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

   1 //===- InstCombineCasts.cpp -----------------------------------------------===//
   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 cast operations.
  11 //
  12 //===----------------------------------------------------------------------===//
  13
  14 #include "InstCombineInternal.h"
  15 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
  16 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
  17 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
  18 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
  19 #include "llvm/IR/DIBuilder.h"
  20 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
  21 #include "llvm/Support/KnownBits.h"
  22 using namespace llvm;
  23 using namespace PatternMatch;
  24
  25 #define DEBUG_TYPE "instcombine"
  26
  27 /// Analyze 'Val', seeing if it is a simple linear expression.
  28 /// If so, decompose it, returning some value X, such that Val is
  29 /// X*Scale+Offset.
  30 ///
  31 static Value *decomposeSimpleLinearExpr(Value *Val, unsigned &Scale,
  32                                         uint64_t &Offset) {
  33   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Val)) {
  34     Offset = CI->getZExtValue();
  35     Scale  = 0;
  36     return ConstantInt::get(Val->getType(), 0);
  37   }
  38
  39   if (BinaryOperator *I = dyn_cast<BinaryOperator>(Val)) {
  40     // Cannot look past anything that might overflow.
  41     OverflowingBinaryOperator *OBI = dyn_cast<OverflowingBinaryOperator>(Val);
  42     if (OBI && !OBI->hasNoUnsignedWrap() && !OBI->hasNoSignedWrap()) {
  43       Scale = 1;
  44       Offset = 0;
  45       return Val;
  46     }
  47
  48     if (ConstantInt *RHS = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
  49       if (I->getOpcode() == Instruction::Shl) {
  50         // This is a value scaled by '1 << the shift amt'.
  51         Scale = UINT64_C(1) << RHS->getZExtValue();
  52         Offset = 0;
  53         return I->getOperand(0);
  54       }
  55
  56       if (I->getOpcode() == Instruction::Mul) {
  57         // This value is scaled by 'RHS'.
  58         Scale = RHS->getZExtValue();
  59         Offset = 0;
  60         return I->getOperand(0);
  61       }
  62
  63       if (I->getOpcode() == Instruction::Add) {
  64         // We have X+C.  Check to see if we really have (X*C2)+C1,
  65         // where C1 is divisible by C2.
  66         unsigned SubScale;
  67         Value *SubVal =
  68           decomposeSimpleLinearExpr(I->getOperand(0), SubScale, Offset);
  69         Offset += RHS->getZExtValue();
  70         Scale = SubScale;
  71         return SubVal;
  72       }
  73     }
  74   }
  75
  76   // Otherwise, we can't look past this.
  77   Scale = 1;
  78   Offset = 0;
  79   return Val;
  80 }
  81
  82 /// If we find a cast of an allocation instruction, try to eliminate the cast by
  83 /// moving the type information into the alloc.
  84 Instruction *InstCombiner::PromoteCastOfAllocation(BitCastInst &CI,
  85                                                    AllocaInst &AI) {
  86   PointerType *PTy = cast<PointerType>(CI.getType());
  87
  88   BuilderTy AllocaBuilder(Builder);
  89   AllocaBuilder.SetInsertPoint(&AI);
  90
  91   // Get the type really allocated and the type casted to.
  92   Type *AllocElTy = AI.getAllocatedType();
  93   Type *CastElTy = PTy->getElementType();
  94   if (!AllocElTy->isSized() || !CastElTy->isSized()) return nullptr;
  95
  96   unsigned AllocElTyAlign = DL.getABITypeAlignment(AllocElTy);
  97   unsigned CastElTyAlign = DL.getABITypeAlignment(CastElTy);
  98   if (CastElTyAlign < AllocElTyAlign) return nullptr;
  99
 100   // If the allocation has multiple uses, only promote it if we are strictly
 101   // increasing the alignment of the resultant allocation.  If we keep it the
 102   // same, we open the door to infinite loops of various kinds.
 103   if (!AI.hasOneUse() && CastElTyAlign == AllocElTyAlign) return nullptr;
 104
 105   uint64_t AllocElTySize = DL.getTypeAllocSize(AllocElTy);
 106   uint64_t CastElTySize = DL.getTypeAllocSize(CastElTy);
 107   if (CastElTySize == 0 || AllocElTySize == 0) return nullptr;
 108
 109   // If the allocation has multiple uses, only promote it if we're not
 110   // shrinking the amount of memory being allocated.
 111   uint64_t AllocElTyStoreSize = DL.getTypeStoreSize(AllocElTy);
 112   uint64_t CastElTyStoreSize = DL.getTypeStoreSize(CastElTy);
 113   if (!AI.hasOneUse() && CastElTyStoreSize < AllocElTyStoreSize) return nullptr;
 114
 115   // See if we can satisfy the modulus by pulling a scale out of the array
 116   // size argument.
 117   unsigned ArraySizeScale;
 118   uint64_t ArrayOffset;
 119   Value *NumElements = // See if the array size is a decomposable linear expr.
 120     decomposeSimpleLinearExpr(AI.getOperand(0), ArraySizeScale, ArrayOffset);
 121
 122   // If we can now satisfy the modulus, by using a non-1 scale, we really can
 123   // do the xform.
 124   if ((AllocElTySize*ArraySizeScale) % CastElTySize != 0 ||
 125       (AllocElTySize*ArrayOffset   ) % CastElTySize != 0) return nullptr;
 126
 127   unsigned Scale = (AllocElTySize*ArraySizeScale)/CastElTySize;
 128   Value *Amt = nullptr;
 129   if (Scale == 1) {
 130     Amt = NumElements;
 131   } else {
 132     Amt = ConstantInt::get(AI.getArraySize()->getType(), Scale);
 133     // Insert before the alloca, not before the cast.
 134     Amt = AllocaBuilder.CreateMul(Amt, NumElements);
 135   }
 136
 137   if (uint64_t Offset = (AllocElTySize*ArrayOffset)/CastElTySize) {
 138     Value *Off = ConstantInt::get(AI.getArraySize()->getType(),
 139                                   Offset, true);
 140     Amt = AllocaBuilder.CreateAdd(Amt, Off);
 141   }
 142
 143   AllocaInst *New = AllocaBuilder.CreateAlloca(CastElTy, Amt);
 144   New->setAlignment(AI.getAlignment());
 145   New->takeName(&AI);
 146   New->setUsedWithInAlloca(AI.isUsedWithInAlloca());
 147
 148   // If the allocation has multiple real uses, insert a cast and change all
 149   // things that used it to use the new cast.  This will also hack on CI, but it
 150   // will die soon.
 151   if (!AI.hasOneUse()) {
 152     // New is the allocation instruction, pointer typed. AI is the original
 153     // allocation instruction, also pointer typed. Thus, cast to use is BitCast.
 154     Value *NewCast = AllocaBuilder.CreateBitCast(New, AI.getType(), "tmpcast");
 155     replaceInstUsesWith(AI, NewCast);
 156   }
 157   return replaceInstUsesWith(CI, New);
 158 }
 159
 160 /// Given an expression that CanEvaluateTruncated or CanEvaluateSExtd returns
 161 /// true for, actually insert the code to evaluate the expression.
 162 Value *InstCombiner::EvaluateInDifferentType(Value *V, Type *Ty,
 163                                              bool isSigned) {
 164   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
 165     C = ConstantExpr::getIntegerCast(C, Ty, isSigned /*Sext or ZExt*/);
 166     // If we got a constantexpr back, try to simplify it with DL info.
 167     if (Constant *FoldedC = ConstantFoldConstant(C, DL, &TLI))
 168       C = FoldedC;
 169     return C;
 170   }
 171
 172   // Otherwise, it must be an instruction.
 173   Instruction *I = cast<Instruction>(V);
 174   Instruction *Res = nullptr;
 175   unsigned Opc = I->getOpcode();
 176   switch (Opc) {
 177   case Instruction::Add:
 178   case Instruction::Sub:
 179   case Instruction::Mul:
 180   case Instruction::And:
 181   case Instruction::Or:
 182   case Instruction::Xor:
 183   case Instruction::AShr:
 184   case Instruction::LShr:
 185   case Instruction::Shl:
 186   case Instruction::UDiv:
 187   case Instruction::URem: {
 188     Value *LHS = EvaluateInDifferentType(I->getOperand(0), Ty, isSigned);
 189     Value *RHS = EvaluateInDifferentType(I->getOperand(1), Ty, isSigned);
 190     Res = BinaryOperator::Create((Instruction::BinaryOps)Opc, LHS, RHS);
 191     break;
 192   }
 193   case Instruction::Trunc:
 194   case Instruction::ZExt:
 195   case Instruction::SExt:
 196     // If the source type of the cast is the type we're trying for then we can
 197     // just return the source.  There's no need to insert it because it is not
 198     // new.
 199     if (I->getOperand(0)->getType() == Ty)
 200       return I->getOperand(0);
 201
 202     // Otherwise, must be the same type of cast, so just reinsert a new one.
 203     // This also handles the case of zext(trunc(x)) -> zext(x).
 204     Res = CastInst::CreateIntegerCast(I->getOperand(0), Ty,
 205                                       Opc == Instruction::SExt);
 206     break;
 207   case Instruction::Select: {
 208     Value *True = EvaluateInDifferentType(I->getOperand(1), Ty, isSigned);
 209     Value *False = EvaluateInDifferentType(I->getOperand(2), Ty, isSigned);
 210     Res = SelectInst::Create(I->getOperand(0), True, False);
 211     break;
 212   }
 213   case Instruction::PHI: {
 214     PHINode *OPN = cast<PHINode>(I);
 215     PHINode *NPN = PHINode::Create(Ty, OPN->getNumIncomingValues());
 216     for (unsigned i = 0, e = OPN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
 217       Value *V =
 218           EvaluateInDifferentType(OPN->getIncomingValue(i), Ty, isSigned);
 219       NPN->addIncoming(V, OPN->getIncomingBlock(i));
 220     }
 221     Res = NPN;
 222     break;
 223   }
 224   default:
 225     // TODO: Can handle more cases here.
 226     llvm_unreachable("Unreachable!");
 227   }
 228
 229   Res->takeName(I);
 230   return InsertNewInstWith(Res, *I);
 231 }
 232
 233 Instruction::CastOps InstCombiner::isEliminableCastPair(const CastInst *CI1,
 234                                                         const CastInst *CI2) {
 235   Type *SrcTy = CI1->getSrcTy();
 236   Type *MidTy = CI1->getDestTy();
 237   Type *DstTy = CI2->getDestTy();
 238
 239   Instruction::CastOps firstOp = CI1->getOpcode();
 240   Instruction::CastOps secondOp = CI2->getOpcode();
 241   Type *SrcIntPtrTy =
 242       SrcTy->isPtrOrPtrVectorTy() ? DL.getIntPtrType(SrcTy) : nullptr;
 243   Type *MidIntPtrTy =
 244       MidTy->isPtrOrPtrVectorTy() ? DL.getIntPtrType(MidTy) : nullptr;
 245   Type *DstIntPtrTy =
 246       DstTy->isPtrOrPtrVectorTy() ? DL.getIntPtrType(DstTy) : nullptr;
 247   unsigned Res = CastInst::isEliminableCastPair(firstOp, secondOp, SrcTy, MidTy,
 248                                                 DstTy, SrcIntPtrTy, MidIntPtrTy,
 249                                                 DstIntPtrTy);
 250
 251   // We don't want to form an inttoptr or ptrtoint that converts to an integer
 252   // type that differs from the pointer size.
 253   if ((Res == Instruction::IntToPtr && SrcTy != DstIntPtrTy) ||
 254       (Res == Instruction::PtrToInt && DstTy != SrcIntPtrTy))
 255     Res = 0;
 256
 257   return Instruction::CastOps(Res);
 258 }
 259
 260 /// Implement the transforms common to all CastInst visitors.
 261 Instruction *InstCombiner::commonCastTransforms(CastInst &CI) {
 262   Value *Src = CI.getOperand(0);
 263
 264   // Try to eliminate a cast of a cast.
 265   if (auto *CSrc = dyn_cast<CastInst>(Src)) {   // A->B->C cast
 266     if (Instruction::CastOps NewOpc = isEliminableCastPair(CSrc, &CI)) {
 267       // The first cast (CSrc) is eliminable so we need to fix up or replace
 268       // the second cast (CI). CSrc will then have a good chance of being dead.
 269       auto *Ty = CI.getType();
 270       auto *Res = CastInst::Create(NewOpc, CSrc->getOperand(0), Ty);
 271       // Point debug users of the dying cast to the new one.
 272       if (CSrc->hasOneUse())
 273         replaceAllDbgUsesWith(*CSrc, *Res, CI, DT);
 274       return Res;
 275     }
 276   }
 277
 278   if (auto *Sel = dyn_cast<SelectInst>(Src)) {
 279     // We are casting a select. Try to fold the cast into the select, but only
 280     // if the select does not have a compare instruction with matching operand
 281     // types. Creating a select with operands that are different sizes than its
 282     // condition may inhibit other folds and lead to worse codegen.
 283     auto *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(Sel->getCondition());
 284     if (!Cmp || Cmp->getOperand(0)->getType() != Sel->getType())
 285       if (Instruction *NV = FoldOpIntoSelect(CI, Sel)) {
 286         replaceAllDbgUsesWith(*Sel, *NV, CI, DT);
 287         return NV;
 288       }
 289   }
 290
 291   // If we are casting a PHI, then fold the cast into the PHI.
 292   if (auto *PN = dyn_cast<PHINode>(Src)) {
 293     // Don't do this if it would create a PHI node with an illegal type from a
 294     // legal type.
 295     if (!Src->getType()->isIntegerTy() || !CI.getType()->isIntegerTy() ||
 296         shouldChangeType(CI.getType(), Src->getType()))
 297       if (Instruction *NV = foldOpIntoPhi(CI, PN))
 298         return NV;
 299   }
 300
 301   return nullptr;
 302 }
 303
 304 /// Constants and extensions/truncates from the destination type are always
 305 /// free to be evaluated in that type. This is a helper for canEvaluate*.
 306 static bool canAlwaysEvaluateInType(Value *V, Type *Ty) {
 307   if (isa<Constant>(V))
 308     return true;
 309   Value *X;
 310   if ((match(V, m_ZExtOrSExt(m_Value(X))) || match(V, m_Trunc(m_Value(X)))) &&
 311       X->getType() == Ty)
 312     return true;
 313
 314   return false;
 315 }
 316
 317 /// Filter out values that we can not evaluate in the destination type for free.
 318 /// This is a helper for canEvaluate*.
 319 static bool canNotEvaluateInType(Value *V, Type *Ty) {
 320   assert(!isa<Constant>(V) && "Constant should already be handled.");
 321   if (!isa<Instruction>(V))
 322     return true;
 323   // We don't extend or shrink something that has multiple uses --  doing so
 324   // would require duplicating the instruction which isn't profitable.
 325   if (!V->hasOneUse())
 326     return true;
 327
 328   return false;
 329 }
 330
 331 /// Return true if we can evaluate the specified expression tree as type Ty
 332 /// instead of its larger type, and arrive with the same value.
 333 /// This is used by code that tries to eliminate truncates.
 334 ///
 335 /// Ty will always be a type smaller than V.  We should return true if trunc(V)
 336 /// can be computed by computing V in the smaller type.  If V is an instruction,
 337 /// then trunc(inst(x,y)) can be computed as inst(trunc(x),trunc(y)), which only
 338 /// makes sense if x and y can be efficiently truncated.
 339 ///
 340 /// This function works on both vectors and scalars.
 341 ///
 342 static bool canEvaluateTruncated(Value *V, Type *Ty, InstCombiner &IC,
 343                                  Instruction *CxtI) {
 344   if (canAlwaysEvaluateInType(V, Ty))
 345     return true;
 346   if (canNotEvaluateInType(V, Ty))
 347     return false;
 348
 349   auto *I = cast<Instruction>(V);
 350   Type *OrigTy = V->getType();
 351   switch (I->getOpcode()) {
 352   case Instruction::Add:
 353   case Instruction::Sub:
 354   case Instruction::Mul:
 355   case Instruction::And:
 356   case Instruction::Or:
 357   case Instruction::Xor:
 358     // These operators can all arbitrarily be extended or truncated.
 359     return canEvaluateTruncated(I->getOperand(0), Ty, IC, CxtI) &&
 360            canEvaluateTruncated(I->getOperand(1), Ty, IC, CxtI);
 361
 362   case Instruction::UDiv:
 363   case Instruction::URem: {
 364     // UDiv and URem can be truncated if all the truncated bits are zero.
 365     uint32_t OrigBitWidth = OrigTy->getScalarSizeInBits();
 366     uint32_t BitWidth = Ty->getScalarSizeInBits();
 367     assert(BitWidth < OrigBitWidth && "Unexpected bitwidths!");
 368     APInt Mask = APInt::getBitsSetFrom(OrigBitWidth, BitWidth);
 369     if (IC.MaskedValueIsZero(I->getOperand(0), Mask, 0, CxtI) &&
 370         IC.MaskedValueIsZero(I->getOperand(1), Mask, 0, CxtI)) {
 371       return canEvaluateTruncated(I->getOperand(0), Ty, IC, CxtI) &&
 372              canEvaluateTruncated(I->getOperand(1), Ty, IC, CxtI);
 373     }
 374     break;
 375   }
 376   case Instruction::Shl: {
 377     // If we are truncating the result of this SHL, and if it's a shift of a
 378     // constant amount, we can always perform a SHL in a smaller type.
 379     const APInt *Amt;
 380     if (match(I->getOperand(1), m_APInt(Amt))) {
 381       uint32_t BitWidth = Ty->getScalarSizeInBits();
 382       if (Amt->getLimitedValue(BitWidth) < BitWidth)
 383         return canEvaluateTruncated(I->getOperand(0), Ty, IC, CxtI);
 384     }
 385     break;
 386   }
 387   case Instruction::LShr: {
 388     // If this is a truncate of a logical shr, we can truncate it to a smaller
 389     // lshr iff we know that the bits we would otherwise be shifting in are
 390     // already zeros.
 391     const APInt *Amt;
 392     if (match(I->getOperand(1), m_APInt(Amt))) {
 393       uint32_t OrigBitWidth = OrigTy->getScalarSizeInBits();
 394       uint32_t BitWidth = Ty->getScalarSizeInBits();
 395       if (Amt->getLimitedValue(BitWidth) < BitWidth &&
 396           IC.MaskedValueIsZero(I->getOperand(0),
 397             APInt::getBitsSetFrom(OrigBitWidth, BitWidth), 0, CxtI)) {
 398         return canEvaluateTruncated(I->getOperand(0), Ty, IC, CxtI);
 399       }
 400     }
 401     break;
 402   }
 403   case Instruction::AShr: {
 404     // If this is a truncate of an arithmetic shr, we can truncate it to a
 405     // smaller ashr iff we know that all the bits from the sign bit of the
 406     // original type and the sign bit of the truncate type are similar.
 407     // TODO: It is enough to check that the bits we would be shifting in are
 408     //       similar to sign bit of the truncate type.
 409     const APInt *Amt;
 410     if (match(I->getOperand(1), m_APInt(Amt))) {
 411       uint32_t OrigBitWidth = OrigTy->getScalarSizeInBits();
 412       uint32_t BitWidth = Ty->getScalarSizeInBits();
 413       if (Amt->getLimitedValue(BitWidth) < BitWidth &&
 414           OrigBitWidth - BitWidth <
 415               IC.ComputeNumSignBits(I->getOperand(0), 0, CxtI))
 416         return canEvaluateTruncated(I->getOperand(0), Ty, IC, CxtI);
 417     }
 418     break;
 419   }
 420   case Instruction::Trunc:
 421     // trunc(trunc(x)) -> trunc(x)
 422     return true;
 423   case Instruction::ZExt:
 424   case Instruction::SExt:
 425     // trunc(ext(x)) -> ext(x) if the source type is smaller than the new dest
 426     // trunc(ext(x)) -> trunc(x) if the source type is larger than the new dest
 427     return true;
 428   case Instruction::Select: {
 429     SelectInst *SI = cast<SelectInst>(I);
 430     return canEvaluateTruncated(SI->getTrueValue(), Ty, IC, CxtI) &&
 431            canEvaluateTruncated(SI->getFalseValue(), Ty, IC, CxtI);
 432   }
 433   case Instruction::PHI: {
 434     // We can change a phi if we can change all operands.  Note that we never
 435     // get into trouble with cyclic PHIs here because we only consider
 436     // instructions with a single use.
 437     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
 438     for (Value *IncValue : PN->incoming_values())
 439       if (!canEvaluateTruncated(IncValue, Ty, IC, CxtI))
 440         return false;
 441     return true;
 442   }
 443   default:
 444     // TODO: Can handle more cases here.
 445     break;
 446   }
 447
 448   return false;
 449 }
 450
 451 /// Given a vector that is bitcast to an integer, optionally logically
 452 /// right-shifted, and truncated, convert it to an extractelement.
 453 /// Example (big endian):
 454 ///   trunc (lshr (bitcast <4 x i32> %X to i128), 32) to i32
 455 ///   --->
 456 ///   extractelement <4 x i32> %X, 1
 457 static Instruction *foldVecTruncToExtElt(TruncInst &Trunc, InstCombiner &IC) {
 458   Value *TruncOp = Trunc.getOperand(0);
 459   Type *DestType = Trunc.getType();
 460   if (!TruncOp->hasOneUse() || !isa<IntegerType>(DestType))
 461     return nullptr;
 462
 463   Value *VecInput = nullptr;
 464   ConstantInt *ShiftVal = nullptr;
 465   if (!match(TruncOp, m_CombineOr(m_BitCast(m_Value(VecInput)),
 466                                   m_LShr(m_BitCast(m_Value(VecInput)),
 467                                          m_ConstantInt(ShiftVal)))) ||
 468       !isa<VectorType>(VecInput->getType()))
 469     return nullptr;
 470
 471   VectorType *VecType = cast<VectorType>(VecInput->getType());
 472   unsigned VecWidth = VecType->getPrimitiveSizeInBits();
 473   unsigned DestWidth = DestType->getPrimitiveSizeInBits();
 474   unsigned ShiftAmount = ShiftVal ? ShiftVal->getZExtValue() : 0;
 475
 476   if ((VecWidth % DestWidth != 0) || (ShiftAmount % DestWidth != 0))
 477     return nullptr;
 478
 479   // If the element type of the vector doesn't match the result type,
 480   // bitcast it to a vector type that we can extract from.
 481   unsigned NumVecElts = VecWidth / DestWidth;
 482   if (VecType->getElementType() != DestType) {
 483     VecType = VectorType::get(DestType, NumVecElts);
 484     VecInput = IC.Builder.CreateBitCast(VecInput, VecType, "bc");
 485   }
 486
 487   unsigned Elt = ShiftAmount / DestWidth;
 488   if (IC.getDataLayout().isBigEndian())
 489     Elt = NumVecElts - 1 - Elt;
 490
 491   return ExtractElementInst::Create(VecInput, IC.Builder.getInt32(Elt));
 492 }
 493
 494 /// Rotate left/right may occur in a wider type than necessary because of type
 495 /// promotion rules. Try to narrow all of the component instructions.
 496 Instruction *InstCombiner::narrowRotate(TruncInst &Trunc) {
 497   assert((isa<VectorType>(Trunc.getSrcTy()) ||
 498           shouldChangeType(Trunc.getSrcTy(), Trunc.getType())) &&
 499          "Don't narrow to an illegal scalar type");
 500
 501   // First, find an or'd pair of opposite shifts with the same shifted operand:
 502   // trunc (or (lshr ShVal, ShAmt0), (shl ShVal, ShAmt1))
 503   Value *Or0, *Or1;
 504   if (!match(Trunc.getOperand(0), m_OneUse(m_Or(m_Value(Or0), m_Value(Or1)))))
 505     return nullptr;
 506
 507   Value *ShVal, *ShAmt0, *ShAmt1;
 508   if (!match(Or0, m_OneUse(m_LogicalShift(m_Value(ShVal), m_Value(ShAmt0)))) ||
 509       !match(Or1, m_OneUse(m_LogicalShift(m_Specific(ShVal), m_Value(ShAmt1)))))
 510     return nullptr;
 511
 512   auto ShiftOpcode0 = cast<BinaryOperator>(Or0)->getOpcode();
 513   auto ShiftOpcode1 = cast<BinaryOperator>(Or1)->getOpcode();
 514   if (ShiftOpcode0 == ShiftOpcode1)
 515     return nullptr;
 516
 517   // The shift amounts must add up to the narrow bit width.
 518   Value *ShAmt;
 519   bool SubIsOnLHS;
 520   Type *DestTy = Trunc.getType();
 521   unsigned NarrowWidth = DestTy->getScalarSizeInBits();
 522   if (match(ShAmt0,
 523             m_OneUse(m_Sub(m_SpecificInt(NarrowWidth), m_Specific(ShAmt1))))) {
 524     ShAmt = ShAmt1;
 525     SubIsOnLHS = true;
 526   } else if (match(ShAmt1, m_OneUse(m_Sub(m_SpecificInt(NarrowWidth),
 527                                           m_Specific(ShAmt0))))) {
 528     ShAmt = ShAmt0;
 529     SubIsOnLHS = false;
 530   } else {
 531     return nullptr;
 532   }
 533
 534   // The shifted value must have high zeros in the wide type. Typically, this
 535   // will be a zext, but it could also be the result of an 'and' or 'shift'.
 536   unsigned WideWidth = Trunc.getSrcTy()->getScalarSizeInBits();
 537   APInt HiBitMask = APInt::getHighBitsSet(WideWidth, WideWidth - NarrowWidth);
 538   if (!MaskedValueIsZero(ShVal, HiBitMask, 0, &Trunc))
 539     return nullptr;
 540
 541   // We have an unnecessarily wide rotate!
 542   // trunc (or (lshr ShVal, ShAmt), (shl ShVal, BitWidth - ShAmt))
 543   // Narrow it down to eliminate the zext/trunc:
 544   // or (lshr trunc(ShVal), ShAmt0'), (shl trunc(ShVal), ShAmt1')
 545   Value *NarrowShAmt = Builder.CreateTrunc(ShAmt, DestTy);
 546   Value *NegShAmt = Builder.CreateNeg(NarrowShAmt);
 547
 548   // Mask both shift amounts to ensure there's no UB from oversized shifts.
 549   Constant *MaskC = ConstantInt::get(DestTy, NarrowWidth - 1);
 550   Value *MaskedShAmt = Builder.CreateAnd(NarrowShAmt, MaskC);
 551   Value *MaskedNegShAmt = Builder.CreateAnd(NegShAmt, MaskC);
 552
 553   // Truncate the original value and use narrow ops.
 554   Value *X = Builder.CreateTrunc(ShVal, DestTy);
 555   Value *NarrowShAmt0 = SubIsOnLHS ? MaskedNegShAmt : MaskedShAmt;
 556   Value *NarrowShAmt1 = SubIsOnLHS ? MaskedShAmt : MaskedNegShAmt;
 557   Value *NarrowSh0 = Builder.CreateBinOp(ShiftOpcode0, X, NarrowShAmt0);
 558   Value *NarrowSh1 = Builder.CreateBinOp(ShiftOpcode1, X, NarrowShAmt1);
 559   return BinaryOperator::CreateOr(NarrowSh0, NarrowSh1);
 560 }
 561
 562 /// Try to narrow the width of math or bitwise logic instructions by pulling a
 563 /// truncate ahead of binary operators.
 564 /// TODO: Transforms for truncated shifts should be moved into here.
 565 Instruction *InstCombiner::narrowBinOp(TruncInst &Trunc) {
 566   Type *SrcTy = Trunc.getSrcTy();
 567   Type *DestTy = Trunc.getType();
 568   if (!isa<VectorType>(SrcTy) && !shouldChangeType(SrcTy, DestTy))
 569     return nullptr;
 570
 571   BinaryOperator *BinOp;
 572   if (!match(Trunc.getOperand(0), m_OneUse(m_BinOp(BinOp))))
 573     return nullptr;
 574
 575   Value *BinOp0 = BinOp->getOperand(0);
 576   Value *BinOp1 = BinOp->getOperand(1);
 577   switch (BinOp->getOpcode()) {
 578   case Instruction::And:
 579   case Instruction::Or:
 580   case Instruction::Xor:
 581   case Instruction::Add:
 582   case Instruction::Sub:
 583   case Instruction::Mul: {
 584     Constant *C;
 585     if (match(BinOp0, m_Constant(C))) {
 586       // trunc (binop C, X) --> binop (trunc C', X)
 587       Constant *NarrowC = ConstantExpr::getTrunc(C, DestTy);
 588       Value *TruncX = Builder.CreateTrunc(BinOp1, DestTy);
 589       return BinaryOperator::Create(BinOp->getOpcode(), NarrowC, TruncX);
 590     }
 591     if (match(BinOp1, m_Constant(C))) {
 592       // trunc (binop X, C) --> binop (trunc X, C')
 593       Constant *NarrowC = ConstantExpr::getTrunc(C, DestTy);
 594       Value *TruncX = Builder.CreateTrunc(BinOp0, DestTy);
 595       return BinaryOperator::Create(BinOp->getOpcode(), TruncX, NarrowC);
 596     }
 597     Value *X;
 598     if (match(BinOp0, m_ZExtOrSExt(m_Value(X))) && X->getType() == DestTy) {
 599       // trunc (binop (ext X), Y) --> binop X, (trunc Y)
 600       Value *NarrowOp1 = Builder.CreateTrunc(BinOp1, DestTy);
 601       return BinaryOperator::Create(BinOp->getOpcode(), X, NarrowOp1);
 602     }
 603     if (match(BinOp1, m_ZExtOrSExt(m_Value(X))) && X->getType() == DestTy) {
 604       // trunc (binop Y, (ext X)) --> binop (trunc Y), X
 605       Value *NarrowOp0 = Builder.CreateTrunc(BinOp0, DestTy);
 606       return BinaryOperator::Create(BinOp->getOpcode(), NarrowOp0, X);
 607     }
 608     break;
 609   }
 610
 611   default: break;
 612   }
 613
 614   if (Instruction *NarrowOr = narrowRotate(Trunc))
 615     return NarrowOr;
 616
 617   return nullptr;
 618 }
 619
 620 /// Try to narrow the width of a splat shuffle. This could be generalized to any
 621 /// shuffle with a constant operand, but we limit the transform to avoid
 622 /// creating a shuffle type that targets may not be able to lower effectively.
 623 static Instruction *shrinkSplatShuffle(TruncInst &Trunc,
 624                                        InstCombiner::BuilderTy &Builder) {
 625   auto *Shuf = dyn_cast<ShuffleVectorInst>(Trunc.getOperand(0));
 626   if (Shuf && Shuf->hasOneUse() && isa<UndefValue>(Shuf->getOperand(1)) &&
 627       Shuf->getMask()->getSplatValue() &&
 628       Shuf->getType() == Shuf->getOperand(0)->getType()) {
 629     // trunc (shuf X, Undef, SplatMask) --> shuf (trunc X), Undef, SplatMask
 630     Constant *NarrowUndef = UndefValue::get(Trunc.getType());
 631     Value *NarrowOp = Builder.CreateTrunc(Shuf->getOperand(0), Trunc.getType());
 632     return new ShuffleVectorInst(NarrowOp, NarrowUndef, Shuf->getMask());
 633   }
 634
 635   return nullptr;
 636 }
 637
 638 /// Try to narrow the width of an insert element. This could be generalized for
 639 /// any vector constant, but we limit the transform to insertion into undef to
 640 /// avoid potential backend problems from unsupported insertion widths. This
 641 /// could also be extended to handle the case of inserting a scalar constant
 642 /// into a vector variable.
 643 static Instruction *shrinkInsertElt(CastInst &Trunc,
 644                                     InstCombiner::BuilderTy &Builder) {
 645   Instruction::CastOps Opcode = Trunc.getOpcode();
 646   assert((Opcode == Instruction::Trunc || Opcode == Instruction::FPTrunc) &&
 647          "Unexpected instruction for shrinking");
 648
 649   auto *InsElt = dyn_cast<InsertElementInst>(Trunc.getOperand(0));
 650   if (!InsElt || !InsElt->hasOneUse())
 651     return nullptr;
 652
 653   Type *DestTy = Trunc.getType();
 654   Type *DestScalarTy = DestTy->getScalarType();
 655   Value *VecOp = InsElt->getOperand(0);
 656   Value *ScalarOp = InsElt->getOperand(1);
 657   Value *Index = InsElt->getOperand(2);
 658
 659   if (isa<UndefValue>(VecOp)) {
 660     // trunc   (inselt undef, X, Index) --> inselt undef,   (trunc X), Index
 661     // fptrunc (inselt undef, X, Index) --> inselt undef, (fptrunc X), Index
 662     UndefValue *NarrowUndef = UndefValue::get(DestTy);
 663     Value *NarrowOp = Builder.CreateCast(Opcode, ScalarOp, DestScalarTy);
 664     return InsertElementInst::Create(NarrowUndef, NarrowOp, Index);
 665   }
 666
 667   return nullptr;
 668 }
 669
 670 Instruction *InstCombiner::visitTrunc(TruncInst &CI) {
 671   if (Instruction *Result = commonCastTransforms(CI))
 672     return Result;
 673
 674   Value *Src = CI.getOperand(0);
 675   Type *DestTy = CI.getType(), *SrcTy = Src->getType();
 676
 677   // Attempt to truncate the entire input expression tree to the destination
 678   // type.   Only do this if the dest type is a simple type, don't convert the
 679   // expression tree to something weird like i93 unless the source is also
 680   // strange.
 681   if ((DestTy->isVectorTy() || shouldChangeType(SrcTy, DestTy)) &&
 682       canEvaluateTruncated(Src, DestTy, *this, &CI)) {
 683
 684     // If this cast is a truncate, evaluting in a different type always
 685     // eliminates the cast, so it is always a win.
 686     LLVM_DEBUG(
 687         dbgs() << "ICE: EvaluateInDifferentType converting expression type"
 688                   " to avoid cast: "
 689                << CI << '\n');
 690     Value *Res = EvaluateInDifferentType(Src, DestTy, false);
 691     assert(Res->getType() == DestTy);
 692     return replaceInstUsesWith(CI, Res);
 693   }
 694
 695   // Test if the trunc is the user of a select which is part of a
 696   // minimum or maximum operation. If so, don't do any more simplification.
 697   // Even simplifying demanded bits can break the canonical form of a
 698   // min/max.
 699   Value *LHS, *RHS;
 700   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(CI.getOperand(0)))
 701     if (matchSelectPattern(SI, LHS, RHS).Flavor != SPF_UNKNOWN)
 702       return nullptr;
 703
 704   // See if we can simplify any instructions used by the input whose sole
 705   // purpose is to compute bits we don't care about.
 706   if (SimplifyDemandedInstructionBits(CI))
 707     return &CI;
 708
 709   // Canonicalize trunc x to i1 -> (icmp ne (and x, 1), 0), likewise for vector.
 710   if (DestTy->getScalarSizeInBits() == 1) {
 711     Constant *One = ConstantInt::get(SrcTy, 1);
 712     Src = Builder.CreateAnd(Src, One);
 713     Value *Zero = Constant::getNullValue(Src->getType());
 714     return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_NE, Src, Zero);
 715   }
 716
 717   // FIXME: Maybe combine the next two transforms to handle the no cast case
 718   // more efficiently. Support vector types. Cleanup code by using m_OneUse.
 719
 720   // Transform trunc(lshr (zext A), Cst) to eliminate one type conversion.
 721   Value *A = nullptr; ConstantInt *Cst = nullptr;
 722   if (Src->hasOneUse() &&
 723       match(Src, m_LShr(m_ZExt(m_Value(A)), m_ConstantInt(Cst)))) {
 724     // We have three types to worry about here, the type of A, the source of
 725     // the truncate (MidSize), and the destination of the truncate. We know that
 726     // ASize < MidSize   and MidSize > ResultSize, but don't know the relation
 727     // between ASize and ResultSize.
 728     unsigned ASize = A->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
 729
 730     // If the shift amount is larger than the size of A, then the result is
 731     // known to be zero because all the input bits got shifted out.
 732     if (Cst->getZExtValue() >= ASize)
 733       return replaceInstUsesWith(CI, Constant::getNullValue(DestTy));
 734
 735     // Since we're doing an lshr and a zero extend, and know that the shift
 736     // amount is smaller than ASize, it is always safe to do the shift in A's
 737     // type, then zero extend or truncate to the result.
 738     Value *Shift = Builder.CreateLShr(A, Cst->getZExtValue());
 739     Shift->takeName(Src);
 740     return CastInst::CreateIntegerCast(Shift, DestTy, false);
 741   }
 742
 743   // FIXME: We should canonicalize to zext/trunc and remove this transform.
 744   // Transform trunc(lshr (sext A), Cst) to ashr A, Cst to eliminate type
 745   // conversion.
 746   // It works because bits coming from sign extension have the same value as
 747   // the sign bit of the original value; performing ashr instead of lshr
 748   // generates bits of the same value as the sign bit.
 749   if (Src->hasOneUse() &&
 750       match(Src, m_LShr(m_SExt(m_Value(A)), m_ConstantInt(Cst)))) {
 751     Value *SExt = cast<Instruction>(Src)->getOperand(0);
 752     const unsigned SExtSize = SExt->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
 753     const unsigned ASize = A->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
 754     const unsigned CISize = CI.getType()->getPrimitiveSizeInBits();
 755     const unsigned MaxAmt = SExtSize - std::max(CISize, ASize);
 756     unsigned ShiftAmt = Cst->getZExtValue();
 757
 758     // This optimization can be only performed when zero bits generated by
 759     // the original lshr aren't pulled into the value after truncation, so we
 760     // can only shift by values no larger than the number of extension bits.
 761     // FIXME: Instead of bailing when the shift is too large, use and to clear
 762     // the extra bits.
 763     if (ShiftAmt <= MaxAmt) {
 764       if (CISize == ASize)
 765         return BinaryOperator::CreateAShr(A, ConstantInt::get(CI.getType(),
 766                                           std::min(ShiftAmt, ASize - 1)));
 767       if (SExt->hasOneUse()) {
 768         Value *Shift = Builder.CreateAShr(A, std::min(ShiftAmt, ASize - 1));
 769         Shift->takeName(Src);
 770         return CastInst::CreateIntegerCast(Shift, CI.getType(), true);
 771       }
 772     }
 773   }
 774
 775   if (Instruction *I = narrowBinOp(CI))
 776     return I;
 777
 778   if (Instruction *I = shrinkSplatShuffle(CI, Builder))
 779     return I;
 780
 781   if (Instruction *I = shrinkInsertElt(CI, Builder))
 782     return I;
 783
 784   if (Src->hasOneUse() && isa<IntegerType>(SrcTy) &&
 785       shouldChangeType(SrcTy, DestTy)) {
 786     // Transform "trunc (shl X, cst)" -> "shl (trunc X), cst" so long as the
 787     // dest type is native and cst < dest size.
 788     if (match(Src, m_Shl(m_Value(A), m_ConstantInt(Cst))) &&
 789         !match(A, m_Shr(m_Value(), m_Constant()))) {
 790       // Skip shifts of shift by constants. It undoes a combine in
 791       // FoldShiftByConstant and is the extend in reg pattern.
 792       const unsigned DestSize = DestTy->getScalarSizeInBits();
 793       if (Cst->getValue().ult(DestSize)) {
 794         Value *NewTrunc = Builder.CreateTrunc(A, DestTy, A->getName() + ".tr");
 795
 796         return BinaryOperator::Create(
 797           Instruction::Shl, NewTrunc,
 798           ConstantInt::get(DestTy, Cst->getValue().trunc(DestSize)));
 799       }
 800     }
 801   }
 802
 803   if (Instruction *I = foldVecTruncToExtElt(CI, *this))
 804     return I;
 805
 806   return nullptr;
 807 }
 808
 809 Instruction *InstCombiner::transformZExtICmp(ICmpInst *ICI, ZExtInst &CI,
 810                                              bool DoTransform) {
 811   // If we are just checking for a icmp eq of a single bit and zext'ing it
 812   // to an integer, then shift the bit to the appropriate place and then
 813   // cast to integer to avoid the comparison.
 814   const APInt *Op1CV;
 815   if (match(ICI->getOperand(1), m_APInt(Op1CV))) {
 816
 817     // zext (x <s  0) to i32 --> x>>u31      true if signbit set.
 818     // zext (x >s -1) to i32 --> (x>>u31)^1  true if signbit clear.
 819     if ((ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_SLT && Op1CV->isNullValue()) ||
 820         (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_SGT && Op1CV->isAllOnesValue())) {
 821       if (!DoTransform) return ICI;
 822
 823       Value *In = ICI->getOperand(0);
 824       Value *Sh = ConstantInt::get(In->getType(),
 825                                    In->getType()->getScalarSizeInBits() - 1);
 826       In = Builder.CreateLShr(In, Sh, In->getName() + ".lobit");
 827       if (In->getType() != CI.getType())
 828         In = Builder.CreateIntCast(In, CI.getType(), false /*ZExt*/);
 829
 830       if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_SGT) {
 831         Constant *One = ConstantInt::get(In->getType(), 1);
 832         In = Builder.CreateXor(In, One, In->getName() + ".not");
 833       }
 834
 835       return replaceInstUsesWith(CI, In);
 836     }
 837
 838     // zext (X == 0) to i32 --> X^1      iff X has only the low bit set.
 839     // zext (X == 0) to i32 --> (X>>1)^1 iff X has only the 2nd bit set.
 840     // zext (X == 1) to i32 --> X        iff X has only the low bit set.
 841     // zext (X == 2) to i32 --> X>>1     iff X has only the 2nd bit set.
 842     // zext (X != 0) to i32 --> X        iff X has only the low bit set.
 843     // zext (X != 0) to i32 --> X>>1     iff X has only the 2nd bit set.
 844     // zext (X != 1) to i32 --> X^1      iff X has only the low bit set.
 845     // zext (X != 2) to i32 --> (X>>1)^1 iff X has only the 2nd bit set.
 846     if ((Op1CV->isNullValue() || Op1CV->isPowerOf2()) &&
 847         // This only works for EQ and NE
 848         ICI->isEquality()) {
 849       // If Op1C some other power of two, convert:
 850       KnownBits Known = computeKnownBits(ICI->getOperand(0), 0, &CI);
 851
 852       APInt KnownZeroMask(~Known.Zero);
 853       if (KnownZeroMask.isPowerOf2()) { // Exactly 1 possible 1?
 854         if (!DoTransform) return ICI;
 855
 856         bool isNE = ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE;
 857         if (!Op1CV->isNullValue() && (*Op1CV != KnownZeroMask)) {
 858           // (X&4) == 2 --> false
 859           // (X&4) != 2 --> true
 860           Constant *Res = ConstantInt::get(CI.getType(), isNE);
 861           return replaceInstUsesWith(CI, Res);
 862         }
 863
 864         uint32_t ShAmt = KnownZeroMask.logBase2();
 865         Value *In = ICI->getOperand(0);
 866         if (ShAmt) {
 867           // Perform a logical shr by shiftamt.
 868           // Insert the shift to put the result in the low bit.
 869           In = Builder.CreateLShr(In, ConstantInt::get(In->getType(), ShAmt),
 870                                   In->getName() + ".lobit");
 871         }
 872
 873         if (!Op1CV->isNullValue() == isNE) { // Toggle the low bit.
 874           Constant *One = ConstantInt::get(In->getType(), 1);
 875           In = Builder.CreateXor(In, One);
 876         }
 877
 878         if (CI.getType() == In->getType())
 879           return replaceInstUsesWith(CI, In);
 880
 881         Value *IntCast = Builder.CreateIntCast(In, CI.getType(), false);
 882         return replaceInstUsesWith(CI, IntCast);
 883       }
 884     }
 885   }
 886
 887   // icmp ne A, B is equal to xor A, B when A and B only really have one bit.
 888   // It is also profitable to transform icmp eq into not(xor(A, B)) because that
 889   // may lead to additional simplifications.
 890   if (ICI->isEquality() && CI.getType() == ICI->getOperand(0)->getType()) {
 891     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(CI.getType())) {
 892       Value *LHS = ICI->getOperand(0);
 893       Value *RHS = ICI->getOperand(1);
 894
 895       KnownBits KnownLHS = computeKnownBits(LHS, 0, &CI);
 896       KnownBits KnownRHS = computeKnownBits(RHS, 0, &CI);
 897
 898       if (KnownLHS.Zero == KnownRHS.Zero && KnownLHS.One == KnownRHS.One) {
 899         APInt KnownBits = KnownLHS.Zero | KnownLHS.One;
 900         APInt UnknownBit = ~KnownBits;
 901         if (UnknownBit.countPopulation() == 1) {
 902           if (!DoTransform) return ICI;
 903
 904           Value *Result = Builder.CreateXor(LHS, RHS);
 905
 906           // Mask off any bits that are set and won't be shifted away.
 907           if (KnownLHS.One.uge(UnknownBit))
 908             Result = Builder.CreateAnd(Result,
 909                                         ConstantInt::get(ITy, UnknownBit));
 910
 911           // Shift the bit we're testing down to the lsb.
 912           Result = Builder.CreateLShr(
 913                Result, ConstantInt::get(ITy, UnknownBit.countTrailingZeros()));
 914
 915           if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
 916             Result = Builder.CreateXor(Result, ConstantInt::get(ITy, 1));
 917           Result->takeName(ICI);
 918           return replaceInstUsesWith(CI, Result);
 919         }
 920       }
 921     }
 922   }
 923
 924   return nullptr;
 925 }
 926
 927 /// Determine if the specified value can be computed in the specified wider type
 928 /// and produce the same low bits. If not, return false.
 929 ///
 930 /// If this function returns true, it can also return a non-zero number of bits
 931 /// (in BitsToClear) which indicates that the value it computes is correct for
 932 /// the zero extend, but that the additional BitsToClear bits need to be zero'd
 933 /// out.  For example, to promote something like:
 934 ///
 935 ///   %B = trunc i64 %A to i32
 936 ///   %C = lshr i32 %B, 8
 937 ///   %E = zext i32 %C to i64
 938 ///
 939 /// CanEvaluateZExtd for the 'lshr' will return true, and BitsToClear will be
 940 /// set to 8 to indicate that the promoted value needs to have bits 24-31
 941 /// cleared in addition to bits 32-63.  Since an 'and' will be generated to
 942 /// clear the top bits anyway, doing this has no extra cost.
 943 ///
 944 /// This function works on both vectors and scalars.
 945 static bool canEvaluateZExtd(Value *V, Type *Ty, unsigned &BitsToClear,
 946                              InstCombiner &IC, Instruction *CxtI) {
 947   BitsToClear = 0;
 948   if (canAlwaysEvaluateInType(V, Ty))
 949     return true;
 950   if (canNotEvaluateInType(V, Ty))
 951     return false;
 952
 953   auto *I = cast<Instruction>(V);
 954   unsigned Tmp;
 955   switch (I->getOpcode()) {
 956   case Instruction::ZExt:  // zext(zext(x)) -> zext(x).
 957   case Instruction::SExt:  // zext(sext(x)) -> sext(x).
 958   case Instruction::Trunc: // zext(trunc(x)) -> trunc(x) or zext(x)
 959     return true;
 960   case Instruction::And:
 961   case Instruction::Or:
 962   case Instruction::Xor:
 963   case Instruction::Add:
 964   case Instruction::Sub:
 965   case Instruction::Mul:
 966     if (!canEvaluateZExtd(I->getOperand(0), Ty, BitsToClear, IC, CxtI) ||
 967         !canEvaluateZExtd(I->getOperand(1), Ty, Tmp, IC, CxtI))
 968       return false;
 969     // These can all be promoted if neither operand has 'bits to clear'.
 970     if (BitsToClear == 0 && Tmp == 0)
 971       return true;
 972
 973     // If the operation is an AND/OR/XOR and the bits to clear are zero in the
 974     // other side, BitsToClear is ok.
 975     if (Tmp == 0 && I->isBitwiseLogicOp()) {
 976       // We use MaskedValueIsZero here for generality, but the case we care
 977       // about the most is constant RHS.
 978       unsigned VSize = V->getType()->getScalarSizeInBits();
 979       if (IC.MaskedValueIsZero(I->getOperand(1),
 980                                APInt::getHighBitsSet(VSize, BitsToClear),
 981                                0, CxtI)) {
 982         // If this is an And instruction and all of the BitsToClear are
 983         // known to be zero we can reset BitsToClear.
 984         if (I->getOpcode() == Instruction::And)
 985           BitsToClear = 0;
 986         return true;
 987       }
 988     }
 989
 990     // Otherwise, we don't know how to analyze this BitsToClear case yet.
 991     return false;
 992
 993   case Instruction::Shl: {
 994     // We can promote shl(x, cst) if we can promote x.  Since shl overwrites the
 995     // upper bits we can reduce BitsToClear by the shift amount.
 996     const APInt *Amt;
 997     if (match(I->getOperand(1), m_APInt(Amt))) {
 998       if (!canEvaluateZExtd(I->getOperand(0), Ty, BitsToClear, IC, CxtI))
 999         return false;
1000       uint64_t ShiftAmt = Amt->getZExtValue();
1001       BitsToClear = ShiftAmt < BitsToClear ? BitsToClear - ShiftAmt : 0;
1002       return true;
1003     }
1004     return false;
1005   }
1006   case Instruction::LShr: {
1007     // We can promote lshr(x, cst) if we can promote x.  This requires the
1008     // ultimate 'and' to clear out the high zero bits we're clearing out though.
1009     const APInt *Amt;
1010     if (match(I->getOperand(1), m_APInt(Amt))) {
1011       if (!canEvaluateZExtd(I->getOperand(0), Ty, BitsToClear, IC, CxtI))
1012         return false;
1013       BitsToClear += Amt->getZExtValue();
1014       if (BitsToClear > V->getType()->getScalarSizeInBits())
1015         BitsToClear = V->getType()->getScalarSizeInBits();
1016       return true;
1017     }
1018     // Cannot promote variable LSHR.
1019     return false;
1020   }
1021   case Instruction::Select:
1022     if (!canEvaluateZExtd(I->getOperand(1), Ty, Tmp, IC, CxtI) ||
1023         !canEvaluateZExtd(I->getOperand(2), Ty, BitsToClear, IC, CxtI) ||
1024         // TODO: If important, we could handle the case when the BitsToClear are
1025         // known zero in the disagreeing side.
1026         Tmp != BitsToClear)
1027       return false;
1028     return true;
1029
1030   case Instruction::PHI: {
1031     // We can change a phi if we can change all operands.  Note that we never
1032     // get into trouble with cyclic PHIs here because we only consider
1033     // instructions with a single use.
1034     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
1035     if (!canEvaluateZExtd(PN->getIncomingValue(0), Ty, BitsToClear, IC, CxtI))
1036       return false;
1037     for (unsigned i = 1, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1038       if (!canEvaluateZExtd(PN->getIncomingValue(i), Ty, Tmp, IC, CxtI) ||
1039           // TODO: If important, we could handle the case when the BitsToClear
1040           // are known zero in the disagreeing input.
1041           Tmp != BitsToClear)
1042         return false;
1043     return true;
1044   }
1045   default:
1046     // TODO: Can handle more cases here.
1047     return false;
1048   }
1049 }
1050
1051 Instruction *InstCombiner::visitZExt(ZExtInst &CI) {
1052   // If this zero extend is only used by a truncate, let the truncate be
1053   // eliminated before we try to optimize this zext.
1054   if (CI.hasOneUse() && isa<TruncInst>(CI.user_back()))
1055     return nullptr;
1056
1057   // If one of the common conversion will work, do it.
1058   if (Instruction *Result = commonCastTransforms(CI))
1059     return Result;
1060
1061   Value *Src = CI.getOperand(0);
1062   Type *SrcTy = Src->getType(), *DestTy = CI.getType();
1063
1064   // Attempt to extend the entire input expression tree to the destination
1065   // type.   Only do this if the dest type is a simple type, don't convert the
1066   // expression tree to something weird like i93 unless the source is also
1067   // strange.
1068   unsigned BitsToClear;
1069   if ((DestTy->isVectorTy() || shouldChangeType(SrcTy, DestTy)) &&
1070       canEvaluateZExtd(Src, DestTy, BitsToClear, *this, &CI)) {
1071     assert(BitsToClear <= SrcTy->getScalarSizeInBits() &&
1072            "Can't clear more bits than in SrcTy");
1073
1074     // Okay, we can transform this!  Insert the new expression now.
1075     LLVM_DEBUG(
1076         dbgs() << "ICE: EvaluateInDifferentType converting expression type"
1077                   " to avoid zero extend: "
1078                << CI << '\n');
1079     Value *Res = EvaluateInDifferentType(Src, DestTy, false);
1080     assert(Res->getType() == DestTy);
1081
1082     // Preserve debug values referring to Src if the zext is its last use.
1083     if (auto *SrcOp = dyn_cast<Instruction>(Src))
1084       if (SrcOp->hasOneUse())
1085         replaceAllDbgUsesWith(*SrcOp, *Res, CI, DT);
1086
1087     uint32_t SrcBitsKept = SrcTy->getScalarSizeInBits()-BitsToClear;
1088     uint32_t DestBitSize = DestTy->getScalarSizeInBits();
1089
1090     // If the high bits are already filled with zeros, just replace this
1091     // cast with the result.
1092     if (MaskedValueIsZero(Res,
1093                           APInt::getHighBitsSet(DestBitSize,
1094                                                 DestBitSize-SrcBitsKept),
1095                              0, &CI))
1096       return replaceInstUsesWith(CI, Res);
1097
1098     // We need to emit an AND to clear the high bits.
1099     Constant *C = ConstantInt::get(Res->getType(),
1100                                APInt::getLowBitsSet(DestBitSize, SrcBitsKept));
1101     return BinaryOperator::CreateAnd(Res, C);
1102   }
1103
1104   // If this is a TRUNC followed by a ZEXT then we are dealing with integral
1105   // types and if the sizes are just right we can convert this into a logical
1106   // 'and' which will be much cheaper than the pair of casts.
1107   if (TruncInst *CSrc = dyn_cast<TruncInst>(Src)) {   // A->B->C cast
1108     // TODO: Subsume this into EvaluateInDifferentType.
1109
1110     // Get the sizes of the types involved.  We know that the intermediate type
1111     // will be smaller than A or C, but don't know the relation between A and C.
1112     Value *A = CSrc->getOperand(0);
1113     unsigned SrcSize = A->getType()->getScalarSizeInBits();
1114     unsigned MidSize = CSrc->getType()->getScalarSizeInBits();
1115     unsigned DstSize = CI.getType()->getScalarSizeInBits();
1116     // If we're actually extending zero bits, then if
1117     // SrcSize <  DstSize: zext(a & mask)
1118     // SrcSize == DstSize: a & mask
1119     // SrcSize  > DstSize: trunc(a) & mask
1120     if (SrcSize < DstSize) {
1121       APInt AndValue(APInt::getLowBitsSet(SrcSize, MidSize));
1122       Constant *AndConst = ConstantInt::get(A->getType(), AndValue);
1123       Value *And = Builder.CreateAnd(A, AndConst, CSrc->getName() + ".mask");
1124       return new ZExtInst(And, CI.getType());
1125     }
1126
1127     if (SrcSize == DstSize) {
1128       APInt AndValue(APInt::getLowBitsSet(SrcSize, MidSize));
1129       return BinaryOperator::CreateAnd(A, ConstantInt::get(A->getType(),
1130                                                            AndValue));
1131     }
1132     if (SrcSize > DstSize) {
1133       Value *Trunc = Builder.CreateTrunc(A, CI.getType());
1134       APInt AndValue(APInt::getLowBitsSet(DstSize, MidSize));
1135       return BinaryOperator::CreateAnd(Trunc,
1136                                        ConstantInt::get(Trunc->getType(),
1137                                                         AndValue));
1138     }
1139   }
1140
1141   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(Src))
1142     return transformZExtICmp(ICI, CI);
1143
1144   BinaryOperator *SrcI = dyn_cast<BinaryOperator>(Src);
1145   if (SrcI && SrcI->getOpcode() == Instruction::Or) {
1146     // zext (or icmp, icmp) -> or (zext icmp), (zext icmp) if at least one
1147     // of the (zext icmp) can be eliminated. If so, immediately perform the
1148     // according elimination.
1149     ICmpInst *LHS = dyn_cast<ICmpInst>(SrcI->getOperand(0));
1150     ICmpInst *RHS = dyn_cast<ICmpInst>(SrcI->getOperand(1));
1151     if (LHS && RHS && LHS->hasOneUse() && RHS->hasOneUse() &&
1152         (transformZExtICmp(LHS, CI, false) ||
1153          transformZExtICmp(RHS, CI, false))) {
1154       // zext (or icmp, icmp) -> or (zext icmp), (zext icmp)
1155       Value *LCast = Builder.CreateZExt(LHS, CI.getType(), LHS->getName());
1156       Value *RCast = Builder.CreateZExt(RHS, CI.getType(), RHS->getName());
1157       BinaryOperator *Or = BinaryOperator::Create(Instruction::Or, LCast, RCast);
1158
1159       // Perform the elimination.
1160       if (auto *LZExt = dyn_cast<ZExtInst>(LCast))
1161         transformZExtICmp(LHS, *LZExt);
1162       if (auto *RZExt = dyn_cast<ZExtInst>(RCast))
1163         transformZExtICmp(RHS, *RZExt);
1164
1165       return Or;
1166     }
1167   }
1168
1169   // zext(trunc(X) & C) -> (X & zext(C)).
1170   Constant *C;
1171   Value *X;
1172   if (SrcI &&
1173       match(SrcI, m_OneUse(m_And(m_Trunc(m_Value(X)), m_Constant(C)))) &&
1174       X->getType() == CI.getType())
1175     return BinaryOperator::CreateAnd(X, ConstantExpr::getZExt(C, CI.getType()));
1176
1177   // zext((trunc(X) & C) ^ C) -> ((X & zext(C)) ^ zext(C)).
1178   Value *And;
1179   if (SrcI && match(SrcI, m_OneUse(m_Xor(m_Value(And), m_Constant(C)))) &&
1180       match(And, m_OneUse(m_And(m_Trunc(m_Value(X)), m_Specific(C)))) &&
1181       X->getType() == CI.getType()) {
1182     Constant *ZC = ConstantExpr::getZExt(C, CI.getType());
1183     return BinaryOperator::CreateXor(Builder.CreateAnd(X, ZC), ZC);
1184   }
1185
1186   return nullptr;
1187 }
1188
1189 /// Transform (sext icmp) to bitwise / integer operations to eliminate the icmp.
1190 Instruction *InstCombiner::transformSExtICmp(ICmpInst *ICI, Instruction &CI) {
1191   Value *Op0 = ICI->getOperand(0), *Op1 = ICI->getOperand(1);
1192   ICmpInst::Predicate Pred = ICI->getPredicate();
1193
1194   // Don't bother if Op1 isn't of vector or integer type.
1195   if (!Op1->getType()->isIntOrIntVectorTy())
1196     return nullptr;
1197
1198   if ((Pred == ICmpInst::ICMP_SLT && match(Op1, m_ZeroInt())) ||
1199       (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT && match(Op1, m_AllOnes()))) {
1200     // (x <s  0) ? -1 : 0 -> ashr x, 31        -> all ones if negative
1201     // (x >s -1) ? -1 : 0 -> not (ashr x, 31)  -> all ones if positive
1202     Value *Sh = ConstantInt::get(Op0->getType(),
1203                                  Op0->getType()->getScalarSizeInBits() - 1);
1204     Value *In = Builder.CreateAShr(Op0, Sh, Op0->getName() + ".lobit");
1205     if (In->getType() != CI.getType())
1206       In = Builder.CreateIntCast(In, CI.getType(), true /*SExt*/);
1207
1208     if (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT)
1209       In = Builder.CreateNot(In, In->getName() + ".not");
1210     return replaceInstUsesWith(CI, In);
1211   }
1212
1213   if (ConstantInt *Op1C = dyn_cast<ConstantInt>(Op1)) {
1214     // If we know that only one bit of the LHS of the icmp can be set and we
1215     // have an equality comparison with zero or a power of 2, we can transform
1216     // the icmp and sext into bitwise/integer operations.
1217     if (ICI->hasOneUse() &&
1218         ICI->isEquality() && (Op1C->isZero() || Op1C->getValue().isPowerOf2())){
1219       KnownBits Known = computeKnownBits(Op0, 0, &CI);
1220
1221       APInt KnownZeroMask(~Known.Zero);
1222       if (KnownZeroMask.isPowerOf2()) {
1223         Value *In = ICI->getOperand(0);
1224
1225         // If the icmp tests for a known zero bit we can constant fold it.
1226         if (!Op1C->isZero() && Op1C->getValue() != KnownZeroMask) {
1227           Value *V = Pred == ICmpInst::ICMP_NE ?
1228                        ConstantInt::getAllOnesValue(CI.getType()) :
1229                        ConstantInt::getNullValue(CI.getType());
1230           return replaceInstUsesWith(CI, V);
1231         }
1232
1233         if (!Op1C->isZero() == (Pred == ICmpInst::ICMP_NE)) {
1234           // sext ((x & 2^n) == 0)   -> (x >> n) - 1
1235           // sext ((x & 2^n) != 2^n) -> (x >> n) - 1
1236           unsigned ShiftAmt = KnownZeroMask.countTrailingZeros();
1237           // Perform a right shift to place the desired bit in the LSB.
1238           if (ShiftAmt)
1239             In = Builder.CreateLShr(In,
1240                                     ConstantInt::get(In->getType(), ShiftAmt));
1241
1242           // At this point "In" is either 1 or 0. Subtract 1 to turn
1243           // {1, 0} -> {0, -1}.
1244           In = Builder.CreateAdd(In,
1245                                  ConstantInt::getAllOnesValue(In->getType()),
1246                                  "sext");
1247         } else {
1248           // sext ((x & 2^n) != 0)   -> (x << bitwidth-n) a>> bitwidth-1
1249           // sext ((x & 2^n) == 2^n) -> (x << bitwidth-n) a>> bitwidth-1
1250           unsigned ShiftAmt = KnownZeroMask.countLeadingZeros();
1251           // Perform a left shift to place the desired bit in the MSB.
1252           if (ShiftAmt)
1253             In = Builder.CreateShl(In,
1254                                    ConstantInt::get(In->getType(), ShiftAmt));
1255
1256           // Distribute the bit over the whole bit width.
1257           In = Builder.CreateAShr(In, ConstantInt::get(In->getType(),
1258                                   KnownZeroMask.getBitWidth() - 1), "sext");
1259         }
1260
1261         if (CI.getType() == In->getType())
1262           return replaceInstUsesWith(CI, In);
1263         return CastInst::CreateIntegerCast(In, CI.getType(), true/*SExt*/);
1264       }
1265     }
1266   }
1267
1268   return nullptr;
1269 }
1270
1271 /// Return true if we can take the specified value and return it as type Ty
1272 /// without inserting any new casts and without changing the value of the common
1273 /// low bits.  This is used by code that tries to promote integer operations to
1274 /// a wider types will allow us to eliminate the extension.
1275 ///
1276 /// This function works on both vectors and scalars.
1277 ///
1278 static bool canEvaluateSExtd(Value *V, Type *Ty) {
1279   assert(V->getType()->getScalarSizeInBits() < Ty->getScalarSizeInBits() &&
1280          "Can't sign extend type to a smaller type");
1281   if (canAlwaysEvaluateInType(V, Ty))
1282     return true;
1283   if (canNotEvaluateInType(V, Ty))
1284     return false;
1285
1286   auto *I = cast<Instruction>(V);
1287   switch (I->getOpcode()) {
1288   case Instruction::SExt:  // sext(sext(x)) -> sext(x)
1289   case Instruction::ZExt:  // sext(zext(x)) -> zext(x)
1290   case Instruction::Trunc: // sext(trunc(x)) -> trunc(x) or sext(x)
1291     return true;
1292   case Instruction::And:
1293   case Instruction::Or:
1294   case Instruction::Xor:
1295   case Instruction::Add:
1296   case Instruction::Sub:
1297   case Instruction::Mul:
1298     // These operators can all arbitrarily be extended if their inputs can.
1299     return canEvaluateSExtd(I->getOperand(0), Ty) &&
1300            canEvaluateSExtd(I->getOperand(1), Ty);
1301
1302   //case Instruction::Shl:   TODO
1303   //case Instruction::LShr:  TODO
1304
1305   case Instruction::Select:
1306     return canEvaluateSExtd(I->getOperand(1), Ty) &&
1307            canEvaluateSExtd(I->getOperand(2), Ty);
1308
1309   case Instruction::PHI: {
1310     // We can change a phi if we can change all operands.  Note that we never
1311     // get into trouble with cyclic PHIs here because we only consider
1312     // instructions with a single use.
1313     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
1314     for (Value *IncValue : PN->incoming_values())
1315       if (!canEvaluateSExtd(IncValue, Ty)) return false;
1316     return true;
1317   }
1318   default:
1319     // TODO: Can handle more cases here.
1320     break;
1321   }
1322
1323   return false;
1324 }
1325
1326 Instruction *InstCombiner::visitSExt(SExtInst &CI) {
1327   // If this sign extend is only used by a truncate, let the truncate be
1328   // eliminated before we try to optimize this sext.
1329   if (CI.hasOneUse() && isa<TruncInst>(CI.user_back()))
1330     return nullptr;
1331
1332   if (Instruction *I = commonCastTransforms(CI))
1333     return I;
1334
1335   Value *Src = CI.getOperand(0);
1336   Type *SrcTy = Src->getType(), *DestTy = CI.getType();
1337
1338   // If we know that the value being extended is positive, we can use a zext
1339   // instead.
1340   KnownBits Known = computeKnownBits(Src, 0, &CI);
1341   if (Known.isNonNegative()) {
1342     Value *ZExt = Builder.CreateZExt(Src, DestTy);
1343     return replaceInstUsesWith(CI, ZExt);
1344   }
1345
1346   // Attempt to extend the entire input expression tree to the destination
1347   // type.   Only do this if the dest type is a simple type, don't convert the
1348   // expression tree to something weird like i93 unless the source is also
1349   // strange.
1350   if ((DestTy->isVectorTy() || shouldChangeType(SrcTy, DestTy)) &&
1351       canEvaluateSExtd(Src, DestTy)) {
1352     // Okay, we can transform this!  Insert the new expression now.
1353     LLVM_DEBUG(
1354         dbgs() << "ICE: EvaluateInDifferentType converting expression type"
1355                   " to avoid sign extend: "
1356                << CI << '\n');
1357     Value *Res = EvaluateInDifferentType(Src, DestTy, true);
1358     assert(Res->getType() == DestTy);
1359
1360     uint32_t SrcBitSize = SrcTy->getScalarSizeInBits();
1361     uint32_t DestBitSize = DestTy->getScalarSizeInBits();
1362
1363     // If the high bits are already filled with sign bit, just replace this
1364     // cast with the result.
1365     if (ComputeNumSignBits(Res, 0, &CI) > DestBitSize - SrcBitSize)
1366       return replaceInstUsesWith(CI, Res);
1367
1368     // We need to emit a shl + ashr to do the sign extend.
1369     Value *ShAmt = ConstantInt::get(DestTy, DestBitSize-SrcBitSize);
1370     return BinaryOperator::CreateAShr(Builder.CreateShl(Res, ShAmt, "sext"),
1371                                       ShAmt);
1372   }
1373
1374   // If the input is a trunc from the destination type, then turn sext(trunc(x))
1375   // into shifts.
1376   Value *X;
1377   if (match(Src, m_OneUse(m_Trunc(m_Value(X)))) && X->getType() == DestTy) {
1378     // sext(trunc(X)) --> ashr(shl(X, C), C)
1379     unsigned SrcBitSize = SrcTy->getScalarSizeInBits();
1380     unsigned DestBitSize = DestTy->getScalarSizeInBits();
1381     Constant *ShAmt = ConstantInt::get(DestTy, DestBitSize - SrcBitSize);
1382     return BinaryOperator::CreateAShr(Builder.CreateShl(X, ShAmt), ShAmt);
1383   }
1384
1385   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(Src))
1386     return transformSExtICmp(ICI, CI);
1387
1388   // If the input is a shl/ashr pair of a same constant, then this is a sign
1389   // extension from a smaller value.  If we could trust arbitrary bitwidth
1390   // integers, we could turn this into a truncate to the smaller bit and then
1391   // use a sext for the whole extension.  Since we don't, look deeper and check
1392   // for a truncate.  If the source and dest are the same type, eliminate the
1393   // trunc and extend and just do shifts.  For example, turn:
1394   //   %a = trunc i32 %i to i8
1395   //   %b = shl i8 %a, 6
1396   //   %c = ashr i8 %b, 6
1397   //   %d = sext i8 %c to i32
1398   // into:
1399   //   %a = shl i32 %i, 30
1400   //   %d = ashr i32 %a, 30
1401   Value *A = nullptr;
1402   // TODO: Eventually this could be subsumed by EvaluateInDifferentType.
1403   ConstantInt *BA = nullptr, *CA = nullptr;
1404   if (match(Src, m_AShr(m_Shl(m_Trunc(m_Value(A)), m_ConstantInt(BA)),
1405                         m_ConstantInt(CA))) &&
1406       BA == CA && A->getType() == CI.getType()) {
1407     unsigned MidSize = Src->getType()->getScalarSizeInBits();
1408     unsigned SrcDstSize = CI.getType()->getScalarSizeInBits();
1409     unsigned ShAmt = CA->getZExtValue()+SrcDstSize-MidSize;
1410     Constant *ShAmtV = ConstantInt::get(CI.getType(), ShAmt);
1411     A = Builder.CreateShl(A, ShAmtV, CI.getName());
1412     return BinaryOperator::CreateAShr(A, ShAmtV);
1413   }
1414
1415   return nullptr;
1416 }
1417
1418
1419 /// Return a Constant* for the specified floating-point constant if it fits
1420 /// in the specified FP type without changing its value.
1421 static bool fitsInFPType(ConstantFP *CFP, const fltSemantics &Sem) {
1422   bool losesInfo;
1423   APFloat F = CFP->getValueAPF();
1424   (void)F.convert(Sem, APFloat::rmNearestTiesToEven, &losesInfo);
1425   return !losesInfo;
1426 }
1427
1428 static Type *shrinkFPConstant(ConstantFP *CFP) {
1429   if (CFP->getType() == Type::getPPC_FP128Ty(CFP->getContext()))
1430     return nullptr;  // No constant folding of this.
1431   // See if the value can be truncated to half and then reextended.
1432   if (fitsInFPType(CFP, APFloat::IEEEhalf()))
1433     return Type::getHalfTy(CFP->getContext());
1434   // See if the value can be truncated to float and then reextended.
1435   if (fitsInFPType(CFP, APFloat::IEEEsingle()))
1436     return Type::getFloatTy(CFP->getContext());
1437   if (CFP->getType()->isDoubleTy())
1438     return nullptr;  // Won't shrink.
1439   if (fitsInFPType(CFP, APFloat::IEEEdouble()))
1440     return Type::getDoubleTy(CFP->getContext());
1441   // Don't try to shrink to various long double types.
1442   return nullptr;
1443 }
1444
1445 // Determine if this is a vector of ConstantFPs and if so, return the minimal
1446 // type we can safely truncate all elements to.
1447 // TODO: Make these support undef elements.
1448 static Type *shrinkFPConstantVector(Value *V) {
1449   auto *CV = dyn_cast<Constant>(V);
1450   if (!CV || !CV->getType()->isVectorTy())
1451     return nullptr;
1452
1453   Type *MinType = nullptr;
1454
1455   unsigned NumElts = CV->getType()->getVectorNumElements();
1456   for (unsigned i = 0; i != NumElts; ++i) {
1457     auto *CFP = dyn_cast_or_null<ConstantFP>(CV->getAggregateElement(i));
1458     if (!CFP)
1459       return nullptr;
1460
1461     Type *T = shrinkFPConstant(CFP);
1462     if (!T)
1463       return nullptr;
1464
1465     // If we haven't found a type yet or this type has a larger mantissa than
1466     // our previous type, this is our new minimal type.
1467     if (!MinType || T->getFPMantissaWidth() > MinType->getFPMantissaWidth())
1468       MinType = T;
1469   }
1470
1471   // Make a vector type from the minimal type.
1472   return VectorType::get(MinType, NumElts);
1473 }
1474
1475 /// Find the minimum FP type we can safely truncate to.
1476 static Type *getMinimumFPType(Value *V) {
1477   if (auto *FPExt = dyn_cast<FPExtInst>(V))
1478     return FPExt->getOperand(0)->getType();
1479
1480   // If this value is a constant, return the constant in the smallest FP type
1481   // that can accurately represent it.  This allows us to turn
1482   // (float)((double)X+2.0) into x+2.0f.
1483   if (auto *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V))
1484     if (Type *T = shrinkFPConstant(CFP))
1485       return T;
1486
1487   // Try to shrink a vector of FP constants.
1488   if (Type *T = shrinkFPConstantVector(V))
1489     return T;
1490
1491   return V->getType();
1492 }
1493
1494 Instruction *InstCombiner::visitFPTrunc(FPTruncInst &FPT) {
1495   if (Instruction *I = commonCastTransforms(FPT))
1496     return I;
1497
1498   // If we have fptrunc(OpI (fpextend x), (fpextend y)), we would like to
1499   // simplify this expression to avoid one or more of the trunc/extend
1500   // operations if we can do so without changing the numerical results.
1501   //
1502   // The exact manner in which the widths of the operands interact to limit
1503   // what we can and cannot do safely varies from operation to operation, and
1504   // is explained below in the various case statements.
1505   Type *Ty = FPT.getType();
1506   BinaryOperator *OpI = dyn_cast<BinaryOperator>(FPT.getOperand(0));
1507   if (OpI && OpI->hasOneUse()) {
1508     Type *LHSMinType = getMinimumFPType(OpI->getOperand(0));
1509     Type *RHSMinType = getMinimumFPType(OpI->getOperand(1));
1510     unsigned OpWidth = OpI->getType()->getFPMantissaWidth();
1511     unsigned LHSWidth = LHSMinType->getFPMantissaWidth();
1512     unsigned RHSWidth = RHSMinType->getFPMantissaWidth();
1513     unsigned SrcWidth = std::max(LHSWidth, RHSWidth);
1514     unsigned DstWidth = Ty->getFPMantissaWidth();
1515     switch (OpI->getOpcode()) {
1516       default: break;
1517       case Instruction::FAdd:
1518       case Instruction::FSub:
1519         // For addition and subtraction, the infinitely precise result can
1520         // essentially be arbitrarily wide; proving that double rounding
1521         // will not occur because the result of OpI is exact (as we will for
1522         // FMul, for example) is hopeless.  However, we *can* nonetheless
1523         // frequently know that double rounding cannot occur (or that it is
1524         // innocuous) by taking advantage of the specific structure of
1525         // infinitely-precise results that admit double rounding.
1526         //
1527         // Specifically, if OpWidth >= 2*DstWdith+1 and DstWidth is sufficient
1528         // to represent both sources, we can guarantee that the double
1529         // rounding is innocuous (See p50 of Figueroa's 2000 PhD thesis,
1530         // "A Rigorous Framework for Fully Supporting the IEEE Standard ..."
1531         // for proof of this fact).
1532         //
1533         // Note: Figueroa does not consider the case where DstFormat !=
1534         // SrcFormat.  It's possible (likely even!) that this analysis
1535         // could be tightened for those cases, but they are rare (the main
1536         // case of interest here is (float)((double)float + float)).
1537         if (OpWidth >= 2*DstWidth+1 && DstWidth >= SrcWidth) {
1538           Value *LHS = Builder.CreateFPTrunc(OpI->getOperand(0), Ty);
1539           Value *RHS = Builder.CreateFPTrunc(OpI->getOperand(1), Ty);
1540           Instruction *RI = BinaryOperator::Create(OpI->getOpcode(), LHS, RHS);
1541           RI->copyFastMathFlags(OpI);
1542           return RI;
1543         }
1544         break;
1545       case Instruction::FMul:
1546         // For multiplication, the infinitely precise result has at most
1547         // LHSWidth + RHSWidth significant bits; if OpWidth is sufficient
1548         // that such a value can be exactly represented, then no double
1549         // rounding can possibly occur; we can safely perform the operation
1550         // in the destination format if it can represent both sources.
1551         if (OpWidth >= LHSWidth + RHSWidth && DstWidth >= SrcWidth) {
1552           Value *LHS = Builder.CreateFPTrunc(OpI->getOperand(0), Ty);
1553           Value *RHS = Builder.CreateFPTrunc(OpI->getOperand(1), Ty);
1554           return BinaryOperator::CreateFMulFMF(LHS, RHS, OpI);
1555         }
1556         break;
1557       case Instruction::FDiv:
1558         // For division, we use again use the bound from Figueroa's
1559         // dissertation.  I am entirely certain that this bound can be
1560         // tightened in the unbalanced operand case by an analysis based on
1561         // the diophantine rational approximation bound, but the well-known
1562         // condition used here is a good conservative first pass.
1563         // TODO: Tighten bound via rigorous analysis of the unbalanced case.
1564         if (OpWidth >= 2*DstWidth && DstWidth >= SrcWidth) {
1565           Value *LHS = Builder.CreateFPTrunc(OpI->getOperand(0), Ty);
1566           Value *RHS = Builder.CreateFPTrunc(OpI->getOperand(1), Ty);
1567           return BinaryOperator::CreateFDivFMF(LHS, RHS, OpI);
1568         }
1569         break;
1570       case Instruction::FRem: {
1571         // Remainder is straightforward.  Remainder is always exact, so the
1572         // type of OpI doesn't enter into things at all.  We simply evaluate
1573         // in whichever source type is larger, then convert to the
1574         // destination type.
1575         if (SrcWidth == OpWidth)
1576           break;
1577         Value *LHS, *RHS;
1578         if (LHSWidth == SrcWidth) {
1579            LHS = Builder.CreateFPTrunc(OpI->getOperand(0), LHSMinType);
1580            RHS = Builder.CreateFPTrunc(OpI->getOperand(1), LHSMinType);
1581         } else {
1582            LHS = Builder.CreateFPTrunc(OpI->getOperand(0), RHSMinType);
1583            RHS = Builder.CreateFPTrunc(OpI->getOperand(1), RHSMinType);
1584         }
1585
1586         Value *ExactResult = Builder.CreateFRemFMF(LHS, RHS, OpI);
1587         return CastInst::CreateFPCast(ExactResult, Ty);
1588       }
1589     }
1590
1591     // (fptrunc (fneg x)) -> (fneg (fptrunc x))
1592     if (BinaryOperator::isFNeg(OpI)) {
1593       Value *InnerTrunc = Builder.CreateFPTrunc(OpI->getOperand(1), Ty);
1594       return BinaryOperator::CreateFNegFMF(InnerTrunc, OpI);
1595     }
1596   }
1597
1598   if (auto *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(FPT.getOperand(0))) {
1599     switch (II->getIntrinsicID()) {
1600     default: break;
1601     case Intrinsic::ceil:
1602     case Intrinsic::fabs:
1603     case Intrinsic::floor:
1604     case Intrinsic::nearbyint:
1605     case Intrinsic::rint:
1606     case Intrinsic::round:
1607     case Intrinsic::trunc: {
1608       Value *Src = II->getArgOperand(0);
1609       if (!Src->hasOneUse())
1610         break;
1611
1612       // Except for fabs, this transformation requires the input of the unary FP
1613       // operation to be itself an fpext from the type to which we're
1614       // truncating.
1615       if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::fabs) {
1616         FPExtInst *FPExtSrc = dyn_cast<FPExtInst>(Src);
1617         if (!FPExtSrc || FPExtSrc->getSrcTy() != Ty)
1618           break;
1619       }
1620
1621       // Do unary FP operation on smaller type.
1622       // (fptrunc (fabs x)) -> (fabs (fptrunc x))
1623       Value *InnerTrunc = Builder.CreateFPTrunc(Src, Ty);
1624       Function *Overload = Intrinsic::getDeclaration(FPT.getModule(),
1625                                                      II->getIntrinsicID(), Ty);
1626       SmallVector<OperandBundleDef, 1> OpBundles;
1627       II->getOperandBundlesAsDefs(OpBundles);
1628       CallInst *NewCI = CallInst::Create(Overload, { InnerTrunc }, OpBundles,
1629                                          II->getName());
1630       NewCI->copyFastMathFlags(II);
1631       return NewCI;
1632     }
1633     }
1634   }
1635
1636   if (Instruction *I = shrinkInsertElt(FPT, Builder))
1637     return I;
1638
1639   return nullptr;
1640 }
1641
1642 Instruction *InstCombiner::visitFPExt(CastInst &CI) {
1643   return commonCastTransforms(CI);
1644 }
1645
1646 // fpto{s/u}i({u/s}itofp(X)) --> X or zext(X) or sext(X) or trunc(X)
1647 // This is safe if the intermediate type has enough bits in its mantissa to
1648 // accurately represent all values of X.  For example, this won't work with
1649 // i64 -> float -> i64.
1650 Instruction *InstCombiner::FoldItoFPtoI(Instruction &FI) {
1651   if (!isa<UIToFPInst>(FI.getOperand(0)) && !isa<SIToFPInst>(FI.getOperand(0)))
1652     return nullptr;
1653   Instruction *OpI = cast<Instruction>(FI.getOperand(0));
1654
1655   Value *SrcI = OpI->getOperand(0);
1656   Type *FITy = FI.getType();
1657   Type *OpITy = OpI->getType();
1658   Type *SrcTy = SrcI->getType();
1659   bool IsInputSigned = isa<SIToFPInst>(OpI);
1660   bool IsOutputSigned = isa<FPToSIInst>(FI);
1661
1662   // We can safely assume the conversion won't overflow the output range,
1663   // because (for example) (uint8_t)18293.f is undefined behavior.
1664
1665   // Since we can assume the conversion won't overflow, our decision as to
1666   // whether the input will fit in the float should depend on the minimum
1667   // of the input range and output range.
1668
1669   // This means this is also safe for a signed input and unsigned output, since
1670   // a negative input would lead to undefined behavior.
1671   int InputSize = (int)SrcTy->getScalarSizeInBits() - IsInputSigned;
1672   int OutputSize = (int)FITy->getScalarSizeInBits() - IsOutputSigned;
1673   int ActualSize = std::min(InputSize, OutputSize);
1674
1675   if (ActualSize <= OpITy->getFPMantissaWidth()) {
1676     if (FITy->getScalarSizeInBits() > SrcTy->getScalarSizeInBits()) {
1677       if (IsInputSigned && IsOutputSigned)
1678         return new SExtInst(SrcI, FITy);
1679       return new ZExtInst(SrcI, FITy);
1680     }
1681     if (FITy->getScalarSizeInBits() < SrcTy->getScalarSizeInBits())
1682       return new TruncInst(SrcI, FITy);
1683     if (SrcTy == FITy)
1684       return replaceInstUsesWith(FI, SrcI);
1685     return new BitCastInst(SrcI, FITy);
1686   }
1687   return nullptr;
1688 }
1689
1690 Instruction *InstCombiner::visitFPToUI(FPToUIInst &FI) {
1691   Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(FI.getOperand(0));
1692   if (!OpI)
1693     return commonCastTransforms(FI);
1694
1695   if (Instruction *I = FoldItoFPtoI(FI))
1696     return I;
1697
1698   return commonCastTransforms(FI);
1699 }
1700
1701 Instruction *InstCombiner::visitFPToSI(FPToSIInst &FI) {
1702   Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(FI.getOperand(0));
1703   if (!OpI)
1704     return commonCastTransforms(FI);
1705
1706   if (Instruction *I = FoldItoFPtoI(FI))
1707     return I;
1708
1709   return commonCastTransforms(FI);
1710 }
1711
1712 Instruction *InstCombiner::visitUIToFP(CastInst &CI) {
1713   return commonCastTransforms(CI);
1714 }
1715
1716 Instruction *InstCombiner::visitSIToFP(CastInst &CI) {
1717   return commonCastTransforms(CI);
1718 }
1719
1720 Instruction *InstCombiner::visitIntToPtr(IntToPtrInst &CI) {
1721   // If the source integer type is not the intptr_t type for this target, do a
1722   // trunc or zext to the intptr_t type, then inttoptr of it.  This allows the
1723   // cast to be exposed to other transforms.
1724   unsigned AS = CI.getAddressSpace();
1725   if (CI.getOperand(0)->getType()->getScalarSizeInBits() !=
1726       DL.getPointerSizeInBits(AS)) {
1727     Type *Ty = DL.getIntPtrType(CI.getContext(), AS);
1728     if (CI.getType()->isVectorTy()) // Handle vectors of pointers.
1729       Ty = VectorType::get(Ty, CI.getType()->getVectorNumElements());
1730
1731     Value *P = Builder.CreateZExtOrTrunc(CI.getOperand(0), Ty);
1732     return new IntToPtrInst(P, CI.getType());
1733   }
1734
1735   if (Instruction *I = commonCastTransforms(CI))
1736     return I;
1737
1738   return nullptr;
1739 }
1740
1741 /// Implement the transforms for cast of pointer (bitcast/ptrtoint)
1742 Instruction *InstCombiner::commonPointerCastTransforms(CastInst &CI) {
1743   Value *Src = CI.getOperand(0);
1744
1745   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Src)) {
1746     // If casting the result of a getelementptr instruction with no offset, turn
1747     // this into a cast of the original pointer!
1748     if (GEP->hasAllZeroIndices() &&
1749         // If CI is an addrspacecast and GEP changes the poiner type, merging
1750         // GEP into CI would undo canonicalizing addrspacecast with different
1751         // pointer types, causing infinite loops.
1752         (!isa<AddrSpaceCastInst>(CI) ||
1753          GEP->getType() == GEP->getPointerOperandType())) {
1754       // Changing the cast operand is usually not a good idea but it is safe
1755       // here because the pointer operand is being replaced with another
1756       // pointer operand so the opcode doesn't need to change.
1757       Worklist.Add(GEP);
1758       CI.setOperand(0, GEP->getOperand(0));
1759       return &CI;
1760     }
1761   }
1762
1763   return commonCastTransforms(CI);
1764 }
1765
1766 Instruction *InstCombiner::visitPtrToInt(PtrToIntInst &CI) {
1767   // If the destination integer type is not the intptr_t type for this target,
1768   // do a ptrtoint to intptr_t then do a trunc or zext.  This allows the cast
1769   // to be exposed to other transforms.
1770
1771   Type *Ty = CI.getType();
1772   unsigned AS = CI.getPointerAddressSpace();
1773
1774   if (Ty->getScalarSizeInBits() == DL.getIndexSizeInBits(AS))
1775     return commonPointerCastTransforms(CI);
1776
1777   Type *PtrTy = DL.getIntPtrType(CI.getContext(), AS);
1778   if (Ty->isVectorTy()) // Handle vectors of pointers.
1779     PtrTy = VectorType::get(PtrTy, Ty->getVectorNumElements());
1780
1781   Value *P = Builder.CreatePtrToInt(CI.getOperand(0), PtrTy);
1782   return CastInst::CreateIntegerCast(P, Ty, /*isSigned=*/false);
1783 }
1784
1785 /// This input value (which is known to have vector type) is being zero extended
1786 /// or truncated to the specified vector type.
1787 /// Try to replace it with a shuffle (and vector/vector bitcast) if possible.
1788 ///
1789 /// The source and destination vector types may have different element types.
1790 static Instruction *optimizeVectorResize(Value *InVal, VectorType *DestTy,
1791                                          InstCombiner &IC) {
1792   // We can only do this optimization if the output is a multiple of the input
1793   // element size, or the input is a multiple of the output element size.
1794   // Convert the input type to have the same element type as the output.
1795   VectorType *SrcTy = cast<VectorType>(InVal->getType());
1796
1797   if (SrcTy->getElementType() != DestTy->getElementType()) {
1798     // The input types don't need to be identical, but for now they must be the
1799     // same size.  There is no specific reason we couldn't handle things like
1800     // <4 x i16> -> <4 x i32> by bitcasting to <2 x i32> but haven't gotten
1801     // there yet.
1802     if (SrcTy->getElementType()->getPrimitiveSizeInBits() !=
1803         DestTy->getElementType()->getPrimitiveSizeInBits())
1804       return nullptr;
1805
1806     SrcTy = VectorType::get(DestTy->getElementType(), SrcTy->getNumElements());
1807     InVal = IC.Builder.CreateBitCast(InVal, SrcTy);
1808   }
1809
1810   // Now that the element types match, get the shuffle mask and RHS of the
1811   // shuffle to use, which depends on whether we're increasing or decreasing the
1812   // size of the input.
1813   SmallVector<uint32_t, 16> ShuffleMask;
1814   Value *V2;
1815
1816   if (SrcTy->getNumElements() > DestTy->getNumElements()) {
1817     // If we're shrinking the number of elements, just shuffle in the low
1818     // elements from the input and use undef as the second shuffle input.
1819     V2 = UndefValue::get(SrcTy);
1820     for (unsigned i = 0, e = DestTy->getNumElements(); i != e; ++i)
1821       ShuffleMask.push_back(i);
1822
1823   } else {
1824     // If we're increasing the number of elements, shuffle in all of the
1825     // elements from InVal and fill the rest of the result elements with zeros
1826     // from a constant zero.
1827     V2 = Constant::getNullValue(SrcTy);
1828     unsigned SrcElts = SrcTy->getNumElements();
1829     for (unsigned i = 0, e = SrcElts; i != e; ++i)
1830       ShuffleMask.push_back(i);
1831
1832     // The excess elements reference the first element of the zero input.
1833     for (unsigned i = 0, e = DestTy->getNumElements()-SrcElts; i != e; ++i)
1834       ShuffleMask.push_back(SrcElts);
1835   }
1836
1837   return new ShuffleVectorInst(InVal, V2,
1838                                ConstantDataVector::get(V2->getContext(),
1839                                                        ShuffleMask));
1840 }
1841
1842 static bool isMultipleOfTypeSize(unsigned Value, Type *Ty) {
1843   return Value % Ty->getPrimitiveSizeInBits() == 0;
1844 }
1845
1846 static unsigned getTypeSizeIndex(unsigned Value, Type *Ty) {
1847   return Value / Ty->getPrimitiveSizeInBits();
1848 }
1849
1850 /// V is a value which is inserted into a vector of VecEltTy.
1851 /// Look through the value to see if we can decompose it into
1852 /// insertions into the vector.  See the example in the comment for
1853 /// OptimizeIntegerToVectorInsertions for the pattern this handles.
1854 /// The type of V is always a non-zero multiple of VecEltTy's size.
1855 /// Shift is the number of bits between the lsb of V and the lsb of
1856 /// the vector.
1857 ///
1858 /// This returns false if the pattern can't be matched or true if it can,
1859 /// filling in Elements with the elements found here.
1860 static bool collectInsertionElements(Value *V, unsigned Shift,
1861                                      SmallVectorImpl<Value *> &Elements,
1862                                      Type *VecEltTy, bool isBigEndian) {
1863   assert(isMultipleOfTypeSize(Shift, VecEltTy) &&
1864          "Shift should be a multiple of the element type size");
1865
1866   // Undef values never contribute useful bits to the result.
1867   if (isa<UndefValue>(V)) return true;
1868
1869   // If we got down to a value of the right type, we win, try inserting into the
1870   // right element.
1871   if (V->getType() == VecEltTy) {
1872     // Inserting null doesn't actually insert any elements.
1873     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
1874       if (C->isNullValue())
1875         return true;
1876
1877     unsigned ElementIndex = getTypeSizeIndex(Shift, VecEltTy);
1878     if (isBigEndian)
1879       ElementIndex = Elements.size() - ElementIndex - 1;
1880
1881     // Fail if multiple elements are inserted into this slot.
1882     if (Elements[ElementIndex])
1883       return false;
1884
1885     Elements[ElementIndex] = V;
1886     return true;
1887   }
1888
1889   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
1890     // Figure out the # elements this provides, and bitcast it or slice it up
1891     // as required.
1892     unsigned NumElts = getTypeSizeIndex(C->getType()->getPrimitiveSizeInBits(),
1893                                         VecEltTy);
1894     // If the constant is the size of a vector element, we just need to bitcast
1895     // it to the right type so it gets properly inserted.
1896     if (NumElts == 1)
1897       return collectInsertionElements(ConstantExpr::getBitCast(C, VecEltTy),
1898                                       Shift, Elements, VecEltTy, isBigEndian);
1899
1900     // Okay, this is a constant that covers multiple elements.  Slice it up into
1901     // pieces and insert each element-sized piece into the vector.
1902     if (!isa<IntegerType>(C->getType()))
1903       C = ConstantExpr::getBitCast(C, IntegerType::get(V->getContext(),
1904                                        C->getType()->getPrimitiveSizeInBits()));
1905     unsigned ElementSize = VecEltTy->getPrimitiveSizeInBits();
1906     Type *ElementIntTy = IntegerType::get(C->getContext(), ElementSize);
1907
1908     for (unsigned i = 0; i != NumElts; ++i) {
1909       unsigned ShiftI = Shift+i*ElementSize;
1910       Constant *Piece = ConstantExpr::getLShr(C, ConstantInt::get(C->getType(),
1911                                                                   ShiftI));
1912       Piece = ConstantExpr::getTrunc(Piece, ElementIntTy);
1913       if (!collectInsertionElements(Piece, ShiftI, Elements, VecEltTy,
1914                                     isBigEndian))
1915         return false;
1916     }
1917     return true;
1918   }
1919
1920   if (!V->hasOneUse()) return false;
1921
1922   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
1923   if (!I) return false;
1924   switch (I->getOpcode()) {
1925   default: return false; // Unhandled case.
1926   case Instruction::BitCast:
1927     return collectInsertionElements(I->getOperand(0), Shift, Elements, VecEltTy,
1928                                     isBigEndian);
1929   case Instruction::ZExt:
1930     if (!isMultipleOfTypeSize(
1931                           I->getOperand(0)->getType()->getPrimitiveSizeInBits(),
1932                               VecEltTy))
1933       return false;
1934     return collectInsertionElements(I->getOperand(0), Shift, Elements, VecEltTy,
1935                                     isBigEndian);
1936   case Instruction::Or:
1937     return collectInsertionElements(I->getOperand(0), Shift, Elements, VecEltTy,
1938                                     isBigEndian) &&
1939            collectInsertionElements(I->getOperand(1), Shift, Elements, VecEltTy,
1940                                     isBigEndian);
1941   case Instruction::Shl: {
1942     // Must be shifting by a constant that is a multiple of the element size.
1943     ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1));
1944     if (!CI) return false;
1945     Shift += CI->getZExtValue();
1946     if (!isMultipleOfTypeSize(Shift, VecEltTy)) return false;
1947     return collectInsertionElements(I->getOperand(0), Shift, Elements, VecEltTy,
1948                                     isBigEndian);
1949   }
1950
1951   }
1952 }
1953
1954
1955 /// If the input is an 'or' instruction, we may be doing shifts and ors to
1956 /// assemble the elements of the vector manually.
1957 /// Try to rip the code out and replace it with insertelements.  This is to
1958 /// optimize code like this:
1959 ///
1960 ///    %tmp37 = bitcast float %inc to i32
1961 ///    %tmp38 = zext i32 %tmp37 to i64
1962 ///    %tmp31 = bitcast float %inc5 to i32
1963 ///    %tmp32 = zext i32 %tmp31 to i64
1964 ///    %tmp33 = shl i64 %tmp32, 32
1965 ///    %ins35 = or i64 %tmp33, %tmp38
1966 ///    %tmp43 = bitcast i64 %ins35 to <2 x float>
1967 ///
1968 /// Into two insertelements that do "buildvector{%inc, %inc5}".
1969 static Value *optimizeIntegerToVectorInsertions(BitCastInst &CI,
1970                                                 InstCombiner &IC) {
1971   VectorType *DestVecTy = cast<VectorType>(CI.getType());
1972   Value *IntInput = CI.getOperand(0);
1973
1974   SmallVector<Value*, 8> Elements(DestVecTy->getNumElements());
1975   if (!collectInsertionElements(IntInput, 0, Elements,
1976                                 DestVecTy->getElementType(),
1977                                 IC.getDataLayout().isBigEndian()))
1978     return nullptr;
1979
1980   // If we succeeded, we know that all of the element are specified by Elements
1981   // or are zero if Elements has a null entry.  Recast this as a set of
1982   // insertions.
1983   Value *Result = Constant::getNullValue(CI.getType());
1984   for (unsigned i = 0, e = Elements.size(); i != e; ++i) {
1985     if (!Elements[i]) continue;  // Unset element.
1986
1987     Result = IC.Builder.CreateInsertElement(Result, Elements[i],
1988                                             IC.Builder.getInt32(i));
1989   }
1990
1991   return Result;
1992 }
1993
1994 /// Canonicalize scalar bitcasts of extracted elements into a bitcast of the
1995 /// vector followed by extract element. The backend tends to handle bitcasts of
1996 /// vectors better than bitcasts of scalars because vector registers are
1997 /// usually not type-specific like scalar integer or scalar floating-point.
1998 static Instruction *canonicalizeBitCastExtElt(BitCastInst &BitCast,
1999                                               InstCombiner &IC) {
2000   // TODO: Create and use a pattern matcher for ExtractElementInst.
2001   auto *ExtElt = dyn_cast<ExtractElementInst>(BitCast.getOperand(0));
2002   if (!ExtElt || !ExtElt->hasOneUse())
2003     return nullptr;
2004
2005   // The bitcast must be to a vectorizable type, otherwise we can't make a new
2006   // type to extract from.
2007   Type *DestType = BitCast.getType();
2008   if (!VectorType::isValidElementType(DestType))
2009     return nullptr;
2010
2011   unsigned NumElts = ExtElt->getVectorOperandType()->getNumElements();
2012   auto *NewVecType = VectorType::get(DestType, NumElts);
2013   auto *NewBC = IC.Builder.CreateBitCast(ExtElt->getVectorOperand(),
2014                                          NewVecType, "bc");
2015   return ExtractElementInst::Create(NewBC, ExtElt->getIndexOperand());
2016 }
2017
2018 /// Change the type of a bitwise logic operation if we can eliminate a bitcast.
2019 static Instruction *foldBitCastBitwiseLogic(BitCastInst &BitCast,
2020                                             InstCombiner::BuilderTy &Builder) {
2021   Type *DestTy = BitCast.getType();
2022   BinaryOperator *BO;
2023   if (!DestTy->isIntOrIntVectorTy() ||
2024       !match(BitCast.getOperand(0), m_OneUse(m_BinOp(BO))) ||
2025       !BO->isBitwiseLogicOp())
2026     return nullptr;
2027
2028   // FIXME: This transform is restricted to vector types to avoid backend
2029   // problems caused by creating potentially illegal operations. If a fix-up is
2030   // added to handle that situation, we can remove this check.
2031   if (!DestTy->isVectorTy() || !BO->getType()->isVectorTy())
2032     return nullptr;
2033
2034   Value *X;
2035   if (match(BO->getOperand(0), m_OneUse(m_BitCast(m_Value(X)))) &&
2036       X->getType() == DestTy && !isa<Constant>(X)) {
2037     // bitcast(logic(bitcast(X), Y)) --> logic'(X, bitcast(Y))
2038     Value *CastedOp1 = Builder.CreateBitCast(BO->getOperand(1), DestTy);
2039     return BinaryOperator::Create(BO->getOpcode(), X, CastedOp1);
2040   }
2041
2042   if (match(BO->getOperand(1), m_OneUse(m_BitCast(m_Value(X)))) &&
2043       X->getType() == DestTy && !isa<Constant>(X)) {
2044     // bitcast(logic(Y, bitcast(X))) --> logic'(bitcast(Y), X)
2045     Value *CastedOp0 = Builder.CreateBitCast(BO->getOperand(0), DestTy);
2046     return BinaryOperator::Create(BO->getOpcode(), CastedOp0, X);
2047   }
2048
2049   // Canonicalize vector bitcasts to come before vector bitwise logic with a
2050   // constant. This eases recognition of special constants for later ops.
2051   // Example:
2052   // icmp u/s (a ^ signmask), (b ^ signmask) --> icmp s/u a, b
2053   Constant *C;
2054   if (match(BO->getOperand(1), m_Constant(C))) {
2055     // bitcast (logic X, C) --> logic (bitcast X, C')
2056     Value *CastedOp0 = Builder.CreateBitCast(BO->getOperand(0), DestTy);
2057     Value *CastedC = ConstantExpr::getBitCast(C, DestTy);
2058     return BinaryOperator::Create(BO->getOpcode(), CastedOp0, CastedC);
2059   }
2060
2061   return nullptr;
2062 }
2063
2064 /// Change the type of a select if we can eliminate a bitcast.
2065 static Instruction *foldBitCastSelect(BitCastInst &BitCast,
2066                                       InstCombiner::BuilderTy &Builder) {
2067   Value *Cond, *TVal, *FVal;
2068   if (!match(BitCast.getOperand(0),
2069              m_OneUse(m_Select(m_Value(Cond), m_Value(TVal), m_Value(FVal)))))
2070     return nullptr;
2071
2072   // A vector select must maintain the same number of elements in its operands.
2073   Type *CondTy = Cond->getType();
2074   Type *DestTy = BitCast.getType();
2075   if (CondTy->isVectorTy()) {
2076     if (!DestTy->isVectorTy())
2077       return nullptr;
2078     if (DestTy->getVectorNumElements() != CondTy->getVectorNumElements())
2079       return nullptr;
2080   }
2081
2082   // FIXME: This transform is restricted from changing the select between
2083   // scalars and vectors to avoid backend problems caused by creating
2084   // potentially illegal operations. If a fix-up is added to handle that
2085   // situation, we can remove this check.
2086   if (DestTy->isVectorTy() != TVal->getType()->isVectorTy())
2087     return nullptr;
2088
2089   auto *Sel = cast<Instruction>(BitCast.getOperand(0));
2090   Value *X;
2091   if (match(TVal, m_OneUse(m_BitCast(m_Value(X)))) && X->getType() == DestTy &&
2092       !isa<Constant>(X)) {
2093     // bitcast(select(Cond, bitcast(X), Y)) --> select'(Cond, X, bitcast(Y))
2094     Value *CastedVal = Builder.CreateBitCast(FVal, DestTy);
2095     return SelectInst::Create(Cond, X, CastedVal, "", nullptr, Sel);
2096   }
2097
2098   if (match(FVal, m_OneUse(m_BitCast(m_Value(X)))) && X->getType() == DestTy &&
2099       !isa<Constant>(X)) {
2100     // bitcast(select(Cond, Y, bitcast(X))) --> select'(Cond, bitcast(Y), X)
2101     Value *CastedVal = Builder.CreateBitCast(TVal, DestTy);
2102     return SelectInst::Create(Cond, CastedVal, X, "", nullptr, Sel);
2103   }
2104
2105   return nullptr;
2106 }
2107
2108 /// Check if all users of CI are StoreInsts.
2109 static bool hasStoreUsersOnly(CastInst &CI) {
2110   for (User *U : CI.users()) {
2111     if (!isa<StoreInst>(U))
2112       return false;
2113   }
2114   return true;
2115 }
2116
2117 /// This function handles following case
2118 ///
2119 ///     A  ->  B    cast
2120 ///     PHI
2121 ///     B  ->  A    cast
2122 ///
2123 /// All the related PHI nodes can be replaced by new PHI nodes with type A.
2124 /// The uses of \p CI can be changed to the new PHI node corresponding to \p PN.
2125 Instruction *InstCombiner::optimizeBitCastFromPhi(CastInst &CI, PHINode *PN) {
2126   // BitCast used by Store can be handled in InstCombineLoadStoreAlloca.cpp.
2127   if (hasStoreUsersOnly(CI))
2128     return nullptr;
2129
2130   Value *Src = CI.getOperand(0);
2131   Type *SrcTy = Src->getType();         // Type B
2132   Type *DestTy = CI.getType();          // Type A
2133
2134   SmallVector<PHINode *, 4> PhiWorklist;
2135   SmallSetVector<PHINode *, 4> OldPhiNodes;
2136
2137   // Find all of the A->B casts and PHI nodes.
2138   // We need to inpect all related PHI nodes, but PHIs can be cyclic, so
2139   // OldPhiNodes is used to track all known PHI nodes, before adding a new
2140   // PHI to PhiWorklist, it is checked against and added to OldPhiNodes first.
2141   PhiWorklist.push_back(PN);
2142   OldPhiNodes.insert(PN);
2143   while (!PhiWorklist.empty()) {
2144     auto *OldPN = PhiWorklist.pop_back_val();
2145     for (Value *IncValue : OldPN->incoming_values()) {
2146       if (isa<Constant>(IncValue))
2147         continue;
2148
2149       if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(IncValue)) {
2150         // If there is a sequence of one or more load instructions, each loaded
2151         // value is used as address of later load instruction, bitcast is
2152         // necessary to change the value type, don't optimize it. For
2153         // simplicity we give up if the load address comes from another load.
2154         Value *Addr = LI->getOperand(0);
2155         if (Addr == &CI || isa<LoadInst>(Addr))
2156           return nullptr;
2157         if (LI->hasOneUse() && LI->isSimple())
2158           continue;
2159         // If a LoadInst has more than one use, changing the type of loaded
2160         // value may create another bitcast.
2161         return nullptr;
2162       }
2163
2164       if (auto *PNode = dyn_cast<PHINode>(IncValue)) {
2165         if (OldPhiNodes.insert(PNode))
2166           PhiWorklist.push_back(PNode);
2167         continue;
2168       }
2169
2170       auto *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(IncValue);
2171       // We can't handle other instructions.
2172       if (!BCI)
2173         return nullptr;
2174
2175       // Verify it's a A->B cast.
2176       Type *TyA = BCI->getOperand(0)->getType();
2177       Type *TyB = BCI->getType();
2178       if (TyA != DestTy || TyB != SrcTy)
2179         return nullptr;
2180     }
2181   }
2182
2183   // For each old PHI node, create a corresponding new PHI node with a type A.
2184   SmallDenseMap<PHINode *, PHINode *> NewPNodes;
2185   for (auto *OldPN : OldPhiNodes) {
2186     Builder.SetInsertPoint(OldPN);
2187     PHINode *NewPN = Builder.CreatePHI(DestTy, OldPN->getNumOperands());
2188     NewPNodes[OldPN] = NewPN;
2189   }
2190
2191   // Fill in the operands of new PHI nodes.
2192   for (auto *OldPN : OldPhiNodes) {
2193     PHINode *NewPN = NewPNodes[OldPN];
2194     for (unsigned j = 0, e = OldPN->getNumOperands(); j != e; ++j) {
2195       Value *V = OldPN->getOperand(j);
2196       Value *NewV = nullptr;
2197       if (auto *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
2198         NewV = ConstantExpr::getBitCast(C, DestTy);
2199       } else if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(V)) {
2200         Builder.SetInsertPoint(LI->getNextNode());
2201         NewV = Builder.CreateBitCast(LI, DestTy);
2202         Worklist.Add(LI);
2203       } else if (auto *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(V)) {
2204         NewV = BCI->getOperand(0);
2205       } else if (auto *PrevPN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
2206         NewV = NewPNodes[PrevPN];
2207       }
2208       assert(NewV);
2209       NewPN->addIncoming(NewV, OldPN->getIncomingBlock(j));
2210     }
2211   }
2212
2213   // If there is a store with type B, change it to type A.
2214   for (User *U : PN->users()) {
2215     auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(U);
2216     if (SI && SI->isSimple() && SI->getOperand(0) == PN) {
2217       Builder.SetInsertPoint(SI);
2218       auto *NewBC =
2219           cast<BitCastInst>(Builder.CreateBitCast(NewPNodes[PN], SrcTy));
2220       SI->setOperand(0, NewBC);
2221       Worklist.Add(SI);
2222       assert(hasStoreUsersOnly(*NewBC));
2223     }
2224   }
2225
2226   return replaceInstUsesWith(CI, NewPNodes[PN]);
2227 }
2228
2229 Instruction *InstCombiner::visitBitCast(BitCastInst &CI) {
2230   // If the operands are integer typed then apply the integer transforms,
2231   // otherwise just apply the common ones.
2232   Value *Src = CI.getOperand(0);
2233   Type *SrcTy = Src->getType();
2234   Type *DestTy = CI.getType();
2235
2236   // Get rid of casts from one type to the same type. These are useless and can
2237   // be replaced by the operand.
2238   if (DestTy == Src->getType())
2239     return replaceInstUsesWith(CI, Src);
2240
2241   if (PointerType *DstPTy = dyn_cast<PointerType>(DestTy)) {
2242     PointerType *SrcPTy = cast<PointerType>(SrcTy);
2243     Type *DstElTy = DstPTy->getElementType();
2244     Type *SrcElTy = SrcPTy->getElementType();
2245
2246     // Casting pointers between the same type, but with different address spaces
2247     // is an addrspace cast rather than a bitcast.
2248     if ((DstElTy == SrcElTy) &&
2249         (DstPTy->getAddressSpace() != SrcPTy->getAddressSpace()))
2250       return new AddrSpaceCastInst(Src, DestTy);
2251
2252     // If we are casting a alloca to a pointer to a type of the same
2253     // size, rewrite the allocation instruction to allocate the "right" type.
2254     // There is no need to modify malloc calls because it is their bitcast that
2255     // needs to be cleaned up.
2256     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(Src))
2257       if (Instruction *V = PromoteCastOfAllocation(CI, *AI))
2258         return V;
2259
2260     // When the type pointed to is not sized the cast cannot be
2261     // turned into a gep.
2262     Type *PointeeType =
2263         cast<PointerType>(Src->getType()->getScalarType())->getElementType();
2264     if (!PointeeType->isSized())
2265       return nullptr;
2266
2267     // If the source and destination are pointers, and this cast is equivalent
2268     // to a getelementptr X, 0, 0, 0...  turn it into the appropriate gep.
2269     // This can enhance SROA and other transforms that want type-safe pointers.
2270     unsigned NumZeros = 0;
2271     while (SrcElTy != DstElTy &&
2272            isa<CompositeType>(SrcElTy) && !SrcElTy->isPointerTy() &&
2273            SrcElTy->getNumContainedTypes() /* not "{}" */) {
2274       SrcElTy = cast<CompositeType>(SrcElTy)->getTypeAtIndex(0U);
2275       ++NumZeros;
2276     }
2277
2278     // If we found a path from the src to dest, create the getelementptr now.
2279     if (SrcElTy == DstElTy) {
2280       SmallVector<Value *, 8> Idxs(NumZeros + 1, Builder.getInt32(0));
2281       return GetElementPtrInst::CreateInBounds(Src, Idxs);
2282     }
2283   }
2284
2285   if (VectorType *DestVTy = dyn_cast<VectorType>(DestTy)) {
2286     if (DestVTy->getNumElements() == 1 && !SrcTy->isVectorTy()) {
2287       Value *Elem = Builder.CreateBitCast(Src, DestVTy->getElementType());
2288       return InsertElementInst::Create(UndefValue::get(DestTy), Elem,
2289                      Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(CI.getContext())));
2290       // FIXME: Canonicalize bitcast(insertelement) -> insertelement(bitcast)
2291     }
2292
2293     if (isa<IntegerType>(SrcTy)) {
2294       // If this is a cast from an integer to vector, check to see if the input
2295       // is a trunc or zext of a bitcast from vector.  If so, we can replace all
2296       // the casts with a shuffle and (potentially) a bitcast.
2297       if (isa<TruncInst>(Src) || isa<ZExtInst>(Src)) {
2298         CastInst *SrcCast = cast<CastInst>(Src);
2299         if (BitCastInst *BCIn = dyn_cast<BitCastInst>(SrcCast->getOperand(0)))
2300           if (isa<VectorType>(BCIn->getOperand(0)->getType()))
2301             if (Instruction *I = optimizeVectorResize(BCIn->getOperand(0),
2302                                                cast<VectorType>(DestTy), *this))
2303               return I;
2304       }
2305
2306       // If the input is an 'or' instruction, we may be doing shifts and ors to
2307       // assemble the elements of the vector manually.  Try to rip the code out
2308       // and replace it with insertelements.
2309       if (Value *V = optimizeIntegerToVectorInsertions(CI, *this))
2310         return replaceInstUsesWith(CI, V);
2311     }
2312   }
2313
2314   if (VectorType *SrcVTy = dyn_cast<VectorType>(SrcTy)) {
2315     if (SrcVTy->getNumElements() == 1) {
2316       // If our destination is not a vector, then make this a straight
2317       // scalar-scalar cast.
2318       if (!DestTy->isVectorTy()) {
2319         Value *Elem =
2320           Builder.CreateExtractElement(Src,
2321                      Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(CI.getContext())));
2322         return CastInst::Create(Instruction::BitCast, Elem, DestTy);
2323       }
2324
2325       // Otherwise, see if our source is an insert. If so, then use the scalar
2326       // component directly.
2327       if (InsertElementInst *IEI =
2328             dyn_cast<InsertElementInst>(CI.getOperand(0)))
2329         return CastInst::Create(Instruction::BitCast, IEI->getOperand(1),
2330                                 DestTy);
2331     }
2332   }
2333
2334   if (ShuffleVectorInst *SVI = dyn_cast<ShuffleVectorInst>(Src)) {
2335     // Okay, we have (bitcast (shuffle ..)).  Check to see if this is
2336     // a bitcast to a vector with the same # elts.
2337     if (SVI->hasOneUse() && DestTy->isVectorTy() &&
2338         DestTy->getVectorNumElements() == SVI->getType()->getNumElements() &&
2339         SVI->getType()->getNumElements() ==
2340         SVI->getOperand(0)->getType()->getVectorNumElements()) {
2341       BitCastInst *Tmp;
2342       // If either of the operands is a cast from CI.getType(), then
2343       // evaluating the shuffle in the casted destination's type will allow
2344       // us to eliminate at least one cast.
2345       if (((Tmp = dyn_cast<BitCastInst>(SVI->getOperand(0))) &&
2346            Tmp->getOperand(0)->getType() == DestTy) ||
2347           ((Tmp = dyn_cast<BitCastInst>(SVI->getOperand(1))) &&
2348            Tmp->getOperand(0)->getType() == DestTy)) {
2349         Value *LHS = Builder.CreateBitCast(SVI->getOperand(0), DestTy);
2350         Value *RHS = Builder.CreateBitCast(SVI->getOperand(1), DestTy);
2351         // Return a new shuffle vector.  Use the same element ID's, as we
2352         // know the vector types match #elts.
2353         return new ShuffleVectorInst(LHS, RHS, SVI->getOperand(2));
2354       }
2355     }
2356   }
2357
2358   // Handle the A->B->A cast, and there is an intervening PHI node.
2359   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Src))
2360     if (Instruction *I = optimizeBitCastFromPhi(CI, PN))
2361       return I;
2362
2363   if (Instruction *I = canonicalizeBitCastExtElt(CI, *this))
2364     return I;
2365
2366   if (Instruction *I = foldBitCastBitwiseLogic(CI, Builder))
2367     return I;
2368
2369   if (Instruction *I = foldBitCastSelect(CI, Builder))
2370     return I;
2371
2372   if (SrcTy->isPointerTy())
2373     return commonPointerCastTransforms(CI);
2374   return commonCastTransforms(CI);
2375 }
2376
2377 Instruction *InstCombiner::visitAddrSpaceCast(AddrSpaceCastInst &CI) {
2378   // If the destination pointer element type is not the same as the source's
2379   // first do a bitcast to the destination type, and then the addrspacecast.
2380   // This allows the cast to be exposed to other transforms.
2381   Value *Src = CI.getOperand(0);
2382   PointerType *SrcTy = cast<PointerType>(Src->getType()->getScalarType());
2383   PointerType *DestTy = cast<PointerType>(CI.getType()->getScalarType());
2384
2385   Type *DestElemTy = DestTy->getElementType();
2386   if (SrcTy->getElementType() != DestElemTy) {
2387     Type *MidTy = PointerType::get(DestElemTy, SrcTy->getAddressSpace());
2388     if (VectorType *VT = dyn_cast<VectorType>(CI.getType())) {
2389       // Handle vectors of pointers.
2390       MidTy = VectorType::get(MidTy, VT->getNumElements());
2391     }
2392
2393     Value *NewBitCast = Builder.CreateBitCast(Src, MidTy);
2394     return new AddrSpaceCastInst(NewBitCast, CI.getType());
2395   }
2396
2397   return commonPointerCastTransforms(CI);
2398 }