contrib/llvm/lib/Transforms/InstCombine/InstCombineAddSub.cpp

   1 //===- InstCombineAddSub.cpp ------------------------------------*- C++ -*-===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // This file implements the visit functions for add, fadd, sub, and fsub.
  11 //
  12 //===----------------------------------------------------------------------===//
  13
  14 #include "InstCombineInternal.h"
  15 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
  16 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
  17 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
  18 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
  19 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
  20
  21 using namespace llvm;
  22 using namespace PatternMatch;
  23
  24 #define DEBUG_TYPE "instcombine"
  25
  26 namespace {
  27
  28   /// Class representing coefficient of floating-point addend.
  29   /// This class needs to be highly efficient, which is especially true for
  30   /// the constructor. As of I write this comment, the cost of the default
  31   /// constructor is merely 4-byte-store-zero (Assuming compiler is able to
  32   /// perform write-merging).
  33   ///
  34   class FAddendCoef {
  35   public:
  36     // The constructor has to initialize a APFloat, which is unnecessary for
  37     // most addends which have coefficient either 1 or -1. So, the constructor
  38     // is expensive. In order to avoid the cost of the constructor, we should
  39     // reuse some instances whenever possible. The pre-created instances
  40     // FAddCombine::Add[0-5] embodies this idea.
  41     //
  42     FAddendCoef() : IsFp(false), BufHasFpVal(false), IntVal(0) {}
  43     ~FAddendCoef();
  44
  45     void set(short C) {
  46       assert(!insaneIntVal(C) && "Insane coefficient");
  47       IsFp = false; IntVal = C;
  48     }
  49
  50     void set(const APFloat& C);
  51
  52     void negate();
  53
  54     bool isZero() const { return isInt() ? !IntVal : getFpVal().isZero(); }
  55     Value *getValue(Type *) const;
  56
  57     // If possible, don't define operator+/operator- etc because these
  58     // operators inevitably call FAddendCoef's constructor which is not cheap.
  59     void operator=(const FAddendCoef &A);
  60     void operator+=(const FAddendCoef &A);
  61     void operator*=(const FAddendCoef &S);
  62
  63     bool isOne() const { return isInt() && IntVal == 1; }
  64     bool isTwo() const { return isInt() && IntVal == 2; }
  65     bool isMinusOne() const { return isInt() && IntVal == -1; }
  66     bool isMinusTwo() const { return isInt() && IntVal == -2; }
  67
  68   private:
  69     bool insaneIntVal(int V) { return V > 4 || V < -4; }
  70     APFloat *getFpValPtr()
  71       { return reinterpret_cast<APFloat*>(&FpValBuf.buffer[0]); }
  72     const APFloat *getFpValPtr() const
  73       { return reinterpret_cast<const APFloat*>(&FpValBuf.buffer[0]); }
  74
  75     const APFloat &getFpVal() const {
  76       assert(IsFp && BufHasFpVal && "Incorret state");
  77       return *getFpValPtr();
  78     }
  79
  80     APFloat &getFpVal() {
  81       assert(IsFp && BufHasFpVal && "Incorret state");
  82       return *getFpValPtr();
  83     }
  84
  85     bool isInt() const { return !IsFp; }
  86
  87     // If the coefficient is represented by an integer, promote it to a
  88     // floating point.
  89     void convertToFpType(const fltSemantics &Sem);
  90
  91     // Construct an APFloat from a signed integer.
  92     // TODO: We should get rid of this function when APFloat can be constructed
  93     //       from an *SIGNED* integer.
  94     APFloat createAPFloatFromInt(const fltSemantics &Sem, int Val);
  95
  96   private:
  97     bool IsFp;
  98
  99     // True iff FpValBuf contains an instance of APFloat.
 100     bool BufHasFpVal;
 101
 102     // The integer coefficient of an individual addend is either 1 or -1,
 103     // and we try to simplify at most 4 addends from neighboring at most
 104     // two instructions. So the range of <IntVal> falls in [-4, 4]. APInt
 105     // is overkill of this end.
 106     short IntVal;
 107
 108     AlignedCharArrayUnion<APFloat> FpValBuf;
 109   };
 110
 111   /// FAddend is used to represent floating-point addend. An addend is
 112   /// represented as <C, V>, where the V is a symbolic value, and C is a
 113   /// constant coefficient. A constant addend is represented as <C, 0>.
 114   ///
 115   class FAddend {
 116   public:
 117     FAddend() : Val(nullptr) {}
 118
 119     Value *getSymVal() const { return Val; }
 120     const FAddendCoef &getCoef() const { return Coeff; }
 121
 122     bool isConstant() const { return Val == nullptr; }
 123     bool isZero() const { return Coeff.isZero(); }
 124
 125     void set(short Coefficient, Value *V) {
 126       Coeff.set(Coefficient);
 127       Val = V;
 128     }
 129     void set(const APFloat &Coefficient, Value *V) {
 130       Coeff.set(Coefficient);
 131       Val = V;
 132     }
 133     void set(const ConstantFP *Coefficient, Value *V) {
 134       Coeff.set(Coefficient->getValueAPF());
 135       Val = V;
 136     }
 137
 138     void negate() { Coeff.negate(); }
 139
 140     /// Drill down the U-D chain one step to find the definition of V, and
 141     /// try to break the definition into one or two addends.
 142     static unsigned drillValueDownOneStep(Value* V, FAddend &A0, FAddend &A1);
 143
 144     /// Similar to FAddend::drillDownOneStep() except that the value being
 145     /// splitted is the addend itself.
 146     unsigned drillAddendDownOneStep(FAddend &Addend0, FAddend &Addend1) const;
 147
 148     void operator+=(const FAddend &T) {
 149       assert((Val == T.Val) && "Symbolic-values disagree");
 150       Coeff += T.Coeff;
 151     }
 152
 153   private:
 154     void Scale(const FAddendCoef& ScaleAmt) { Coeff *= ScaleAmt; }
 155
 156     // This addend has the value of "Coeff * Val".
 157     Value *Val;
 158     FAddendCoef Coeff;
 159   };
 160
 161   /// FAddCombine is the class for optimizing an unsafe fadd/fsub along
 162   /// with its neighboring at most two instructions.
 163   ///
 164   class FAddCombine {
 165   public:
 166     FAddCombine(InstCombiner::BuilderTy *B) : Builder(B), Instr(nullptr) {}
 167     Value *simplify(Instruction *FAdd);
 168
 169   private:
 170     typedef SmallVector<const FAddend*, 4> AddendVect;
 171
 172     Value *simplifyFAdd(AddendVect& V, unsigned InstrQuota);
 173
 174     Value *performFactorization(Instruction *I);
 175
 176     /// Convert given addend to a Value
 177     Value *createAddendVal(const FAddend &A, bool& NeedNeg);
 178
 179     /// Return the number of instructions needed to emit the N-ary addition.
 180     unsigned calcInstrNumber(const AddendVect& Vect);
 181     Value *createFSub(Value *Opnd0, Value *Opnd1);
 182     Value *createFAdd(Value *Opnd0, Value *Opnd1);
 183     Value *createFMul(Value *Opnd0, Value *Opnd1);
 184     Value *createFDiv(Value *Opnd0, Value *Opnd1);
 185     Value *createFNeg(Value *V);
 186     Value *createNaryFAdd(const AddendVect& Opnds, unsigned InstrQuota);
 187     void createInstPostProc(Instruction *NewInst, bool NoNumber = false);
 188
 189     InstCombiner::BuilderTy *Builder;
 190     Instruction *Instr;
 191
 192      // Debugging stuff are clustered here.
 193     #ifndef NDEBUG
 194       unsigned CreateInstrNum;
 195       void initCreateInstNum() { CreateInstrNum = 0; }
 196       void incCreateInstNum() { CreateInstrNum++; }
 197     #else
 198       void initCreateInstNum() {}
 199       void incCreateInstNum() {}
 200     #endif
 201   };
 202
 203 } // anonymous namespace
 204
 205 //===----------------------------------------------------------------------===//
 206 //
 207 // Implementation of
 208 //    {FAddendCoef, FAddend, FAddition, FAddCombine}.
 209 //
 210 //===----------------------------------------------------------------------===//
 211 FAddendCoef::~FAddendCoef() {
 212   if (BufHasFpVal)
 213     getFpValPtr()->~APFloat();
 214 }
 215
 216 void FAddendCoef::set(const APFloat& C) {
 217   APFloat *P = getFpValPtr();
 218
 219   if (isInt()) {
 220     // As the buffer is meanless byte stream, we cannot call
 221     // APFloat::operator=().
 222     new(P) APFloat(C);
 223   } else
 224     *P = C;
 225
 226   IsFp = BufHasFpVal = true;
 227 }
 228
 229 void FAddendCoef::convertToFpType(const fltSemantics &Sem) {
 230   if (!isInt())
 231     return;
 232
 233   APFloat *P = getFpValPtr();
 234   if (IntVal > 0)
 235     new(P) APFloat(Sem, IntVal);
 236   else {
 237     new(P) APFloat(Sem, 0 - IntVal);
 238     P->changeSign();
 239   }
 240   IsFp = BufHasFpVal = true;
 241 }
 242
 243 APFloat FAddendCoef::createAPFloatFromInt(const fltSemantics &Sem, int Val) {
 244   if (Val >= 0)
 245     return APFloat(Sem, Val);
 246
 247   APFloat T(Sem, 0 - Val);
 248   T.changeSign();
 249
 250   return T;
 251 }
 252
 253 void FAddendCoef::operator=(const FAddendCoef &That) {
 254   if (That.isInt())
 255     set(That.IntVal);
 256   else
 257     set(That.getFpVal());
 258 }
 259
 260 void FAddendCoef::operator+=(const FAddendCoef &That) {
 261   enum APFloat::roundingMode RndMode = APFloat::rmNearestTiesToEven;
 262   if (isInt() == That.isInt()) {
 263     if (isInt())
 264       IntVal += That.IntVal;
 265     else
 266       getFpVal().add(That.getFpVal(), RndMode);
 267     return;
 268   }
 269
 270   if (isInt()) {
 271     const APFloat &T = That.getFpVal();
 272     convertToFpType(T.getSemantics());
 273     getFpVal().add(T, RndMode);
 274     return;
 275   }
 276
 277   APFloat &T = getFpVal();
 278   T.add(createAPFloatFromInt(T.getSemantics(), That.IntVal), RndMode);
 279 }
 280
 281 void FAddendCoef::operator*=(const FAddendCoef &That) {
 282   if (That.isOne())
 283     return;
 284
 285   if (That.isMinusOne()) {
 286     negate();
 287     return;
 288   }
 289
 290   if (isInt() && That.isInt()) {
 291     int Res = IntVal * (int)That.IntVal;
 292     assert(!insaneIntVal(Res) && "Insane int value");
 293     IntVal = Res;
 294     return;
 295   }
 296
 297   const fltSemantics &Semantic =
 298     isInt() ? That.getFpVal().getSemantics() : getFpVal().getSemantics();
 299
 300   if (isInt())
 301     convertToFpType(Semantic);
 302   APFloat &F0 = getFpVal();
 303
 304   if (That.isInt())
 305     F0.multiply(createAPFloatFromInt(Semantic, That.IntVal),
 306                 APFloat::rmNearestTiesToEven);
 307   else
 308     F0.multiply(That.getFpVal(), APFloat::rmNearestTiesToEven);
 309 }
 310
 311 void FAddendCoef::negate() {
 312   if (isInt())
 313     IntVal = 0 - IntVal;
 314   else
 315     getFpVal().changeSign();
 316 }
 317
 318 Value *FAddendCoef::getValue(Type *Ty) const {
 319   return isInt() ?
 320     ConstantFP::get(Ty, float(IntVal)) :
 321     ConstantFP::get(Ty->getContext(), getFpVal());
 322 }
 323
 324 // The definition of <Val>     Addends
 325 // =========================================
 326 //  A + B                     <1, A>, <1,B>
 327 //  A - B                     <1, A>, <1,B>
 328 //  0 - B                     <-1, B>
 329 //  C * A,                    <C, A>
 330 //  A + C                     <1, A> <C, NULL>
 331 //  0 +/- 0                   <0, NULL> (corner case)
 332 //
 333 // Legend: A and B are not constant, C is constant
 334 //
 335 unsigned FAddend::drillValueDownOneStep
 336   (Value *Val, FAddend &Addend0, FAddend &Addend1) {
 337   Instruction *I = nullptr;
 338   if (!Val || !(I = dyn_cast<Instruction>(Val)))
 339     return 0;
 340
 341   unsigned Opcode = I->getOpcode();
 342
 343   if (Opcode == Instruction::FAdd || Opcode == Instruction::FSub) {
 344     ConstantFP *C0, *C1;
 345     Value *Opnd0 = I->getOperand(0);
 346     Value *Opnd1 = I->getOperand(1);
 347     if ((C0 = dyn_cast<ConstantFP>(Opnd0)) && C0->isZero())
 348       Opnd0 = nullptr;
 349
 350     if ((C1 = dyn_cast<ConstantFP>(Opnd1)) && C1->isZero())
 351       Opnd1 = nullptr;
 352
 353     if (Opnd0) {
 354       if (!C0)
 355         Addend0.set(1, Opnd0);
 356       else
 357         Addend0.set(C0, nullptr);
 358     }
 359
 360     if (Opnd1) {
 361       FAddend &Addend = Opnd0 ? Addend1 : Addend0;
 362       if (!C1)
 363         Addend.set(1, Opnd1);
 364       else
 365         Addend.set(C1, nullptr);
 366       if (Opcode == Instruction::FSub)
 367         Addend.negate();
 368     }
 369
 370     if (Opnd0 || Opnd1)
 371       return Opnd0 && Opnd1 ? 2 : 1;
 372
 373     // Both operands are zero. Weird!
 374     Addend0.set(APFloat(C0->getValueAPF().getSemantics()), nullptr);
 375     return 1;
 376   }
 377
 378   if (I->getOpcode() == Instruction::FMul) {
 379     Value *V0 = I->getOperand(0);
 380     Value *V1 = I->getOperand(1);
 381     if (ConstantFP *C = dyn_cast<ConstantFP>(V0)) {
 382       Addend0.set(C, V1);
 383       return 1;
 384     }
 385
 386     if (ConstantFP *C = dyn_cast<ConstantFP>(V1)) {
 387       Addend0.set(C, V0);
 388       return 1;
 389     }
 390   }
 391
 392   return 0;
 393 }
 394
 395 // Try to break *this* addend into two addends. e.g. Suppose this addend is
 396 // <2.3, V>, and V = X + Y, by calling this function, we obtain two addends,
 397 // i.e. <2.3, X> and <2.3, Y>.
 398 //
 399 unsigned FAddend::drillAddendDownOneStep
 400   (FAddend &Addend0, FAddend &Addend1) const {
 401   if (isConstant())
 402     return 0;
 403
 404   unsigned BreakNum = FAddend::drillValueDownOneStep(Val, Addend0, Addend1);
 405   if (!BreakNum || Coeff.isOne())
 406     return BreakNum;
 407
 408   Addend0.Scale(Coeff);
 409
 410   if (BreakNum == 2)
 411     Addend1.Scale(Coeff);
 412
 413   return BreakNum;
 414 }
 415
 416 // Try to perform following optimization on the input instruction I. Return the
 417 // simplified expression if was successful; otherwise, return 0.
 418 //
 419 //   Instruction "I" is                Simplified into
 420 // -------------------------------------------------------
 421 //   (x * y) +/- (x * z)               x * (y +/- z)
 422 //   (y / x) +/- (z / x)               (y +/- z) / x
 423 //
 424 Value *FAddCombine::performFactorization(Instruction *I) {
 425   assert((I->getOpcode() == Instruction::FAdd ||
 426           I->getOpcode() == Instruction::FSub) && "Expect add/sub");
 427
 428   Instruction *I0 = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(0));
 429   Instruction *I1 = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(1));
 430
 431   if (!I0 || !I1 || I0->getOpcode() != I1->getOpcode())
 432     return nullptr;
 433
 434   bool isMpy = false;
 435   if (I0->getOpcode() == Instruction::FMul)
 436     isMpy = true;
 437   else if (I0->getOpcode() != Instruction::FDiv)
 438     return nullptr;
 439
 440   Value *Opnd0_0 = I0->getOperand(0);
 441   Value *Opnd0_1 = I0->getOperand(1);
 442   Value *Opnd1_0 = I1->getOperand(0);
 443   Value *Opnd1_1 = I1->getOperand(1);
 444
 445   //  Input Instr I       Factor   AddSub0  AddSub1
 446   //  ----------------------------------------------
 447   // (x*y) +/- (x*z)        x        y         z
 448   // (y/x) +/- (z/x)        x        y         z
 449   //
 450   Value *Factor = nullptr;
 451   Value *AddSub0 = nullptr, *AddSub1 = nullptr;
 452
 453   if (isMpy) {
 454     if (Opnd0_0 == Opnd1_0 || Opnd0_0 == Opnd1_1)
 455       Factor = Opnd0_0;
 456     else if (Opnd0_1 == Opnd1_0 || Opnd0_1 == Opnd1_1)
 457       Factor = Opnd0_1;
 458
 459     if (Factor) {
 460       AddSub0 = (Factor == Opnd0_0) ? Opnd0_1 : Opnd0_0;
 461       AddSub1 = (Factor == Opnd1_0) ? Opnd1_1 : Opnd1_0;
 462     }
 463   } else if (Opnd0_1 == Opnd1_1) {
 464     Factor = Opnd0_1;
 465     AddSub0 = Opnd0_0;
 466     AddSub1 = Opnd1_0;
 467   }
 468
 469   if (!Factor)
 470     return nullptr;
 471
 472   FastMathFlags Flags;
 473   Flags.setUnsafeAlgebra();
 474   if (I0) Flags &= I->getFastMathFlags();
 475   if (I1) Flags &= I->getFastMathFlags();
 476
 477   // Create expression "NewAddSub = AddSub0 +/- AddsSub1"
 478   Value *NewAddSub = (I->getOpcode() == Instruction::FAdd) ?
 479                       createFAdd(AddSub0, AddSub1) :
 480                       createFSub(AddSub0, AddSub1);
 481   if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(NewAddSub)) {
 482     const APFloat &F = CFP->getValueAPF();
 483     if (!F.isNormal())
 484       return nullptr;
 485   } else if (Instruction *II = dyn_cast<Instruction>(NewAddSub))
 486     II->setFastMathFlags(Flags);
 487
 488   if (isMpy) {
 489     Value *RI = createFMul(Factor, NewAddSub);
 490     if (Instruction *II = dyn_cast<Instruction>(RI))
 491       II->setFastMathFlags(Flags);
 492     return RI;
 493   }
 494
 495   Value *RI = createFDiv(NewAddSub, Factor);
 496   if (Instruction *II = dyn_cast<Instruction>(RI))
 497     II->setFastMathFlags(Flags);
 498   return RI;
 499 }
 500
 501 Value *FAddCombine::simplify(Instruction *I) {
 502   assert(I->hasUnsafeAlgebra() && "Should be in unsafe mode");
 503
 504   // Currently we are not able to handle vector type.
 505   if (I->getType()->isVectorTy())
 506     return nullptr;
 507
 508   assert((I->getOpcode() == Instruction::FAdd ||
 509           I->getOpcode() == Instruction::FSub) && "Expect add/sub");
 510
 511   // Save the instruction before calling other member-functions.
 512   Instr = I;
 513
 514   FAddend Opnd0, Opnd1, Opnd0_0, Opnd0_1, Opnd1_0, Opnd1_1;
 515
 516   unsigned OpndNum = FAddend::drillValueDownOneStep(I, Opnd0, Opnd1);
 517
 518   // Step 1: Expand the 1st addend into Opnd0_0 and Opnd0_1.
 519   unsigned Opnd0_ExpNum = 0;
 520   unsigned Opnd1_ExpNum = 0;
 521
 522   if (!Opnd0.isConstant())
 523     Opnd0_ExpNum = Opnd0.drillAddendDownOneStep(Opnd0_0, Opnd0_1);
 524
 525   // Step 2: Expand the 2nd addend into Opnd1_0 and Opnd1_1.
 526   if (OpndNum == 2 && !Opnd1.isConstant())
 527     Opnd1_ExpNum = Opnd1.drillAddendDownOneStep(Opnd1_0, Opnd1_1);
 528
 529   // Step 3: Try to optimize Opnd0_0 + Opnd0_1 + Opnd1_0 + Opnd1_1
 530   if (Opnd0_ExpNum && Opnd1_ExpNum) {
 531     AddendVect AllOpnds;
 532     AllOpnds.push_back(&Opnd0_0);
 533     AllOpnds.push_back(&Opnd1_0);
 534     if (Opnd0_ExpNum == 2)
 535       AllOpnds.push_back(&Opnd0_1);
 536     if (Opnd1_ExpNum == 2)
 537       AllOpnds.push_back(&Opnd1_1);
 538
 539     // Compute instruction quota. We should save at least one instruction.
 540     unsigned InstQuota = 0;
 541
 542     Value *V0 = I->getOperand(0);
 543     Value *V1 = I->getOperand(1);
 544     InstQuota = ((!isa<Constant>(V0) && V0->hasOneUse()) &&
 545                  (!isa<Constant>(V1) && V1->hasOneUse())) ? 2 : 1;
 546
 547     if (Value *R = simplifyFAdd(AllOpnds, InstQuota))
 548       return R;
 549   }
 550
 551   if (OpndNum != 2) {
 552     // The input instruction is : "I=0.0 +/- V". If the "V" were able to be
 553     // splitted into two addends, say "V = X - Y", the instruction would have
 554     // been optimized into "I = Y - X" in the previous steps.
 555     //
 556     const FAddendCoef &CE = Opnd0.getCoef();
 557     return CE.isOne() ? Opnd0.getSymVal() : nullptr;
 558   }
 559
 560   // step 4: Try to optimize Opnd0 + Opnd1_0 [+ Opnd1_1]
 561   if (Opnd1_ExpNum) {
 562     AddendVect AllOpnds;
 563     AllOpnds.push_back(&Opnd0);
 564     AllOpnds.push_back(&Opnd1_0);
 565     if (Opnd1_ExpNum == 2)
 566       AllOpnds.push_back(&Opnd1_1);
 567
 568     if (Value *R = simplifyFAdd(AllOpnds, 1))
 569       return R;
 570   }
 571
 572   // step 5: Try to optimize Opnd1 + Opnd0_0 [+ Opnd0_1]
 573   if (Opnd0_ExpNum) {
 574     AddendVect AllOpnds;
 575     AllOpnds.push_back(&Opnd1);
 576     AllOpnds.push_back(&Opnd0_0);
 577     if (Opnd0_ExpNum == 2)
 578       AllOpnds.push_back(&Opnd0_1);
 579
 580     if (Value *R = simplifyFAdd(AllOpnds, 1))
 581       return R;
 582   }
 583
 584   // step 6: Try factorization as the last resort,
 585   return performFactorization(I);
 586 }
 587
 588 Value *FAddCombine::simplifyFAdd(AddendVect& Addends, unsigned InstrQuota) {
 589   unsigned AddendNum = Addends.size();
 590   assert(AddendNum <= 4 && "Too many addends");
 591
 592   // For saving intermediate results;
 593   unsigned NextTmpIdx = 0;
 594   FAddend TmpResult[3];
 595
 596   // Points to the constant addend of the resulting simplified expression.
 597   // If the resulting expr has constant-addend, this constant-addend is
 598   // desirable to reside at the top of the resulting expression tree. Placing
 599   // constant close to supper-expr(s) will potentially reveal some optimization
 600   // opportunities in super-expr(s).
 601   //
 602   const FAddend *ConstAdd = nullptr;
 603
 604   // Simplified addends are placed <SimpVect>.
 605   AddendVect SimpVect;
 606
 607   // The outer loop works on one symbolic-value at a time. Suppose the input
 608   // addends are : <a1, x>, <b1, y>, <a2, x>, <c1, z>, <b2, y>, ...
 609   // The symbolic-values will be processed in this order: x, y, z.
 610   //
 611   for (unsigned SymIdx = 0; SymIdx < AddendNum; SymIdx++) {
 612
 613     const FAddend *ThisAddend = Addends[SymIdx];
 614     if (!ThisAddend) {
 615       // This addend was processed before.
 616       continue;
 617     }
 618
 619     Value *Val = ThisAddend->getSymVal();
 620     unsigned StartIdx = SimpVect.size();
 621     SimpVect.push_back(ThisAddend);
 622
 623     // The inner loop collects addends sharing same symbolic-value, and these
 624     // addends will be later on folded into a single addend. Following above
 625     // example, if the symbolic value "y" is being processed, the inner loop
 626     // will collect two addends "<b1,y>" and "<b2,Y>". These two addends will
 627     // be later on folded into "<b1+b2, y>".
 628     //
 629     for (unsigned SameSymIdx = SymIdx + 1;
 630          SameSymIdx < AddendNum; SameSymIdx++) {
 631       const FAddend *T = Addends[SameSymIdx];
 632       if (T && T->getSymVal() == Val) {
 633         // Set null such that next iteration of the outer loop will not process
 634         // this addend again.
 635         Addends[SameSymIdx] = nullptr;
 636         SimpVect.push_back(T);
 637       }
 638     }
 639
 640     // If multiple addends share same symbolic value, fold them together.
 641     if (StartIdx + 1 != SimpVect.size()) {
 642       FAddend &R = TmpResult[NextTmpIdx ++];
 643       R = *SimpVect[StartIdx];
 644       for (unsigned Idx = StartIdx + 1; Idx < SimpVect.size(); Idx++)
 645         R += *SimpVect[Idx];
 646
 647       // Pop all addends being folded and push the resulting folded addend.
 648       SimpVect.resize(StartIdx);
 649       if (Val) {
 650         if (!R.isZero()) {
 651           SimpVect.push_back(&R);
 652         }
 653       } else {
 654         // Don't push constant addend at this time. It will be the last element
 655         // of <SimpVect>.
 656         ConstAdd = &R;
 657       }
 658     }
 659   }
 660
 661   assert((NextTmpIdx <= array_lengthof(TmpResult) + 1) &&
 662          "out-of-bound access");
 663
 664   if (ConstAdd)
 665     SimpVect.push_back(ConstAdd);
 666
 667   Value *Result;
 668   if (!SimpVect.empty())
 669     Result = createNaryFAdd(SimpVect, InstrQuota);
 670   else {
 671     // The addition is folded to 0.0.
 672     Result = ConstantFP::get(Instr->getType(), 0.0);
 673   }
 674
 675   return Result;
 676 }
 677
 678 Value *FAddCombine::createNaryFAdd
 679   (const AddendVect &Opnds, unsigned InstrQuota) {
 680   assert(!Opnds.empty() && "Expect at least one addend");
 681
 682   // Step 1: Check if the # of instructions needed exceeds the quota.
 683   //
 684   unsigned InstrNeeded = calcInstrNumber(Opnds);
 685   if (InstrNeeded > InstrQuota)
 686     return nullptr;
 687
 688   initCreateInstNum();
 689
 690   // step 2: Emit the N-ary addition.
 691   // Note that at most three instructions are involved in Fadd-InstCombine: the
 692   // addition in question, and at most two neighboring instructions.
 693   // The resulting optimized addition should have at least one less instruction
 694   // than the original addition expression tree. This implies that the resulting
 695   // N-ary addition has at most two instructions, and we don't need to worry
 696   // about tree-height when constructing the N-ary addition.
 697
 698   Value *LastVal = nullptr;
 699   bool LastValNeedNeg = false;
 700
 701   // Iterate the addends, creating fadd/fsub using adjacent two addends.
 702   for (const FAddend *Opnd : Opnds) {
 703     bool NeedNeg;
 704     Value *V = createAddendVal(*Opnd, NeedNeg);
 705     if (!LastVal) {
 706       LastVal = V;
 707       LastValNeedNeg = NeedNeg;
 708       continue;
 709     }
 710
 711     if (LastValNeedNeg == NeedNeg) {
 712       LastVal = createFAdd(LastVal, V);
 713       continue;
 714     }
 715
 716     if (LastValNeedNeg)
 717       LastVal = createFSub(V, LastVal);
 718     else
 719       LastVal = createFSub(LastVal, V);
 720
 721     LastValNeedNeg = false;
 722   }
 723
 724   if (LastValNeedNeg) {
 725     LastVal = createFNeg(LastVal);
 726   }
 727
 728   #ifndef NDEBUG
 729     assert(CreateInstrNum == InstrNeeded &&
 730            "Inconsistent in instruction numbers");
 731   #endif
 732
 733   return LastVal;
 734 }
 735
 736 Value *FAddCombine::createFSub(Value *Opnd0, Value *Opnd1) {
 737   Value *V = Builder->CreateFSub(Opnd0, Opnd1);
 738   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
 739     createInstPostProc(I);
 740   return V;
 741 }
 742
 743 Value *FAddCombine::createFNeg(Value *V) {
 744   Value *Zero = cast<Value>(ConstantFP::getZeroValueForNegation(V->getType()));
 745   Value *NewV = createFSub(Zero, V);
 746   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(NewV))
 747     createInstPostProc(I, true); // fneg's don't receive instruction numbers.
 748   return NewV;
 749 }
 750
 751 Value *FAddCombine::createFAdd(Value *Opnd0, Value *Opnd1) {
 752   Value *V = Builder->CreateFAdd(Opnd0, Opnd1);
 753   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
 754     createInstPostProc(I);
 755   return V;
 756 }
 757
 758 Value *FAddCombine::createFMul(Value *Opnd0, Value *Opnd1) {
 759   Value *V = Builder->CreateFMul(Opnd0, Opnd1);
 760   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
 761     createInstPostProc(I);
 762   return V;
 763 }
 764
 765 Value *FAddCombine::createFDiv(Value *Opnd0, Value *Opnd1) {
 766   Value *V = Builder->CreateFDiv(Opnd0, Opnd1);
 767   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
 768     createInstPostProc(I);
 769   return V;
 770 }
 771
 772 void FAddCombine::createInstPostProc(Instruction *NewInstr, bool NoNumber) {
 773   NewInstr->setDebugLoc(Instr->getDebugLoc());
 774
 775   // Keep track of the number of instruction created.
 776   if (!NoNumber)
 777     incCreateInstNum();
 778
 779   // Propagate fast-math flags
 780   NewInstr->setFastMathFlags(Instr->getFastMathFlags());
 781 }
 782
 783 // Return the number of instruction needed to emit the N-ary addition.
 784 // NOTE: Keep this function in sync with createAddendVal().
 785 unsigned FAddCombine::calcInstrNumber(const AddendVect &Opnds) {
 786   unsigned OpndNum = Opnds.size();
 787   unsigned InstrNeeded = OpndNum - 1;
 788
 789   // The number of addends in the form of "(-1)*x".
 790   unsigned NegOpndNum = 0;
 791
 792   // Adjust the number of instructions needed to emit the N-ary add.
 793   for (const FAddend *Opnd : Opnds) {
 794     if (Opnd->isConstant())
 795       continue;
 796
 797     const FAddendCoef &CE = Opnd->getCoef();
 798     if (CE.isMinusOne() || CE.isMinusTwo())
 799       NegOpndNum++;
 800
 801     // Let the addend be "c * x". If "c == +/-1", the value of the addend
 802     // is immediately available; otherwise, it needs exactly one instruction
 803     // to evaluate the value.
 804     if (!CE.isMinusOne() && !CE.isOne())
 805       InstrNeeded++;
 806   }
 807   if (NegOpndNum == OpndNum)
 808     InstrNeeded++;
 809   return InstrNeeded;
 810 }
 811
 812 // Input Addend        Value           NeedNeg(output)
 813 // ================================================================
 814 // Constant C          C               false
 815 // <+/-1, V>           V               coefficient is -1
 816 // <2/-2, V>          "fadd V, V"      coefficient is -2
 817 // <C, V>             "fmul V, C"      false
 818 //
 819 // NOTE: Keep this function in sync with FAddCombine::calcInstrNumber.
 820 Value *FAddCombine::createAddendVal(const FAddend &Opnd, bool &NeedNeg) {
 821   const FAddendCoef &Coeff = Opnd.getCoef();
 822
 823   if (Opnd.isConstant()) {
 824     NeedNeg = false;
 825     return Coeff.getValue(Instr->getType());
 826   }
 827
 828   Value *OpndVal = Opnd.getSymVal();
 829
 830   if (Coeff.isMinusOne() || Coeff.isOne()) {
 831     NeedNeg = Coeff.isMinusOne();
 832     return OpndVal;
 833   }
 834
 835   if (Coeff.isTwo() || Coeff.isMinusTwo()) {
 836     NeedNeg = Coeff.isMinusTwo();
 837     return createFAdd(OpndVal, OpndVal);
 838   }
 839
 840   NeedNeg = false;
 841   return createFMul(OpndVal, Coeff.getValue(Instr->getType()));
 842 }
 843
 844 // If one of the operands only has one non-zero bit, and if the other
 845 // operand has a known-zero bit in a more significant place than it (not
 846 // including the sign bit) the ripple may go up to and fill the zero, but
 847 // won't change the sign. For example, (X & ~4) + 1.
 848 static bool checkRippleForAdd(const APInt &Op0KnownZero,
 849                               const APInt &Op1KnownZero) {
 850   APInt Op1MaybeOne = ~Op1KnownZero;
 851   // Make sure that one of the operand has at most one bit set to 1.
 852   if (Op1MaybeOne.countPopulation() != 1)
 853     return false;
 854
 855   // Find the most significant known 0 other than the sign bit.
 856   int BitWidth = Op0KnownZero.getBitWidth();
 857   APInt Op0KnownZeroTemp(Op0KnownZero);
 858   Op0KnownZeroTemp.clearBit(BitWidth - 1);
 859   int Op0ZeroPosition = BitWidth - Op0KnownZeroTemp.countLeadingZeros() - 1;
 860
 861   int Op1OnePosition = BitWidth - Op1MaybeOne.countLeadingZeros() - 1;
 862   assert(Op1OnePosition >= 0);
 863
 864   // This also covers the case of no known zero, since in that case
 865   // Op0ZeroPosition is -1.
 866   return Op0ZeroPosition >= Op1OnePosition;
 867 }
 868
 869 /// Return true if we can prove that:
 870 ///    (sext (add LHS, RHS))  === (add (sext LHS), (sext RHS))
 871 /// This basically requires proving that the add in the original type would not
 872 /// overflow to change the sign bit or have a carry out.
 873 bool InstCombiner::WillNotOverflowSignedAdd(Value *LHS, Value *RHS,
 874                                             Instruction &CxtI) {
 875   // There are different heuristics we can use for this.  Here are some simple
 876   // ones.
 877
 878   // If LHS and RHS each have at least two sign bits, the addition will look
 879   // like
 880   //
 881   // XX..... +
 882   // YY.....
 883   //
 884   // If the carry into the most significant position is 0, X and Y can't both
 885   // be 1 and therefore the carry out of the addition is also 0.
 886   //
 887   // If the carry into the most significant position is 1, X and Y can't both
 888   // be 0 and therefore the carry out of the addition is also 1.
 889   //
 890   // Since the carry into the most significant position is always equal to
 891   // the carry out of the addition, there is no signed overflow.
 892   if (ComputeNumSignBits(LHS, 0, &CxtI) > 1 &&
 893       ComputeNumSignBits(RHS, 0, &CxtI) > 1)
 894     return true;
 895
 896   unsigned BitWidth = LHS->getType()->getScalarSizeInBits();
 897   APInt LHSKnownZero(BitWidth, 0);
 898   APInt LHSKnownOne(BitWidth, 0);
 899   computeKnownBits(LHS, LHSKnownZero, LHSKnownOne, 0, &CxtI);
 900
 901   APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0);
 902   APInt RHSKnownOne(BitWidth, 0);
 903   computeKnownBits(RHS, RHSKnownZero, RHSKnownOne, 0, &CxtI);
 904
 905   // Addition of two 2's complement numbers having opposite signs will never
 906   // overflow.
 907   if ((LHSKnownOne[BitWidth - 1] && RHSKnownZero[BitWidth - 1]) ||
 908       (LHSKnownZero[BitWidth - 1] && RHSKnownOne[BitWidth - 1]))
 909     return true;
 910
 911   // Check if carry bit of addition will not cause overflow.
 912   if (checkRippleForAdd(LHSKnownZero, RHSKnownZero))
 913     return true;
 914   if (checkRippleForAdd(RHSKnownZero, LHSKnownZero))
 915     return true;
 916
 917   return false;
 918 }
 919
 920 /// \brief Return true if we can prove that:
 921 ///    (sub LHS, RHS)  === (sub nsw LHS, RHS)
 922 /// This basically requires proving that the add in the original type would not
 923 /// overflow to change the sign bit or have a carry out.
 924 /// TODO: Handle this for Vectors.
 925 bool InstCombiner::WillNotOverflowSignedSub(Value *LHS, Value *RHS,
 926                                             Instruction &CxtI) {
 927   // If LHS and RHS each have at least two sign bits, the subtraction
 928   // cannot overflow.
 929   if (ComputeNumSignBits(LHS, 0, &CxtI) > 1 &&
 930       ComputeNumSignBits(RHS, 0, &CxtI) > 1)
 931     return true;
 932
 933   unsigned BitWidth = LHS->getType()->getScalarSizeInBits();
 934   APInt LHSKnownZero(BitWidth, 0);
 935   APInt LHSKnownOne(BitWidth, 0);
 936   computeKnownBits(LHS, LHSKnownZero, LHSKnownOne, 0, &CxtI);
 937
 938   APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0);
 939   APInt RHSKnownOne(BitWidth, 0);
 940   computeKnownBits(RHS, RHSKnownZero, RHSKnownOne, 0, &CxtI);
 941
 942   // Subtraction of two 2's complement numbers having identical signs will
 943   // never overflow.
 944   if ((LHSKnownOne[BitWidth - 1] && RHSKnownOne[BitWidth - 1]) ||
 945       (LHSKnownZero[BitWidth - 1] && RHSKnownZero[BitWidth - 1]))
 946     return true;
 947
 948   // TODO: implement logic similar to checkRippleForAdd
 949   return false;
 950 }
 951
 952 /// \brief Return true if we can prove that:
 953 ///    (sub LHS, RHS)  === (sub nuw LHS, RHS)
 954 bool InstCombiner::WillNotOverflowUnsignedSub(Value *LHS, Value *RHS,
 955                                               Instruction &CxtI) {
 956   // If the LHS is negative and the RHS is non-negative, no unsigned wrap.
 957   bool LHSKnownNonNegative, LHSKnownNegative;
 958   bool RHSKnownNonNegative, RHSKnownNegative;
 959   ComputeSignBit(LHS, LHSKnownNonNegative, LHSKnownNegative, /*Depth=*/0,
 960                  &CxtI);
 961   ComputeSignBit(RHS, RHSKnownNonNegative, RHSKnownNegative, /*Depth=*/0,
 962                  &CxtI);
 963   if (LHSKnownNegative && RHSKnownNonNegative)
 964     return true;
 965
 966   return false;
 967 }
 968
 969 // Checks if any operand is negative and we can convert add to sub.
 970 // This function checks for following negative patterns
 971 //   ADD(XOR(OR(Z, NOT(C)), C)), 1) == NEG(AND(Z, C))
 972 //   ADD(XOR(AND(Z, C), C), 1) == NEG(OR(Z, ~C))
 973 //   XOR(AND(Z, C), (C + 1)) == NEG(OR(Z, ~C)) if C is even
 974 static Value *checkForNegativeOperand(BinaryOperator &I,
 975                                       InstCombiner::BuilderTy *Builder) {
 976   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
 977
 978   // This function creates 2 instructions to replace ADD, we need at least one
 979   // of LHS or RHS to have one use to ensure benefit in transform.
 980   if (!LHS->hasOneUse() && !RHS->hasOneUse())
 981     return nullptr;
 982
 983   Value *X = nullptr, *Y = nullptr, *Z = nullptr;
 984   const APInt *C1 = nullptr, *C2 = nullptr;
 985
 986   // if ONE is on other side, swap
 987   if (match(RHS, m_Add(m_Value(X), m_One())))
 988     std::swap(LHS, RHS);
 989
 990   if (match(LHS, m_Add(m_Value(X), m_One()))) {
 991     // if XOR on other side, swap
 992     if (match(RHS, m_Xor(m_Value(Y), m_APInt(C1))))
 993       std::swap(X, RHS);
 994
 995     if (match(X, m_Xor(m_Value(Y), m_APInt(C1)))) {
 996       // X = XOR(Y, C1), Y = OR(Z, C2), C2 = NOT(C1) ==> X == NOT(AND(Z, C1))
 997       // ADD(ADD(X, 1), RHS) == ADD(X, ADD(RHS, 1)) == SUB(RHS, AND(Z, C1))
 998       if (match(Y, m_Or(m_Value(Z), m_APInt(C2))) && (*C2 == ~(*C1))) {
 999         Value *NewAnd = Builder->CreateAnd(Z, *C1);
1000         return Builder->CreateSub(RHS, NewAnd, "sub");
1001       } else if (match(Y, m_And(m_Value(Z), m_APInt(C2))) && (*C1 == *C2)) {
1002         // X = XOR(Y, C1), Y = AND(Z, C2), C2 == C1 ==> X == NOT(OR(Z, ~C1))
1003         // ADD(ADD(X, 1), RHS) == ADD(X, ADD(RHS, 1)) == SUB(RHS, OR(Z, ~C1))
1004         Value *NewOr = Builder->CreateOr(Z, ~(*C1));
1005         return Builder->CreateSub(RHS, NewOr, "sub");
1006       }
1007     }
1008   }
1009
1010   // Restore LHS and RHS
1011   LHS = I.getOperand(0);
1012   RHS = I.getOperand(1);
1013
1014   // if XOR is on other side, swap
1015   if (match(RHS, m_Xor(m_Value(Y), m_APInt(C1))))
1016     std::swap(LHS, RHS);
1017
1018   // C2 is ODD
1019   // LHS = XOR(Y, C1), Y = AND(Z, C2), C1 == (C2 + 1) => LHS == NEG(OR(Z, ~C2))
1020   // ADD(LHS, RHS) == SUB(RHS, OR(Z, ~C2))
1021   if (match(LHS, m_Xor(m_Value(Y), m_APInt(C1))))
1022     if (C1->countTrailingZeros() == 0)
1023       if (match(Y, m_And(m_Value(Z), m_APInt(C2))) && *C1 == (*C2 + 1)) {
1024         Value *NewOr = Builder->CreateOr(Z, ~(*C2));
1025         return Builder->CreateSub(RHS, NewOr, "sub");
1026       }
1027   return nullptr;
1028 }
1029
1030 Instruction *InstCombiner::visitAdd(BinaryOperator &I) {
1031   bool Changed = SimplifyAssociativeOrCommutative(I);
1032   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
1033
1034   if (Value *V = SimplifyVectorOp(I))
1035     return replaceInstUsesWith(I, V);
1036
1037   if (Value *V = SimplifyAddInst(LHS, RHS, I.hasNoSignedWrap(),
1038                                  I.hasNoUnsignedWrap(), DL, &TLI, &DT, &AC))
1039     return replaceInstUsesWith(I, V);
1040
1041    // (A*B)+(A*C) -> A*(B+C) etc
1042   if (Value *V = SimplifyUsingDistributiveLaws(I))
1043     return replaceInstUsesWith(I, V);
1044
1045   const APInt *RHSC;
1046   if (match(RHS, m_APInt(RHSC))) {
1047     if (RHSC->isSignMask()) {
1048       // If wrapping is not allowed, then the addition must set the sign bit:
1049       // X + (signmask) --> X | signmask
1050       if (I.hasNoSignedWrap() || I.hasNoUnsignedWrap())
1051         return BinaryOperator::CreateOr(LHS, RHS);
1052
1053       // If wrapping is allowed, then the addition flips the sign bit of LHS:
1054       // X + (signmask) --> X ^ signmask
1055       return BinaryOperator::CreateXor(LHS, RHS);
1056     }
1057
1058     // Is this add the last step in a convoluted sext?
1059     Value *X;
1060     const APInt *C;
1061     if (match(LHS, m_ZExt(m_Xor(m_Value(X), m_APInt(C)))) &&
1062         C->isMinSignedValue() &&
1063         C->sext(LHS->getType()->getScalarSizeInBits()) == *RHSC) {
1064       // add(zext(xor i16 X, -32768), -32768) --> sext X
1065       return CastInst::Create(Instruction::SExt, X, LHS->getType());
1066     }
1067
1068     if (RHSC->isNegative() &&
1069         match(LHS, m_ZExt(m_NUWAdd(m_Value(X), m_APInt(C)))) &&
1070         RHSC->sge(-C->sext(RHSC->getBitWidth()))) {
1071       // (add (zext (add nuw X, C)), Val) -> (zext (add nuw X, C+Val))
1072       Constant *NewC =
1073           ConstantInt::get(X->getType(), *C + RHSC->trunc(C->getBitWidth()));
1074       return new ZExtInst(Builder->CreateNUWAdd(X, NewC), I.getType());
1075     }
1076   }
1077
1078   // FIXME: Use the match above instead of dyn_cast to allow these transforms
1079   // for splat vectors.
1080   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(RHS)) {
1081     // zext(bool) + C -> bool ? C + 1 : C
1082     if (ZExtInst *ZI = dyn_cast<ZExtInst>(LHS))
1083       if (ZI->getSrcTy()->isIntegerTy(1))
1084         return SelectInst::Create(ZI->getOperand(0), AddOne(CI), CI);
1085
1086     Value *XorLHS = nullptr; ConstantInt *XorRHS = nullptr;
1087     if (match(LHS, m_Xor(m_Value(XorLHS), m_ConstantInt(XorRHS)))) {
1088       uint32_t TySizeBits = I.getType()->getScalarSizeInBits();
1089       const APInt &RHSVal = CI->getValue();
1090       unsigned ExtendAmt = 0;
1091       // If we have ADD(XOR(AND(X, 0xFF), 0x80), 0xF..F80), it's a sext.
1092       // If we have ADD(XOR(AND(X, 0xFF), 0xF..F80), 0x80), it's a sext.
1093       if (XorRHS->getValue() == -RHSVal) {
1094         if (RHSVal.isPowerOf2())
1095           ExtendAmt = TySizeBits - RHSVal.logBase2() - 1;
1096         else if (XorRHS->getValue().isPowerOf2())
1097           ExtendAmt = TySizeBits - XorRHS->getValue().logBase2() - 1;
1098       }
1099
1100       if (ExtendAmt) {
1101         APInt Mask = APInt::getHighBitsSet(TySizeBits, ExtendAmt);
1102         if (!MaskedValueIsZero(XorLHS, Mask, 0, &I))
1103           ExtendAmt = 0;
1104       }
1105
1106       if (ExtendAmt) {
1107         Constant *ShAmt = ConstantInt::get(I.getType(), ExtendAmt);
1108         Value *NewShl = Builder->CreateShl(XorLHS, ShAmt, "sext");
1109         return BinaryOperator::CreateAShr(NewShl, ShAmt);
1110       }
1111
1112       // If this is a xor that was canonicalized from a sub, turn it back into
1113       // a sub and fuse this add with it.
1114       if (LHS->hasOneUse() && (XorRHS->getValue()+1).isPowerOf2()) {
1115         IntegerType *IT = cast<IntegerType>(I.getType());
1116         APInt LHSKnownOne(IT->getBitWidth(), 0);
1117         APInt LHSKnownZero(IT->getBitWidth(), 0);
1118         computeKnownBits(XorLHS, LHSKnownZero, LHSKnownOne, 0, &I);
1119         if ((XorRHS->getValue() | LHSKnownZero).isAllOnesValue())
1120           return BinaryOperator::CreateSub(ConstantExpr::getAdd(XorRHS, CI),
1121                                            XorLHS);
1122       }
1123       // (X + signmask) + C could have gotten canonicalized to (X^signmask) + C,
1124       // transform them into (X + (signmask ^ C))
1125       if (XorRHS->getValue().isSignMask())
1126         return BinaryOperator::CreateAdd(XorLHS,
1127                                          ConstantExpr::getXor(XorRHS, CI));
1128     }
1129   }
1130
1131   if (isa<Constant>(RHS))
1132     if (Instruction *NV = foldOpWithConstantIntoOperand(I))
1133       return NV;
1134
1135   if (I.getType()->getScalarType()->isIntegerTy(1))
1136     return BinaryOperator::CreateXor(LHS, RHS);
1137
1138   // X + X --> X << 1
1139   if (LHS == RHS) {
1140     BinaryOperator *New =
1141       BinaryOperator::CreateShl(LHS, ConstantInt::get(I.getType(), 1));
1142     New->setHasNoSignedWrap(I.hasNoSignedWrap());
1143     New->setHasNoUnsignedWrap(I.hasNoUnsignedWrap());
1144     return New;
1145   }
1146
1147   // -A + B  -->  B - A
1148   // -A + -B  -->  -(A + B)
1149   if (Value *LHSV = dyn_castNegVal(LHS)) {
1150     if (!isa<Constant>(RHS))
1151       if (Value *RHSV = dyn_castNegVal(RHS)) {
1152         Value *NewAdd = Builder->CreateAdd(LHSV, RHSV, "sum");
1153         return BinaryOperator::CreateNeg(NewAdd);
1154       }
1155
1156     return BinaryOperator::CreateSub(RHS, LHSV);
1157   }
1158
1159   // A + -B  -->  A - B
1160   if (!isa<Constant>(RHS))
1161     if (Value *V = dyn_castNegVal(RHS))
1162       return BinaryOperator::CreateSub(LHS, V);
1163
1164   if (Value *V = checkForNegativeOperand(I, Builder))
1165     return replaceInstUsesWith(I, V);
1166
1167   // A+B --> A|B iff A and B have no bits set in common.
1168   if (haveNoCommonBitsSet(LHS, RHS, DL, &AC, &I, &DT))
1169     return BinaryOperator::CreateOr(LHS, RHS);
1170
1171   if (Constant *CRHS = dyn_cast<Constant>(RHS)) {
1172     Value *X;
1173     if (match(LHS, m_Not(m_Value(X)))) // ~X + C --> (C-1) - X
1174       return BinaryOperator::CreateSub(SubOne(CRHS), X);
1175   }
1176
1177   // FIXME: We already did a check for ConstantInt RHS above this.
1178   // FIXME: Is this pattern covered by another fold? No regression tests fail on
1179   // removal.
1180   if (ConstantInt *CRHS = dyn_cast<ConstantInt>(RHS)) {
1181     // (X & FF00) + xx00  -> (X+xx00) & FF00
1182     Value *X;
1183     ConstantInt *C2;
1184     if (LHS->hasOneUse() &&
1185         match(LHS, m_And(m_Value(X), m_ConstantInt(C2))) &&
1186         CRHS->getValue() == (CRHS->getValue() & C2->getValue())) {
1187       // See if all bits from the first bit set in the Add RHS up are included
1188       // in the mask.  First, get the rightmost bit.
1189       const APInt &AddRHSV = CRHS->getValue();
1190
1191       // Form a mask of all bits from the lowest bit added through the top.
1192       APInt AddRHSHighBits(~((AddRHSV & -AddRHSV)-1));
1193
1194       // See if the and mask includes all of these bits.
1195       APInt AddRHSHighBitsAnd(AddRHSHighBits & C2->getValue());
1196
1197       if (AddRHSHighBits == AddRHSHighBitsAnd) {
1198         // Okay, the xform is safe.  Insert the new add pronto.
1199         Value *NewAdd = Builder->CreateAdd(X, CRHS, LHS->getName());
1200         return BinaryOperator::CreateAnd(NewAdd, C2);
1201       }
1202     }
1203   }
1204
1205   // add (select X 0 (sub n A)) A  -->  select X A n
1206   {
1207     SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(LHS);
1208     Value *A = RHS;
1209     if (!SI) {
1210       SI = dyn_cast<SelectInst>(RHS);
1211       A = LHS;
1212     }
1213     if (SI && SI->hasOneUse()) {
1214       Value *TV = SI->getTrueValue();
1215       Value *FV = SI->getFalseValue();
1216       Value *N;
1217
1218       // Can we fold the add into the argument of the select?
1219       // We check both true and false select arguments for a matching subtract.
1220       if (match(FV, m_Zero()) && match(TV, m_Sub(m_Value(N), m_Specific(A))))
1221         // Fold the add into the true select value.
1222         return SelectInst::Create(SI->getCondition(), N, A);
1223
1224       if (match(TV, m_Zero()) && match(FV, m_Sub(m_Value(N), m_Specific(A))))
1225         // Fold the add into the false select value.
1226         return SelectInst::Create(SI->getCondition(), A, N);
1227     }
1228   }
1229
1230   // Check for (add (sext x), y), see if we can merge this into an
1231   // integer add followed by a sext.
1232   if (SExtInst *LHSConv = dyn_cast<SExtInst>(LHS)) {
1233     // (add (sext x), cst) --> (sext (add x, cst'))
1234     if (ConstantInt *RHSC = dyn_cast<ConstantInt>(RHS)) {
1235       if (LHSConv->hasOneUse()) {
1236         Constant *CI =
1237             ConstantExpr::getTrunc(RHSC, LHSConv->getOperand(0)->getType());
1238         if (ConstantExpr::getSExt(CI, I.getType()) == RHSC &&
1239             WillNotOverflowSignedAdd(LHSConv->getOperand(0), CI, I)) {
1240           // Insert the new, smaller add.
1241           Value *NewAdd =
1242               Builder->CreateNSWAdd(LHSConv->getOperand(0), CI, "addconv");
1243           return new SExtInst(NewAdd, I.getType());
1244         }
1245       }
1246     }
1247
1248     // (add (sext x), (sext y)) --> (sext (add int x, y))
1249     if (SExtInst *RHSConv = dyn_cast<SExtInst>(RHS)) {
1250       // Only do this if x/y have the same type, if at least one of them has a
1251       // single use (so we don't increase the number of sexts), and if the
1252       // integer add will not overflow.
1253       if (LHSConv->getOperand(0)->getType() ==
1254               RHSConv->getOperand(0)->getType() &&
1255           (LHSConv->hasOneUse() || RHSConv->hasOneUse()) &&
1256           WillNotOverflowSignedAdd(LHSConv->getOperand(0),
1257                                    RHSConv->getOperand(0), I)) {
1258         // Insert the new integer add.
1259         Value *NewAdd = Builder->CreateNSWAdd(LHSConv->getOperand(0),
1260                                              RHSConv->getOperand(0), "addconv");
1261         return new SExtInst(NewAdd, I.getType());
1262       }
1263     }
1264   }
1265
1266   // Check for (add (zext x), y), see if we can merge this into an
1267   // integer add followed by a zext.
1268   if (auto *LHSConv = dyn_cast<ZExtInst>(LHS)) {
1269     // (add (zext x), cst) --> (zext (add x, cst'))
1270     if (ConstantInt *RHSC = dyn_cast<ConstantInt>(RHS)) {
1271       if (LHSConv->hasOneUse()) {
1272         Constant *CI =
1273             ConstantExpr::getTrunc(RHSC, LHSConv->getOperand(0)->getType());
1274         if (ConstantExpr::getZExt(CI, I.getType()) == RHSC &&
1275             computeOverflowForUnsignedAdd(LHSConv->getOperand(0), CI, &I) ==
1276                 OverflowResult::NeverOverflows) {
1277           // Insert the new, smaller add.
1278           Value *NewAdd =
1279               Builder->CreateNUWAdd(LHSConv->getOperand(0), CI, "addconv");
1280           return new ZExtInst(NewAdd, I.getType());
1281         }
1282       }
1283     }
1284
1285     // (add (zext x), (zext y)) --> (zext (add int x, y))
1286     if (auto *RHSConv = dyn_cast<ZExtInst>(RHS)) {
1287       // Only do this if x/y have the same type, if at least one of them has a
1288       // single use (so we don't increase the number of zexts), and if the
1289       // integer add will not overflow.
1290       if (LHSConv->getOperand(0)->getType() ==
1291               RHSConv->getOperand(0)->getType() &&
1292           (LHSConv->hasOneUse() || RHSConv->hasOneUse()) &&
1293           computeOverflowForUnsignedAdd(LHSConv->getOperand(0),
1294                                         RHSConv->getOperand(0),
1295                                         &I) == OverflowResult::NeverOverflows) {
1296         // Insert the new integer add.
1297         Value *NewAdd = Builder->CreateNUWAdd(
1298             LHSConv->getOperand(0), RHSConv->getOperand(0), "addconv");
1299         return new ZExtInst(NewAdd, I.getType());
1300       }
1301     }
1302   }
1303
1304   // (add (xor A, B) (and A, B)) --> (or A, B)
1305   {
1306     Value *A = nullptr, *B = nullptr;
1307     if (match(RHS, m_Xor(m_Value(A), m_Value(B))) &&
1308         match(LHS, m_c_And(m_Specific(A), m_Specific(B))))
1309       return BinaryOperator::CreateOr(A, B);
1310
1311     if (match(LHS, m_Xor(m_Value(A), m_Value(B))) &&
1312         match(RHS, m_c_And(m_Specific(A), m_Specific(B))))
1313       return BinaryOperator::CreateOr(A, B);
1314   }
1315
1316   // (add (or A, B) (and A, B)) --> (add A, B)
1317   {
1318     Value *A = nullptr, *B = nullptr;
1319     if (match(RHS, m_Or(m_Value(A), m_Value(B))) &&
1320         match(LHS, m_c_And(m_Specific(A), m_Specific(B)))) {
1321       auto *New = BinaryOperator::CreateAdd(A, B);
1322       New->setHasNoSignedWrap(I.hasNoSignedWrap());
1323       New->setHasNoUnsignedWrap(I.hasNoUnsignedWrap());
1324       return New;
1325     }
1326
1327     if (match(LHS, m_Or(m_Value(A), m_Value(B))) &&
1328         match(RHS, m_c_And(m_Specific(A), m_Specific(B)))) {
1329       auto *New = BinaryOperator::CreateAdd(A, B);
1330       New->setHasNoSignedWrap(I.hasNoSignedWrap());
1331       New->setHasNoUnsignedWrap(I.hasNoUnsignedWrap());
1332       return New;
1333     }
1334   }
1335
1336   // TODO(jingyue): Consider WillNotOverflowSignedAdd and
1337   // WillNotOverflowUnsignedAdd to reduce the number of invocations of
1338   // computeKnownBits.
1339   if (!I.hasNoSignedWrap() && WillNotOverflowSignedAdd(LHS, RHS, I)) {
1340     Changed = true;
1341     I.setHasNoSignedWrap(true);
1342   }
1343   if (!I.hasNoUnsignedWrap() &&
1344       computeOverflowForUnsignedAdd(LHS, RHS, &I) ==
1345           OverflowResult::NeverOverflows) {
1346     Changed = true;
1347     I.setHasNoUnsignedWrap(true);
1348   }
1349
1350   return Changed ? &I : nullptr;
1351 }
1352
1353 Instruction *InstCombiner::visitFAdd(BinaryOperator &I) {
1354   bool Changed = SimplifyAssociativeOrCommutative(I);
1355   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
1356
1357   if (Value *V = SimplifyVectorOp(I))
1358     return replaceInstUsesWith(I, V);
1359
1360   if (Value *V =
1361           SimplifyFAddInst(LHS, RHS, I.getFastMathFlags(), DL, &TLI, &DT, &AC))
1362     return replaceInstUsesWith(I, V);
1363
1364   if (isa<Constant>(RHS))
1365     if (Instruction *FoldedFAdd = foldOpWithConstantIntoOperand(I))
1366       return FoldedFAdd;
1367
1368   // -A + B  -->  B - A
1369   // -A + -B  -->  -(A + B)
1370   if (Value *LHSV = dyn_castFNegVal(LHS)) {
1371     Instruction *RI = BinaryOperator::CreateFSub(RHS, LHSV);
1372     RI->copyFastMathFlags(&I);
1373     return RI;
1374   }
1375
1376   // A + -B  -->  A - B
1377   if (!isa<Constant>(RHS))
1378     if (Value *V = dyn_castFNegVal(RHS)) {
1379       Instruction *RI = BinaryOperator::CreateFSub(LHS, V);
1380       RI->copyFastMathFlags(&I);
1381       return RI;
1382     }
1383
1384   // Check for (fadd double (sitofp x), y), see if we can merge this into an
1385   // integer add followed by a promotion.
1386   if (SIToFPInst *LHSConv = dyn_cast<SIToFPInst>(LHS)) {
1387     Value *LHSIntVal = LHSConv->getOperand(0);
1388
1389     // (fadd double (sitofp x), fpcst) --> (sitofp (add int x, intcst))
1390     // ... if the constant fits in the integer value.  This is useful for things
1391     // like (double)(x & 1234) + 4.0 -> (double)((X & 1234)+4) which no longer
1392     // requires a constant pool load, and generally allows the add to be better
1393     // instcombined.
1394     if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(RHS)) {
1395       Constant *CI =
1396       ConstantExpr::getFPToSI(CFP, LHSIntVal->getType());
1397       if (LHSConv->hasOneUse() &&
1398           ConstantExpr::getSIToFP(CI, I.getType()) == CFP &&
1399           WillNotOverflowSignedAdd(LHSIntVal, CI, I)) {
1400         // Insert the new integer add.
1401         Value *NewAdd = Builder->CreateNSWAdd(LHSIntVal,
1402                                               CI, "addconv");
1403         return new SIToFPInst(NewAdd, I.getType());
1404       }
1405     }
1406
1407     // (fadd double (sitofp x), (sitofp y)) --> (sitofp (add int x, y))
1408     if (SIToFPInst *RHSConv = dyn_cast<SIToFPInst>(RHS)) {
1409       Value *RHSIntVal = RHSConv->getOperand(0);
1410
1411       // Only do this if x/y have the same type, if at least one of them has a
1412       // single use (so we don't increase the number of int->fp conversions),
1413       // and if the integer add will not overflow.
1414       if (LHSIntVal->getType() == RHSIntVal->getType() &&
1415           (LHSConv->hasOneUse() || RHSConv->hasOneUse()) &&
1416           WillNotOverflowSignedAdd(LHSIntVal, RHSIntVal, I)) {
1417         // Insert the new integer add.
1418         Value *NewAdd = Builder->CreateNSWAdd(LHSIntVal,
1419                                               RHSIntVal, "addconv");
1420         return new SIToFPInst(NewAdd, I.getType());
1421       }
1422     }
1423   }
1424
1425   // select C, 0, B + select C, A, 0 -> select C, A, B
1426   {
1427     Value *A1, *B1, *C1, *A2, *B2, *C2;
1428     if (match(LHS, m_Select(m_Value(C1), m_Value(A1), m_Value(B1))) &&
1429         match(RHS, m_Select(m_Value(C2), m_Value(A2), m_Value(B2)))) {
1430       if (C1 == C2) {
1431         Constant *Z1=nullptr, *Z2=nullptr;
1432         Value *A, *B, *C=C1;
1433         if (match(A1, m_AnyZero()) && match(B2, m_AnyZero())) {
1434             Z1 = dyn_cast<Constant>(A1); A = A2;
1435             Z2 = dyn_cast<Constant>(B2); B = B1;
1436         } else if (match(B1, m_AnyZero()) && match(A2, m_AnyZero())) {
1437             Z1 = dyn_cast<Constant>(B1); B = B2;
1438             Z2 = dyn_cast<Constant>(A2); A = A1;
1439         }
1440
1441         if (Z1 && Z2 &&
1442             (I.hasNoSignedZeros() ||
1443              (Z1->isNegativeZeroValue() && Z2->isNegativeZeroValue()))) {
1444           return SelectInst::Create(C, A, B);
1445         }
1446       }
1447     }
1448   }
1449
1450   if (I.hasUnsafeAlgebra()) {
1451     if (Value *V = FAddCombine(Builder).simplify(&I))
1452       return replaceInstUsesWith(I, V);
1453   }
1454
1455   return Changed ? &I : nullptr;
1456 }
1457
1458 /// Optimize pointer differences into the same array into a size.  Consider:
1459 ///  &A[10] - &A[0]: we should compile this to "10".  LHS/RHS are the pointer
1460 /// operands to the ptrtoint instructions for the LHS/RHS of the subtract.
1461 ///
1462 Value *InstCombiner::OptimizePointerDifference(Value *LHS, Value *RHS,
1463                                                Type *Ty) {
1464   // If LHS is a gep based on RHS or RHS is a gep based on LHS, we can optimize
1465   // this.
1466   bool Swapped = false;
1467   GEPOperator *GEP1 = nullptr, *GEP2 = nullptr;
1468
1469   // For now we require one side to be the base pointer "A" or a constant
1470   // GEP derived from it.
1471   if (GEPOperator *LHSGEP = dyn_cast<GEPOperator>(LHS)) {
1472     // (gep X, ...) - X
1473     if (LHSGEP->getOperand(0) == RHS) {
1474       GEP1 = LHSGEP;
1475       Swapped = false;
1476     } else if (GEPOperator *RHSGEP = dyn_cast<GEPOperator>(RHS)) {
1477       // (gep X, ...) - (gep X, ...)
1478       if (LHSGEP->getOperand(0)->stripPointerCasts() ==
1479             RHSGEP->getOperand(0)->stripPointerCasts()) {
1480         GEP2 = RHSGEP;
1481         GEP1 = LHSGEP;
1482         Swapped = false;
1483       }
1484     }
1485   }
1486
1487   if (GEPOperator *RHSGEP = dyn_cast<GEPOperator>(RHS)) {
1488     // X - (gep X, ...)
1489     if (RHSGEP->getOperand(0) == LHS) {
1490       GEP1 = RHSGEP;
1491       Swapped = true;
1492     } else if (GEPOperator *LHSGEP = dyn_cast<GEPOperator>(LHS)) {
1493       // (gep X, ...) - (gep X, ...)
1494       if (RHSGEP->getOperand(0)->stripPointerCasts() ==
1495             LHSGEP->getOperand(0)->stripPointerCasts()) {
1496         GEP2 = LHSGEP;
1497         GEP1 = RHSGEP;
1498         Swapped = true;
1499       }
1500     }
1501   }
1502
1503   // Avoid duplicating the arithmetic if GEP2 has non-constant indices and
1504   // multiple users.
1505   if (!GEP1 ||
1506       (GEP2 && !GEP2->hasAllConstantIndices() && !GEP2->hasOneUse()))
1507     return nullptr;
1508
1509   // Emit the offset of the GEP and an intptr_t.
1510   Value *Result = EmitGEPOffset(GEP1);
1511
1512   // If we had a constant expression GEP on the other side offsetting the
1513   // pointer, subtract it from the offset we have.
1514   if (GEP2) {
1515     Value *Offset = EmitGEPOffset(GEP2);
1516     Result = Builder->CreateSub(Result, Offset);
1517   }
1518
1519   // If we have p - gep(p, ...)  then we have to negate the result.
1520   if (Swapped)
1521     Result = Builder->CreateNeg(Result, "diff.neg");
1522
1523   return Builder->CreateIntCast(Result, Ty, true);
1524 }
1525
1526 Instruction *InstCombiner::visitSub(BinaryOperator &I) {
1527   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
1528
1529   if (Value *V = SimplifyVectorOp(I))
1530     return replaceInstUsesWith(I, V);
1531
1532   if (Value *V = SimplifySubInst(Op0, Op1, I.hasNoSignedWrap(),
1533                                  I.hasNoUnsignedWrap(), DL, &TLI, &DT, &AC))
1534     return replaceInstUsesWith(I, V);
1535
1536   // (A*B)-(A*C) -> A*(B-C) etc
1537   if (Value *V = SimplifyUsingDistributiveLaws(I))
1538     return replaceInstUsesWith(I, V);
1539
1540   // If this is a 'B = x-(-A)', change to B = x+A.
1541   if (Value *V = dyn_castNegVal(Op1)) {
1542     BinaryOperator *Res = BinaryOperator::CreateAdd(Op0, V);
1543
1544     if (const auto *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Op1)) {
1545       assert(BO->getOpcode() == Instruction::Sub &&
1546              "Expected a subtraction operator!");
1547       if (BO->hasNoSignedWrap() && I.hasNoSignedWrap())
1548         Res->setHasNoSignedWrap(true);
1549     } else {
1550       if (cast<Constant>(Op1)->isNotMinSignedValue() && I.hasNoSignedWrap())
1551         Res->setHasNoSignedWrap(true);
1552     }
1553
1554     return Res;
1555   }
1556
1557   if (I.getType()->getScalarType()->isIntegerTy(1))
1558     return BinaryOperator::CreateXor(Op0, Op1);
1559
1560   // Replace (-1 - A) with (~A).
1561   if (match(Op0, m_AllOnes()))
1562     return BinaryOperator::CreateNot(Op1);
1563
1564   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Op0)) {
1565     // C - ~X == X + (1+C)
1566     Value *X = nullptr;
1567     if (match(Op1, m_Not(m_Value(X))))
1568       return BinaryOperator::CreateAdd(X, AddOne(C));
1569
1570     // Try to fold constant sub into select arguments.
1571     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(Op1))
1572       if (Instruction *R = FoldOpIntoSelect(I, SI))
1573         return R;
1574
1575     // Try to fold constant sub into PHI values.
1576     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Op1))
1577       if (Instruction *R = foldOpIntoPhi(I, PN))
1578         return R;
1579
1580     // C-(X+C2) --> (C-C2)-X
1581     Constant *C2;
1582     if (match(Op1, m_Add(m_Value(X), m_Constant(C2))))
1583       return BinaryOperator::CreateSub(ConstantExpr::getSub(C, C2), X);
1584
1585     // Fold (sub 0, (zext bool to B)) --> (sext bool to B)
1586     if (C->isNullValue() && match(Op1, m_ZExt(m_Value(X))))
1587       if (X->getType()->getScalarType()->isIntegerTy(1))
1588         return CastInst::CreateSExtOrBitCast(X, Op1->getType());
1589
1590     // Fold (sub 0, (sext bool to B)) --> (zext bool to B)
1591     if (C->isNullValue() && match(Op1, m_SExt(m_Value(X))))
1592       if (X->getType()->getScalarType()->isIntegerTy(1))
1593         return CastInst::CreateZExtOrBitCast(X, Op1->getType());
1594   }
1595
1596   const APInt *Op0C;
1597   if (match(Op0, m_APInt(Op0C))) {
1598     unsigned BitWidth = I.getType()->getScalarSizeInBits();
1599
1600     // -(X >>u 31) -> (X >>s 31)
1601     // -(X >>s 31) -> (X >>u 31)
1602     if (*Op0C == 0) {
1603       Value *X;
1604       const APInt *ShAmt;
1605       if (match(Op1, m_LShr(m_Value(X), m_APInt(ShAmt))) &&
1606           *ShAmt == BitWidth - 1) {
1607         Value *ShAmtOp = cast<Instruction>(Op1)->getOperand(1);
1608         return BinaryOperator::CreateAShr(X, ShAmtOp);
1609       }
1610       if (match(Op1, m_AShr(m_Value(X), m_APInt(ShAmt))) &&
1611           *ShAmt == BitWidth - 1) {
1612         Value *ShAmtOp = cast<Instruction>(Op1)->getOperand(1);
1613         return BinaryOperator::CreateLShr(X, ShAmtOp);
1614       }
1615     }
1616
1617     // Turn this into a xor if LHS is 2^n-1 and the remaining bits are known
1618     // zero.
1619     if (Op0C->isMask()) {
1620       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0);
1621       APInt RHSKnownOne(BitWidth, 0);
1622       computeKnownBits(Op1, RHSKnownZero, RHSKnownOne, 0, &I);
1623       if ((*Op0C | RHSKnownZero).isAllOnesValue())
1624         return BinaryOperator::CreateXor(Op1, Op0);
1625     }
1626   }
1627
1628   {
1629     Value *Y;
1630     // X-(X+Y) == -Y    X-(Y+X) == -Y
1631     if (match(Op1, m_c_Add(m_Specific(Op0), m_Value(Y))))
1632       return BinaryOperator::CreateNeg(Y);
1633
1634     // (X-Y)-X == -Y
1635     if (match(Op0, m_Sub(m_Specific(Op1), m_Value(Y))))
1636       return BinaryOperator::CreateNeg(Y);
1637   }
1638
1639   // (sub (or A, B) (xor A, B)) --> (and A, B)
1640   {
1641     Value *A, *B;
1642     if (match(Op1, m_Xor(m_Value(A), m_Value(B))) &&
1643         match(Op0, m_c_Or(m_Specific(A), m_Specific(B))))
1644       return BinaryOperator::CreateAnd(A, B);
1645   }
1646
1647   {
1648     Value *Y;
1649     // ((X | Y) - X) --> (~X & Y)
1650     if (match(Op0, m_OneUse(m_c_Or(m_Value(Y), m_Specific(Op1)))))
1651       return BinaryOperator::CreateAnd(
1652           Y, Builder->CreateNot(Op1, Op1->getName() + ".not"));
1653   }
1654
1655   if (Op1->hasOneUse()) {
1656     Value *X = nullptr, *Y = nullptr, *Z = nullptr;
1657     Constant *C = nullptr;
1658
1659     // (X - (Y - Z))  -->  (X + (Z - Y)).
1660     if (match(Op1, m_Sub(m_Value(Y), m_Value(Z))))
1661       return BinaryOperator::CreateAdd(Op0,
1662                                       Builder->CreateSub(Z, Y, Op1->getName()));
1663
1664     // (X - (X & Y))   -->   (X & ~Y)
1665     //
1666     if (match(Op1, m_c_And(m_Value(Y), m_Specific(Op0))))
1667       return BinaryOperator::CreateAnd(Op0,
1668                                   Builder->CreateNot(Y, Y->getName() + ".not"));
1669
1670     // 0 - (X sdiv C)  -> (X sdiv -C)  provided the negation doesn't overflow.
1671     if (match(Op1, m_SDiv(m_Value(X), m_Constant(C))) && match(Op0, m_Zero()) &&
1672         C->isNotMinSignedValue() && !C->isOneValue())
1673       return BinaryOperator::CreateSDiv(X, ConstantExpr::getNeg(C));
1674
1675     // 0 - (X << Y)  -> (-X << Y)   when X is freely negatable.
1676     if (match(Op1, m_Shl(m_Value(X), m_Value(Y))) && match(Op0, m_Zero()))
1677       if (Value *XNeg = dyn_castNegVal(X))
1678         return BinaryOperator::CreateShl(XNeg, Y);
1679
1680     // Subtracting -1/0 is the same as adding 1/0:
1681     // sub [nsw] Op0, sext(bool Y) -> add [nsw] Op0, zext(bool Y)
1682     // 'nuw' is dropped in favor of the canonical form.
1683     if (match(Op1, m_SExt(m_Value(Y))) &&
1684         Y->getType()->getScalarSizeInBits() == 1) {
1685       Value *Zext = Builder->CreateZExt(Y, I.getType());
1686       BinaryOperator *Add = BinaryOperator::CreateAdd(Op0, Zext);
1687       Add->setHasNoSignedWrap(I.hasNoSignedWrap());
1688       return Add;
1689     }
1690
1691     // X - A*-B -> X + A*B
1692     // X - -A*B -> X + A*B
1693     Value *A, *B;
1694     Constant *CI;
1695     if (match(Op1, m_c_Mul(m_Value(A), m_Neg(m_Value(B)))))
1696       return BinaryOperator::CreateAdd(Op0, Builder->CreateMul(A, B));
1697
1698     // X - A*CI -> X + A*-CI
1699     // No need to handle commuted multiply because multiply handling will
1700     // ensure constant will be move to the right hand side.
1701     if (match(Op1, m_Mul(m_Value(A), m_Constant(CI)))) {
1702       Value *NewMul = Builder->CreateMul(A, ConstantExpr::getNeg(CI));
1703       return BinaryOperator::CreateAdd(Op0, NewMul);
1704     }
1705   }
1706
1707   // Optimize pointer differences into the same array into a size.  Consider:
1708   //  &A[10] - &A[0]: we should compile this to "10".
1709   Value *LHSOp, *RHSOp;
1710   if (match(Op0, m_PtrToInt(m_Value(LHSOp))) &&
1711       match(Op1, m_PtrToInt(m_Value(RHSOp))))
1712     if (Value *Res = OptimizePointerDifference(LHSOp, RHSOp, I.getType()))
1713       return replaceInstUsesWith(I, Res);
1714
1715   // trunc(p)-trunc(q) -> trunc(p-q)
1716   if (match(Op0, m_Trunc(m_PtrToInt(m_Value(LHSOp)))) &&
1717       match(Op1, m_Trunc(m_PtrToInt(m_Value(RHSOp)))))
1718     if (Value *Res = OptimizePointerDifference(LHSOp, RHSOp, I.getType()))
1719       return replaceInstUsesWith(I, Res);
1720
1721   bool Changed = false;
1722   if (!I.hasNoSignedWrap() && WillNotOverflowSignedSub(Op0, Op1, I)) {
1723     Changed = true;
1724     I.setHasNoSignedWrap(true);
1725   }
1726   if (!I.hasNoUnsignedWrap() && WillNotOverflowUnsignedSub(Op0, Op1, I)) {
1727     Changed = true;
1728     I.setHasNoUnsignedWrap(true);
1729   }
1730
1731   return Changed ? &I : nullptr;
1732 }
1733
1734 Instruction *InstCombiner::visitFSub(BinaryOperator &I) {
1735   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
1736
1737   if (Value *V = SimplifyVectorOp(I))
1738     return replaceInstUsesWith(I, V);
1739
1740   if (Value *V =
1741           SimplifyFSubInst(Op0, Op1, I.getFastMathFlags(), DL, &TLI, &DT, &AC))
1742     return replaceInstUsesWith(I, V);
1743
1744   // fsub nsz 0, X ==> fsub nsz -0.0, X
1745   if (I.getFastMathFlags().noSignedZeros() && match(Op0, m_Zero())) {
1746     // Subtraction from -0.0 is the canonical form of fneg.
1747     Instruction *NewI = BinaryOperator::CreateFNeg(Op1);
1748     NewI->copyFastMathFlags(&I);
1749     return NewI;
1750   }
1751
1752   if (isa<Constant>(Op0))
1753     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(Op1))
1754       if (Instruction *NV = FoldOpIntoSelect(I, SI))
1755         return NV;
1756
1757   // If this is a 'B = x-(-A)', change to B = x+A, potentially looking
1758   // through FP extensions/truncations along the way.
1759   if (Value *V = dyn_castFNegVal(Op1)) {
1760     Instruction *NewI = BinaryOperator::CreateFAdd(Op0, V);
1761     NewI->copyFastMathFlags(&I);
1762     return NewI;
1763   }
1764   if (FPTruncInst *FPTI = dyn_cast<FPTruncInst>(Op1)) {
1765     if (Value *V = dyn_castFNegVal(FPTI->getOperand(0))) {
1766       Value *NewTrunc = Builder->CreateFPTrunc(V, I.getType());
1767       Instruction *NewI = BinaryOperator::CreateFAdd(Op0, NewTrunc);
1768       NewI->copyFastMathFlags(&I);
1769       return NewI;
1770     }
1771   } else if (FPExtInst *FPEI = dyn_cast<FPExtInst>(Op1)) {
1772     if (Value *V = dyn_castFNegVal(FPEI->getOperand(0))) {
1773       Value *NewExt = Builder->CreateFPExt(V, I.getType());
1774       Instruction *NewI = BinaryOperator::CreateFAdd(Op0, NewExt);
1775       NewI->copyFastMathFlags(&I);
1776       return NewI;
1777     }
1778   }
1779
1780   if (I.hasUnsafeAlgebra()) {
1781     if (Value *V = FAddCombine(Builder).simplify(&I))
1782       return replaceInstUsesWith(I, V);
1783   }
1784
1785   return nullptr;
1786 }