad())
4032             LargeOffsetGEP = std::make_pair(GEP, ConstantOffset);
4033         }
4034       }
4035       AddrMode.BaseOffs -= ConstantOffset;
4036       return false;
4037     }
4038
4039     // Save the valid addressing mode in case we can't match.
4040     ExtAddrMode BackupAddrMode = AddrMode;
4041     unsigned OldSize = AddrModeInsts.size();
4042
4043     // See if the scale and offset amount is valid for this target.
4044     AddrMode.BaseOffs += ConstantOffset;
4045
4046     // Match the base operand of the GEP.
4047     if (!matchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth+1)) {
4048       // If it couldn't be matched, just stuff the value in a register.
4049       if (AddrMode.HasBaseReg) {
4050         AddrMode = BackupAddrMode;
4051         AddrModeInsts.resize(OldSize);
4052         return false;
4053       }
4054       AddrMode.HasBaseReg = true;
4055       AddrMode.BaseReg = AddrInst->getOperand(0);
4056     }
4057
4058     // Match the remaining variable portion of the GEP.
4059     if (!matchScaledValue(AddrInst->getOperand(VariableOperand), VariableScale,
4060                           Depth)) {
4061       // If it couldn't be matched, try stuffing the base into a register
4062       // instead of matching it, and retrying the match of the scale.
4063       AddrMode = BackupAddrMode;
4064       AddrModeInsts.resize(OldSize);
4065       if (AddrMode.HasBaseReg)
4066         return false;
4067       AddrMode.HasBaseReg = true;
4068       AddrMode.BaseReg = AddrInst->getOperand(0);
4069       AddrMode.BaseOffs += ConstantOffset;
4070       if (!matchScaledValue(AddrInst->getOperand(VariableOperand),
4071                             VariableScale, Depth)) {
4072         // If even that didn't work, bail.
4073         AddrMode = BackupAddrMode;
4074         AddrModeInsts.resize(OldSize);
4075         return false;
4076       }
4077     }
4078
4079     return true;
4080   }
4081   case Instruction::SExt:
4082   case Instruction::ZExt: {
4083     Instruction *Ext = dyn_cast<Instruction>(AddrInst);
4084     if (!Ext)
4085       return false;
4086
4087     // Try to move this ext out of the way of the addressing mode.
4088     // Ask for a method for doing so.
4089     TypePromotionHelper::Action TPH =
4090         TypePromotionHelper::getAction(Ext, InsertedInsts, TLI, PromotedInsts);
4091     if (!TPH)
4092       return false;
4093
4094     TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
4095         TPT.getRestorationPoint();
4096     unsigned CreatedInstsCost = 0;
4097     unsigned ExtCost = !TLI.isExtFree(Ext);
4098     Value *PromotedOperand =
4099         TPH(Ext, TPT, PromotedInsts, CreatedInstsCost, nullptr, nullptr, TLI);
4100     // SExt has been moved away.
4101     // Thus either it will be rematched later in the recursive calls or it is
4102     // gone. Anyway, we must not fold it into the addressing mode at this point.
4103     // E.g.,
4104     // op = add opnd, 1
4105     // idx = ext op
4106     // addr = gep base, idx
4107     // is now:
4108     // promotedOpnd = ext opnd            <- no match here
4109     // op = promoted_add promotedOpnd, 1  <- match (later in recursive calls)
4110     // addr = gep base, op                <- match
4111     if (MovedAway)
4112       *MovedAway = true;
4113
4114     assert(PromotedOperand &&
4115            "TypePromotionHelper should have filtered out those cases");
4116
4117     ExtAddrMode BackupAddrMode = AddrMode;
4118     unsigned OldSize = AddrModeInsts.size();
4119
4120     if (!matchAddr(PromotedOperand, Depth) ||
4121         // The total of the new cost is equal to the cost of the created
4122         // instructions.
4123         // The total of the old cost is equal to the cost of the extension plus
4124         // what we have saved in the addressing mode.
4125         !isPromotionProfitable(CreatedInstsCost,
4126                                ExtCost + (AddrModeInsts.size() - OldSize),
4127                                PromotedOperand)) {
4128       AddrMode = BackupAddrMode;
4129       AddrModeInsts.resize(OldSize);
4130       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Sign extension does not pay off: rollback\n");
4131       TPT.rollback(LastKnownGood);
4132       return false;
4133     }
4134     return true;
4135   }
4136   }
4137   return false;
4138 }
4139
4140 /// If we can, try to add the value of 'Addr' into the current addressing mode.
4141 /// If Addr can't be added to AddrMode this returns false and leaves AddrMode
4142 /// unmodified. This assumes that Addr is either a pointer type or intptr_t
4143 /// for the target.
4144 ///
4145 bool AddressingModeMatcher::matchAddr(Value *Addr, unsigned Depth) {
4146   // Start a transaction at this point that we will rollback if the matching
4147   // fails.
4148   TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
4149       TPT.getRestorationPoint();
4150   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Addr)) {
4151     // Fold in immediates if legal for the target.
4152     AddrMode.BaseOffs += CI->getSExtValue();
4153     if (TLI.isLegalAddressingMode(DL, AddrMode, AccessTy, AddrSpace))
4154       return true;
4155     AddrMode.BaseOffs -= CI->getSExtValue();
4156   } else if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(Addr)) {
4157     // If this is a global variable, try to fold it into the addressing mode.
4158     if (!AddrMode.BaseGV) {
4159       AddrMode.BaseGV = GV;
4160       if (TLI.isLegalAddressingMode(DL, AddrMode, AccessTy, AddrSpace))
4161         return true;
4162       AddrMode.BaseGV = nullptr;
4163     }
4164   } else if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Addr)) {
4165     ExtAddrMode BackupAddrMode = AddrMode;
4166     unsigned OldSize = AddrModeInsts.size();
4167
4168     // Check to see if it is possible to fold this operation.
4169     bool MovedAway = false;
4170     if (matchOperationAddr(I, I->getOpcode(), Depth, &MovedAway)) {
4171       // This instruction may have been moved away. If so, there is nothing
4172       // to check here.
4173       if (MovedAway)
4174         return true;
4175       // Okay, it's possible to fold this.  Check to see if it is actually
4176       // *profitable* to do so.  We use a simple cost model to avoid increasing
4177       // register pressure too much.
4178       if (I->hasOneUse() ||
4179           isProfitableToFoldIntoAddressingMode(I, BackupAddrMode, AddrMode)) {
4180         AddrModeInsts.push_back(I);
4181         return true;
4182       }
4183
4184       // It isn't profitable to do this, roll back.
4185       //cerr << "NOT FOLDING: " << *I;
4186       AddrMode = BackupAddrMode;
4187       AddrModeInsts.resize(OldSize);
4188       TPT.rollback(LastKnownGood);
4189     }
4190   } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Addr)) {
4191     if (matchOperationAddr(CE, CE->getOpcode(), Depth))
4192       return true;
4193     TPT.rollback(LastKnownGood);
4194   } else if (isa<ConstantPointerNull>(Addr)) {
4195     // Null pointer gets folded without affecting the addressing mode.
4196     return true;
4197   }
4198
4199   // Worse case, the target should support [reg] addressing modes. :)
4200   if (!AddrMode.HasBaseReg) {
4201     AddrMode.HasBaseReg = true;
4202     AddrMode.BaseReg = Addr;
4203     // Still check for legality in case the target supports [imm] but not [i+r].
4204     if (TLI.isLegalAddressingMode(DL, AddrMode, AccessTy, AddrSpace))
4205       return true;
4206     AddrMode.HasBaseReg = false;
4207     AddrMode.BaseReg = nullptr;
4208   }
4209
4210   // If the base register is already taken, see if we can do [r+r].
4211   if (AddrMode.Scale == 0) {
4212     AddrMode.Scale = 1;
4213     AddrMode.ScaledReg = Addr;
4214     if (TLI.isLegalAddressingMode(DL, AddrMode, AccessTy, AddrSpace))
4215       return true;
4216     AddrMode.Scale = 0;
4217     AddrMode.ScaledReg = nullptr;
4218   }
4219   // Couldn't match.
4220   TPT.rollback(LastKnownGood);
4221   return false;
4222 }
4223
4224 /// Check to see if all uses of OpVal by the specified inline asm call are due
4225 /// to memory operands. If so, return true, otherwise return false.
4226 static bool IsOperandAMemoryOperand(CallInst *CI, InlineAsm *IA, Value *OpVal,
4227                                     const TargetLowering &TLI,
4228                                     const TargetRegisterInfo &TRI) {
4229   const Function *F = CI->getFunction();
4230   TargetLowering::AsmOperandInfoVector TargetConstraints =
4231       TLI.ParseConstraints(F->getParent()->getDataLayout(), &TRI,
4232                             ImmutableCallSite(CI));
4233
4234   for (unsigned i = 0, e = TargetConstraints.size(); i != e; ++i) {
4235     TargetLowering::AsmOperandInfo &OpInfo = TargetConstraints[i];
4236
4237     // Compute the constraint code and ConstraintType to use.
4238     TLI.ComputeConstraintToUse(OpInfo, SDValue());
4239
4240     // If this asm operand is our Value*, and if it isn't an indirect memory
4241     // operand, we can't fold it!
4242     if (OpInfo.CallOperandVal == OpVal &&
4243         (OpInfo.ConstraintType != TargetLowering::C_Memory ||
4244          !OpInfo.isIndirect))
4245       return false;
4246   }
4247
4248   return true;
4249 }
4250
4251 // Max number of memory uses to look at before aborting the search to conserve
4252 // compile time.
4253 static constexpr int MaxMemoryUsesToScan = 20;
4254
4255 /// Recursively walk all the uses of I until we find a memory use.
4256 /// If we find an obviously non-foldable instruction, return true.
4257 /// Add the ultimately found memory instructions to MemoryUses.
4258 static bool FindAllMemoryUses(
4259     Instruction *I,
4260     SmallVectorImpl<std::pair<Instruction *, unsigned>> &MemoryUses,
4261     SmallPtrSetImpl<Instruction *> &ConsideredInsts, const TargetLowering &TLI,
4262     const TargetRegisterInfo &TRI, int SeenInsts = 0) {
4263   // If we already considered this instruction, we're done.
4264   if (!ConsideredInsts.insert(I).second)
4265     return false;
4266
4267   // If this is an obviously unfoldable instruction, bail out.
4268   if (!MightBeFoldableInst(I))
4269     return true;
4270
4271   const bool OptSize = I->getFunction()->optForSize();
4272
4273   // Loop over all the uses, recursively processing them.
4274   for (Use &U : I->uses()) {
4275     // Conservatively return true if we're seeing a large number or a deep chain
4276     // of users. This avoids excessive compilation times in pathological cases.
4277     if (SeenInsts++ >= MaxMemoryUsesToScan)
4278       return true;
4279
4280     Instruction *UserI = cast<Instruction>(U.getUser());
4281     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(UserI)) {
4282       MemoryUses.push_back(std::make_pair(LI, U.getOperandNo()));
4283       continue;
4284     }
4285
4286     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UserI)) {
4287       unsigned opNo = U.getOperandNo();
4288       if (opNo != StoreInst::getPointerOperandIndex())
4289         return true; // Storing addr, not into addr.
4290       MemoryUses.push_back(std::make_pair(SI, opNo));
4291       continue;
4292     }
4293
4294     if (AtomicRMWInst *RMW = dyn_cast<AtomicRMWInst>(UserI)) {
4295       unsigned opNo = U.getOperandNo();
4296       if (opNo != AtomicRMWInst::getPointerOperandIndex())
4297         return true; // Storing addr, not into addr.
4298       MemoryUses.push_back(std::make_pair(RMW, opNo));
4299       continue;
4300     }
4301
4302     if (AtomicCmpXchgInst *CmpX = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(UserI)) {
4303       unsigned opNo = U.getOperandNo();
4304       if (opNo != AtomicCmpXchgInst::getPointerOperandIndex())
4305         return true; // Storing addr, not into addr.
4306       MemoryUses.push_back(std::make_pair(CmpX, opNo));
4307       continue;
4308     }
4309
4310     if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(UserI)) {
4311       // If this is a cold call, we can sink the addressing calculation into
4312       // the cold path.  See optimizeCallInst
4313       if (!OptSize && CI->hasFnAttr(Attribute::Cold))
4314         continue;
4315
4316       InlineAsm *IA = dyn_cast<InlineAsm>(CI->getCalledValue());
4317       if (!IA) return true;
4318
4319       // If this is a memory operand, we're cool, otherwise bail out.
4320       if (!IsOperandAMemoryOperand(CI, IA, I, TLI, TRI))
4321         return true;
4322       continue;
4323     }
4324
4325     if (FindAllMemoryUses(UserI, MemoryUses, ConsideredInsts, TLI, TRI,
4326                           SeenInsts))
4327       return true;
4328   }
4329
4330   return false;
4331 }
4332
4333 /// Return true if Val is already known to be live at the use site that we're
4334 /// folding it into. If so, there is no cost to include it in the addressing
4335 /// mode. KnownLive1 and KnownLive2 are two values that we know are live at the
4336 /// instruction already.
4337 bool AddressingModeMatcher::valueAlreadyLiveAtInst(Value *Val,Value *KnownLive1,
4338                                                    Value *KnownLive2) {
4339   // If Val is either of the known-live values, we know it is live!
4340   if (Val == nullptr || Val == KnownLive1 || Val == KnownLive2)
4341     return true;
4342
4343   // All values other than instructions and arguments (e.g. constants) are live.
4344   if (!isa<Instruction>(Val) && !isa<Argument>(Val)) return true;
4345
4346   // If Val is a constant sized alloca in the entry block, it is live, this is
4347   // true because it is just a reference to the stack/frame pointer, which is
4348   // live for the whole function.
4349   if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(Val))
4350     if (AI->isStaticAlloca())
4351       return true;
4352
4353   // Check to see if this value is already used in the memory instruction's
4354   // block.  If so, it's already live into the block at the very least, so we
4355   // can reasonably fold it.
4356   return Val->isUsedInBasicBlock(MemoryInst->getParent());
4357 }
4358
4359 /// It is possible for the addressing mode of the machine to fold the specified
4360 /// instruction into a load or store that ultimately uses it.
4361 /// However, the specified instruction has multiple uses.
4362 /// Given this, it may actually increase register pressure to fold it
4363 /// into the load. For example, consider this code:
4364 ///
4365 ///     X = ...
4366 ///     Y = X+1
4367 ///     use(Y)   -> nonload/store
4368 ///     Z = Y+1
4369 ///     load Z
4370 ///
4371 /// In this case, Y has multiple uses, and can be folded into the load of Z
4372 /// (yielding load [X+2]).  However, doing this will cause both "X" and "X+1" to
4373 /// be live at the use(Y) line.  If we don't fold Y into load Z, we use one
4374 /// fewer register.  Since Y can't be folded into "use(Y)" we don't increase the
4375 /// number of computations either.
4376 ///
4377 /// Note that this (like most of CodeGenPrepare) is just a rough heuristic.  If
4378 /// X was live across 'load Z' for other reasons, we actually *would* want to
4379 /// fold the addressing mode in the Z case.  This would make Y die earlier.
4380 bool AddressingModeMatcher::
4381 isProfitableToFoldIntoAddressingMode(Instruction *I, ExtAddrMode &AMBefore,
4382                                      ExtAddrMode &AMAfter) {
4383   if (IgnoreProfitability) return true;
4384
4385   // AMBefore is the addressing mode before this instruction was folded into it,
4386   // and AMAfter is the addressing mode after the instruction was folded.  Get
4387   // the set of registers referenced by AMAfter and subtract out those
4388   // referenced by AMBefore: this is the set of values which folding in this
4389   // address extends the lifetime of.
4390   //
4391   // Note that there are only two potential values being referenced here,
4392   // BaseReg and ScaleReg (global addresses are always available, as are any
4393   // folded immediates).
4394   Value *BaseReg = AMAfter.BaseReg, *ScaledReg = AMAfter.ScaledReg;
4395
4396   // If the BaseReg or ScaledReg was referenced by the previous addrmode, their
4397   // lifetime wasn't extended by adding this instruction.
4398   if (valueAlreadyLiveAtInst(BaseReg, AMBefore.BaseReg, AMBefore.ScaledReg))
4399     BaseReg = nullptr;
4400   if (valueAlreadyLiveAtInst(ScaledReg, AMBefore.BaseReg, AMBefore.ScaledReg))
4401     ScaledReg = nullptr;
4402
4403   // If folding this instruction (and it's subexprs) didn't extend any live
4404   // ranges, we're ok with it.
4405   if (!BaseReg && !ScaledReg)
4406     return true;
4407
4408   // If all uses of this instruction can have the address mode sunk into them,
4409   // we can remove the addressing mode and effectively trade one live register
4410   // for another (at worst.)  In this context, folding an addressing mode into
4411   // the use is just a particularly nice way of sinking it.
4412   SmallVector<std::pair<Instruction*,unsigned>, 16> MemoryUses;
4413   SmallPtrSet<Instruction*, 16> ConsideredInsts;
4414   if (FindAllMemoryUses(I, MemoryUses, ConsideredInsts, TLI, TRI))
4415     return false;  // Has a non-memory, non-foldable use!
4416
4417   // Now that we know that all uses of this instruction are part of a chain of
4418   // computation involving only operations that could theoretically be folded
4419   // into a memory use, loop over each of these memory operation uses and see
4420   // if they could  *actually* fold the instruction.  The assumption is that
4421   // addressing modes are cheap and that duplicating the computation involved
4422   // many times is worthwhile, even on a fastpath. For sinking candidates
4423   // (i.e. cold call sites), this serves as a way to prevent excessive code
4424   // growth since most architectures have some reasonable small and fast way to
4425   // compute an effective address.  (i.e LEA on x86)
4426   SmallVector<Instruction*, 32> MatchedAddrModeInsts;
4427   for (unsigned i = 0, e = MemoryUses.size(); i != e; ++i) {
4428     Instruction *User = MemoryUses[i].first;
4429     unsigned OpNo = MemoryUses[i].second;
4430
4431     // Get the access type of this use.  If the use isn't a pointer, we don't
4432     // know what it accesses.
4433     Value *Address = User->getOperand(OpNo);
4434     PointerType *AddrTy = dyn_cast<PointerType>(Address->getType());
4435     if (!AddrTy)
4436       return false;
4437     Type *AddressAccessTy = AddrTy->getElementType();
4438     unsigned AS = AddrTy->getAddressSpace();
4439
4440     // Do a match against the root of this address, ignoring profitability. This
4441     // will tell us if the addressing mode for the memory operation will
4442     // *actually* cover the shared instruction.
4443     ExtAddrMode Result;
4444     std::pair<AssertingVH<GetElementPtrInst>, int64_t> LargeOffsetGEP(nullptr,
4445                                                                       0);
4446     TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
4447         TPT.getRestorationPoint();
4448     AddressingModeMatcher Matcher(
4449         MatchedAddrModeInsts, TLI, TRI, AddressAccessTy, AS, MemoryInst, Result,
4450         InsertedInsts, PromotedInsts, TPT, LargeOffsetGEP);
4451     Matcher.IgnoreProfitability = true;
4452     bool Success = Matcher.matchAddr(Address, 0);
4453     (void)Success; assert(Success && "Couldn't select *anything*?");
4454
4455     // The match was to check the profitability, the changes made are not
4456     // part of the original matcher. Therefore, they should be dropped
4457     // otherwise the original matcher will not present the right state.
4458     TPT.rollback(LastKnownGood);
4459
4460     // If the match didn't cover I, then it won't be shared by it.
4461     if (!is_contained(MatchedAddrModeInsts, I))
4462       return false;
4463
4464     MatchedAddrModeInsts.clear();
4465   }
4466
4467   return true;
4468 }
4469
4470 /// Return true if the specified values are defined in a
4471 /// different basic block than BB.
4472 static bool IsNonLocalValue(Value *V, BasicBlock *BB) {
4473   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
4474     return I->getParent() != BB;
4475   return false;
4476 }
4477
4478 /// Sink addressing mode computation immediate before MemoryInst if doing so
4479 /// can be done without increasing register pressure.  The need for the
4480 /// register pressure constraint means this can end up being an all or nothing
4481 /// decision for all uses of the same addressing computation.
4482 ///
4483 /// Load and Store Instructions often have addressing modes that can do
4484 /// significant amounts of computation. As such, instruction selection will try
4485 /// to get the load or store to do as much computation as possible for the
4486 /// program. The problem is that isel can only see within a single block. As
4487 /// such, we sink as much legal addressing mode work into the block as possible.
4488 ///
4489 /// This method is used to optimize both load/store and inline asms with memory
4490 /// operands.  It's also used to sink addressing computations feeding into cold
4491 /// call sites into their (cold) basic block.
4492 ///
4493 /// The motivation for handling sinking into cold blocks is that doing so can
4494 /// both enable other address mode sinking (by satisfying the register pressure
4495 /// constraint above), and reduce register pressure globally (by removing the
4496 /// addressing mode computation from the fast path entirely.).
4497 bool CodeGenPrepare::optimizeMemoryInst(Instruction *MemoryInst, Value *Addr,
4498                                         Type *AccessTy, unsigned AddrSpace) {
4499   Value *Repl = Addr;
4500
4501   // Try to collapse single-value PHI nodes.  This is necessary to undo
4502   // unprofitable PRE transformations.
4503   SmallVector<Value*, 8> worklist;
4504   SmallPtrSet<Value*, 16> Visited;
4505   worklist.push_back(Addr);
4506
4507   // Use a worklist to iteratively look through PHI and select nodes, and
4508   // ensure that the addressing mode obtained from the non-PHI/select roots of
4509   // the graph are compatible.
4510   bool PhiOrSelectSeen = false;
4511   SmallVector<Instruction*, 16> AddrModeInsts;
4512   const SimplifyQuery SQ(*DL, TLInfo);
4513   AddressingModeCombiner AddrModes(SQ, Addr);
4514   TypePromotionTransaction TPT(RemovedInsts);
4515   TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
4516       TPT.getRestorationPoint();
4517   while (!worklist.empty()) {
4518     Value *V = worklist.back();
4519     worklist.pop_back();
4520
4521     // We allow traversing cyclic Phi nodes.
4522     // In case of success after this loop we ensure that traversing through
4523     // Phi nodes ends up with all cases to compute address of the form
4524     //    BaseGV + Base + Scale * Index + Offset
4525     // where Scale and Offset are constans and BaseGV, Base and Index
4526     // are exactly the same Values in all cases.
4527     // It means that BaseGV, Scale and Offset dominate our memory instruction
4528     // and have the same value as they had in address computation represented
4529     // as Phi. So we can safely sink address computation to memory instruction.
4530     if (!Visited.insert(V).second)
4531       continue;
4532
4533     // For a PHI node, push all of its incoming values.
4534     if (PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(V)) {
4535       for (Value *IncValue : P->incoming_values())
4536         worklist.push_back(IncValue);
4537       PhiOrSelectSeen = true;
4538       continue;
4539     }
4540     // Similar for select.
4541     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
4542       worklist.push_back(SI->getFalseValue());
4543       worklist.push_back(SI->getTrueValue());
4544       PhiOrSelectSeen = true;
4545       continue;
4546     }
4547
4548     // For non-PHIs, determine the addressing mode being computed.  Note that
4549     // the result may differ depending on what other uses our candidate
4550     // addressing instructions might have.
4551     AddrModeInsts.clear();
4552     std::pair<AssertingVH<GetElementPtrInst>, int64_t> LargeOffsetGEP(nullptr,
4553                                                                       0);
4554     ExtAddrMode NewAddrMode = AddressingModeMatcher::Match(
4555         V, AccessTy, AddrSpace, MemoryInst, AddrModeInsts, *TLI, *TRI,
4556         InsertedInsts, PromotedInsts, TPT, LargeOffsetGEP);
4557
4558     GetElementPtrInst *GEP = LargeOffsetGEP.first;
4559     if (GEP && GEP->getParent() != MemoryInst->getParent() &&
4560         !NewGEPBases.count(GEP)) {
4561       // If splitting the underlying data structure can reduce the offset of a
4562       // GEP, collect the GEP.  Skip the GEPs that are the new bases of
4563       // previously split data structures.
4564       LargeOffsetGEPMap[GEP->getPointerOperand()].push_back(LargeOffsetGEP);
4565       if (LargeOffsetGEPID.find(GEP) == LargeOffsetGEPID.end())
4566         LargeOffsetGEPID[GEP] = LargeOffsetGEPID.size();
4567     }
4568
4569     NewAddrMode.OriginalValue = V;
4570     if (!AddrModes.addNewAddrMode(NewAddrMode))
4571       break;
4572   }
4573
4574   // Try to combine the AddrModes we've collected. If we couldn't collect any,
4575   // or we have multiple but either couldn't combine them or combining them
4576   // wouldn't do anything useful, bail out now.
4577   if (!AddrModes.combineAddrModes()) {
4578     TPT.rollback(LastKnownGood);
4579     return false;
4580   }
4581   TPT.commit();
4582
4583   // Get the combined AddrMode (or the only AddrMode, if we only had one).
4584   ExtAddrMode AddrMode = AddrModes.getAddrMode();
4585
4586   // If all the instructions matched are already in this BB, don't do anything.
4587   // If we saw a Phi node then it is not local definitely, and if we saw a select
4588   // then we want to push the address calculation past it even if it's already
4589   // in this BB.
4590   if (!PhiOrSelectSeen && none_of(AddrModeInsts, [&](Value *V) {
4591         return IsNonLocalValue(V, MemoryInst->getParent());
4592                   })) {
4593     LLVM_DEBUG(dbgs() << "CGP: Found      local addrmode: " << AddrMode
4594                       << "\n");
4595     return false;
4596   }
4597
4598   // Insert this computation right after this user.  Since our caller is
4599   // scanning from the top of the BB to the bottom, reuse of the expr are
4600   // guaranteed to happen later.
4601   IRBuilder<> Builder(MemoryInst);
4602
4603   // Now that we determined the addressing expression we want to use and know
4604   // that we have to sink it into this block.  Check to see if we have already
4605   // done this for some other load/store instr in this block.  If so, reuse
4606   // the computation.  Before attempting reuse, check if the address is valid
4607   // as it may have been erased.
4608
4609   WeakTrackingVH SunkAddrVH = SunkAddrs[Addr];
4610
4611   Value * SunkAddr = SunkAddrVH.pointsToAliveValue() ? SunkAddrVH : nullptr;
4612   if (SunkAddr) {
4613     LLVM_DEBUG(dbgs() << "CGP: Reusing nonlocal addrmode: " << AddrMode
4614                       << " for " << *MemoryInst << "\n");
4615     if (SunkAddr->getType() != Addr->getType())
4616       SunkAddr = Builder.CreatePointerCast(SunkAddr, Addr->getType());
4617   } else if (AddrSinkUsingGEPs ||
4618              (!AddrSinkUsingGEPs.getNumOccurrences() && TM && TTI->useAA())) {
4619     // By default, we use the GEP-based method when AA is used later. This
4620     // prevents new inttoptr/ptrtoint pairs from degrading AA capabilities.
4621     LLVM_DEBUG(dbgs() << "CGP: SINKING nonlocal addrmode: " << AddrMode
4622                       << " for " << *MemoryInst << "\n");
4623     Type *IntPtrTy = DL->getIntPtrType(Addr->getType());
4624     Value *ResultPtr = nullptr, *ResultIndex = nullptr;
4625
4626     // First, find the pointer.
4627     if (AddrMode.BaseReg && AddrMode.BaseReg->getType()->isPointerTy()) {
4628       ResultPtr = AddrMode.BaseReg;
4629       AddrMode.BaseReg = nullptr;
4630     }
4631
4632     if (AddrMode.Scale && AddrMode.ScaledReg->getType()->isPointerTy()) {
4633       // We can't add more than one pointer together, nor can we scale a
4634       // pointer (both of which seem meaningless).
4635       if (ResultPtr || AddrMode.Scale != 1)
4636         return false;
4637
4638       ResultPtr = AddrMode.ScaledReg;
4639       AddrMode.Scale = 0;
4640     }
4641
4642     // It is only safe to sign extend the BaseReg if we know that the math
4643     // required to create it did not overflow before we extend it. Since
4644     // the original IR value was tossed in favor of a constant back when
4645     // the AddrMode was created we need to bail out gracefully if widths
4646     // do not match instead of extending it.
4647     //
4648     // (See below for code to add the scale.)
4649     if (AddrMode.Scale) {
4650       Type *ScaledRegTy = AddrMode.ScaledReg->getType();
4651       if (cast<IntegerType>(IntPtrTy)->getBitWidth() >
4652           cast<IntegerType>(ScaledRegTy)->getBitWidth())
4653         return false;
4654     }
4655
4656     if (AddrMode.BaseGV) {
4657       if (ResultPtr)
4658         return false;
4659
4660       ResultPtr = AddrMode.BaseGV;
4661     }
4662
4663     // If the real base value actually came from an inttoptr, then the matcher
4664     // will look through it and provide only the integer value. In that case,
4665     // use it here.
4666     if (!DL->isNonIntegralPointerType(Addr->getType())) {
4667       if (!ResultPtr && AddrMode.BaseReg) {
4668         ResultPtr = Builder.CreateIntToPtr(AddrMode.BaseReg, Addr->getType(),
4669                                            "sunkaddr");
4670         AddrMode.BaseReg = nullptr;
4671       } else if (!ResultPtr && AddrMode.Scale == 1) {
4672         ResultPtr = Builder.CreateIntToPtr(AddrMode.ScaledReg, Addr->getType(),
4673                                            "sunkaddr");
4674         AddrMode.Scale = 0;
4675       }
4676     }
4677
4678     if (!ResultPtr &&
4679         !AddrMode.BaseReg && !AddrMode.Scale && !AddrMode.BaseOffs) {
4680       SunkAddr = Constant::getNullValue(Addr->getType());
4681     } else if (!ResultPtr) {
4682       return false;
4683     } else {
4684       Type *I8PtrTy =
4685           Builder.getInt8PtrTy(Addr->getType()->getPointerAddressSpace());
4686       Type *I8Ty = Builder.getInt8Ty();
4687
4688       // Start with the base register. Do this first so that subsequent address
4689       // matching finds it last, which will prevent it from trying to match it
4690       // as the scaled value in case it happens to be a mul. That would be
4691       // problematic if we've sunk a different mul for the scale, because then
4692       // we'd end up sinking both muls.
4693       if (AddrMode.BaseReg) {
4694         Value *V = AddrMode.BaseReg;
4695         if (V->getType() != IntPtrTy)
4696           V = Builder.CreateIntCast(V, IntPtrTy, /*isSigned=*/true, "sunkaddr");
4697
4698         ResultIndex = V;
4699       }
4700
4701       // Add the scale value.
4702       if (AddrMode.Scale) {
4703         Value *V = AddrMode.ScaledReg;
4704         if (V->getType() == IntPtrTy) {
4705           // done.
4706         } else {
4707           assert(cast<IntegerType>(IntPtrTy)->getBitWidth() <
4708                  cast<IntegerType>(V->getType())->getBitWidth() &&
4709                  "We can't transform if ScaledReg is too narrow");
4710           V = Builder.CreateTrunc(V, IntPtrTy, "sunkaddr");
4711         }
4712
4713         if (AddrMode.Scale != 1)
4714           V = Builder.CreateMul(V, ConstantInt::get(IntPtrTy, AddrMode.Scale),
4715                                 "sunkaddr");
4716         if (ResultIndex)
4717           ResultIndex = Builder.CreateAdd(ResultIndex, V, "sunkaddr");
4718         else
4719           ResultIndex = V;
4720       }
4721
4722       // Add in the Base Offset if present.
4723       if (AddrMode.BaseOffs) {
4724         Value *V = ConstantInt::get(IntPtrTy, AddrMode.BaseOffs);
4725         if (ResultIndex) {
4726           // We need to add this separately from the scale above to help with
4727           // SDAG consecutive load/store merging.
4728           if (ResultPtr->getType() != I8PtrTy)
4729             ResultPtr = Builder.CreatePointerCast(ResultPtr, I8PtrTy);
4730           ResultPtr = Builder.CreateGEP(I8Ty, ResultPtr, ResultIndex, "sunkaddr");
4731         }
4732
4733         ResultIndex = V;
4734       }
4735
4736       if (!ResultIndex) {
4737         SunkAddr = ResultPtr;
4738       } else {
4739         if (ResultPtr->getType() != I8PtrTy)
4740           ResultPtr = Builder.CreatePointerCast(ResultPtr, I8PtrTy);
4741         SunkAddr = Builder.CreateGEP(I8Ty, ResultPtr, ResultIndex, "sunkaddr");
4742       }
4743
4744       if (SunkAddr->getType() != Addr->getType())
4745         SunkAddr = Builder.CreatePointerCast(SunkAddr, Addr->getType());
4746     }
4747   } else {
4748     // We'd require a ptrtoint/inttoptr down the line, which we can't do for
4749     // non-integral pointers, so in that case bail out now.
4750     Type *BaseTy = AddrMode.BaseReg ? AddrMode.BaseReg->getType() : nullptr;
4751     Type *ScaleTy = AddrMode.Scale ? AddrMode.ScaledReg->getType() : nullptr;
4752     PointerType *BasePtrTy = dyn_cast_or_null<PointerType>(BaseTy);
4753     PointerType *ScalePtrTy = dyn_cast_or_null<PointerType>(ScaleTy);
4754     if (DL->isNonIntegralPointerType(Addr->getType()) ||
4755         (BasePtrTy && DL->isNonIntegralPointerType(BasePtrTy)) ||
4756         (ScalePtrTy && DL->isNonIntegralPointerType(ScalePtrTy)) ||
4757         (AddrMode.BaseGV &&
4758          DL->isNonIntegralPointerType(AddrMode.BaseGV->getType())))
4759       return false;
4760
4761     LLVM_DEBUG(dbgs() << "CGP: SINKING nonlocal addrmode: " << AddrMode
4762                       << " for " << *MemoryInst << "\n");
4763     Type *IntPtrTy = DL->getIntPtrType(Addr->getType());
4764     Value *Result = nullptr;
4765
4766     // Start with the base register. Do this first so that subsequent address
4767     // matching finds it last, which will prevent it from trying to match it
4768     // as the scaled value in case it happens to be a mul. That would be
4769     // problematic if we've sunk a different mul for the scale, because then
4770     // we'd end up sinking both muls.
4771     if (AddrMode.BaseReg) {
4772       Value *V = AddrMode.BaseReg;
4773       if (V->getType()->isPointerTy())
4774         V = Builder.CreatePtrToInt(V, IntPtrTy, "sunkaddr");
4775       if (V->getType() != IntPtrTy)
4776         V = Builder.CreateIntCast(V, IntPtrTy, /*isSigned=*/true, "sunkaddr");
4777       Result = V;
4778     }
4779
4780     // Add the scale value.
4781     if (AddrMode.Scale) {
4782       Value *V = AddrMode.ScaledReg;
4783       if (V->getType() == IntPtrTy) {
4784         // done.
4785       } else if (V->getType()->isPointerTy()) {
4786         V = Builder.CreatePtrToInt(V, IntPtrTy, "sunkaddr");
4787       } else if (cast<IntegerType>(IntPtrTy)->getBitWidth() <
4788                  cast<IntegerType>(V->getType())->getBitWidth()) {
4789         V = Builder.CreateTrunc(V, IntPtrTy, "sunkaddr");
4790       } else {
4791         // It is only safe to sign extend the BaseReg if we know that the math
4792         // required to create it did not overflow before we extend it. Since
4793         // the original IR value was tossed in favor of a constant back when
4794         // the AddrMode was created we need to bail out gracefully if widths
4795         // do not match instead of extending it.
4796         Instruction *I = dyn_cast_or_null<Instruction>(Result);
4797         if (I && (Result != AddrMode.BaseReg))
4798           I->eraseFromParent();
4799         return false;
4800       }
4801       if (AddrMode.Scale != 1)
4802         V = Builder.CreateMul(V, ConstantInt::get(IntPtrTy, AddrMode.Scale),
4803                               "sunkaddr");
4804       if (Result)
4805         Result = Builder.CreateAdd(Result, V, "sunkaddr");
4806       else
4807         Result = V;
4808     }
4809
4810     // Add in the BaseGV if present.
4811     if (AddrMode.BaseGV) {
4812       Value *V = Builder.CreatePtrToInt(AddrMode.BaseGV, IntPtrTy, "sunkaddr");
4813       if (Result)
4814         Result = Builder.CreateAdd(Result, V, "sunkaddr");
4815       else
4816         Result = V;
4817     }
4818
4819     // Add in the Base Offset if present.
4820     if (AddrMode.BaseOffs) {
4821       Value *V = ConstantInt::get(IntPtrTy, AddrMode.BaseOffs);
4822       if (Result)
4823         Result = Builder.CreateAdd(Result, V, "sunkaddr");
4824       else
4825         Result = V;
4826     }
4827
4828     if (!Result)
4829       SunkAddr = Constant::getNullValue(Addr->getType());
4830     else
4831       SunkAddr = Builder.CreateIntToPtr(Result, Addr->getType(), "sunkaddr");
4832   }
4833
4834   MemoryInst->replaceUsesOfWith(Repl, SunkAddr);
4835   // Store the newly computed address into the cache. In the case we reused a
4836   // value, this should be idempotent.
4837   SunkAddrs[Addr] = WeakTrackingVH(SunkAddr);
4838
4839   // If we have no uses, recursively delete the value and all dead instructions
4840   // using it.
4841   if (Repl->use_empty()) {
4842     // This can cause recursive deletion, which can invalidate our iterator.
4843     // Use a WeakTrackingVH to hold onto it in case this happens.
4844     Value *CurValue = &*CurInstIterator;
4845     WeakTrackingVH IterHandle(CurValue);
4846     BasicBlock *BB = CurInstIterator->getParent();
4847
4848     RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Repl, TLInfo);
4849
4850     if (IterHandle != CurValue) {
4851       // If the iterator instruction was recursively deleted, start over at the
4852       // start of the block.
4853       CurInstIterator = BB->begin();
4854       SunkAddrs.clear();
4855     }
4856   }
4857   ++NumMemoryInsts;
4858   return true;
4859 }
4860
4861 /// If there are any memory operands, use OptimizeMemoryInst to sink their
4862 /// address computing into the block when possible / profitable.
4863 bool CodeGenPrepare::optimizeInlineAsmInst(CallInst *CS) {
4864   bool MadeChange = false;
4865
4866   const TargetRegisterInfo *TRI =
4867       TM->getSubtargetImpl(*CS->getFunction())->getRegisterInfo();
4868   TargetLowering::AsmOperandInfoVector TargetConstraints =
4869       TLI->ParseConstraints(*DL, TRI, CS);
4870   unsigned ArgNo = 0;
4871   for (unsigned i = 0, e = TargetConstraints.size(); i != e; ++i) {
4872     TargetLowering::AsmOperandInfo &OpInfo = TargetConstraints[i];
4873
4874     // Compute the constraint code and ConstraintType to use.
4875     TLI->ComputeConstraintToUse(OpInfo, SDValue());
4876
4877     if (OpInfo.ConstraintType == TargetLowering::C_Memory &&
4878         OpInfo.isIndirect) {
4879       Value *OpVal = CS->getArgOperand(ArgNo++);
4880       MadeChange |= optimizeMemoryInst(CS, OpVal, OpVal->getType(), ~0u);
4881     } else if (OpInfo.Type == InlineAsm::isInput)
4882       ArgNo++;
4883   }
4884
4885   return MadeChange;
4886 }
4887
4888 /// Check if all the uses of \p Val are equivalent (or free) zero or
4889 /// sign extensions.
4890 static bool hasSameExtUse(Value *Val, const TargetLowering &TLI) {
4891   assert(!Val->use_empty() && "Input must have at least one use");
4892   const Instruction *FirstUser = cast<Instruction>(*Val->user_begin());
4893   bool IsSExt = isa<SExtInst>(FirstUser);
4894   Type *ExtTy = FirstUser->getType();
4895   for (const User *U : Val->users()) {
4896     const Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
4897     if ((IsSExt && !isa<SExtInst>(UI)) || (!IsSExt && !isa<ZExtInst>(UI)))
4898       return false;
4899     Type *CurTy = UI->getType();
4900     // Same input and output types: Same instruction after CSE.
4901     if (CurTy == ExtTy)
4902       continue;
4903
4904     // If IsSExt is true, we are in this situation:
4905     // a = Val
4906     // b = sext ty1 a to ty2
4907     // c = sext ty1 a to ty3
4908     // Assuming ty2 is shorter than ty3, this could be turned into:
4909     // a = Val
4910     // b = sext ty1 a to ty2
4911     // c = sext ty2 b to ty3
4912     // However, the last sext is not free.
4913     if (IsSExt)
4914       return false;
4915
4916     // This is a ZExt, maybe this is free to extend from one type to another.
4917     // In that case, we would not account for a different use.
4918     Type *NarrowTy;
4919     Type *LargeTy;
4920     if (ExtTy->getScalarType()->getIntegerBitWidth() >
4921         CurTy->getScalarType()->getIntegerBitWidth()) {
4922       NarrowTy = CurTy;
4923       LargeTy = ExtTy;
4924     } else {
4925       NarrowTy = ExtTy;
4926       LargeTy = CurTy;
4927     }
4928
4929     if (!TLI.isZExtFree(NarrowTy, LargeTy))
4930       return false;
4931   }
4932   // All uses are the same or can be derived from one another for free.
4933   return true;
4934 }
4935
4936 /// Try to speculatively promote extensions in \p Exts and continue
4937 /// promoting through newly promoted operands recursively as far as doing so is
4938 /// profitable. Save extensions profitably moved up, in \p ProfitablyMovedExts.
4939 /// When some promotion happened, \p TPT contains the proper state to revert
4940 /// them.
4941 ///
4942 /// \return true if some promotion happened, false otherwise.
4943 bool CodeGenPrepare::tryToPromoteExts(
4944     TypePromotionTransaction &TPT, const SmallVectorImpl<Instruction *> &Exts,
4945     SmallVectorImpl<Instruction *> &ProfitablyMovedExts,
4946     unsigned CreatedInstsCost) {
4947   bool Promoted = false;
4948
4949   // Iterate over all the extensions to try to promote them.
4950   for (auto I : Exts) {
4951     // Early check if we directly have ext(load).
4952     if (isa<LoadInst>(I->getOperand(0))) {
4953       ProfitablyMovedExts.push_back(I);
4954       continue;
4955     }
4956
4957     // Check whether or not we want to do any promotion.  The reason we have
4958     // this check inside the for loop is to catch the case where an extension
4959     // is directly fed by a load because in such case the extension can be moved
4960     // up without any promotion on its operands.
4961     if (!TLI || !TLI->enableExtLdPromotion() || DisableExtLdPromotion)
4962       return false;
4963
4964     // Get the action to perform the promotion.
4965     TypePromotionHelper::Action TPH =
4966         TypePromotionHelper::getAction(I, InsertedInsts, *TLI, PromotedInsts);
4967     // Check if we can promote.
4968     if (!TPH) {
4969       // Save the current extension as we cannot move up through its operand.
4970       ProfitablyMovedExts.push_back(I);
4971       continue;
4972     }
4973
4974     // Save the current state.
4975     TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
4976         TPT.getRestorationPoint();
4977     SmallVector<Instruction *, 4> NewExts;
4978     unsigned NewCreatedInstsCost = 0;
4979     unsigned ExtCost = !TLI->isExtFree(I);
4980     // Promote.
4981     Value *PromotedVal = TPH(I, TPT, PromotedInsts, NewCreatedInstsCost,
4982                              &NewExts, nullptr, *TLI);
4983     assert(PromotedVal &&
4984            "TypePromotionHelper should have filtered out those cases");
4985
4986     // We would be able to merge only one extension in a load.
4987     // Therefore, if we have more than 1 new extension we heuristically
4988     // cut this search path, because it means we degrade the code quality.
4989     // With exactly 2, the transformation is neutral, because we will merge
4990     // one extension but leave one. However, we optimistically keep going,
4991     // because the new extension may be removed too.
4992     long long TotalCreatedInstsCost = CreatedInstsCost + NewCreatedInstsCost;
4993     // FIXME: It would be possible to propagate a negative value instead of
4994     // conservatively ceiling it to 0.
4995     TotalCreatedInstsCost =
4996         std::max((long long)0, (TotalCreatedInstsCost - ExtCost));
4997     if (!StressExtLdPromotion &&
4998         (TotalCreatedInstsCost > 1 ||
4999          !isPromotedInstructionLegal(*TLI, *DL, PromotedVal))) {
5000       // This promotion is not profitable, rollback to the previous state, and
5001       // save the current extension in ProfitablyMovedExts as the latest
5002       // speculative promotion turned out to be unprofitable.
5003       TPT.rollback(LastKnownGood);
5004       ProfitablyMovedExts.push_back(I);
5005       continue;
5006     }
5007     // Continue promoting NewExts as far as doing so is profitable.
5008     SmallVector<Instruction *, 2> NewlyMovedExts;
5009     (void)tryToPromoteExts(TPT, NewExts, NewlyMovedExts, TotalCreatedInstsCost);
5010     bool NewPromoted = false;
5011     for (auto ExtInst : NewlyMovedExts) {
5012       Instruction *MovedExt = cast<Instruction>(ExtInst);
5013       Value *ExtOperand = MovedExt->getOperand(0);
5014       // If we have reached to a load, we need this extra profitability check
5015       // as it could potentially be merged into an ext(load).
5016       if (isa<LoadInst>(ExtOperand) &&
5017           !(StressExtLdPromotion || NewCreatedInstsCost <= ExtCost ||
5018             (ExtOperand->hasOneUse() || hasSameExtUse(ExtOperand, *TLI))))
5019         continue;
5020
5021       ProfitablyMovedExts.push_back(MovedExt);
5022       NewPromoted = true;
5023     }
5024
5025     // If none of speculative promotions for NewExts is profitable, rollback
5026     // and save the current extension (I) as the last profitable extension.
5027     if (!NewPromoted) {
5028       TPT.rollback(LastKnownGood);
5029       ProfitablyMovedExts.push_back(I);
5030       continue;
5031     }
5032     // The promotion is profitable.
5033     Promoted = true;
5034   }
5035   return Promoted;
5036 }
5037
5038 /// Merging redundant sexts when one is dominating the other.
5039 bool CodeGenPrepare::mergeSExts(Function &F) {
5040   DominatorTree DT(F);
5041   bool Changed = false;
5042   for (auto &Entry : ValToSExtendedUses) {
5043     SExts &Insts = Entry.second;
5044     SExts CurPts;
5045     for (Instruction *Inst : Insts) {
5046       if (RemovedInsts.count(Inst) || !isa<SExtInst>(Inst) ||
5047           Inst->getOperand(0) != Entry.first)
5048         continue;
5049       bool inserted = false;
5050       for (auto &Pt : CurPts) {
5051         if (DT.dominates(Inst, Pt)) {
5052           Pt->replaceAllUsesWith(Inst);
5053           RemovedInsts.insert(Pt);
5054           Pt->removeFromParent();
5055           Pt = Inst;
5056           inserted = true;
5057           Changed = true;
5058           break;
5059         }
5060         if (!DT.dominates(Pt, Inst))
5061           // Give up if we need to merge in a common dominator as the
5062           // experiments show it is not profitable.
5063           continue;
5064         Inst->replaceAllUsesWith(Pt);
5065         RemovedInsts.insert(Inst);
5066         Inst->removeFromParent();
5067         inserted = true;
5068         Changed = true;
5069         break;
5070       }
5071       if (!inserted)
5072         CurPts.push_back(Inst);
5073     }
5074   }
5075   return Changed;
5076 }
5077
5078 // Spliting large data structures so that the GEPs accessing them can have
5079 // smaller offsets so that they can be sunk to the same blocks as their users.
5080 // For example, a large struct starting from %base is splitted into two parts
5081 // where the second part starts from %new_base.
5082 //
5083 // Before:
5084 // BB0:
5085 //   %base     =
5086 //
5087 // BB1:
5088 //   %gep0     = gep %base, off0
5089 //   %gep1     = gep %base, off1
5090 //   %gep2     = gep %base, off2
5091 //
5092 // BB2:
5093 //   %load1    = load %gep0
5094 //   %load2    = load %gep1
5095 //   %load3    = load %gep2
5096 //
5097 // After:
5098 // BB0:
5099 //   %base     =
5100 //   %new_base = gep %base, off0
5101 //
5102 // BB1:
5103 //   %new_gep0 = %new_base
5104 //   %new_gep1 = gep %new_base, off1 - off0
5105 //   %new_gep2 = gep %new_base, off2 - off0
5106 //
5107 // BB2:
5108 //   %load1    = load i32, i32* %new_gep0
5109 //   %load2    = load i32, i32* %new_gep1
5110 //   %load3    = load i32, i32* %new_gep2
5111 //
5112 // %new_gep1 and %new_gep2 can be sunk to BB2 now after the splitting because
5113 // their offsets are smaller enough to fit into the addressing mode.
5114 bool CodeGenPrepare::splitLargeGEPOffsets() {
5115   bool Changed = false;
5116   for (auto &Entry : LargeOffsetGEPMap) {
5117     Value *OldBase = Entry.first;
5118     SmallVectorImpl<std::pair<AssertingVH<GetElementPtrInst>, int64_t>>
5119         &LargeOffsetGEPs = Entry.second;
5120     auto compareGEPOffset =
5121         [&](const std::pair<GetElementPtrInst *, int64_t> &LHS,
5122             const std::pair<GetElementPtrInst *, int64_t> &RHS) {
5123           if (LHS.first == RHS.first)
5124             return false;
5125           if (LHS.second != RHS.second)
5126             return LHS.second < RHS.second;
5127           return LargeOffsetGEPID[LHS.first] < LargeOffsetGEPID[RHS.first];
5128         };
5129     // Sorting all the GEPs of the same data structures based on the offsets.
5130     llvm::sort(LargeOffsetGEPs, compareGEPOffset);
5131     LargeOffsetGEPs.erase(
5132         std::unique(LargeOffsetGEPs.begin(), LargeOffsetGEPs.end()),
5133         LargeOffsetGEPs.end());
5134     // Skip if all the GEPs have the same offsets.
5135     if (LargeOffsetGEPs.front().second == LargeOffsetGEPs.back().second)
5136       continue;
5137     GetElementPtrInst *BaseGEP = LargeOffsetGEPs.begin()->first;
5138     int64_t BaseOffset = LargeOffsetGEPs.begin()->second;
5139     Value *NewBaseGEP = nullptr;
5140
5141     auto LargeOffsetGEP = LargeOffsetGEPs.begin();
5142     while (LargeOffsetGEP != LargeOffsetGEPs.end()) {
5143       GetElementPtrInst *GEP = LargeOffsetGEP->first;
5144       int64_t Offset = LargeOffsetGEP->second;
5145       if (Offset != BaseOffset) {
5146         TargetLowering::AddrMode AddrMode;
5147         AddrMode.BaseOffs = Offset - BaseOffset;
5148         // The result type of the GEP might not be the type of the memory
5149         // access.
5150         if (!TLI->isLegalAddressingMode(*DL, AddrMode,
5151                                         GEP->getResultElementType(),
5152                                         GEP->getAddressSpace())) {
5153           // We need to create a new base if the offset to the current base is
5154           // too large to fit into the addressing mode. So, a very large struct
5155           // may be splitted into several parts.
5156           BaseGEP = GEP;
5157           BaseOffset = Offset;
5158           NewBaseGEP = nullptr;
5159         }
5160       }
5161
5162       // Generate a new GEP to replace the current one.
5163       LLVMContext &Ctx = GEP->getContext();
5164       Type *IntPtrTy = DL->getIntPtrType(GEP->getType());
5165       Type *I8PtrTy =
5166           Type::getInt8PtrTy(Ctx, GEP->getType()->getPointerAddressSpace());
5167       Type *I8Ty = Type::getInt8Ty(Ctx);
5168
5169       if (!NewBaseGEP) {
5170         // Create a new base if we don't have one yet.  Find the insertion
5171         // pointer for the new base first.
5172         BasicBlock::iterator NewBaseInsertPt;
5173         BasicBlock *NewBaseInsertBB;
5174         if (auto *BaseI = dyn_cast<Instruction>(OldBase)) {
5175           // If the base of the struct is an instruction, the new base will be
5176           // inserted close to it.
5177           NewBaseInsertBB = BaseI->getParent();
5178           if (isa<PHINode>(BaseI))
5179             NewBaseInsertPt = NewBaseInsertBB->getFirstInsertionPt();
5180           else if (InvokeInst *Invoke = dyn_cast<InvokeInst>(BaseI)) {
5181             NewBaseInsertBB =
5182                 SplitEdge(NewBaseInsertBB, Invoke->getNormalDest());
5183             NewBaseInsertPt = NewBaseInsertBB->getFirstInsertionPt();
5184           } else
5185             NewBaseInsertPt = std::next(BaseI->getIterator());
5186         } else {
5187           // If the current base is an argument or global value, the new base
5188           // will be inserted to the entry block.
5189           NewBaseInsertBB = &BaseGEP->getFunction()->getEntryBlock();
5190           NewBaseInsertPt = NewBaseInsertBB->getFirstInsertionPt();
5191         }
5192         IRBuilder<> NewBaseBuilder(NewBaseInsertBB, NewBaseInsertPt);
5193         // Create a new base.
5194         Value *BaseIndex = ConstantInt::get(IntPtrTy, BaseOffset);
5195         NewBaseGEP = OldBase;
5196         if (NewBaseGEP->getType() != I8PtrTy)
5197           NewBaseGEP = NewBaseBuilder.CreatePointerCast(NewBaseGEP, I8PtrTy);
5198         NewBaseGEP =
5199             NewBaseBuilder.CreateGEP(I8Ty, NewBaseGEP, BaseIndex, "splitgep");
5200         NewGEPBases.insert(NewBaseGEP);
5201       }
5202
5203       IRBuilder<> Builder(GEP);
5204       Value *NewGEP = NewBaseGEP;
5205       if (Offset == BaseOffset) {
5206         if (GEP->getType() != I8PtrTy)
5207           NewGEP = Builder.CreatePointerCast(NewGEP, GEP->getType());
5208       } else {
5209         // Calculate the new offset for the new GEP.
5210         Value *Index = ConstantInt::get(IntPtrTy, Offset - BaseOffset);
5211         NewGEP = Builder.CreateGEP(I8Ty, NewBaseGEP, Index);
5212
5213         if (GEP->getType() != I8PtrTy)
5214           NewGEP = Builder.CreatePointerCast(NewGEP, GEP->getType());
5215       }
5216       GEP->replaceAllUsesWith(NewGEP);
5217       LargeOffsetGEPID.erase(GEP);
5218       LargeOffsetGEP = LargeOffsetGEPs.erase(LargeOffsetGEP);
5219       GEP->eraseFromParent();
5220       Changed = true;
5221     }
5222   }
5223   return Changed;
5224 }
5225
5226 /// Return true, if an ext(load) can be formed from an extension in
5227 /// \p MovedExts.
5228 bool CodeGenPrepare::canFormExtLd(
5229     const SmallVectorImpl<Instruction *> &MovedExts, LoadInst *&LI,
5230     Instruction *&Inst, bool HasPromoted) {
5231   for (auto *MovedExtInst : MovedExts) {
5232     if (isa<LoadInst>(MovedExtInst->getOperand(0))) {
5233       LI = cast<LoadInst>(MovedExtInst->getOperand(0));
5234       Inst = MovedExtInst;
5235       break;
5236     }
5237   }
5238   if (!LI)
5239     return false;
5240
5241   // If they're already in the same block, there's nothing to do.
5242   // Make the cheap checks first if we did not promote.
5243   // If we promoted, we need to check if it is indeed profitable.
5244   if (!HasPromoted && LI->getParent() == Inst->getParent())
5245     return false;
5246
5247   return TLI->isExtLoad(LI, Inst, *DL);
5248 }
5249
5250 /// Move a zext or sext fed by a load into the same basic block as the load,
5251 /// unless conditions are unfavorable. This allows SelectionDAG to fold the
5252 /// extend into the load.
5253 ///
5254 /// E.g.,
5255 /// \code
5256 /// %ld = load i32* %addr
5257 /// %add = add nuw i32 %ld, 4
5258 /// %zext = zext i32 %add to i64
5259 // \endcode
5260 /// =>
5261 /// \code
5262 /// %ld = load i32* %addr
5263 /// %zext = zext i32 %ld to i64
5264 /// %add = add nuw i64 %zext, 4
5265 /// \encode
5266 /// Note that the promotion in %add to i64 is done in tryToPromoteExts(), which
5267 /// allow us to match zext(load i32*) to i64.
5268 ///
5269 /// Also, try to promote the computations used to obtain a sign extended
5270 /// value used into memory accesses.
5271 /// E.g.,
5272 /// \code
5273 /// a = add nsw i32 b, 3
5274 /// d = sext i32 a to i64
5275 /// e = getelementptr ..., i64 d
5276 /// \endcode
5277 /// =>
5278 /// \code
5279 /// f = sext i32 b to i64
5280 /// a = add nsw i64 f, 3
5281 /// e = getelementptr ..., i64 a
5282 /// \endcode
5283 ///
5284 /// \p Inst[in/out] the extension may be modified during the process if some
5285 /// promotions apply.
5286 bool CodeGenPrepare::optimizeExt(Instruction *&Inst) {
5287   // ExtLoad formation and address type promotion infrastructure requires TLI to
5288   // be effective.
5289   if (!TLI)
5290     return false;
5291
5292   bool AllowPromotionWithoutCommonHeader = false;
5293   /// See if it is an interesting sext operations for the address type
5294   /// promotion before trying to promote it, e.g., the ones with the right
5295   /// type and used in memory accesses.
5296   bool ATPConsiderable = TTI->shouldConsiderAddressTypePromotion(
5297       *Inst, AllowPromotionWithoutCommonHeader);
5298   TypePromotionTransaction TPT(RemovedInsts);
5299   TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
5300       TPT.getRestorationPoint();
5301   SmallVector<Instruction *, 1> Exts;
5302   SmallVector<Instruction *, 2> SpeculativelyMovedExts;
5303   Exts.push_back(Inst);
5304
5305   bool HasPromoted = tryToPromoteExts(TPT, Exts, SpeculativelyMovedExts);
5306
5307   // Look for a load being extended.
5308   LoadInst *LI = nullptr;
5309   Instruction *ExtFedByLoad;
5310
5311   // Try to promote a chain of computation if it allows to form an extended
5312   // load.
5313   if (canFormExtLd(SpeculativelyMovedExts, LI, ExtFedByLoad, HasPromoted)) {
5314     assert(LI && ExtFedByLoad && "Expect a valid load and extension");
5315     TPT.commit();
5316     // Move the extend into the same block as the load
5317     ExtFedByLoad->moveAfter(LI);
5318     // CGP does not check if the zext would be speculatively executed when moved
5319     // to the same basic block as the load. Preserving its original location
5320     // would pessimize the debugging experience, as well as negatively impact
5321     // the quality of sample pgo. We don't want to use "line 0" as that has a
5322     // size cost in the line-table section and logically the zext can be seen as
5323     // part of the load. Therefore we conservatively reuse the same debug
5324     // location for the load and the zext.
5325     ExtFedByLoad->setDebugLoc(LI->getDebugLoc());
5326     ++NumExtsMoved;
5327     Inst = ExtFedByLoad;
5328     return true;
5329   }
5330
5331   // Continue promoting SExts if known as considerable depending on targets.
5332   if (ATPConsiderable &&
5333       performAddressTypePromotion(Inst, AllowPromotionWithoutCommonHeader,
5334                                   HasPromoted, TPT, SpeculativelyMovedExts))
5335     return true;
5336
5337   TPT.rollback(LastKnownGood);
5338   return false;
5339 }
5340
5341 // Perform address type promotion if doing so is profitable.
5342 // If AllowPromotionWithoutCommonHeader == false, we should find other sext
5343 // instructions that sign extended the same initial value. However, if
5344 // AllowPromotionWithoutCommonHeader == true, we expect promoting the
5345 // extension is just profitable.
5346 bool CodeGenPrepare::performAddressTypePromotion(
5347     Instruction *&Inst, bool AllowPromotionWithoutCommonHeader,
5348     bool HasPromoted, TypePromotionTransaction &TPT,
5349     SmallVectorImpl<Instruction *> &SpeculativelyMovedExts) {
5350   bool Promoted = false;
5351   SmallPtrSet<Instruction *, 1> UnhandledExts;
5352   bool AllSeenFirst = true;
5353   for (auto I : SpeculativelyMovedExts) {
5354     Value *HeadOfChain = I->getOperand(0);
5355     DenseMap<Value *, Instruction *>::iterator AlreadySeen =
5356         SeenChainsForSExt.find(HeadOfChain);
5357     // If there is an unhandled SExt which has the same header, try to promote
5358     // it as well.
5359     if (AlreadySeen != SeenChainsForSExt.end()) {
5360       if (AlreadySeen->second != nullptr)
5361         UnhandledExts.insert(AlreadySeen->second);
5362       AllSeenFirst = false;
5363     }
5364   }
5365
5366   if (!AllSeenFirst || (AllowPromotionWithoutCommonHeader &&
5367                         SpeculativelyMovedExts.size() == 1)) {
5368     TPT.commit();
5369     if (HasPromoted)
5370       Promoted = true;
5371     for (auto I : SpeculativelyMovedExts) {
5372       Value *HeadOfChain = I->getOperand(0);
5373       SeenChainsForSExt[HeadOfChain] = nullptr;
5374       ValToSExtendedUses[HeadOfChain].push_back(I);
5375     }
5376     // Update Inst as promotion happen.
5377     Inst = SpeculativelyMovedExts.pop_back_val();
5378   } else {
5379     // This is the first chain visited from the header, keep the current chain
5380     // as unhandled. Defer to promote this until we encounter another SExt
5381     // chain derived from the same header.
5382     for (auto I : SpeculativelyMovedExts) {
5383       Value *HeadOfChain = I->getOperand(0);
5384       SeenChainsForSExt[HeadOfChain] = Inst;
5385     }
5386     return false;
5387   }
5388
5389   if (!AllSeenFirst && !UnhandledExts.empty())
5390     for (auto VisitedSExt : UnhandledExts) {
5391       if (RemovedInsts.count(VisitedSExt))
5392         continue;
5393       TypePromotionTransaction TPT(RemovedInsts);
5394       SmallVector<Instruction *, 1> Exts;
5395       SmallVector<Instruction *, 2> Chains;
5396       Exts.push_back(VisitedSExt);
5397       bool HasPromoted = tryToPromoteExts(TPT, Exts, Chains);
5398       TPT.commit();
5399       if (HasPromoted)
5400         Promoted = true;
5401       for (auto I : Chains) {
5402         Value *HeadOfChain = I->getOperand(0);
5403         // Mark this as handled.
5404         SeenChainsForSExt[HeadOfChain] = nullptr;
5405         ValToSExtendedUses[HeadOfChain].push_back(I);
5406       }
5407     }
5408   return Promoted;
5409 }
5410
5411 bool CodeGenPrepare::optimizeExtUses(Instruction *I) {
5412   BasicBlock *DefBB = I->getParent();
5413
5414   // If the result of a {s|z}ext and its source are both live out, rewrite all
5415   // other uses of the source with result of extension.
5416   Value *Src = I->getOperand(0);
5417   if (Src->hasOneUse())
5418     return false;
5419
5420   // Only do this xform if truncating is free.
5421   if (TLI && !TLI->isTruncateFree(I->getType(), Src->getType()))
5422     return false;
5423
5424   // Only safe to perform the optimization if the source is also defined in
5425   // this block.
5426   if (!isa<Instruction>(Src) || DefBB != cast<Instruction>(Src)->getParent())
5427     return false;
5428
5429   bool DefIsLiveOut = false;
5430   for (User *U : I->users()) {
5431     Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
5432
5433     // Figure out which BB this ext is used in.
5434     BasicBlock *UserBB = UI->getParent();
5435     if (UserBB == DefBB) continue;
5436     DefIsLiveOut = true;
5437     break;
5438   }
5439   if (!DefIsLiveOut)
5440     return false;
5441
5442   // Make sure none of the uses are PHI nodes.
5443   for (User *U : Src->users()) {
5444     Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
5445     BasicBlock *UserBB = UI->getParent();
5446     if (UserBB == DefBB) continue;
5447     // Be conservative. We don't want this xform to end up introducing
5448     // reloads just before load / store instructions.
5449     if (isa<PHINode>(UI) || isa<LoadInst>(UI) || isa<StoreInst>(UI))
5450       return false;
5451   }
5452
5453   // InsertedTruncs - Only insert one trunc in each block once.
5454   DenseMap<BasicBlock*, Instruction*> InsertedTruncs;
5455
5456   bool MadeChange = false;
5457   for (Use &U : Src->uses()) {
5458     Instruction *User = cast<Instruction>(U.getUser());
5459
5460     // Figure out which BB this ext is used in.
5461     BasicBlock *UserBB = User->getParent();
5462     if (UserBB == DefBB) continue;
5463
5464     // Both src and def are live in this block. Rewrite the use.
5465     Instruction *&InsertedTrunc = InsertedTruncs[UserBB];
5466
5467     if (!InsertedTrunc) {
5468       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->getFirstInsertionPt();
5469       assert(InsertPt != UserBB->end());
5470       InsertedTrunc = new TruncInst(I, Src->getType(), "", &*InsertPt);
5471       InsertedInsts.insert(InsertedTrunc);
5472     }
5473
5474     // Replace a use of the {s|z}ext source with a use of the result.
5475     U = InsertedTrunc;
5476     ++NumExtUses;
5477     MadeChange = true;
5478   }
5479
5480   return MadeChange;
5481 }
5482
5483 // Find loads whose uses only use some of the loaded value's bits.  Add an "and"
5484 // just after the load if the target can fold this into one extload instruction,
5485 // with the hope of eliminating some of the other later "and" instructions using
5486 // the loaded value.  "and"s that are made trivially redundant by the insertion
5487 // of the new "and" are removed by this function, while others (e.g. those whose
5488 // path from the load goes through a phi) are left for isel to potentially
5489 // remove.
5490 //
5491 // For example:
5492 //
5493 // b0:
5494 //   x = load i32
5495 //   ...
5496 // b1:
5497 //   y = and x, 0xff
5498 //   z = use y
5499 //
5500 // becomes:
5501 //
5502 // b0:
5503 //   x = load i32
5504 //   x' = and x, 0xff
5505 //   ...
5506 // b1:
5507 //   z = use x'
5508 //
5509 // whereas:
5510 //
5511 // b0:
5512 //   x1 = load i32
5513 //   ...
5514 // b1:
5515 //   x2 = load i32
5516 //   ...
5517 // b2:
5518 //   x = phi x1, x2
5519 //   y = and x, 0xff
5520 //
5521 // becomes (after a call to optimizeLoadExt for each load):
5522 //
5523 // b0:
5524 //   x1 = load i32
5525 //   x1' = and x1, 0xff
5526 //   ...
5527 // b1:
5528 //   x2 = load i32
5529 //   x2' = and x2, 0xff
5530 //   ...
5531 // b2:
5532 //   x = phi x1', x2'
5533 //   y = and x, 0xff
5534 bool CodeGenPrepare::optimizeLoadExt(LoadInst *Load) {
5535   if (!Load->isSimple() || !Load->getType()->isIntOrPtrTy())
5536     return false;
5537
5538   // Skip loads we've already transformed.
5539   if (Load->hasOneUse() &&
5540       InsertedInsts.count(cast<Instruction>(*Load->user_begin())))
5541     return false;
5542
5543   // Look at all uses of Load, looking through phis, to determine how many bits
5544   // of the loaded value are needed.
5545   SmallVector<Instruction *, 8> WorkList;
5546   SmallPtrSet<Instruction *, 16> Visited;
5547   SmallVector<Instruction *, 8> AndsToMaybeRemove;
5548   for (auto *U : Load->users())
5549     WorkList.push_back(cast<Instruction>(U));
5550
5551   EVT LoadResultVT = TLI->getValueType(*DL, Load->getType());
5552   unsigned BitWidth = LoadResultVT.getSizeInBits();
5553   APInt DemandBits(BitWidth, 0);
5554   APInt WidestAndBits(BitWidth, 0);
5555
5556   while (!WorkList.empty()) {
5557     Instruction *I = WorkList.back();
5558     WorkList.pop_back();
5559
5560     // Break use-def graph loops.
5561     if (!Visited.insert(I).second)
5562       continue;
5563
5564     // For a PHI node, push all of its users.
5565     if (auto *Phi = dyn_cast<PHINode>(I)) {
5566       for (auto *U : Phi->users())
5567         WorkList.push_back(cast<Instruction>(U));
5568       continue;
5569     }
5570
5571     switch (I->getOpcode()) {
5572     case Instruction::And: {
5573       auto *AndC = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1));
5574       if (!AndC)
5575         return false;
5576       APInt AndBits = AndC->getValue();
5577       DemandBits |= AndBits;
5578       // Keep track of the widest and mask we see.
5579       if (AndBits.ugt(WidestAndBits))
5580         WidestAndBits = AndBits;
5581       if (AndBits == WidestAndBits && I->getOperand(0) == Load)
5582         AndsToMaybeRemove.push_back(I);
5583       break;
5584     }
5585
5586     case Instruction::Shl: {
5587       auto *ShlC = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1));
5588       if (!ShlC)
5589         return false;
5590       uint64_t ShiftAmt = ShlC->getLimitedValue(BitWidth - 1);
5591       DemandBits.setLowBits(BitWidth - ShiftAmt);
5592       break;
5593     }
5594
5595     case Instruction::Trunc: {
5596       EVT TruncVT = TLI->getValueType(*DL, I->getType());
5597       unsigned TruncBitWidth = TruncVT.getSizeInBits();
5598       DemandBits.setLowBits(TruncBitWidth);
5599       break;
5600     }
5601
5602     default:
5603       return false;
5604     }
5605   }
5606
5607   uint32_t ActiveBits = DemandBits.getActiveBits();
5608   // Avoid hoisting (and (load x) 1) since it is unlikely to be folded by the
5609   // target even if isLoadExtLegal says an i1 EXTLOAD is valid.  For example,
5610   // for the AArch64 target isLoadExtLegal(ZEXTLOAD, i32, i1) returns true, but
5611   // (and (load x) 1) is not matched as a single instruction, rather as a LDR
5612   // followed by an AND.
5613   // TODO: Look into removing this restriction by fixing backends to either
5614   // return false for isLoadExtLegal for i1 or have them select this pattern to
5615   // a single instruction.
5616   //
5617   // Also avoid hoisting if we didn't see any ands with the exact DemandBits
5618   // mask, since these are the only ands that will be removed by isel.
5619   if (ActiveBits <= 1 || !DemandBits.isMask(ActiveBits) ||
5620       WidestAndBits != DemandBits)
5621     return false;
5622
5623   LLVMContext &Ctx = Load->getType()->getContext();
5624   Type *TruncTy = Type::getIntNTy(Ctx, ActiveBits);
5625   EVT TruncVT = TLI->getValueType(*DL, TruncTy);
5626
5627   // Reject cases that won't be matched as extloads.
5628   if (!LoadResultVT.bitsGT(TruncVT) || !TruncVT.isRound() ||
5629       !TLI->isLoadExtLegal(ISD::ZEXTLOAD, LoadResultVT, TruncVT))
5630     return false;
5631
5632   IRBuilder<> Builder(Load->getNextNode());
5633   auto *NewAnd = dyn_cast<Instruction>(
5634       Builder.CreateAnd(Load, ConstantInt::get(Ctx, DemandBits)));
5635   // Mark this instruction as "inserted by CGP", so that other
5636   // optimizations don't touch it.
5637   InsertedInsts.insert(NewAnd);
5638
5639   // Replace all uses of load with new and (except for the use of load in the
5640   // new and itself).
5641   Load->replaceAllUsesWith(NewAnd);
5642   NewAnd->setOperand(0, Load);
5643
5644   // Remove any and instructions that are now redundant.
5645   for (auto *And : AndsToMaybeRemove)
5646     // Check that the and mask is the same as the one we decided to put on the
5647     // new and.
5648     if (cast<ConstantInt>(And->getOperand(1))->getValue() == DemandBits) {
5649       And->replaceAllUsesWith(NewAnd);
5650       if (&*CurInstIterator == And)
5651         CurInstIterator = std::next(And->getIterator());
5652       And->eraseFromParent();
5653       ++NumAndUses;
5654     }
5655
5656   ++NumAndsAdded;
5657   return true;
5658 }
5659
5660 /// Check if V (an operand of a select instruction) is an expensive instruction
5661 /// that is only used once.
5662 static bool sinkSelectOperand(const TargetTransformInfo *TTI, Value *V) {
5663   auto *I = dyn_cast<Instruction>(V);
5664   // If it's safe to speculatively execute, then it should not have side
5665   // effects; therefore, it's safe to sink and possibly *not* execute.
5666   return I && I->hasOneUse() && isSafeToSpeculativelyExecute(I) &&
5667          TTI->getUserCost(I) >= TargetTransformInfo::TCC_Expensive;
5668 }
5669
5670 /// Returns true if a SelectInst should be turned into an explicit branch.
5671 static bool isFormingBranchFromSelectProfitable(const TargetTransformInfo *TTI,
5672                                                 const TargetLowering *TLI,
5673                                                 SelectInst *SI) {
5674   // If even a predictable select is cheap, then a branch can't be cheaper.
5675   if (!TLI->isPredictableSelectExpensive())
5676     return false;
5677
5678   // FIXME: This should use the same heuristics as IfConversion to determine
5679   // whether a select is better represented as a branch.
5680
5681   // If metadata tells us that the select condition is obviously predictable,
5682   // then we want to replace the select with a branch.
5683   uint64_t TrueWeight, FalseWeight;
5684   if (SI->extractProfMetadata(TrueWeight, FalseWeight)) {
5685     uint64_t Max = std::max(TrueWeight, FalseWeight);
5686     uint64_t Sum = TrueWeight + FalseWeight;
5687     if (Sum != 0) {
5688       auto Probability = BranchProbability::getBranchProbability(Max, Sum);
5689       if (Probability > TLI->getPredictableBranchThreshold())
5690         return true;
5691     }
5692   }
5693
5694   CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(SI->getCondition());
5695
5696   // If a branch is predictable, an out-of-order CPU can avoid blocking on its
5697   // comparison condition. If the compare has more than one use, there's
5698   // probably another cmov or setcc around, so it's not worth emitting a branch.
5699   if (!Cmp || !Cmp->hasOneUse())
5700     return false;
5701
5702   // If either operand of the select is expensive and only needed on one side
5703   // of the select, we should form a branch.
5704   if (sinkSelectOperand(TTI, SI->getTrueValue()) ||
5705       sinkSelectOperand(TTI, SI->getFalseValue()))
5706     return true;
5707
5708   return false;
5709 }
5710
5711 /// If \p isTrue is true, return the true value of \p SI, otherwise return
5712 /// false value of \p SI. If the true/false value of \p SI is defined by any
5713 /// select instructions in \p Selects, look through the defining select
5714 /// instruction until the true/false value is not defined in \p Selects.
5715 static Value *getTrueOrFalseValue(
5716     SelectInst *SI, bool isTrue,
5717     const SmallPtrSet<const Instruction *, 2> &Selects) {
5718   Value *V;
5719
5720   for (SelectInst *DefSI = SI; DefSI != nullptr && Selects.count(DefSI);
5721        DefSI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
5722     assert(DefSI->getCondition() == SI->getCondition() &&
5723            "The condition of DefSI does not match with SI");
5724     V = (isTrue ? DefSI->getTrueValue() : DefSI->getFalseValue());
5725   }
5726   return V;
5727 }
5728
5729 /// If we have a SelectInst that will likely profit from branch prediction,
5730 /// turn it into a branch.
5731 bool CodeGenPrepare::optimizeSelectInst(SelectInst *SI) {
5732   // If branch conversion isn't desirable, exit early.
5733   if (DisableSelectToBranch || OptSize || !TLI)
5734     return false;
5735
5736   // Find all consecutive select instructions that share the same condition.
5737   SmallVector<SelectInst *, 2> ASI;
5738   ASI.push_back(SI);
5739   for (BasicBlock::iterator It = ++BasicBlock::iterator(SI);
5740        It != SI->getParent()->end(); ++It) {
5741     SelectInst *I = dyn_cast<SelectInst>(&*It);
5742     if (I && SI->getCondition() == I->getCondition()) {
5743       ASI.push_back(I);
5744     } else {
5745       break;
5746     }
5747   }
5748
5749   SelectInst *LastSI = ASI.back();
5750   // Increment the current iterator to skip all the rest of select instructions
5751   // because they will be either "not lowered" or "all lowered" to branch.
5752   CurInstIterator = std::next(LastSI->getIterator());
5753
5754   bool VectorCond = !SI->getCondition()->getType()->isIntegerTy(1);
5755
5756   // Can we convert the 'select' to CF ?
5757   if (VectorCond || SI->getMetadata(LLVMContext::MD_unpredictable))
5758     return false;
5759
5760   TargetLowering::SelectSupportKind SelectKind;
5761   if (VectorCond)
5762     SelectKind = TargetLowering::VectorMaskSelect;
5763   else if (SI->getType()->isVectorTy())
5764     SelectKind = TargetLowering::ScalarCondVectorVal;
5765   else
5766     SelectKind = TargetLowering::ScalarValSelect;
5767
5768   if (TLI->isSelectSupported(SelectKind) &&
5769       !isFormingBranchFromSelectProfitable(TTI, TLI, SI))
5770     return false;
5771
5772   ModifiedDT = true;
5773
5774   // Transform a sequence like this:
5775   //    start:
5776   //       %cmp = cmp uge i32 %a, %b
5777   //       %sel = select i1 %cmp, i32 %c, i32 %d
5778   //
5779   // Into:
5780   //    start:
5781   //       %cmp = cmp uge i32 %a, %b
5782   //       br i1 %cmp, label %select.true, label %select.false
5783   //    select.true:
5784   //       br label %select.end
5785   //    select.false:
5786   //       br label %select.end
5787   //    select.end:
5788   //       %sel = phi i32 [ %c, %select.true ], [ %d, %select.false ]
5789   //
5790   // In addition, we may sink instructions that produce %c or %d from
5791   // the entry block into the destination(s) of the new branch.
5792   // If the true or false blocks do not contain a sunken instruction, that
5793   // block and its branch may be optimized away. In that case, one side of the
5794   // first branch will point directly to select.end, and the corresponding PHI
5795   // predecessor block will be the start block.
5796
5797   // First, we split the block containing the select into 2 blocks.
5798   BasicBlock *StartBlock = SI->getParent();
5799   BasicBlock::iterator SplitPt = ++(BasicBlock::iterator(LastSI));
5800   BasicBlock *EndBlock = StartBlock->splitBasicBlock(SplitPt, "select.end");
5801
5802   // Delete the unconditional branch that was just created by the split.
5803   StartBlock->getTerminator()->eraseFromParent();
5804
5805   // These are the new basic blocks for the conditional branch.
5806   // At least one will become an actual new basic block.
5807   BasicBlock *TrueBlock = nullptr;
5808   BasicBlock *FalseBlock = nullptr;
5809   BranchInst *TrueBranch = nullptr;
5810   BranchInst *FalseBranch = nullptr;
5811
5812   // Sink expensive instructions into the conditional blocks to avoid executing
5813   // them speculatively.
5814   for (SelectInst *SI : ASI) {
5815     if (sinkSelectOperand(TTI, SI->getTrueValue())) {
5816       if (TrueBlock == nullptr) {
5817         TrueBlock = BasicBlock::Create(SI->getContext(), "select.true.sink",
5818                                        EndBlock->getParent(), EndBlock);
5819         TrueBranch = BranchInst::Create(EndBlock, TrueBlock);
5820         TrueBranch->setDebugLoc(SI->getDebugLoc());
5821       }
5822       auto *TrueInst = cast<Instruction>(SI->getTrueValue());
5823       TrueInst->moveBefore(TrueBranch);
5824     }
5825     if (sinkSelectOperand(TTI, SI->getFalseValue())) {
5826       if (FalseBlock == nullptr) {
5827         FalseBlock = BasicBlock::Create(SI->getContext(), "select.false.sink",
5828                                         EndBlock->getParent(), EndBlock);
5829         FalseBranch = BranchInst::Create(EndBlock, FalseBlock);
5830         FalseBranch->setDebugLoc(SI->getDebugLoc());
5831       }
5832       auto *FalseInst = cast<Instruction>(SI->getFalseValue());
5833       FalseInst->moveBefore(FalseBranch);
5834     }
5835   }
5836
5837   // If there was nothing to sink, then arbitrarily choose the 'false' side
5838   // for a new input value to the PHI.
5839   if (TrueBlock == FalseBlock) {
5840     assert(TrueBlock == nullptr &&
5841            "Unexpected basic block transform while optimizing select");
5842
5843     FalseBlock = BasicBlock::Create(SI->getContext(), "select.false",
5844                                     EndBlock->getParent(), EndBlock);
5845     auto *FalseBranch = BranchInst::Create(EndBlock, FalseBlock);
5846     FalseBranch->setDebugLoc(SI->getDebugLoc());
5847   }
5848
5849   // Insert the real conditional branch based on the original condition.
5850   // If we did not create a new block for one of the 'true' or 'false' paths
5851   // of the condition, it means that side of the branch goes to the end block
5852   // directly and the path originates from the start block from the point of
5853   // view of the new PHI.
5854   BasicBlock *TT, *FT;
5855   if (TrueBlock == nullptr) {
5856     TT = EndBlock;
5857     FT = FalseBlock;
5858     TrueBlock = StartBlock;
5859   } else if (FalseBlock == nullptr) {
5860     TT = TrueBlock;
5861     FT = EndBlock;
5862     FalseBlock = StartBlock;
5863   } else {
5864     TT = TrueBlock;
5865     FT = FalseBlock;
5866   }
5867   IRBuilder<>(SI).CreateCondBr(SI->getCondition(), TT, FT, SI);
5868
5869   SmallPtrSet<const Instruction *, 2> INS;
5870   INS.insert(ASI.begin(), ASI.end());
5871   // Use reverse iterator because later select may use the value of the
5872   // earlier select, and we need to propagate value through earlier select
5873   // to get the PHI operand.
5874   for (auto It = ASI.rbegin(); It != ASI.rend(); ++It) {
5875     SelectInst *SI = *It;
5876     // The select itself is replaced with a PHI Node.
5877     PHINode *PN = PHINode::Create(SI->getType(), 2, "", &EndBlock->front());
5878     PN->takeName(SI);
5879     PN->addIncoming(getTrueOrFalseValue(SI, true, INS), TrueBlock);
5880     PN->addIncoming(getTrueOrFalseValue(SI, false, INS), FalseBlock);
5881     PN->setDebugLoc(SI->getDebugLoc());
5882
5883     SI->replaceAllUsesWith(PN);
5884     SI->eraseFromParent();
5885     INS.erase(SI);
5886     ++NumSelectsExpanded;
5887   }
5888
5889   // Instruct OptimizeBlock to skip to the next block.
5890   CurInstIterator = StartBlock->end();
5891   return true;
5892 }
5893
5894 static bool isBroadcastShuffle(ShuffleVectorInst *SVI) {
5895   SmallVector<int, 16> Mask(SVI->getShuffleMask());
5896   int SplatElem = -1;
5897   for (unsigned i = 0; i < Mask.size(); ++i) {
5898     if (SplatElem != -1 && Mask[i] != -1 && Mask[i] != SplatElem)
5899       return false;
5900     SplatElem = Mask[i];
5901   }
5902
5903   return true;
5904 }
5905
5906 /// Some targets have expensive vector shifts if the lanes aren't all the same
5907 /// (e.g. x86 only introduced "vpsllvd" and friends with AVX2). In these cases
5908 /// it's often worth sinking a shufflevector splat down to its use so that
5909 /// codegen can spot all lanes are identical.
5910 bool CodeGenPrepare::optimizeShuffleVectorInst(ShuffleVectorInst *SVI) {
5911   BasicBlock *DefBB = SVI->getParent();
5912
5913   // Only do this xform if variable vector shifts are particularly expensive.
5914   if (!TLI || !TLI->isVectorShiftByScalarCheap(SVI->getType()))
5915     return false;
5916
5917   // We only expect better codegen by sinking a shuffle if we can recognise a
5918   // constant splat.
5919   if (!isBroadcastShuffle(SVI))
5920     return false;
5921
5922   // InsertedShuffles - Only insert a shuffle in each block once.
5923   DenseMap<BasicBlock*, Instruction*> InsertedShuffles;
5924
5925   bool MadeChange = false;
5926   for (User *U : SVI->users()) {
5927     Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
5928
5929     // Figure out which BB this ext is used in.
5930     BasicBlock *UserBB = UI->getParent();
5931     if (UserBB == DefBB) continue;
5932
5933     // For now only apply this when the splat is used by a shift instruction.
5934     if (!UI->isShift()) continue;
5935
5936     // Everything checks out, sink the shuffle if the user's block doesn't
5937     // already have a copy.
5938     Instruction *&InsertedShuffle = InsertedShuffles[UserBB];
5939
5940     if (!InsertedShuffle) {
5941       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->getFirstInsertionPt();
5942       assert(InsertPt != UserBB->end());
5943       InsertedShuffle =
5944           new ShuffleVectorInst(SVI->getOperand(0), SVI->getOperand(1),
5945                                 SVI->getOperand(2), "", &*InsertPt);
5946     }
5947
5948     UI->replaceUsesOfWith(SVI, InsertedShuffle);
5949     MadeChange = true;
5950   }
5951
5952   // If we removed all uses, nuke the shuffle.
5953   if (SVI->use_empty()) {
5954     SVI->eraseFromParent();
5955     MadeChange = true;
5956   }
5957
5958   return MadeChange;
5959 }
5960
5961 bool CodeGenPrepare::optimizeSwitchInst(SwitchInst *SI) {
5962   if (!TLI || !DL)
5963     return false;
5964
5965   Value *Cond = SI->getCondition();
5966   Type *OldType = Cond->getType();
5967   LLVMContext &Context = Cond->getContext();
5968   MVT RegType = TLI->getRegisterType(Context, TLI->getValueType(*DL, OldType));
5969   unsigned RegWidth = RegType.getSizeInBits();
5970
5971   if (RegWidth <= cast<IntegerType>(OldType)->getBitWidth())
5972     return false;
5973
5974   // If the register width is greater than the type width, expand the condition
5975   // of the switch instruction and each case constant to the width of the
5976   // register. By widening the type of the switch condition, subsequent
5977   // comparisons (for case comparisons) will not need to be extended to the
5978   // preferred register width, so we will potentially eliminate N-1 extends,
5979   // where N is the number of cases in the switch.
5980   auto *NewType = Type::getIntNTy(Context, RegWidth);
5981
5982   // Zero-extend the switch condition and case constants unless the switch
5983   // condition is a function argument that is already being sign-extended.
5984   // In that case, we can avoid an unnecessary mask/extension by sign-extending
5985   // everything instead.
5986   Instruction::CastOps ExtType = Instruction::ZExt;
5987   if (auto *Arg = dyn_cast<Argument>(Cond))
5988     if (Arg->hasSExtAttr())
5989       ExtType = Instruction::SExt;
5990
5991   auto *ExtInst = CastInst::Create(ExtType, Cond, NewType);
5992   ExtInst->insertBefore(SI);
5993   ExtInst->setDebugLoc(SI->getDebugLoc());
5994   SI->setCondition(ExtInst);
5995   for (auto Case : SI->cases()) {
5996     APInt NarrowConst = Case.getCaseValue()->getValue();
5997     APInt WideConst = (ExtType == Instruction::ZExt) ?
5998                       NarrowConst.zext(RegWidth) : NarrowConst.sext(RegWidth);
5999     Case.setValue(ConstantInt::get(Context, WideConst));
6000   }
6001
6002   return true;
6003 }
6004
6005
6006 namespace {
6007
6008 /// Helper class to promote a scalar operation to a vector one.
6009 /// This class is used to move downward extractelement transition.
6010 /// E.g.,
6011 /// a = vector_op <2 x i32>
6012 /// b = extractelement <2 x i32> a, i32 0
6013 /// c = scalar_op b
6014 /// store c
6015 ///
6016 /// =>
6017 /// a = vector_op <2 x i32>
6018 /// c = vector_op a (equivalent to scalar_op on the related lane)
6019 /// * d = extractelement <2 x i32> c, i32 0
6020 /// * store d
6021 /// Assuming both extractelement and store can be combine, we get rid of the
6022 /// transition.
6023 class VectorPromoteHelper {
6024   /// DataLayout associated with the current module.
6025   const DataLayout &DL;
6026
6027   /// Used to perform some checks on the legality of vector operations.
6028   const TargetLowering &TLI;
6029
6030   /// Used to estimated the cost of the promoted chain.
6031   const TargetTransformInfo &TTI;
6032
6033   /// The transition being moved downwards.
6034   Instruction *Transition;
6035
6036   /// The sequence of instructions to be promoted.
6037   SmallVector<Instruction *, 4> InstsToBePromoted;
6038
6039   /// Cost of combining a store and an extract.
6040   unsigned StoreExtractCombineCost;
6041
6042   /// Instruction that will be combined with the transition.
6043   Instruction *CombineInst = nullptr;
6044
6045   /// The instruction that represents the current end of the transition.
6046   /// Since we are faking the promotion until we reach the end of the chain
6047   /// of computation, we need a way to get the current end of the transition.
6048   Instruction *getEndOfTransition() const {
6049     if (InstsToBePromoted.empty())
6050       return Transition;
6051     return InstsToBePromoted.back();
6052   }
6053
6054   /// Return the index of the original value in the transition.
6055   /// E.g., for "extractelement <2 x i32> c, i32 1" the original value,
6056   /// c, is at index 0.
6057   unsigned getTransitionOriginalValueIdx() const {
6058     assert(isa<ExtractElementInst>(Transition) &&
6059            "Other kind of transitions are not supported yet");
6060     return 0;
6061   }
6062
6063   /// Return the index of the index in the transition.
6064   /// E.g., for "extractelement <2 x i32> c, i32 0" the index
6065   /// is at index 1.
6066   unsigned getTransitionIdx() const {
6067     assert(isa<ExtractElementInst>(Transition) &&
6068            "Other kind of transitions are not supported yet");
6069     return 1;
6070   }
6071
6072   /// Get the type of the transition.
6073   /// This is the type of the original value.
6074   /// E.g., for "extractelement <2 x i32> c, i32 1" the type of the
6075   /// transition is <2 x i32>.
6076   Type *getTransitionType() const {
6077     return Transition->getOperand(getTransitionOriginalValueIdx())->getType();
6078   }
6079
6080   /// Promote \p ToBePromoted by moving \p Def downward through.
6081   /// I.e., we have the following sequence:
6082   /// Def = Transition <ty1> a to <ty2>
6083   /// b = ToBePromoted <ty2> Def, ...
6084   /// =>
6085   /// b = ToBePromoted <ty1> a, ...
6086   /// Def = Transition <ty1> ToBePromoted to <ty2>
6087   void promoteImpl(Instruction *ToBePromoted);
6088
6089   /// Check whether or not it is profitable to promote all the
6090   /// instructions enqueued to be promoted.
6091   bool isProfitableToPromote() {
6092     Value *ValIdx = Transition->getOperand(getTransitionOriginalValueIdx());
6093     unsigned Index = isa<ConstantInt>(ValIdx)
6094                          ? cast<ConstantInt>(ValIdx)->getZExtValue()
6095                          : -1;
6096     Type *PromotedType = getTransitionType();
6097
6098     StoreInst *ST = cast<StoreInst>(CombineInst);
6099     unsigned AS = ST->getPointerAddressSpace();
6100     unsigned Align = ST->getAlignment();
6101     // Check if this store is supported.
6102     if (!TLI.allowsMisalignedMemoryAccesses(
6103             TLI.getValueType(DL, ST->getValueOperand()->getType()), AS,
6104             Align)) {
6105       // If this is not supported, there is no way we can combine
6106       // the extract with the store.
6107       return false;
6108     }
6109
6110     // The scalar chain of computation has to pay for the transition
6111     // scalar to vector.
6112     // The vector chain has to account for the combining cost.
6113     uint64_t ScalarCost =
6114         TTI.getVectorInstrCost(Transition->getOpcode(), PromotedType, Index);
6115     uint64_t VectorCost = StoreExtractCombineCost;
6116     for (const auto &Inst : InstsToBePromoted) {
6117       // Compute the cost.
6118       // By construction, all instructions being promoted are arithmetic ones.
6119       // Moreover, one argument is a constant that can be viewed as a splat
6120       // constant.
6121       Value *Arg0 = Inst->getOperand(0);
6122       bool IsArg0Constant = isa<UndefValue>(Arg0) || isa<ConstantInt>(Arg0) ||
6123                             isa<ConstantFP>(Arg0);
6124       TargetTransformInfo::OperandValueKind Arg0OVK =
6125           IsArg0Constant ? TargetTransformInfo::OK_UniformConstantValue
6126                          : TargetTransformInfo::OK_AnyValue;
6127       TargetTransformInfo::OperandValueKind Arg1OVK =
6128           !IsArg0Constant ? TargetTransformInfo::OK_UniformConstantValue
6129                           : TargetTransformInfo::OK_AnyValue;
6130       ScalarCost += TTI.getArithmeticInstrCost(
6131           Inst->getOpcode(), Inst->getType(), Arg0OVK, Arg1OVK);
6132       VectorCost += TTI.getArithmeticInstrCost(Inst->getOpcode(), PromotedType,
6133                                                Arg0OVK, Arg1OVK);
6134     }
6135     LLVM_DEBUG(
6136         dbgs() << "Estimated cost of computation to be promoted:\nScalar: "
6137                << ScalarCost << "\nVector: " << VectorCost << '\n');
6138     return ScalarCost > VectorCost;
6139   }
6140
6141   /// Generate a constant vector with \p Val with the same
6142   /// number of elements as the transition.
6143   /// \p UseSplat defines whether or not \p Val should be replicated
6144   /// across the whole vector.
6145   /// In other words, if UseSplat == true, we generate <Val, Val, ..., Val>,
6146   /// otherwise we generate a vector with as many undef as possible:
6147   /// <undef, ..., undef, Val, undef, ..., undef> where \p Val is only
6148   /// used at the index of the extract.
6149   Value *getConstantVector(Constant *Val, bool UseSplat) const {
6150     unsigned ExtractIdx = std::numeric_limits<unsigned>::max();
6151     if (!UseSplat) {
6152       // If we cannot determine where the constant must be, we have to
6153       // use a splat constant.
6154       Value *ValExtractIdx = Transition->getOperand(getTransitionIdx());
6155       if (ConstantInt *CstVal = dyn_cast<ConstantInt>(ValExtractIdx))
6156         ExtractIdx = CstVal->getSExtValue();
6157       else
6158         UseSplat = true;
6159     }
6160
6161     unsigned End = getTransitionType()->getVectorNumElements();
6162     if (UseSplat)
6163       return ConstantVector::getSplat(End, Val);
6164
6165     SmallVector<Constant *, 4> ConstVec;
6166     UndefValue *UndefVal = UndefValue::get(Val->getType());
6167     for (unsigned Idx = 0; Idx != End; ++Idx) {
6168       if (Idx == ExtractIdx)
6169         ConstVec.push_back(Val);
6170       else
6171         ConstVec.push_back(UndefVal);
6172     }
6173     return ConstantVector::get(ConstVec);
6174   }
6175
6176   /// Check if promoting to a vector type an operand at \p OperandIdx
6177   /// in \p Use can trigger undefined behavior.
6178   static bool canCauseUndefinedBehavior(const Instruction *Use,
6179                                         unsigned OperandIdx) {
6180     // This is not safe to introduce undef when the operand is on
6181     // the right hand side of a division-like instruction.
6182     if (OperandIdx != 1)
6183       return false;
6184     switch (Use->getOpcode()) {
6185     default:
6186       return false;
6187     case Instruction::SDiv:
6188     case Instruction::UDiv:
6189     case Instruction::SRem:
6190     case Instruction::URem:
6191       return true;
6192     case Instruction::FDiv:
6193     case Instruction::FRem:
6194       return !Use->hasNoNaNs();
6195     }
6196     llvm_unreachable(nullptr);
6197   }
6198
6199 public:
6200   VectorPromoteHelper(const DataLayout &DL, const TargetLowering &TLI,
6201                       const TargetTransformInfo &TTI, Instruction *Transition,
6202                       unsigned CombineCost)
6203       : DL(DL), TLI(TLI), TTI(TTI), Transition(Transition),
6204         StoreExtractCombineCost(CombineCost) {
6205     assert(Transition && "Do not know how to promote null");
6206   }
6207
6208   /// Check if we can promote \p ToBePromoted to \p Type.
6209   bool canPromote(const Instruction *ToBePromoted) const {
6210     // We could support CastInst too.
6211     return isa<BinaryOperator>(ToBePromoted);
6212   }
6213
6214   /// Check if it is profitable to promote \p ToBePromoted
6215   /// by moving downward the transition through.
6216   bool shouldPromote(const Instruction *ToBePromoted) const {
6217     // Promote only if all the operands can be statically expanded.
6218     // Indeed, we do not want to introduce any new kind of transitions.
6219     for (const Use &U : ToBePromoted->operands()) {
6220       const Value *Val = U.get();
6221       if (Val == getEndOfTransition()) {
6222         // If the use is a division and the transition is on the rhs,
6223         // we cannot promote the operation, otherwise we may create a
6224         // division by zero.
6225         if (canCauseUndefinedBehavior(ToBePromoted, U.getOperandNo()))
6226           return false;
6227         continue;
6228       }
6229       if (!isa<ConstantInt>(Val) && !isa<UndefValue>(Val) &&
6230           !isa<ConstantFP>(Val))
6231         return false;
6232     }
6233     // Check that the resulting operation is legal.
6234     int ISDOpcode = TLI.InstructionOpcodeToISD(ToBePromoted->getOpcode());
6235     if (!ISDOpcode)
6236       return false;
6237     return StressStoreExtract ||
6238            TLI.isOperationLegalOrCustom(
6239                ISDOpcode, TLI.getValueType(DL, getTransitionType(), true));
6240   }
6241
6242   /// Check whether or not \p Use can be combined
6243   /// with the transition.
6244   /// I.e., is it possible to do Use(Transition) => AnotherUse?
6245   bool canCombine(const Instruction *Use) { return isa<StoreInst>(Use); }
6246
6247   /// Record \p ToBePromoted as part of the chain to be promoted.
6248   void enqueueForPromotion(Instruction *ToBePromoted) {
6249     InstsToBePromoted.push_back(ToBePromoted);
6250   }
6251
6252   /// Set the instruction that will be combined with the transition.
6253   void recordCombineInstruction(Instruction *ToBeCombined) {
6254     assert(canCombine(ToBeCombined) && "Unsupported instruction to combine");
6255     CombineInst = ToBeCombined;
6256   }
6257
6258   /// Promote all the instructions enqueued for promotion if it is
6259   /// is profitable.
6260   /// \return True if the promotion happened, false otherwise.
6261   bool promote() {
6262     // Check if there is something to promote.
6263     // Right now, if we do not have anything to combine with,
6264     // we assume the promotion is not profitable.
6265     if (InstsToBePromoted.empty() || !CombineInst)
6266       return false;
6267
6268     // Check cost.
6269     if (!StressStoreExtract && !isProfitableToPromote())
6270       return false;
6271
6272     // Promote.
6273     for (auto &ToBePromoted : InstsToBePromoted)
6274       promoteImpl(ToBePromoted);
6275     InstsToBePromoted.clear();
6276     return true;
6277   }
6278 };
6279
6280 } // end anonymous namespace
6281
6282 void VectorPromoteHelper::promoteImpl(Instruction *ToBePromoted) {
6283   // At this point, we know that all the operands of ToBePromoted but Def
6284   // can be statically promoted.
6285   // For Def, we need to use its parameter in ToBePromoted:
6286   // b = ToBePromoted ty1 a
6287   // Def = Transition ty1 b to ty2
6288   // Move the transition down.
6289   // 1. Replace all uses of the promoted operation by the transition.
6290   // = ... b => = ... Def.
6291   assert(ToBePromoted->getType() == Transition->getType() &&
6292          "The type of the result of the transition does not match "
6293          "the final type");
6294   ToBePromoted->replaceAllUsesWith(Transition);
6295   // 2. Update the type of the uses.
6296   // b = ToBePromoted ty2 Def => b = ToBePromoted ty1 Def.
6297   Type *TransitionTy = getTransitionType();
6298   ToBePromoted->mutateType(TransitionTy);
6299   // 3. Update all the operands of the promoted operation with promoted
6300   // operands.
6301   // b = ToBePromoted ty1 Def => b = ToBePromoted ty1 a.
6302   for (Use &U : ToBePromoted->operands()) {
6303     Value *Val = U.get();
6304     Value *NewVal = nullptr;
6305     if (Val == Transition)
6306       NewVal = Transition->getOperand(getTransitionOriginalValueIdx());
6307     else if (isa<UndefValue>(Val) || isa<ConstantInt>(Val) ||
6308              isa<ConstantFP>(Val)) {
6309       // Use a splat constant if it is not safe to use undef.
6310       NewVal = getConstantVector(
6311           cast<Constant>(Val),
6312           isa<UndefValue>(Val) ||
6313               canCauseUndefinedBehavior(ToBePromoted, U.getOperandNo()));
6314     } else
6315       llvm_unreachable("Did you modified shouldPromote and forgot to update "
6316                        "this?");
6317     ToBePromoted->setOperand(U.getOperandNo(), NewVal);
6318   }
6319   Transition->moveAfter(ToBePromoted);
6320   Transition->setOperand(getTransitionOriginalValueIdx(), ToBePromoted);
6321 }
6322
6323 /// Some targets can do store(extractelement) with one instruction.
6324 /// Try to push the extractelement towards the stores when the target
6325 /// has this feature and this is profitable.
6326 bool CodeGenPrepare::optimizeExtractElementInst(Instruction *Inst) {
6327   unsigned CombineCost = std::numeric_limits<unsigned>::max();
6328   if (DisableStoreExtract || !TLI ||
6329       (!StressStoreExtract &&
6330        !TLI->canCombineStoreAndExtract(Inst->getOperand(0)->getType(),
6331                                        Inst->getOperand(1), CombineCost)))
6332     return false;
6333
6334   // At this point we know that Inst is a vector to scalar transition.
6335   // Try to move it down the def-use chain, until:
6336   // - We can combine the transition with its single use
6337   //   => we got rid of the transition.
6338   // - We escape the current basic block
6339   //   => we would need to check that we are moving it at a cheaper place and
6340   //      we do not do that for now.
6341   BasicBlock *Parent = Inst->getParent();
6342   LLVM_DEBUG(dbgs() << "Found an interesting transition: " << *Inst << '\n');
6343   VectorPromoteHelper VPH(*DL, *TLI, *TTI, Inst, CombineCost);
6344   // If the transition has more than one use, assume this is not going to be
6345   // beneficial.
6346   while (Inst->hasOneUse()) {
6347     Instruction *ToBePromoted = cast<Instruction>(*Inst->user_begin());
6348     LLVM_DEBUG(dbgs() << "Use: " << *ToBePromoted << '\n');
6349
6350     if (ToBePromoted->getParent() != Parent) {
6351       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Instruction to promote is in a different block ("
6352                         << ToBePromoted->getParent()->getName()
6353                         << ") than the transition (" << Parent->getName()
6354                         << ").\n");
6355       return false;
6356     }
6357
6358     if (VPH.canCombine(ToBePromoted)) {
6359       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Assume " << *Inst << '\n'
6360                         << "will be combined with: " << *ToBePromoted << '\n');
6361       VPH.recordCombineInstruction(ToBePromoted);
6362       bool Changed = VPH.promote();
6363       NumStoreExtractExposed += Changed;
6364       return Changed;
6365     }
6366
6367     LLVM_DEBUG(dbgs() << "Try promoting.\n");
6368     if (!VPH.canPromote(ToBePromoted) || !VPH.shouldPromote(ToBePromoted))
6369       return false;
6370
6371     LLVM_DEBUG(dbgs() << "Promoting is possible... Enqueue for promotion!\n");
6372
6373     VPH.enqueueForPromotion(ToBePromoted);
6374     Inst = ToBePromoted;
6375   }
6376   return false;
6377 }
6378
6379 /// For the instruction sequence of store below, F and I values
6380 /// are bundled together as an i64 value before being stored into memory.
6381 /// Sometimes it is more efficient to generate separate stores for F and I,
6382 /// which can remove the bitwise instructions or sink them to colder places.
6383 ///
6384 ///   (store (or (zext (bitcast F to i32) to i64),
6385 ///              (shl (zext I to i64), 32)), addr)  -->
6386 ///   (store F, addr) and (store I, addr+4)
6387 ///
6388 /// Similarly, splitting for other merged store can also be beneficial, like:
6389 /// For pair of {i32, i32}, i64 store --> two i32 stores.
6390 /// For pair of {i32, i16}, i64 store --> two i32 stores.
6391 /// For pair of {i16, i16}, i32 store --> two i16 stores.
6392 /// For pair of {i16, i8},  i32 store --> two i16 stores.
6393 /// For pair of {i8, i8},   i16 store --> two i8 stores.
6394 ///
6395 /// We allow each target to determine specifically which kind of splitting is
6396 /// supported.
6397 ///
6398 /// The store patterns are commonly seen from the simple code snippet below
6399 /// if only std::make_pair(...) is sroa transformed before inlined into hoo.
6400 ///   void goo(const std::pair<int, float> &);
6401 ///   hoo() {
6402 ///     ...
6403 ///     goo(std::make_pair(tmp, ftmp));
6404 ///     ...
6405 ///   }
6406 ///
6407 /// Although we already have similar splitting in DAG Combine, we duplicate
6408 /// it in CodeGenPrepare to catch the case in which pattern is across
6409 /// multiple BBs. The logic in DAG Combine is kept to catch case generated
6410 /// during code expansion.
6411 static bool splitMergedValStore(StoreInst &SI, const DataLayout &DL,
6412                                 const TargetLowering &TLI) {
6413   // Handle simple but common cases only.
6414   Type *StoreType = SI.getValueOperand()->getType();
6415   if (DL.getTypeStoreSizeInBits(StoreType) != DL.getTypeSizeInBits(StoreType) ||
6416       DL.getTypeSizeInBits(StoreType) == 0)
6417     return false;
6418
6419   unsigned HalfValBitSize = DL.getTypeSizeInBits(StoreType) / 2;
6420   Type *SplitStoreType = Type::getIntNTy(SI.getContext(), HalfValBitSize);
6421   if (DL.getTypeStoreSizeInBits(SplitStoreType) !=
6422       DL.getTypeSizeInBits(SplitStoreType))
6423     return false;
6424
6425   // Match the following patterns:
6426   // (store (or (zext LValue to i64),
6427   //            (shl (zext HValue to i64), 32)), HalfValBitSize)
6428   //  or
6429   // (store (or (shl (zext HValue to i64), 32)), HalfValBitSize)
6430   //            (zext LValue to i64),
6431   // Expect both operands of OR and the first operand of SHL have only
6432   // one use.
6433   Value *LValue, *HValue;
6434   if (!match(SI.getValueOperand(),
6435              m_c_Or(m_OneUse(m_ZExt(m_Value(LValue))),
6436                     m_OneUse(m_Shl(m_OneUse(m_ZExt(m_Value(HValue))),
6437                                    m_SpecificInt(HalfValBitSize))))))
6438     return false;
6439
6440   // Check LValue and HValue are int with size less or equal than 32.
6441   if (!LValue->getType()->isIntegerTy() ||
6442       DL.getTypeSizeInBits(LValue->getType()) > HalfValBitSize ||
6443       !HValue->getType()->isIntegerTy() ||
6444       DL.getTypeSizeInBits(HValue->getType()) > HalfValBitSize)
6445     return false;
6446
6447   // If LValue/HValue is a bitcast instruction, use the EVT before bitcast
6448   // as the input of target query.
6449   auto *LBC = dyn_cast<BitCastInst>(LValue);
6450   auto *HBC = dyn_cast<BitCastInst>(HValue);
6451   EVT LowTy = LBC ? EVT::getEVT(LBC->getOperand(0)->getType())
6452                   : EVT::getEVT(LValue->getType());
6453   EVT HighTy = HBC ? EVT::getEVT(HBC->getOperand(0)->getType())
6454                    : EVT::getEVT(HValue->getType());
6455   if (!ForceSplitStore && !TLI.isMultiStoresCheaperThanBitsMerge(LowTy, HighTy))
6456     return false;
6457
6458   // Start to split store.
6459   IRBuilder<> Builder(SI.getContext());
6460   Builder.SetInsertPoint(&SI);
6461
6462   // If LValue/HValue is a bitcast in another BB, create a new one in current
6463   // BB so it may be merged with the splitted stores by dag combiner.
6464   if (LBC && LBC->getParent() != SI.getParent())
6465     LValue = Builder.CreateBitCast(LBC->getOperand(0), LBC->getType());
6466   if (HBC && HBC->getParent() != SI.getParent())
6467     HValue = Builder.CreateBitCast(HBC->getOperand(0), HBC->getType());
6468
6469   bool IsLE = SI.getModule()->getDataLayout().isLittleEndian();
6470   auto CreateSplitStore = [&](Value *V, bool Upper) {
6471     V = Builder.CreateZExtOrBitCast(V, SplitStoreType);
6472     Value *Addr = Builder.CreateBitCast(
6473         SI.getOperand(1),
6474         SplitStoreType->getPointerTo(SI.getPointerAddressSpace()));
6475     if ((IsLE && Upper) || (!IsLE && !Upper))
6476       Addr = Builder.CreateGEP(
6477           SplitStoreType, Addr,
6478           ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(SI.getContext()), 1));
6479     Builder.CreateAlignedStore(
6480         V, Addr, Upper ? SI.getAlignment() / 2 : SI.getAlignment());
6481   };
6482
6483   CreateSplitStore(LValue, false);
6484   CreateSplitStore(HValue, true);
6485
6486   // Delete the old store.
6487   SI.eraseFromParent();
6488   return true;
6489 }
6490
6491 // Return true if the GEP has two operands, the first operand is of a sequential
6492 // type, and the second operand is a constant.
6493 static bool GEPSequentialConstIndexed(GetElementPtrInst *GEP) {
6494   gep_type_iterator I = gep_type_begin(*GEP);
6495   return GEP->getNumOperands() == 2 &&
6496       I.isSequential() &&
6497       isa<ConstantInt>(GEP->getOperand(1));
6498 }
6499
6500 // Try unmerging GEPs to reduce liveness interference (register pressure) across
6501 // IndirectBr edges. Since IndirectBr edges tend to touch on many blocks,
6502 // reducing liveness interference across those edges benefits global register
6503 // allocation. Currently handles only certain cases.
6504 //
6505 // For example, unmerge %GEPI and %UGEPI as below.
6506 //
6507 // ---------- BEFORE ----------
6508 // SrcBlock:
6509 //   ...
6510 //   %GEPIOp = ...
6511 //   ...
6512 //   %GEPI = gep %GEPIOp, Idx
6513 //   ...
6514 //   indirectbr ... [ label %DstB0, label %DstB1, ... label %DstBi ... ]
6515 //   (* %GEPI is alive on the indirectbr edges due to other uses ahead)
6516 //   (* %GEPIOp is alive on the indirectbr edges only because of it's used by
6517 //   %UGEPI)
6518 //
6519 // DstB0: ... (there may be a gep similar to %UGEPI to be unmerged)
6520 // DstB1: ... (there may be a gep similar to %UGEPI to be unmerged)
6521 // ...
6522 //
6523 // DstBi:
6524 //   ...
6525 //   %UGEPI = gep %GEPIOp, UIdx
6526 // ...
6527 // ---------------------------
6528 //
6529 // ---------- AFTER ----------
6530 // SrcBlock:
6531 //   ... (same as above)
6532 //    (* %GEPI is still alive on the indirectbr edges)
6533 //    (* %GEPIOp is no longer alive on the indirectbr edges as a result of the
6534 //    unmerging)
6535 // ...
6536 //
6537 // DstBi:
6538 //   ...
6539 //   %UGEPI = gep %GEPI, (UIdx-Idx)
6540 //   ...
6541 // ---------------------------
6542 //
6543 // The register pressure on the IndirectBr edges is reduced because %GEPIOp is
6544 // no longer alive on them.
6545 //
6546 // We try to unmerge GEPs here in CodGenPrepare, as opposed to limiting merging
6547 // of GEPs in the first place in InstCombiner::visitGetElementPtrInst() so as
6548 // not to disable further simplications and optimizations as a result of GEP
6549 // merging.
6550 //
6551 // Note this unmerging may increase the length of the data flow critical path
6552 // (the path from %GEPIOp to %UGEPI would go through %GEPI), which is a tradeoff
6553 // between the register pressure and the length of data-flow critical
6554 // path. Restricting this to the uncommon IndirectBr case would minimize the
6555 // impact of potentially longer critical path, if any, and the impact on compile
6556 // time.
6557 static bool tryUnmergingGEPsAcrossIndirectBr(GetElementPtrInst *GEPI,
6558                                              const TargetTransformInfo *TTI) {
6559   BasicBlock *SrcBlock = GEPI->getParent();
6560   // Check that SrcBlock ends with an IndirectBr. If not, give up. The common
6561   // (non-IndirectBr) cases exit early here.
6562   if (!isa<IndirectBrInst>(SrcBlock->getTerminator()))
6563     return false;
6564   // Check that GEPI is a simple gep with a single constant index.
6565   if (!GEPSequentialConstIndexed(GEPI))
6566     return false;
6567   ConstantInt *GEPIIdx = cast<ConstantInt>(GEPI->getOperand(1));
6568   // Check that GEPI is a cheap one.
6569   if (TTI->getIntImmCost(GEPIIdx->getValue(), GEPIIdx->getType())
6570       > TargetTransformInfo::TCC_Basic)
6571     return false;
6572   Value *GEPIOp = GEPI->getOperand(0);
6573   // Check that GEPIOp is an instruction that's also defined in SrcBlock.
6574   if (!isa<Instruction>(GEPIOp))
6575     return false;
6576   auto *GEPIOpI = cast<Instruction>(GEPIOp);
6577   if (GEPIOpI->getParent() != SrcBlock)
6578     return false;
6579   // Check that GEP is used outside the block, meaning it's alive on the
6580   // IndirectBr edge(s).
6581   if (find_if(GEPI->users(), [&](User *Usr) {
6582         if (auto *I = dyn_cast<Instruction>(Usr)) {
6583           if (I->getParent() != SrcBlock) {
6584             return true;
6585           }
6586         }
6587         return false;
6588       }) == GEPI->users().end())
6589     return false;
6590   // The second elements of the GEP chains to be unmerged.
6591   std::vector<GetElementPtrInst *> UGEPIs;
6592   // Check each user of GEPIOp to check if unmerging would make GEPIOp not alive
6593   // on IndirectBr edges.
6594   for (User *Usr : GEPIOp->users()) {
6595     if (Usr == GEPI) continue;
6596     // Check if Usr is an Instruction. If not, give up.
6597     if (!isa<Instruction>(Usr))
6598       return false;
6599     auto *UI = cast<Instruction>(Usr);
6600     // Check if Usr in the same block as GEPIOp, which is fine, skip.
6601     if (UI->getParent() == SrcBlock)
6602       continue;
6603     // Check if Usr is a GEP. If not, give up.
6604     if (!isa<GetElementPtrInst>(Usr))
6605       return false;
6606     auto *UGEPI = cast<GetElementPtrInst>(Usr);
6607     // Check if UGEPI is a simple gep with a single constant index and GEPIOp is
6608     // the pointer operand to it. If so, record it in the vector. If not, give
6609     // up.
6610     if (!GEPSequentialConstIndexed(UGEPI))
6611       return false;
6612     if (UGEPI->getOperand(0) != GEPIOp)
6613       return false;
6614     if (GEPIIdx->getType() !=
6615         cast<ConstantInt>(UGEPI->getOperand(1))->getType())
6616       return false;
6617     ConstantInt *UGEPIIdx = cast<ConstantInt>(UGEPI->getOperand(1));
6618     if (TTI->getIntImmCost(UGEPIIdx->getValue(), UGEPIIdx->getType())
6619         > TargetTransformInfo::TCC_Basic)
6620       return false;
6621     UGEPIs.push_back(UGEPI);
6622   }
6623   if (UGEPIs.size() == 0)
6624     return false;
6625   // Check the materializing cost of (Uidx-Idx).
6626   for (GetElementPtrInst *UGEPI : UGEPIs) {
6627     ConstantInt *UGEPIIdx = cast<ConstantInt>(UGEPI->getOperand(1));
6628     APInt NewIdx = UGEPIIdx->getValue() - GEPIIdx->getValue();
6629     unsigned ImmCost = TTI->getIntImmCost(NewIdx, GEPIIdx->getType());
6630     if (ImmCost > TargetTransformInfo::TCC_Basic)
6631       return false;
6632   }
6633   // Now unmerge between GEPI and UGEPIs.
6634   for (GetElementPtrInst *UGEPI : UGEPIs) {
6635     UGEPI->setOperand(0, GEPI);
6636     ConstantInt *UGEPIIdx = cast<ConstantInt>(UGEPI->getOperand(1));
6637     Constant *NewUGEPIIdx =
6638         ConstantInt::get(GEPIIdx->getType(),
6639                          UGEPIIdx->getValue() - GEPIIdx->getValue());
6640     UGEPI->setOperand(1, NewUGEPIIdx);
6641     // If GEPI is not inbounds but UGEPI is inbounds, change UGEPI to not
6642     // inbounds to avoid UB.
6643     if (!GEPI->isInBounds()) {
6644       UGEPI->setIsInBounds(false);
6645     }
6646   }
6647   // After unmerging, verify that GEPIOp is actually only used in SrcBlock (not
6648   // alive on IndirectBr edges).
6649   assert(find_if(GEPIOp->users(), [&](User *Usr) {
6650         return cast<Instruction>(Usr)->getParent() != SrcBlock;
6651       }) == GEPIOp->users().end() && "GEPIOp is used outside SrcBlock");
6652   return true;
6653 }
6654
6655 bool CodeGenPrepare::optimizeInst(Instruction *I, bool &ModifiedDT) {
6656   // Bail out if we inserted the instruction to prevent optimizations from
6657   // stepping on each other's toes.
6658   if (InsertedInsts.count(I))
6659     return false;
6660
6661   if (PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(I)) {
6662     // It is possible for very late stage optimizations (such as SimplifyCFG)
6663     // to introduce PHI nodes too late to be cleaned up.  If we detect such a
6664     // trivial PHI, go ahead and zap it here.
6665     if (Value *V = SimplifyInstruction(P, {*DL, TLInfo})) {
6666       P->replaceAllUsesWith(V);
6667       P->eraseFromParent();
6668       ++NumPHIsElim;
6669       return true;
6670     }
6671     return false;
6672   }
6673
6674   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(I)) {
6675     // If the source of the cast is a constant, then this should have
6676     // already been constant folded.  The only reason NOT to constant fold
6677     // it is if something (e.g. LSR) was careful to place the constant
6678     // evaluation in a block other than then one that uses it (e.g. to hoist
6679     // the address of globals out of a loop).  If this is the case, we don't
6680     // want to forward-subst the cast.
6681     if (isa<Constant>(CI->getOperand(0)))
6682       return false;
6683
6684     if (TLI && OptimizeNoopCopyExpression(CI, *TLI, *DL))
6685       return true;
6686
6687     if (isa<ZExtInst>(I) || isa<SExtInst>(I)) {
6688       /// Sink a zext or sext into its user blocks if the target type doesn't
6689       /// fit in one register
6690       if (TLI &&
6691           TLI->getTypeAction(CI->getContext(),
6692                              TLI->getValueType(*DL, CI->getType())) ==
6693               TargetLowering::TypeExpandInteger) {
6694         return SinkCast(CI);
6695       } else {
6696         bool MadeChange = optimizeExt(I);
6697         return MadeChange | optimizeExtUses(I);
6698       }
6699     }
6700     return false;
6701   }
6702
6703   if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
6704     if (!TLI || !TLI->hasMultipleConditionRegisters())
6705       return OptimizeCmpExpression(CI, TLI);
6706
6707   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
6708     LI->setMetadata(LLVMContext::MD_invariant_group, nullptr);
6709     if (TLI) {
6710       bool Modified = optimizeLoadExt(LI);
6711       unsigned AS = LI->getPointerAddressSpace();
6712       Modified |= optimizeMemoryInst(I, I->getOperand(0), LI->getType(), AS);
6713       return Modified;
6714     }
6715     return false;
6716   }
6717
6718   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
6719     if (TLI && splitMergedValStore(*SI, *DL, *TLI))
6720       return true;
6721     SI->setMetadata(LLVMContext::MD_invariant_group, nullptr);
6722     if (TLI) {
6723       unsigned AS = SI->getPointerAddressSpace();
6724       return optimizeMemoryInst(I, SI->getOperand(1),
6725                                 SI->getOperand(0)->getType(), AS);
6726     }
6727     return false;
6728   }
6729
6730   if (AtomicRMWInst *RMW = dyn_cast<AtomicRMWInst>(I)) {
6731       unsigned AS = RMW->getPointerAddressSpace();
6732       return optimizeMemoryInst(I, RMW->getPointerOperand(),
6733                                 RMW->getType(), AS);
6734   }
6735
6736   if (AtomicCmpXchgInst *CmpX = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(I)) {
6737       unsigned AS = CmpX->getPointerAddressSpace();
6738       return optimizeMemoryInst(I, CmpX->getPointerOperand(),
6739                                 CmpX->getCompareOperand()->getType(), AS);
6740   }
6741
6742   BinaryOperator *BinOp = dyn_cast<BinaryOperator>(I);
6743
6744   if (BinOp && (BinOp->getOpcode() == Instruction::And) &&
6745       EnableAndCmpSinking && TLI)
6746     return sinkAndCmp0Expression(BinOp, *TLI, InsertedInsts);
6747
6748   if (BinOp && (BinOp->getOpcode() == Instruction::AShr ||
6749                 BinOp->getOpcode() == Instruction::LShr)) {
6750     ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(BinOp->getOperand(1));
6751     if (TLI && CI && TLI->hasExtractBitsInsn())
6752       return OptimizeExtractBits(BinOp, CI, *TLI, *DL);
6753
6754     return false;
6755   }
6756
6757   if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
6758     if (GEPI->hasAllZeroIndices()) {
6759       /// The GEP operand must be a pointer, so must its result -> BitCast
6760       Instruction *NC = new BitCastInst(GEPI->getOperand(0), GEPI->getType(),
6761                                         GEPI->getName(), GEPI);
6762       NC->setDebugLoc(GEPI->getDebugLoc());
6763       GEPI->replaceAllUsesWith(NC);
6764       GEPI->eraseFromParent();
6765       ++NumGEPsElim;
6766       optimizeInst(NC, ModifiedDT);
6767       return true;
6768     }
6769     if (tryUnmergingGEPsAcrossIndirectBr(GEPI, TTI)) {
6770       return true;
6771     }
6772     return false;
6773   }
6774
6775   if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
6776     return optimizeCallInst(CI, ModifiedDT);
6777
6778   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(I))
6779     return optimizeSelectInst(SI);
6780
6781   if (ShuffleVectorInst *SVI = dyn_cast<ShuffleVectorInst>(I))
6782     return optimizeShuffleVectorInst(SVI);
6783
6784   if (auto *Switch = dyn_cast<SwitchInst>(I))
6785     return optimizeSwitchInst(Switch);
6786
6787   if (isa<ExtractElementInst>(I))
6788     return optimizeExtractElementInst(I);
6789
6790   return false;
6791 }
6792
6793 /// Given an OR instruction, check to see if this is a bitreverse
6794 /// idiom. If so, insert the new intrinsic and return true.
6795 static bool makeBitReverse(Instruction &I, const DataLayout &DL,
6796                            const TargetLowering &TLI) {
6797   if (!I.getType()->isIntegerTy() ||
6798       !TLI.isOperationLegalOrCustom(ISD::BITREVERSE,
6799                                     TLI.getValueType(DL, I.getType(), true)))
6800     return false;
6801
6802   SmallVector<Instruction*, 4> Insts;
6803   if (!recognizeBSwapOrBitReverseIdiom(&I, false, true, Insts))
6804     return false;
6805   Instruction *LastInst = Insts.back();
6806   I.replaceAllUsesWith(LastInst);
6807   RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(&I);
6808   return true;
6809 }
6810
6811 // In this pass we look for GEP and cast instructions that are used
6812 // across basic blocks and rewrite them to improve basic-block-at-a-time
6813 // selection.
6814 bool CodeGenPrepare::optimizeBlock(BasicBlock &BB, bool &ModifiedDT) {
6815   SunkAddrs.clear();
6816   bool MadeChange = false;
6817
6818   CurInstIterator = BB.begin();
6819   while (CurInstIterator != BB.end()) {
6820     MadeChange |= optimizeInst(&*CurInstIterator++, ModifiedDT);
6821     if (ModifiedDT)
6822       return true;
6823   }
6824
6825   bool MadeBitReverse = true;
6826   while (TLI && MadeBitReverse) {
6827     MadeBitReverse = false;
6828     for (auto &I : reverse(BB)) {
6829       if (makeBitReverse(I, *DL, *TLI)) {
6830         MadeBitReverse = MadeChange = true;
6831         ModifiedDT = true;
6832         break;
6833       }
6834     }
6835   }
6836   MadeChange |= dupRetToEnableTailCallOpts(&BB);
6837
6838   return MadeChange;
6839 }
6840
6841 // llvm.dbg.value is far away from the value then iSel may not be able
6842 // handle it properly. iSel will drop llvm.dbg.value if it can not
6843 // find a node corresponding to the value.
6844 bool CodeGenPrepare::placeDbgValues(Function &F) {
6845   bool MadeChange = false;
6846   for (BasicBlock &BB : F) {
6847     Instruction *PrevNonDbgInst = nullptr;
6848     for (BasicBlock::iterator BI = BB.begin(), BE = BB.end(); BI != BE;) {
6849       Instruction *Insn = &*BI++;
6850       DbgValueInst *DVI = dyn_cast<DbgValueInst>(Insn);
6851       // Leave dbg.values that refer to an alloca alone. These
6852       // intrinsics describe the address of a variable (= the alloca)
6853       // being taken.  They should not be moved next to the alloca
6854       // (and to the beginning of the scope), but rather stay close to
6855       // where said address is used.
6856       if (!DVI || (DVI->getValue() && isa<AllocaInst>(DVI->getValue()))) {
6857         PrevNonDbgInst = Insn;
6858         continue;
6859       }
6860
6861       Instruction *VI = dyn_cast_or_null<Instruction>(DVI->getValue());
6862       if (VI && VI != PrevNonDbgInst && !VI->isTerminator()) {
6863         // If VI is a phi in a block with an EHPad terminator, we can't insert
6864         // after it.
6865         if (isa<PHINode>(VI) && VI->getParent()->getTerminator()->isEHPad())
6866           continue;
6867         LLVM_DEBUG(dbgs() << "Moving Debug Value before :\n"
6868                           << *DVI << ' ' << *VI);
6869         DVI->removeFromParent();
6870         if (isa<PHINode>(VI))
6871           DVI->insertBefore(&*VI->getParent()->getFirstInsertionPt());
6872         else
6873           DVI->insertAfter(VI);
6874         MadeChange = true;
6875         ++NumDbgValueMoved;
6876       }
6877     }
6878   }
6879   return MadeChange;
6880 }
6881
6882 /// Scale down both weights to fit into uint32_t.
6883 static void scaleWeights(uint64_t &NewTrue, uint64_t &NewFalse) {
6884   uint64_t NewMax = (NewTrue > NewFalse) ? NewTrue : NewFalse;
6885   uint32_t Scale = (NewMax / std::numeric_limits<uint32_t>::max()) + 1;
6886   NewTrue = NewTrue / Scale;
6887   NewFalse = NewFalse / Scale;
6888 }
6889
6890 /// Some targets prefer to split a conditional branch like:
6891 /// \code
6892 ///   %0 = icmp ne i32 %a, 0
6893 ///   %1 = icmp ne i32 %b, 0
6894 ///   %or.cond = or i1 %0, %1
6895 ///   br i1 %or.cond, label %TrueBB, label %FalseBB
6896 /// \endcode
6897 /// into multiple branch instructions like:
6898 /// \code
6899 ///   bb1:
6900 ///     %0 = icmp ne i32 %a, 0
6901 ///     br i1 %0, label %TrueBB, label %bb2
6902 ///   bb2:
6903 ///     %1 = icmp ne i32 %b, 0
6904 ///     br i1 %1, label %TrueBB, label %FalseBB
6905 /// \endcode
6906 /// This usually allows instruction selection to do even further optimizations
6907 /// and combine the compare with the branch instruction. Currently this is
6908 /// applied for targets which have "cheap" jump instructions.
6909 ///
6910 /// FIXME: Remove the (equivalent?) implementation in SelectionDAG.
6911 ///
6912 bool CodeGenPrepare::splitBranchCondition(Function &F) {
6913   if (!TM || !TM->Options.EnableFastISel || !TLI || TLI->isJumpExpensive())
6914     return false;
6915
6916   bool MadeChange = false;
6917   for (auto &BB : F) {
6918     // Does this BB end with the following?
6919     //   %cond1 = icmp|fcmp|binary instruction ...
6920     //   %cond2 = icmp|fcmp|binary instruction ...
6921     //   %cond.or = or|and i1 %cond1, cond2
6922     //   br i1 %cond.or label %dest1, label %dest2"
6923     BinaryOperator *LogicOp;
6924     BasicBlock *TBB, *FBB;
6925     if (!match(BB.getTerminator(), m_Br(m_OneUse(m_BinOp(LogicOp)), TBB, FBB)))
6926       continue;
6927
6928     auto *Br1 = cast<BranchInst>(BB.getTerminator());
6929     if (Br1->getMetadata(LLVMContext::MD_unpredictable))
6930       continue;
6931
6932     unsigned Opc;
6933     Value *Cond1, *Cond2;
6934     if (match(LogicOp, m_And(m_OneUse(m_Value(Cond1)),
6935                              m_OneUse(m_Value(Cond2)))))
6936       Opc = Instruction::And;
6937     else if (match(LogicOp, m_Or(m_OneUse(m_Value(Cond1)),
6938                                  m_OneUse(m_Value(Cond2)))))
6939       Opc = Instruction::Or;
6940     else
6941       continue;
6942
6943     if (!match(Cond1, m_CombineOr(m_Cmp(), m_BinOp())) ||
6944         !match(Cond2, m_CombineOr(m_Cmp(), m_BinOp()))   )
6945       continue;
6946
6947     LLVM_DEBUG(dbgs() << "Before branch condition splitting\n"; BB.dump());
6948
6949     // Create a new BB.
6950     auto TmpBB =
6951         BasicBlock::Create(BB.getContext(), BB.getName() + ".cond.split",
6952                            BB.getParent(), BB.getNextNode());
6953
6954     // Update original basic block by using the first condition directly by the
6955     // branch instruction and removing the no longer needed and/or instruction.
6956     Br1->setCondition(Cond1);
6957     LogicOp->eraseFromParent();
6958
6959     // Depending on the condition we have to either replace the true or the
6960     // false successor of the original branch instruction.
6961     if (Opc == Instruction::And)
6962       Br1->setSuccessor(0, TmpBB);
6963     else
6964       Br1->setSuccessor(1, TmpBB);
6965
6966     // Fill in the new basic block.
6967     auto *Br2 = IRBuilder<>(TmpBB).CreateCondBr(Cond2, TBB, FBB);
6968     if (auto *I = dyn_cast<Instruction>(Cond2)) {
6969       I->removeFromParent();
6970       I->insertBefore(Br2);
6971     }
6972
6973     // Update PHI nodes in both successors. The original BB needs to be
6974     // replaced in one successor's PHI nodes, because the branch comes now from
6975     // the newly generated BB (NewBB). In the other successor we need to add one
6976     // incoming edge to the PHI nodes, because both branch instructions target
6977     // now the same successor. Depending on the original branch condition
6978     // (and/or) we have to swap the successors (TrueDest, FalseDest), so that
6979     // we perform the correct update for the PHI nodes.
6980     // This doesn't change the successor order of the just created branch
6981     // instruction (or any other instruction).
6982     if (Opc == Instruction::Or)
6983       std::swap(TBB, FBB);
6984
6985     // Replace the old BB with the new BB.
6986     for (PHINode &PN : TBB->phis()) {
6987       int i;
6988       while ((i = PN.getBasicBlockIndex(&BB)) >= 0)
6989         PN.setIncomingBlock(i, TmpBB);
6990     }
6991
6992     // Add another incoming edge form the new BB.
6993     for (PHINode &PN : FBB->phis()) {
6994       auto *Val = PN.getIncomingValueForBlock(&BB);
6995       PN.addIncoming(Val, TmpBB);
6996     }
6997
6998     // Update the branch weights (from SelectionDAGBuilder::
6999     // FindMergedConditions).
7000     if (Opc == Instruction::Or) {
7001       // Codegen X | Y as:
7002       // BB1:
7003       //   jmp_if_X TBB
7004       //   jmp TmpBB
7005       // TmpBB:
7006       //   jmp_if_Y TBB
7007       //   jmp FBB
7008       //
7009
7010       // We have flexibility in setting Prob for BB1 and Prob for NewBB.
7011       // The requirement is that
7012       //   TrueProb for BB1 + (FalseProb for BB1 * TrueProb for TmpBB)
7013       //     = TrueProb for original BB.
7014       // Assuming the original weights are A and B, one choice is to set BB1's
7015       // weights to A and A+2B, and set TmpBB's weights to A and 2B. This choice
7016       // assumes that
7017       //   TrueProb for BB1 == FalseProb for BB1 * TrueProb for TmpBB.
7018       // Another choice is to assume TrueProb for BB1 equals to TrueProb for
7019       // TmpBB, but the math is more complicated.
7020       uint64_t TrueWeight, FalseWeight;
7021       if (Br1->extractProfMetadata(TrueWeight, FalseWeight)) {
7022         uint64_t NewTrueWeight = TrueWeight;
7023         uint64_t NewFalseWeight = TrueWeight + 2 * FalseWeight;
7024         scaleWeights(NewTrueWeight, NewFalseWeight);
7025         Br1->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, MDBuilder(Br1->getContext())
7026                          .createBranchWeights(TrueWeight, FalseWeight));
7027
7028         NewTrueWeight = TrueWeight;
7029         NewFalseWeight = 2 * FalseWeight;
7030         scaleWeights(NewTrueWeight, NewFalseWeight);
7031         Br2->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, MDBuilder(Br2->getContext())
7032                          .createBranchWeights(TrueWeight, FalseWeight));
7033       }
7034     } else {
7035       // Codegen X & Y as:
7036       // BB1:
7037       //   jmp_if_X TmpBB
7038       //   jmp FBB
7039       // TmpBB:
7040       //   jmp_if_Y TBB
7041       //   jmp FBB
7042       //
7043       //  This requires creation of TmpBB after CurBB.
7044
7045       // We have flexibility in setting Prob for BB1 and Prob for TmpBB.
7046       // The requirement is that
7047       //   FalseProb for BB1 + (TrueProb for BB1 * FalseProb for TmpBB)
7048       //     = FalseProb for original BB.
7049       // Assuming the original weights are A and B, one choice is to set BB1's
7050       // weights to 2A+B and B, and set TmpBB's weights to 2A and B. This choice
7051       // assumes that
7052       //   FalseProb for BB1 == TrueProb for BB1 * FalseProb for TmpBB.
7053       uint64_t TrueWeight, FalseWeight;
7054       if (Br1->extractProfMetadata(TrueWeight, FalseWeight)) {
7055         uint64_t NewTrueWeight = 2 * TrueWeight + FalseWeight;
7056         uint64_t NewFalseWeight = FalseWeight;
7057         scaleWeights(NewTrueWeight, NewFalseWeight);
7058         Br1->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, MDBuilder(Br1->getContext())
7059                          .createBranchWeights(TrueWeight, FalseWeight));
7060
7061         NewTrueWeight = 2 * TrueWeight;
7062         NewFalseWeight = FalseWeight;
7063         scaleWeights(NewTrueWeight, NewFalseWeight);
7064         Br2->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, MDBuilder(Br2->getContext())
7065                          .createBranchWeights(TrueWeight, FalseWeight));
7066       }
7067     }
7068
7069     // Note: No point in getting fancy here, since the DT info is never
7070     // available to CodeGenPrepare.
7071     ModifiedDT = true;
7072
7073     MadeChange = true;
7074
7075     LLVM_DEBUG(dbgs() << "After branch condition splitting\n"; BB.dump();
7076                TmpBB->dump());
7077   }
7078   return MadeChange;
7079 }