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/PatternMatch.h"
  20 #include "llvm/Support/KnownBits.h"
  21 using namespace llvm;
  22 using namespace PatternMatch;
  23
  24 #define DEBUG_TYPE "instcombine"
  25
  26 /// Analyze 'Val', seeing if it is a simple linear expression.
  27 /// If so, decompose it, returning some value X, such that Val is
  28 /// X*Scale+Offset.
  29 ///
  30 static Value *decomposeSimpleLinearExpr(Value *Val, unsigned &Scale,
  31                                         uint64_t &Offset) {
  32   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Val)) {
  33     Offset = CI->getZExtValue();
  34     Scale  = 0;
  35     return ConstantInt::get(Val->getType(), 0);
  36   }
  37
  38   if (BinaryOperator *I = dyn_cast<BinaryOperator>(Val)) {
  39     // Cannot look past anything that might overflow.
  40     OverflowingBinaryOperator *OBI = dyn_cast<OverflowingBinaryOperator>(Val);
  41     if (OBI && !OBI->hasNoUnsignedWrap() && !OBI->hasNoSignedWrap()) {
  42       Scale = 1;
  43       Offset = 0;
  44       return Val;
  45     }
  46
  47     if (ConstantInt *RHS = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
  48       if (I->getOpcode() == Instruction::Shl) {
  49         // This is a value scaled by '1 << the shift amt'.
  50         Scale = UINT64_C(1) << RHS->getZExtValue();
  51         Offset = 0;
  52         return I->getOperand(0);
  53       }
  54
  55       if (I->getOpcode() == Instruction::Mul) {
  56         // This value is scaled by 'RHS'.
  57         Scale = RHS->getZExtValue();
  58         Offset = 0;
  59         return I->getOperand(0);
  60       }
  61
  62       if (I->getOpcode() == Instruction::Add) {
  63         // We have X+C.  Check to see if we really have (X*C2)+C1,
  64         // where C1 is divisible by C2.
  65         unsigned SubScale;
  66         Value *SubVal =
  67           decomposeSimpleLinearExpr(I->getOperand(0), SubScale, Offset);
  68         Offset += RHS->getZExtValue();
  69         Scale = SubScale;
  70         return SubVal;
  71       }
  72     }
  73   }
  74
  75   // Otherwise, we can't look past this.
  76   Scale = 1;
  77   Offset = 0;
  78   return Val;
  79 }
  80
  81 /// If we find a cast of an allocation instruction, try to eliminate the cast by
  82 /// moving the type information into the alloc.
  83 Instruction *InstCombiner::PromoteCastOfAllocation(BitCastInst &CI,
  84                                                    AllocaInst &AI) {
  85   PointerType *PTy = cast<PointerType>(CI.getType());
  86
  87   BuilderTy AllocaBuilder(Builder);
  88   AllocaBuilder.SetInsertPoint(&AI);
  89
  90   // Get the type really allocated and the type casted to.
  91   Type *AllocElTy = AI.getAllocatedType();
  92   Type *CastElTy = PTy->getElementType();
  93   if (!AllocElTy->isSized() || !CastElTy->isSized()) return nullptr;
  94
  95   unsigned AllocElTyAlign = DL.getABITypeAlignment(AllocElTy);
  96   unsigned CastElTyAlign = DL.getABITypeAlignment(CastElTy);
  97   if (CastElTyAlign < AllocElTyAlign) return nullptr;
  98
  99   // If the allocation has multiple uses, only promote it if we are strictly
 100   // increasing the alignment of the resultant allocation.  If we keep it the
 101   // same, we open the door to infinite loops of various kinds.
 102   if (!AI.hasOneUse() && CastElTyAlign == AllocElTyAlign) return nullptr;
 103
 104   uint64_t AllocElTySize = DL.getTypeAllocSize(AllocElTy);
 105   uint64_t CastElTySize = DL.getTypeAllocSize(CastElTy);
 106   if (CastElTySize == 0 || AllocElTySize == 0) return nullptr;
 107
 108   // If the allocation has multiple uses, only promote it if we're not
 109   // shrinking the amount of memory being allocated.
 110   uint64_t AllocElTyStoreSize = DL.getTypeStoreSize(AllocElTy);
 111   uint64_t CastElTyStoreSize = DL.getTypeStoreSize(CastElTy);
 112   if (!AI.hasOneUse() && CastElTyStoreSize < AllocElTyStoreSize) return nullptr;
 113
 114   // See if we can satisfy the modulus by pulling a scale out of the array
 115   // size argument.
 116   unsigned ArraySizeScale;
 117   uint64_t ArrayOffset;
 118   Value *NumElements = // See if the array size is a decomposable linear expr.
 119     decomposeSimpleLinearExpr(AI.getOperand(0), ArraySizeScale, ArrayOffset);
 120
 121   // If we can now satisfy the modulus, by using a non-1 scale, we really can
 122   // do the xform.
 123   if ((AllocElTySize*ArraySizeScale) % CastElTySize != 0 ||
 124       (AllocElTySize*ArrayOffset   ) % CastElTySize != 0) return nullptr;
 125
 126   unsigned Scale = (AllocElTySize*ArraySizeScale)/CastElTySize;
 127   Value *Amt = nullptr;
 128   if (Scale == 1) {
 129     Amt = NumElements;
 130   } else {
 131     Amt = ConstantInt::get(AI.getArraySize()->getType(), Scale);
 132     // Insert before the alloca, not before the cast.
 133     Amt = AllocaBuilder.CreateMul(Amt, NumElements);
 134   }
 135
 136   if (uint64_t Offset = (AllocElTySize*ArrayOffset)/CastElTySize) {
 137     Value *Off = ConstantInt::get(AI.getArraySize()->getType(),
 138                                   Offset, true);
 139     Amt = AllocaBuilder.CreateAdd(Amt, Off);
 140   }
 141
 142   AllocaInst *New = AllocaBuilder.CreateAlloca(CastElTy, Amt);
 143   New->setAlignment(AI.getAlignment());
 144   New->takeName(&AI);
 145   New->setUsedWithInAlloca(AI.isUsedWithInAlloca());
 146
 147   // If the allocation has multiple real uses, insert a cast and change all
 148   // things that used it to use the new cast.  This will also hack on CI, but it
 149   // will die soon.
 150   if (!AI.hasOneUse()) {
 151     // New is the allocation instruction, pointer typed. AI is the original
 152     // allocation instruction, also pointer typed. Thus, cast to use is BitCast.
 153     Value *NewCast = AllocaBuilder.CreateBitCast(New, AI.getType(), "tmpcast");
 154     replaceInstUsesWith(AI, NewCast);
 155   }
 156   return replaceInstUsesWith(CI, New);
 157 }
 158
 159 /// Given an expression that CanEvaluateTruncated or CanEvaluateSExtd returns
 160 /// true for, actually insert the code to evaluate the expression.
 161 Value *InstCombiner::EvaluateInDifferentType(Value *V, Type *Ty,
 162                                              bool isSigned) {
 163   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
 164     C = ConstantExpr::getIntegerCast(C, Ty, isSigned /*Sext or ZExt*/);
 165     // If we got a constantexpr back, try to simplify it with DL info.
 166     if (Constant *FoldedC = ConstantFoldConstant(C, DL, &TLI))
 167       C = FoldedC;
 168     return C;
 169   }
 170
 171   // Otherwise, it must be an instruction.
 172   Instruction *I = cast<Instruction>(V);
 173   Instruction *Res = nullptr;
 174   unsigned Opc = I->getOpcode();
 175   switch (Opc) {
 176   case Instruction::Add:
 177   case Instruction::Sub:
 178   case Instruction::Mul:
 179   case Instruction::And:
 180   case Instruction::Or:
 181   case Instruction::Xor:
 182   case Instruction::AShr:
 183   case Instruction::LShr:
 184   case Instruction::Shl:
 185   case Instruction::UDiv:
 186   case Instruction::URem: {
 187     Value *LHS = EvaluateInDifferentType(I->getOperand(0), Ty, isSigned);
 188     Value *RHS = EvaluateInDifferentType(I->getOperand(1), Ty, isSigned);
 189     Res = BinaryOperator::Create((Instruction::BinaryOps)Opc, LHS, RHS);
 190     break;
 191   }
 192   case Instruction::Trunc:
 193   case Instruction::ZExt:
 194   case Instruction::SExt:
 195     // If the source type of the cast is the type we're trying for then we can
 196     // just return the source.  There's no need to insert it because it is not
 197     // new.
 198     if (I->getOperand(0)->getType() == Ty)
 199       return I->getOperand(0);
 200
 201     // Otherwise, must be the same type of cast, so just reinsert a new one.
 202     // This also handles the case of zext(trunc(x)) -> zext(x).
 203     Res = CastInst::CreateIntegerCast(I->getOperand(0), Ty,
 204                                       Opc == Instruction::SExt);
 205     break;
 206   case Instruction::Select: {
 207     Value *True = EvaluateInDifferentType(I->getOperand(1), Ty, isSigned);
 208     Value *False = EvaluateInDifferentType(I->getOperand(2), Ty, isSigned);
 209     Res = SelectInst::Create(I->getOperand(0), True, False);
 210     break;
 211   }
 212   case Instruction::PHI: {
 213     PHINode *OPN = cast<PHINode>(I);
 214     PHINode *NPN = PHINode::Create(Ty, OPN->getNumIncomingValues());
 215     for (unsigned i = 0, e = OPN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
 216       Value *V =
 217           EvaluateInDifferentType(OPN->getIncomingValue(i), Ty, isSigned);
 218       NPN->addIncoming(V, OPN->getIncomingBlock(i));
 219     }
 220     Res = NPN;
 221     break;
 222   }
 223   default:
 224     // TODO: Can handle more cases here.
 225     llvm_unreachable("Unreachable!");
 226   }
 227
 228   Res->takeName(I);
 229   return InsertNewInstWith(Res, *I);
 230 }
 231
 232 Instruction::CastOps InstCombiner::isEliminableCastPair(const CastInst *CI1,
 233                                                         const CastInst *CI2) {
 234   Type *SrcTy = CI1->getSrcTy();
 235   Type *MidTy = CI1->getDestTy();
 236   Type *DstTy = CI2->getDestTy();
 237
 238   Instruction::CastOps firstOp = CI1->getOpcode();
 239   Instruction::CastOps secondOp = CI2->getOpcode();
 240   Type *SrcIntPtrTy =
 241       SrcTy->isPtrOrPtrVectorTy() ? DL.getIntPtrType(SrcTy) : nullptr;
 242   Type *MidIntPtrTy =
 243       MidTy->isPtrOrPtrVectorTy() ? DL.getIntPtrType(MidTy) : nullptr;
 244   Type *DstIntPtrTy =
 245       DstTy->isPtrOrPtrVectorTy() ? DL.getIntPtrType(DstTy) : nullptr;
 246   unsigned Res = CastInst::isEliminableCastPair(firstOp, secondOp, SrcTy, MidTy,
 247                                                 DstTy, SrcIntPtrTy, MidIntPtrTy,
 248                                                 DstIntPtrTy);
 249
 250   // We don't want to form an inttoptr or ptrtoint that converts to an integer
 251   // type that differs from the pointer size.
 252   if ((Res == Instruction::IntToPtr && SrcTy != DstIntPtrTy) ||
 253       (Res == Instruction::PtrToInt && DstTy != SrcIntPtrTy))
 254     Res = 0;
 255
 256   return Instruction::CastOps(Res);
 257 }
 258
 259 /// @brief Implement the transforms common to all CastInst visitors.
 260 Instruction *InstCombiner::commonCastTransforms(CastInst &CI) {
 261   Value *Src = CI.getOperand(0);
 262
 263   // Try to eliminate a cast of a cast.
 264   if (auto *CSrc = dyn_cast<CastInst>(Src)) {   // A->B->C cast
 265     if (Instruction::CastOps NewOpc = isEliminableCastPair(CSrc, &CI)) {
 266       // The first cast (CSrc) is eliminable so we need to fix up or replace
 267       // the second cast (CI). CSrc will then have a good chance of being dead.
 268       return CastInst::Create(NewOpc, CSrc->getOperand(0), CI.getType());
 269     }
 270   }
 271
 272   // If we are casting a select, then fold the cast into the select.
 273   if (auto *SI = dyn_cast<SelectInst>(Src))
 274     if (Instruction *NV = FoldOpIntoSelect(CI, SI))
 275       return NV;
 276
 277   // If we are casting a PHI, then fold the cast into the PHI.
 278   if (auto *PN = dyn_cast<PHINode>(Src)) {
 279     // Don't do this if it would create a PHI node with an illegal type from a
 280     // legal type.
 281     if (!Src->getType()->isIntegerTy() || !CI.getType()->isIntegerTy() ||
 282         shouldChangeType(CI.getType(), Src->getType()))
 283       if (Instruction *NV = foldOpIntoPhi(CI, PN))
 284         return NV;
 285   }
 286
 287   return nullptr;
 288 }
 289
 290 /// Return true if we can evaluate the specified expression tree as type Ty
 291 /// instead of its larger type, and arrive with the same value.
 292 /// This is used by code that tries to eliminate truncates.
 293 ///
 294 /// Ty will always be a type smaller than V.  We should return true if trunc(V)
 295 /// can be computed by computing V in the smaller type.  If V is an instruction,
 296 /// then trunc(inst(x,y)) can be computed as inst(trunc(x),trunc(y)), which only
 297 /// makes sense if x and y can be efficiently truncated.
 298 ///
 299 /// This function works on both vectors and scalars.
 300 ///
 301 static bool canEvaluateTruncated(Value *V, Type *Ty, InstCombiner &IC,
 302                                  Instruction *CxtI) {
 303   // We can always evaluate constants in another type.
 304   if (isa<Constant>(V))
 305     return true;
 306
 307   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
 308   if (!I) return false;
 309
 310   Type *OrigTy = V->getType();
 311
 312   // If this is an extension from the dest type, we can eliminate it, even if it
 313   // has multiple uses.
 314   if ((isa<ZExtInst>(I) || isa<SExtInst>(I)) &&
 315       I->getOperand(0)->getType() == Ty)
 316     return true;
 317
 318   // We can't extend or shrink something that has multiple uses: doing so would
 319   // require duplicating the instruction in general, which isn't profitable.
 320   if (!I->hasOneUse()) return false;
 321
 322   unsigned Opc = I->getOpcode();
 323   switch (Opc) {
 324   case Instruction::Add:
 325   case Instruction::Sub:
 326   case Instruction::Mul:
 327   case Instruction::And:
 328   case Instruction::Or:
 329   case Instruction::Xor:
 330     // These operators can all arbitrarily be extended or truncated.
 331     return canEvaluateTruncated(I->getOperand(0), Ty, IC, CxtI) &&
 332            canEvaluateTruncated(I->getOperand(1), Ty, IC, CxtI);
 333
 334   case Instruction::UDiv:
 335   case Instruction::URem: {
 336     // UDiv and URem can be truncated if all the truncated bits are zero.
 337     uint32_t OrigBitWidth = OrigTy->getScalarSizeInBits();
 338     uint32_t BitWidth = Ty->getScalarSizeInBits();
 339     if (BitWidth < OrigBitWidth) {
 340       APInt Mask = APInt::getHighBitsSet(OrigBitWidth, OrigBitWidth-BitWidth);
 341       if (IC.MaskedValueIsZero(I->getOperand(0), Mask, 0, CxtI) &&
 342           IC.MaskedValueIsZero(I->getOperand(1), Mask, 0, CxtI)) {
 343         return canEvaluateTruncated(I->getOperand(0), Ty, IC, CxtI) &&
 344                canEvaluateTruncated(I->getOperand(1), Ty, IC, CxtI);
 345       }
 346     }
 347     break;
 348   }
 349   case Instruction::Shl: {
 350     // If we are truncating the result of this SHL, and if it's a shift of a
 351     // constant amount, we can always perform a SHL in a smaller type.
 352     const APInt *Amt;
 353     if (match(I->getOperand(1), m_APInt(Amt))) {
 354       uint32_t BitWidth = Ty->getScalarSizeInBits();
 355       if (Amt->getLimitedValue(BitWidth) < BitWidth)
 356         return canEvaluateTruncated(I->getOperand(0), Ty, IC, CxtI);
 357     }
 358     break;
 359   }
 360   case Instruction::LShr: {
 361     // If this is a truncate of a logical shr, we can truncate it to a smaller
 362     // lshr iff we know that the bits we would otherwise be shifting in are
 363     // already zeros.
 364     const APInt *Amt;
 365     if (match(I->getOperand(1), m_APInt(Amt))) {
 366       uint32_t OrigBitWidth = OrigTy->getScalarSizeInBits();
 367       uint32_t BitWidth = Ty->getScalarSizeInBits();
 368       if (IC.MaskedValueIsZero(I->getOperand(0),
 369             APInt::getHighBitsSet(OrigBitWidth, OrigBitWidth-BitWidth), 0, CxtI) &&
 370           Amt->getLimitedValue(BitWidth) < BitWidth) {
 371         return canEvaluateTruncated(I->getOperand(0), Ty, IC, CxtI);
 372       }
 373     }
 374     break;
 375   }
 376   case Instruction::AShr: {
 377     // If this is a truncate of an arithmetic shr, we can truncate it to a
 378     // smaller ashr iff we know that all the bits from the sign bit of the
 379     // original type and the sign bit of the truncate type are similar.
 380     // TODO: It is enough to check that the bits we would be shifting in are
 381     //       similar to sign bit of the truncate type.
 382     const APInt *Amt;
 383     if (match(I->getOperand(1), m_APInt(Amt))) {
 384       uint32_t OrigBitWidth = OrigTy->getScalarSizeInBits();
 385       uint32_t BitWidth = Ty->getScalarSizeInBits();
 386       if (Amt->getLimitedValue(BitWidth) < BitWidth &&
 387           OrigBitWidth - BitWidth <
 388               IC.ComputeNumSignBits(I->getOperand(0), 0, CxtI))
 389         return canEvaluateTruncated(I->getOperand(0), Ty, IC, CxtI);
 390     }
 391     break;
 392   }
 393   case Instruction::Trunc:
 394     // trunc(trunc(x)) -> trunc(x)
 395     return true;
 396   case Instruction::ZExt:
 397   case Instruction::SExt:
 398     // trunc(ext(x)) -> ext(x) if the source type is smaller than the new dest
 399     // trunc(ext(x)) -> trunc(x) if the source type is larger than the new dest
 400     return true;
 401   case Instruction::Select: {
 402     SelectInst *SI = cast<SelectInst>(I);
 403     return canEvaluateTruncated(SI->getTrueValue(), Ty, IC, CxtI) &&
 404            canEvaluateTruncated(SI->getFalseValue(), Ty, IC, CxtI);
 405   }
 406   case Instruction::PHI: {
 407     // We can change a phi if we can change all operands.  Note that we never
 408     // get into trouble with cyclic PHIs here because we only consider
 409     // instructions with a single use.
 410     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
 411     for (Value *IncValue : PN->incoming_values())
 412       if (!canEvaluateTruncated(IncValue, Ty, IC, CxtI))
 413         return false;
 414     return true;
 415   }
 416   default:
 417     // TODO: Can handle more cases here.
 418     break;
 419   }
 420
 421   return false;
 422 }
 423
 424 /// Given a vector that is bitcast to an integer, optionally logically
 425 /// right-shifted, and truncated, convert it to an extractelement.
 426 /// Example (big endian):
 427 ///   trunc (lshr (bitcast <4 x i32> %X to i128), 32) to i32
 428 ///   --->
 429 ///   extractelement <4 x i32> %X, 1
 430 static Instruction *foldVecTruncToExtElt(TruncInst &Trunc, InstCombiner &IC) {
 431   Value *TruncOp = Trunc.getOperand(0);
 432   Type *DestType = Trunc.getType();
 433   if (!TruncOp->hasOneUse() || !isa<IntegerType>(DestType))
 434     return nullptr;
 435
 436   Value *VecInput = nullptr;
 437   ConstantInt *ShiftVal = nullptr;
 438   if (!match(TruncOp, m_CombineOr(m_BitCast(m_Value(VecInput)),
 439                                   m_LShr(m_BitCast(m_Value(VecInput)),
 440                                          m_ConstantInt(ShiftVal)))) ||
 441       !isa<VectorType>(VecInput->getType()))
 442     return nullptr;
 443
 444   VectorType *VecType = cast<VectorType>(VecInput->getType());
 445   unsigned VecWidth = VecType->getPrimitiveSizeInBits();
 446   unsigned DestWidth = DestType->getPrimitiveSizeInBits();
 447   unsigned ShiftAmount = ShiftVal ? ShiftVal->getZExtValue() : 0;
 448
 449   if ((VecWidth % DestWidth != 0) || (ShiftAmount % DestWidth != 0))
 450     return nullptr;
 451
 452   // If the element type of the vector doesn't match the result type,
 453   // bitcast it to a vector type that we can extract from.
 454   unsigned NumVecElts = VecWidth / DestWidth;
 455   if (VecType->getElementType() != DestType) {
 456     VecType = VectorType::get(DestType, NumVecElts);
 457     VecInput = IC.Builder.CreateBitCast(VecInput, VecType, "bc");
 458   }
 459
 460   unsigned Elt = ShiftAmount / DestWidth;
 461   if (IC.getDataLayout().isBigEndian())
 462     Elt = NumVecElts - 1 - Elt;
 463
 464   return ExtractElementInst::Create(VecInput, IC.Builder.getInt32(Elt));
 465 }
 466
 467 /// Rotate left/right may occur in a wider type than necessary because of type
 468 /// promotion rules. Try to narrow all of the component instructions.
 469 Instruction *InstCombiner::narrowRotate(TruncInst &Trunc) {
 470   assert((isa<VectorType>(Trunc.getSrcTy()) ||
 471           shouldChangeType(Trunc.getSrcTy(), Trunc.getType())) &&
 472          "Don't narrow to an illegal scalar type");
 473
 474   // First, find an or'd pair of opposite shifts with the same shifted operand:
 475   // trunc (or (lshr ShVal, ShAmt0), (shl ShVal, ShAmt1))
 476   Value *Or0, *Or1;
 477   if (!match(Trunc.getOperand(0), m_OneUse(m_Or(m_Value(Or0), m_Value(Or1)))))
 478     return nullptr;
 479
 480   Value *ShVal, *ShAmt0, *ShAmt1;
 481   if (!match(Or0, m_OneUse(m_LogicalShift(m_Value(ShVal), m_Value(ShAmt0)))) ||
 482       !match(Or1, m_OneUse(m_LogicalShift(m_Specific(ShVal), m_Value(ShAmt1)))))
 483     return nullptr;
 484
 485   auto ShiftOpcode0 = cast<BinaryOperator>(Or0)->getOpcode();
 486   auto ShiftOpcode1 = cast<BinaryOperator>(Or1)->getOpcode();
 487   if (ShiftOpcode0 == ShiftOpcode1)
 488     return nullptr;
 489
 490   // The shift amounts must add up to the narrow bit width.
 491   Value *ShAmt;
 492   bool SubIsOnLHS;
 493   Type *DestTy = Trunc.getType();
 494   unsigned NarrowWidth = DestTy->getScalarSizeInBits();
 495   if (match(ShAmt0,
 496             m_OneUse(m_Sub(m_SpecificInt(NarrowWidth), m_Specific(ShAmt1))))) {
 497     ShAmt = ShAmt1;
 498     SubIsOnLHS = true;
 499   } else if (match(ShAmt1, m_OneUse(m_Sub(m_SpecificInt(NarrowWidth),
 500                                           m_Specific(ShAmt0))))) {
 501     ShAmt = ShAmt0;
 502     SubIsOnLHS = false;
 503   } else {
 504     return nullptr;
 505   }
 506
 507   // The shifted value must have high zeros in the wide type. Typically, this
 508   // will be a zext, but it could also be the result of an 'and' or 'shift'.
 509   unsigned WideWidth = Trunc.getSrcTy()->getScalarSizeInBits();
 510   APInt HiBitMask = APInt::getHighBitsSet(WideWidth, WideWidth - NarrowWidth);
 511   if (!MaskedValueIsZero(ShVal, HiBitMask, 0, &Trunc))
 512     return nullptr;
 513
 514   // We have an unnecessarily wide rotate!
 515   // trunc (or (lshr ShVal, ShAmt), (shl ShVal, BitWidth - ShAmt))
 516   // Narrow it down to eliminate the zext/trunc:
 517   // or (lshr trunc(ShVal), ShAmt0'), (shl trunc(ShVal), ShAmt1')
 518   Value *NarrowShAmt = Builder.CreateTrunc(ShAmt, DestTy);
 519   Value *NegShAmt = Builder.CreateNeg(NarrowShAmt);
 520
 521   // Mask both shift amounts to ensure there's no UB from oversized shifts.
 522   Constant *MaskC = ConstantInt::get(DestTy, NarrowWidth - 1);
 523   Value *MaskedShAmt = Builder.CreateAnd(NarrowShAmt, MaskC);
 524   Value *MaskedNegShAmt = Builder.CreateAnd(NegShAmt, MaskC);
 525
 526   // Truncate the original value and use narrow ops.
 527   Value *X = Builder.CreateTrunc(ShVal, DestTy);
 528   Value *NarrowShAmt0 = SubIsOnLHS ? MaskedNegShAmt : MaskedShAmt;
 529   Value *NarrowShAmt1 = SubIsOnLHS ? MaskedShAmt : MaskedNegShAmt;
 530   Value *NarrowSh0 = Builder.CreateBinOp(ShiftOpcode0, X, NarrowShAmt0);
 531   Value *NarrowSh1 = Builder.CreateBinOp(ShiftOpcode1, X, NarrowShAmt1);
 532   return BinaryOperator::CreateOr(NarrowSh0, NarrowSh1);
 533 }
 534
 535 /// Try to narrow the width of math or bitwise logic instructions by pulling a
 536 /// truncate ahead of binary operators.
 537 /// TODO: Transforms for truncated shifts should be moved into here.
 538 Instruction *InstCombiner::narrowBinOp(TruncInst &Trunc) {
 539   Type *SrcTy = Trunc.getSrcTy();
 540   Type *DestTy = Trunc.getType();
 541   if (!isa<VectorType>(SrcTy) && !shouldChangeType(SrcTy, DestTy))
 542     return nullptr;
 543
 544   BinaryOperator *BinOp;
 545   if (!match(Trunc.getOperand(0), m_OneUse(m_BinOp(BinOp))))
 546     return nullptr;
 547
 548   Value *BinOp0 = BinOp->getOperand(0);
 549   Value *BinOp1 = BinOp->getOperand(1);
 550   switch (BinOp->getOpcode()) {
 551   case Instruction::And:
 552   case Instruction::Or:
 553   case Instruction::Xor:
 554   case Instruction::Add:
 555   case Instruction::Sub:
 556   case Instruction::Mul: {
 557     Constant *C;
 558     if (match(BinOp0, m_Constant(C))) {
 559       // trunc (binop C, X) --> binop (trunc C', X)
 560       Constant *NarrowC = ConstantExpr::getTrunc(C, DestTy);
 561       Value *TruncX = Builder.CreateTrunc(BinOp1, DestTy);
 562       return BinaryOperator::Create(BinOp->getOpcode(), NarrowC, TruncX);
 563     }
 564     if (match(BinOp1, m_Constant(C))) {
 565       // trunc (binop X, C) --> binop (trunc X, C')
 566       Constant *NarrowC = ConstantExpr::getTrunc(C, DestTy);
 567       Value *TruncX = Builder.CreateTrunc(BinOp0, DestTy);
 568       return BinaryOperator::Create(BinOp->getOpcode(), TruncX, NarrowC);
 569     }
 570     Value *X;
 571     if (match(BinOp0, m_ZExtOrSExt(m_Value(X))) && X->getType() == DestTy) {
 572       // trunc (binop (ext X), Y) --> binop X, (trunc Y)
 573       Value *NarrowOp1 = Builder.CreateTrunc(BinOp1, DestTy);
 574       return BinaryOperator::Create(BinOp->getOpcode(), X, NarrowOp1);
 575     }
 576     if (match(BinOp1, m_ZExtOrSExt(m_Value(X))) && X->getType() == DestTy) {
 577       // trunc (binop Y, (ext X)) --> binop (trunc Y), X
 578       Value *NarrowOp0 = Builder.CreateTrunc(BinOp0, DestTy);
 579       return BinaryOperator::Create(BinOp->getOpcode(), NarrowOp0, X);
 580     }
 581     break;
 582   }
 583
 584   default: break;
 585   }
 586
 587   if (Instruction *NarrowOr = narrowRotate(Trunc))
 588     return NarrowOr;
 589
 590   return nullptr;
 591 }
 592
 593 /// Try to narrow the width of a splat shuffle. This could be generalized to any
 594 /// shuffle with a constant operand, but we limit the transform to avoid
 595 /// creating a shuffle type that targets may not be able to lower effectively.
 596 static Instruction *shrinkSplatShuffle(TruncInst &Trunc,
 597                                        InstCombiner::BuilderTy &Builder) {
 598   auto *Shuf = dyn_cast<ShuffleVectorInst>(Trunc.getOperand(0));
 599   if (Shuf && Shuf->hasOneUse() && isa<UndefValue>(Shuf->getOperand(1)) &&
 600       Shuf->getMask()->getSplatValue() &&
 601       Shuf->getType() == Shuf->getOperand(0)->getType()) {
 602     // trunc (shuf X, Undef, SplatMask) --> shuf (trunc X), Undef, SplatMask
 603     Constant *NarrowUndef = UndefValue::get(Trunc.getType());
 604     Value *NarrowOp = Builder.CreateTrunc(Shuf->getOperand(0), Trunc.getType());
 605     return new ShuffleVectorInst(NarrowOp, NarrowUndef, Shuf->getMask());
 606   }
 607
 608   return nullptr;
 609 }
 610
 611 /// Try to narrow the width of an insert element. This could be generalized for
 612 /// any vector constant, but we limit the transform to insertion into undef to
 613 /// avoid potential backend problems from unsupported insertion widths. This
 614 /// could also be extended to handle the case of inserting a scalar constant
 615 /// into a vector variable.
 616 static Instruction *shrinkInsertElt(CastInst &Trunc,
 617                                     InstCombiner::BuilderTy &Builder) {
 618   Instruction::CastOps Opcode = Trunc.getOpcode();
 619   assert((Opcode == Instruction::Trunc || Opcode == Instruction::FPTrunc) &&
 620          "Unexpected instruction for shrinking");
 621
 622   auto *InsElt = dyn_cast<InsertElementInst>(Trunc.getOperand(0));
 623   if (!InsElt || !InsElt->hasOneUse())
 624     return nullptr;
 625
 626   Type *DestTy = Trunc.getType();
 627   Type *DestScalarTy = DestTy->getScalarType();
 628   Value *VecOp = InsElt->getOperand(0);
 629   Value *ScalarOp = InsElt->getOperand(1);
 630   Value *Index = InsElt->getOperand(2);
 631
 632   if (isa<UndefValue>(VecOp)) {
 633     // trunc   (inselt undef, X, Index) --> inselt undef,   (trunc X), Index
 634     // fptrunc (inselt undef, X, Index) --> inselt undef, (fptrunc X), Index
 635     UndefValue *NarrowUndef = UndefValue::get(DestTy);
 636     Value *NarrowOp = Builder.CreateCast(Opcode, ScalarOp, DestScalarTy);
 637     return InsertElementInst::Create(NarrowUndef, NarrowOp, Index);
 638   }
 639
 640   return nullptr;
 641 }
 642
 643 Instruction *InstCombiner::visitTrunc(TruncInst &CI) {
 644   if (Instruction *Result = commonCastTransforms(CI))
 645     return Result;
 646
 647   // Test if the trunc is the user of a select which is part of a
 648   // minimum or maximum operation. If so, don't do any more simplification.
 649   // Even simplifying demanded bits can break the canonical form of a
 650   // min/max.
 651   Value *LHS, *RHS;
 652   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(CI.getOperand(0)))
 653     if (matchSelectPattern(SI, LHS, RHS).Flavor != SPF_UNKNOWN)
 654       return nullptr;
 655
 656   // See if we can simplify any instructions used by the input whose sole
 657   // purpose is to compute bits we don't care about.
 658   if (SimplifyDemandedInstructionBits(CI))
 659     return &CI;
 660
 661   Value *Src = CI.getOperand(0);
 662   Type *DestTy = CI.getType(), *SrcTy = Src->getType();
 663
 664   // Attempt to truncate the entire input expression tree to the destination
 665   // type.   Only do this if the dest type is a simple type, don't convert the
 666   // expression tree to something weird like i93 unless the source is also
 667   // strange.
 668   if ((DestTy->isVectorTy() || shouldChangeType(SrcTy, DestTy)) &&
 669       canEvaluateTruncated(Src, DestTy, *this, &CI)) {
 670
 671     // If this cast is a truncate, evaluting in a different type always
 672     // eliminates the cast, so it is always a win.
 673     DEBUG(dbgs() << "ICE: EvaluateInDifferentType converting expression type"
 674           " to avoid cast: " << CI << '\n');
 675     Value *Res = EvaluateInDifferentType(Src, DestTy, false);
 676     assert(Res->getType() == DestTy);
 677     return replaceInstUsesWith(CI, Res);
 678   }
 679
 680   // Canonicalize trunc x to i1 -> (icmp ne (and x, 1), 0), likewise for vector.
 681   if (DestTy->getScalarSizeInBits() == 1) {
 682     Constant *One = ConstantInt::get(SrcTy, 1);
 683     Src = Builder.CreateAnd(Src, One);
 684     Value *Zero = Constant::getNullValue(Src->getType());
 685     return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_NE, Src, Zero);
 686   }
 687
 688   // FIXME: Maybe combine the next two transforms to handle the no cast case
 689   // more efficiently. Support vector types. Cleanup code by using m_OneUse.
 690
 691   // Transform trunc(lshr (zext A), Cst) to eliminate one type conversion.
 692   Value *A = nullptr; ConstantInt *Cst = nullptr;
 693   if (Src->hasOneUse() &&
 694       match(Src, m_LShr(m_ZExt(m_Value(A)), m_ConstantInt(Cst)))) {
 695     // We have three types to worry about here, the type of A, the source of
 696     // the truncate (MidSize), and the destination of the truncate. We know that
 697     // ASize < MidSize   and MidSize > ResultSize, but don't know the relation
 698     // between ASize and ResultSize.
 699     unsigned ASize = A->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
 700
 701     // If the shift amount is larger than the size of A, then the result is
 702     // known to be zero because all the input bits got shifted out.
 703     if (Cst->getZExtValue() >= ASize)
 704       return replaceInstUsesWith(CI, Constant::getNullValue(DestTy));
 705
 706     // Since we're doing an lshr and a zero extend, and know that the shift
 707     // amount is smaller than ASize, it is always safe to do the shift in A's
 708     // type, then zero extend or truncate to the result.
 709     Value *Shift = Builder.CreateLShr(A, Cst->getZExtValue());
 710     Shift->takeName(Src);
 711     return CastInst::CreateIntegerCast(Shift, DestTy, false);
 712   }
 713
 714   // FIXME: We should canonicalize to zext/trunc and remove this transform.
 715   // Transform trunc(lshr (sext A), Cst) to ashr A, Cst to eliminate type
 716   // conversion.
 717   // It works because bits coming from sign extension have the same value as
 718   // the sign bit of the original value; performing ashr instead of lshr
 719   // generates bits of the same value as the sign bit.
 720   if (Src->hasOneUse() &&
 721       match(Src, m_LShr(m_SExt(m_Value(A)), m_ConstantInt(Cst)))) {
 722     Value *SExt = cast<Instruction>(Src)->getOperand(0);
 723     const unsigned SExtSize = SExt->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
 724     const unsigned ASize = A->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
 725     const unsigned CISize = CI.getType()->getPrimitiveSizeInBits();
 726     const unsigned MaxAmt = SExtSize - std::max(CISize, ASize);
 727     unsigned ShiftAmt = Cst->getZExtValue();
 728
 729     // This optimization can be only performed when zero bits generated by
 730     // the original lshr aren't pulled into the value after truncation, so we
 731     // can only shift by values no larger than the number of extension bits.
 732     // FIXME: Instead of bailing when the shift is too large, use and to clear
 733     // the extra bits.
 734     if (ShiftAmt <= MaxAmt) {
 735       if (CISize == ASize)
 736         return BinaryOperator::CreateAShr(A, ConstantInt::get(CI.getType(),
 737                                           std::min(ShiftAmt, ASize - 1)));
 738       if (SExt->hasOneUse()) {
 739         Value *Shift = Builder.CreateAShr(A, std::min(ShiftAmt, ASize - 1));
 740         Shift->takeName(Src);
 741         return CastInst::CreateIntegerCast(Shift, CI.getType(), true);
 742       }
 743     }
 744   }
 745
 746   if (Instruction *I = narrowBinOp(CI))
 747     return I;
 748
 749   if (Instruction *I = shrinkSplatShuffle(CI, Builder))
 750     return I;
 751
 752   if (Instruction *I = shrinkInsertElt(CI, Builder))
 753     return I;
 754
 755   if (Src->hasOneUse() && isa<IntegerType>(SrcTy) &&
 756       shouldChangeType(SrcTy, DestTy)) {
 757     // Transform "trunc (shl X, cst)" -> "shl (trunc X), cst" so long as the
 758     // dest type is native and cst < dest size.
 759     if (match(Src, m_Shl(m_Value(A), m_ConstantInt(Cst))) &&
 760         !match(A, m_Shr(m_Value(), m_Constant()))) {
 761       // Skip shifts of shift by constants. It undoes a combine in
 762       // FoldShiftByConstant and is the extend in reg pattern.
 763       const unsigned DestSize = DestTy->getScalarSizeInBits();
 764       if (Cst->getValue().ult(DestSize)) {
 765         Value *NewTrunc = Builder.CreateTrunc(A, DestTy, A->getName() + ".tr");
 766
 767         return BinaryOperator::Create(
 768           Instruction::Shl, NewTrunc,
 769           ConstantInt::get(DestTy, Cst->getValue().trunc(DestSize)));
 770       }
 771     }
 772   }
 773
 774   if (Instruction *I = foldVecTruncToExtElt(CI, *this))
 775     return I;
 776
 777   return nullptr;
 778 }
 779
 780 Instruction *InstCombiner::transformZExtICmp(ICmpInst *ICI, ZExtInst &CI,
 781                                              bool DoTransform) {
 782   // If we are just checking for a icmp eq of a single bit and zext'ing it
 783   // to an integer, then shift the bit to the appropriate place and then
 784   // cast to integer to avoid the comparison.
 785   const APInt *Op1CV;
 786   if (match(ICI->getOperand(1), m_APInt(Op1CV))) {
 787
 788     // zext (x <s  0) to i32 --> x>>u31      true if signbit set.
 789     // zext (x >s -1) to i32 --> (x>>u31)^1  true if signbit clear.
 790     if ((ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_SLT && Op1CV->isNullValue()) ||
 791         (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_SGT && Op1CV->isAllOnesValue())) {
 792       if (!DoTransform) return ICI;
 793
 794       Value *In = ICI->getOperand(0);
 795       Value *Sh = ConstantInt::get(In->getType(),
 796                                    In->getType()->getScalarSizeInBits() - 1);
 797       In = Builder.CreateLShr(In, Sh, In->getName() + ".lobit");
 798       if (In->getType() != CI.getType())
 799         In = Builder.CreateIntCast(In, CI.getType(), false /*ZExt*/);
 800
 801       if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_SGT) {
 802         Constant *One = ConstantInt::get(In->getType(), 1);
 803         In = Builder.CreateXor(In, One, In->getName() + ".not");
 804       }
 805
 806       return replaceInstUsesWith(CI, In);
 807     }
 808
 809     // zext (X == 0) to i32 --> X^1      iff X has only the low bit set.
 810     // zext (X == 0) to i32 --> (X>>1)^1 iff X has only the 2nd bit set.
 811     // zext (X == 1) to i32 --> X        iff X has only the low bit set.
 812     // zext (X == 2) to i32 --> X>>1     iff X has only the 2nd bit set.
 813     // zext (X != 0) to i32 --> X        iff X has only the low bit set.
 814     // zext (X != 0) to i32 --> X>>1     iff X has only the 2nd bit set.
 815     // zext (X != 1) to i32 --> X^1      iff X has only the low bit set.
 816     // zext (X != 2) to i32 --> (X>>1)^1 iff X has only the 2nd bit set.
 817     if ((Op1CV->isNullValue() || Op1CV->isPowerOf2()) &&
 818         // This only works for EQ and NE
 819         ICI->isEquality()) {
 820       // If Op1C some other power of two, convert:
 821       KnownBits Known = computeKnownBits(ICI->getOperand(0), 0, &CI);
 822
 823       APInt KnownZeroMask(~Known.Zero);
 824       if (KnownZeroMask.isPowerOf2()) { // Exactly 1 possible 1?
 825         if (!DoTransform) return ICI;
 826
 827         bool isNE = ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE;
 828         if (!Op1CV->isNullValue() && (*Op1CV != KnownZeroMask)) {
 829           // (X&4) == 2 --> false
 830           // (X&4) != 2 --> true
 831           Constant *Res = ConstantInt::get(CI.getType(), isNE);
 832           return replaceInstUsesWith(CI, Res);
 833         }
 834
 835         uint32_t ShAmt = KnownZeroMask.logBase2();
 836         Value *In = ICI->getOperand(0);
 837         if (ShAmt) {
 838           // Perform a logical shr by shiftamt.
 839           // Insert the shift to put the result in the low bit.
 840           In = Builder.CreateLShr(In, ConstantInt::get(In->getType(), ShAmt),
 841                                   In->getName() + ".lobit");
 842         }
 843
 844         if (!Op1CV->isNullValue() == isNE) { // Toggle the low bit.
 845           Constant *One = ConstantInt::get(In->getType(), 1);
 846           In = Builder.CreateXor(In, One);
 847         }
 848
 849         if (CI.getType() == In->getType())
 850           return replaceInstUsesWith(CI, In);
 851
 852         Value *IntCast = Builder.CreateIntCast(In, CI.getType(), false);
 853         return replaceInstUsesWith(CI, IntCast);
 854       }
 855     }
 856   }
 857
 858   // icmp ne A, B is equal to xor A, B when A and B only really have one bit.
 859   // It is also profitable to transform icmp eq into not(xor(A, B)) because that
 860   // may lead to additional simplifications.
 861   if (ICI->isEquality() && CI.getType() == ICI->getOperand(0)->getType()) {
 862     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(CI.getType())) {
 863       Value *LHS = ICI->getOperand(0);
 864       Value *RHS = ICI->getOperand(1);
 865
 866       KnownBits KnownLHS = computeKnownBits(LHS, 0, &CI);
 867       KnownBits KnownRHS = computeKnownBits(RHS, 0, &CI);
 868
 869       if (KnownLHS.Zero == KnownRHS.Zero && KnownLHS.One == KnownRHS.One) {
 870         APInt KnownBits = KnownLHS.Zero | KnownLHS.One;
 871         APInt UnknownBit = ~KnownBits;
 872         if (UnknownBit.countPopulation() == 1) {
 873           if (!DoTransform) return ICI;
 874
 875           Value *Result = Builder.CreateXor(LHS, RHS);
 876
 877           // Mask off any bits that are set and won't be shifted away.
 878           if (KnownLHS.One.uge(UnknownBit))
 879             Result = Builder.CreateAnd(Result,
 880                                         ConstantInt::get(ITy, UnknownBit));
 881
 882           // Shift the bit we're testing down to the lsb.
 883           Result = Builder.CreateLShr(
 884                Result, ConstantInt::get(ITy, UnknownBit.countTrailingZeros()));
 885
 886           if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
 887             Result = Builder.CreateXor(Result, ConstantInt::get(ITy, 1));
 888           Result->takeName(ICI);
 889           return replaceInstUsesWith(CI, Result);
 890         }
 891       }
 892     }
 893   }
 894
 895   return nullptr;
 896 }
 897
 898 /// Determine if the specified value can be computed in the specified wider type
 899 /// and produce the same low bits. If not, return false.
 900 ///
 901 /// If this function returns true, it can also return a non-zero number of bits
 902 /// (in BitsToClear) which indicates that the value it computes is correct for
 903 /// the zero extend, but that the additional BitsToClear bits need to be zero'd
 904 /// out.  For example, to promote something like:
 905 ///
 906 ///   %B = trunc i64 %A to i32
 907 ///   %C = lshr i32 %B, 8
 908 ///   %E = zext i32 %C to i64
 909 ///
 910 /// CanEvaluateZExtd for the 'lshr' will return true, and BitsToClear will be
 911 /// set to 8 to indicate that the promoted value needs to have bits 24-31
 912 /// cleared in addition to bits 32-63.  Since an 'and' will be generated to
 913 /// clear the top bits anyway, doing this has no extra cost.
 914 ///
 915 /// This function works on both vectors and scalars.
 916 static bool canEvaluateZExtd(Value *V, Type *Ty, unsigned &BitsToClear,
 917                              InstCombiner &IC, Instruction *CxtI) {
 918   BitsToClear = 0;
 919   if (isa<Constant>(V))
 920     return true;
 921
 922   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
 923   if (!I) return false;
 924
 925   // If the input is a truncate from the destination type, we can trivially
 926   // eliminate it.
 927   if (isa<TruncInst>(I) && I->getOperand(0)->getType() == Ty)
 928     return true;
 929
 930   // We can't extend or shrink something that has multiple uses: doing so would
 931   // require duplicating the instruction in general, which isn't profitable.
 932   if (!I->hasOneUse()) return false;
 933
 934   unsigned Opc = I->getOpcode(), Tmp;
 935   switch (Opc) {
 936   case Instruction::ZExt:  // zext(zext(x)) -> zext(x).
 937   case Instruction::SExt:  // zext(sext(x)) -> sext(x).
 938   case Instruction::Trunc: // zext(trunc(x)) -> trunc(x) or zext(x)
 939     return true;
 940   case Instruction::And:
 941   case Instruction::Or:
 942   case Instruction::Xor:
 943   case Instruction::Add:
 944   case Instruction::Sub:
 945   case Instruction::Mul:
 946     if (!canEvaluateZExtd(I->getOperand(0), Ty, BitsToClear, IC, CxtI) ||
 947         !canEvaluateZExtd(I->getOperand(1), Ty, Tmp, IC, CxtI))
 948       return false;
 949     // These can all be promoted if neither operand has 'bits to clear'.
 950     if (BitsToClear == 0 && Tmp == 0)
 951       return true;
 952
 953     // If the operation is an AND/OR/XOR and the bits to clear are zero in the
 954     // other side, BitsToClear is ok.
 955     if (Tmp == 0 && I->isBitwiseLogicOp()) {
 956       // We use MaskedValueIsZero here for generality, but the case we care
 957       // about the most is constant RHS.
 958       unsigned VSize = V->getType()->getScalarSizeInBits();
 959       if (IC.MaskedValueIsZero(I->getOperand(1),
 960                                APInt::getHighBitsSet(VSize, BitsToClear),
 961                                0, CxtI)) {
 962         // If this is an And instruction and all of the BitsToClear are
 963         // known to be zero we can reset BitsToClear.
 964         if (Opc == Instruction::And)
 965           BitsToClear = 0;
 966         return true;
 967       }
 968     }
 969
 970     // Otherwise, we don't know how to analyze this BitsToClear case yet.
 971     return false;
 972
 973   case Instruction::Shl: {
 974     // We can promote shl(x, cst) if we can promote x.  Since shl overwrites the
 975     // upper bits we can reduce BitsToClear by the shift amount.
 976     const APInt *Amt;
 977     if (match(I->getOperand(1), m_APInt(Amt))) {
 978       if (!canEvaluateZExtd(I->getOperand(0), Ty, BitsToClear, IC, CxtI))
 979         return false;
 980       uint64_t ShiftAmt = Amt->getZExtValue();
 981       BitsToClear = ShiftAmt < BitsToClear ? BitsToClear - ShiftAmt : 0;
 982       return true;
 983     }
 984     return false;
 985   }
 986   case Instruction::LShr: {
 987     // We can promote lshr(x, cst) if we can promote x.  This requires the
 988     // ultimate 'and' to clear out the high zero bits we're clearing out though.
 989     const APInt *Amt;
 990     if (match(I->getOperand(1), m_APInt(Amt))) {
 991       if (!canEvaluateZExtd(I->getOperand(0), Ty, BitsToClear, IC, CxtI))
 992         return false;
 993       BitsToClear += Amt->getZExtValue();
 994       if (BitsToClear > V->getType()->getScalarSizeInBits())
 995         BitsToClear = V->getType()->getScalarSizeInBits();
 996       return true;
 997     }
 998     // Cannot promote variable LSHR.
 999     return false;
1000   }
1001   case Instruction::Select:
1002     if (!canEvaluateZExtd(I->getOperand(1), Ty, Tmp, IC, CxtI) ||
1003         !canEvaluateZExtd(I->getOperand(2), Ty, BitsToClear, IC, CxtI) ||
1004         // TODO: If important, we could handle the case when the BitsToClear are
1005         // known zero in the disagreeing side.
1006         Tmp != BitsToClear)
1007       return false;
1008     return true;
1009
1010   case Instruction::PHI: {
1011     // We can change a phi if we can change all operands.  Note that we never
1012     // get into trouble with cyclic PHIs here because we only consider
1013     // instructions with a single use.
1014     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
1015     if (!canEvaluateZExtd(PN->getIncomingValue(0), Ty, BitsToClear, IC, CxtI))
1016       return false;
1017     for (unsigned i = 1, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1018       if (!canEvaluateZExtd(PN->getIncomingValue(i), Ty, Tmp, IC, CxtI) ||
1019           // TODO: If important, we could handle the case when the BitsToClear
1020           // are known zero in the disagreeing input.
1021           Tmp != BitsToClear)
1022         return false;
1023     return true;
1024   }
1025   default:
1026     // TODO: Can handle more cases here.
1027     return false;
1028   }
1029 }
1030
1031 Instruction *InstCombiner::visitZExt(ZExtInst &CI) {
1032   // If this zero extend is only used by a truncate, let the truncate be
1033   // eliminated before we try to optimize this zext.
1034   if (CI.hasOneUse() && isa<TruncInst>(CI.user_back()))
1035     return nullptr;
1036
1037   // If one of the common conversion will work, do it.
1038   if (Instruction *Result = commonCastTransforms(CI))
1039     return Result;
1040
1041   Value *Src = CI.getOperand(0);
1042   Type *SrcTy = Src->getType(), *DestTy = CI.getType();
1043
1044   // Attempt to extend the entire input expression tree to the destination
1045   // type.   Only do this if the dest type is a simple type, don't convert the
1046   // expression tree to something weird like i93 unless the source is also
1047   // strange.
1048   unsigned BitsToClear;
1049   if ((DestTy->isVectorTy() || shouldChangeType(SrcTy, DestTy)) &&
1050       canEvaluateZExtd(Src, DestTy, BitsToClear, *this, &CI)) {
1051     assert(BitsToClear <= SrcTy->getScalarSizeInBits() &&
1052            "Can't clear more bits than in SrcTy");
1053
1054     // Okay, we can transform this!  Insert the new expression now.
1055     DEBUG(dbgs() << "ICE: EvaluateInDifferentType converting expression type"
1056           " to avoid zero extend: " << CI << '\n');
1057     Value *Res = EvaluateInDifferentType(Src, DestTy, false);
1058     assert(Res->getType() == DestTy);
1059
1060     uint32_t SrcBitsKept = SrcTy->getScalarSizeInBits()-BitsToClear;
1061     uint32_t DestBitSize = DestTy->getScalarSizeInBits();
1062
1063     // If the high bits are already filled with zeros, just replace this
1064     // cast with the result.
1065     if (MaskedValueIsZero(Res,
1066                           APInt::getHighBitsSet(DestBitSize,
1067                                                 DestBitSize-SrcBitsKept),
1068                              0, &CI))
1069       return replaceInstUsesWith(CI, Res);
1070
1071     // We need to emit an AND to clear the high bits.
1072     Constant *C = ConstantInt::get(Res->getType(),
1073                                APInt::getLowBitsSet(DestBitSize, SrcBitsKept));
1074     return BinaryOperator::CreateAnd(Res, C);
1075   }
1076
1077   // If this is a TRUNC followed by a ZEXT then we are dealing with integral
1078   // types and if the sizes are just right we can convert this into a logical
1079   // 'and' which will be much cheaper than the pair of casts.
1080   if (TruncInst *CSrc = dyn_cast<TruncInst>(Src)) {   // A->B->C cast
1081     // TODO: Subsume this into EvaluateInDifferentType.
1082
1083     // Get the sizes of the types involved.  We know that the intermediate type
1084     // will be smaller than A or C, but don't know the relation between A and C.
1085     Value *A = CSrc->getOperand(0);
1086     unsigned SrcSize = A->getType()->getScalarSizeInBits();
1087     unsigned MidSize = CSrc->getType()->getScalarSizeInBits();
1088     unsigned DstSize = CI.getType()->getScalarSizeInBits();
1089     // If we're actually extending zero bits, then if
1090     // SrcSize <  DstSize: zext(a & mask)
1091     // SrcSize == DstSize: a & mask
1092     // SrcSize  > DstSize: trunc(a) & mask
1093     if (SrcSize < DstSize) {
1094       APInt AndValue(APInt::getLowBitsSet(SrcSize, MidSize));
1095       Constant *AndConst = ConstantInt::get(A->getType(), AndValue);
1096       Value *And = Builder.CreateAnd(A, AndConst, CSrc->getName() + ".mask");
1097       return new ZExtInst(And, CI.getType());
1098     }
1099
1100     if (SrcSize == DstSize) {
1101       APInt AndValue(APInt::getLowBitsSet(SrcSize, MidSize));
1102       return BinaryOperator::CreateAnd(A, ConstantInt::get(A->getType(),
1103                                                            AndValue));
1104     }
1105     if (SrcSize > DstSize) {
1106       Value *Trunc = Builder.CreateTrunc(A, CI.getType());
1107       APInt AndValue(APInt::getLowBitsSet(DstSize, MidSize));
1108       return BinaryOperator::CreateAnd(Trunc,
1109                                        ConstantInt::get(Trunc->getType(),
1110                                                         AndValue));
1111     }
1112   }
1113
1114   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(Src))
1115     return transformZExtICmp(ICI, CI);
1116
1117   BinaryOperator *SrcI = dyn_cast<BinaryOperator>(Src);
1118   if (SrcI && SrcI->getOpcode() == Instruction::Or) {
1119     // zext (or icmp, icmp) -> or (zext icmp), (zext icmp) if at least one
1120     // of the (zext icmp) can be eliminated. If so, immediately perform the
1121     // according elimination.
1122     ICmpInst *LHS = dyn_cast<ICmpInst>(SrcI->getOperand(0));
1123     ICmpInst *RHS = dyn_cast<ICmpInst>(SrcI->getOperand(1));
1124     if (LHS && RHS && LHS->hasOneUse() && RHS->hasOneUse() &&
1125         (transformZExtICmp(LHS, CI, false) ||
1126          transformZExtICmp(RHS, CI, false))) {
1127       // zext (or icmp, icmp) -> or (zext icmp), (zext icmp)
1128       Value *LCast = Builder.CreateZExt(LHS, CI.getType(), LHS->getName());
1129       Value *RCast = Builder.CreateZExt(RHS, CI.getType(), RHS->getName());
1130       BinaryOperator *Or = BinaryOperator::Create(Instruction::Or, LCast, RCast);
1131
1132       // Perform the elimination.
1133       if (auto *LZExt = dyn_cast<ZExtInst>(LCast))
1134         transformZExtICmp(LHS, *LZExt);
1135       if (auto *RZExt = dyn_cast<ZExtInst>(RCast))
1136         transformZExtICmp(RHS, *RZExt);
1137
1138       return Or;
1139     }
1140   }
1141
1142   // zext(trunc(X) & C) -> (X & zext(C)).
1143   Constant *C;
1144   Value *X;
1145   if (SrcI &&
1146       match(SrcI, m_OneUse(m_And(m_Trunc(m_Value(X)), m_Constant(C)))) &&
1147       X->getType() == CI.getType())
1148     return BinaryOperator::CreateAnd(X, ConstantExpr::getZExt(C, CI.getType()));
1149
1150   // zext((trunc(X) & C) ^ C) -> ((X & zext(C)) ^ zext(C)).
1151   Value *And;
1152   if (SrcI && match(SrcI, m_OneUse(m_Xor(m_Value(And), m_Constant(C)))) &&
1153       match(And, m_OneUse(m_And(m_Trunc(m_Value(X)), m_Specific(C)))) &&
1154       X->getType() == CI.getType()) {
1155     Constant *ZC = ConstantExpr::getZExt(C, CI.getType());
1156     return BinaryOperator::CreateXor(Builder.CreateAnd(X, ZC), ZC);
1157   }
1158
1159   return nullptr;
1160 }
1161
1162 /// Transform (sext icmp) to bitwise / integer operations to eliminate the icmp.
1163 Instruction *InstCombiner::transformSExtICmp(ICmpInst *ICI, Instruction &CI) {
1164   Value *Op0 = ICI->getOperand(0), *Op1 = ICI->getOperand(1);
1165   ICmpInst::Predicate Pred = ICI->getPredicate();
1166
1167   // Don't bother if Op1 isn't of vector or integer type.
1168   if (!Op1->getType()->isIntOrIntVectorTy())
1169     return nullptr;
1170
1171   if (Constant *Op1C = dyn_cast<Constant>(Op1)) {
1172     // (x <s  0) ? -1 : 0 -> ashr x, 31        -> all ones if negative
1173     // (x >s -1) ? -1 : 0 -> not (ashr x, 31)  -> all ones if positive
1174     if ((Pred == ICmpInst::ICMP_SLT && Op1C->isNullValue()) ||
1175         (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT && Op1C->isAllOnesValue())) {
1176
1177       Value *Sh = ConstantInt::get(Op0->getType(),
1178                                    Op0->getType()->getScalarSizeInBits()-1);
1179       Value *In = Builder.CreateAShr(Op0, Sh, Op0->getName() + ".lobit");
1180       if (In->getType() != CI.getType())
1181         In = Builder.CreateIntCast(In, CI.getType(), true /*SExt*/);
1182
1183       if (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT)
1184         In = Builder.CreateNot(In, In->getName() + ".not");
1185       return replaceInstUsesWith(CI, In);
1186     }
1187   }
1188
1189   if (ConstantInt *Op1C = dyn_cast<ConstantInt>(Op1)) {
1190     // If we know that only one bit of the LHS of the icmp can be set and we
1191     // have an equality comparison with zero or a power of 2, we can transform
1192     // the icmp and sext into bitwise/integer operations.
1193     if (ICI->hasOneUse() &&
1194         ICI->isEquality() && (Op1C->isZero() || Op1C->getValue().isPowerOf2())){
1195       KnownBits Known = computeKnownBits(Op0, 0, &CI);
1196
1197       APInt KnownZeroMask(~Known.Zero);
1198       if (KnownZeroMask.isPowerOf2()) {
1199         Value *In = ICI->getOperand(0);
1200
1201         // If the icmp tests for a known zero bit we can constant fold it.
1202         if (!Op1C->isZero() && Op1C->getValue() != KnownZeroMask) {
1203           Value *V = Pred == ICmpInst::ICMP_NE ?
1204                        ConstantInt::getAllOnesValue(CI.getType()) :
1205                        ConstantInt::getNullValue(CI.getType());
1206           return replaceInstUsesWith(CI, V);
1207         }
1208
1209         if (!Op1C->isZero() == (Pred == ICmpInst::ICMP_NE)) {
1210           // sext ((x & 2^n) == 0)   -> (x >> n) - 1
1211           // sext ((x & 2^n) != 2^n) -> (x >> n) - 1
1212           unsigned ShiftAmt = KnownZeroMask.countTrailingZeros();
1213           // Perform a right shift to place the desired bit in the LSB.
1214           if (ShiftAmt)
1215             In = Builder.CreateLShr(In,
1216                                     ConstantInt::get(In->getType(), ShiftAmt));
1217
1218           // At this point "In" is either 1 or 0. Subtract 1 to turn
1219           // {1, 0} -> {0, -1}.
1220           In = Builder.CreateAdd(In,
1221                                  ConstantInt::getAllOnesValue(In->getType()),
1222                                  "sext");
1223         } else {
1224           // sext ((x & 2^n) != 0)   -> (x << bitwidth-n) a>> bitwidth-1
1225           // sext ((x & 2^n) == 2^n) -> (x << bitwidth-n) a>> bitwidth-1
1226           unsigned ShiftAmt = KnownZeroMask.countLeadingZeros();
1227           // Perform a left shift to place the desired bit in the MSB.
1228           if (ShiftAmt)
1229             In = Builder.CreateShl(In,
1230                                    ConstantInt::get(In->getType(), ShiftAmt));
1231
1232           // Distribute the bit over the whole bit width.
1233           In = Builder.CreateAShr(In, ConstantInt::get(In->getType(),
1234                                   KnownZeroMask.getBitWidth() - 1), "sext");
1235         }
1236
1237         if (CI.getType() == In->getType())
1238           return replaceInstUsesWith(CI, In);
1239         return CastInst::CreateIntegerCast(In, CI.getType(), true/*SExt*/);
1240       }
1241     }
1242   }
1243
1244   return nullptr;
1245 }
1246
1247 /// Return true if we can take the specified value and return it as type Ty
1248 /// without inserting any new casts and without changing the value of the common
1249 /// low bits.  This is used by code that tries to promote integer operations to
1250 /// a wider types will allow us to eliminate the extension.
1251 ///
1252 /// This function works on both vectors and scalars.
1253 ///
1254 static bool canEvaluateSExtd(Value *V, Type *Ty) {
1255   assert(V->getType()->getScalarSizeInBits() < Ty->getScalarSizeInBits() &&
1256          "Can't sign extend type to a smaller type");
1257   // If this is a constant, it can be trivially promoted.
1258   if (isa<Constant>(V))
1259     return true;
1260
1261   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
1262   if (!I) return false;
1263
1264   // If this is a truncate from the dest type, we can trivially eliminate it.
1265   if (isa<TruncInst>(I) && I->getOperand(0)->getType() == Ty)
1266     return true;
1267
1268   // We can't extend or shrink something that has multiple uses: doing so would
1269   // require duplicating the instruction in general, which isn't profitable.
1270   if (!I->hasOneUse()) return false;
1271
1272   switch (I->getOpcode()) {
1273   case Instruction::SExt:  // sext(sext(x)) -> sext(x)
1274   case Instruction::ZExt:  // sext(zext(x)) -> zext(x)
1275   case Instruction::Trunc: // sext(trunc(x)) -> trunc(x) or sext(x)
1276     return true;
1277   case Instruction::And:
1278   case Instruction::Or:
1279   case Instruction::Xor:
1280   case Instruction::Add:
1281   case Instruction::Sub:
1282   case Instruction::Mul:
1283     // These operators can all arbitrarily be extended if their inputs can.
1284     return canEvaluateSExtd(I->getOperand(0), Ty) &&
1285            canEvaluateSExtd(I->getOperand(1), Ty);
1286
1287   //case Instruction::Shl:   TODO
1288   //case Instruction::LShr:  TODO
1289
1290   case Instruction::Select:
1291     return canEvaluateSExtd(I->getOperand(1), Ty) &&
1292            canEvaluateSExtd(I->getOperand(2), Ty);
1293
1294   case Instruction::PHI: {
1295     // We can change a phi if we can change all operands.  Note that we never
1296     // get into trouble with cyclic PHIs here because we only consider
1297     // instructions with a single use.
1298     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
1299     for (Value *IncValue : PN->incoming_values())
1300       if (!canEvaluateSExtd(IncValue, Ty)) return false;
1301     return true;
1302   }
1303   default:
1304     // TODO: Can handle more cases here.
1305     break;
1306   }
1307
1308   return false;
1309 }
1310
1311 Instruction *InstCombiner::visitSExt(SExtInst &CI) {
1312   // If this sign extend is only used by a truncate, let the truncate be
1313   // eliminated before we try to optimize this sext.
1314   if (CI.hasOneUse() && isa<TruncInst>(CI.user_back()))
1315     return nullptr;
1316
1317   if (Instruction *I = commonCastTransforms(CI))
1318     return I;
1319
1320   Value *Src = CI.getOperand(0);
1321   Type *SrcTy = Src->getType(), *DestTy = CI.getType();
1322
1323   // If we know that the value being extended is positive, we can use a zext
1324   // instead.
1325   KnownBits Known = computeKnownBits(Src, 0, &CI);
1326   if (Known.isNonNegative()) {
1327     Value *ZExt = Builder.CreateZExt(Src, DestTy);
1328     return replaceInstUsesWith(CI, ZExt);
1329   }
1330
1331   // Attempt to extend the entire input expression tree to the destination
1332   // type.   Only do this if the dest type is a simple type, don't convert the
1333   // expression tree to something weird like i93 unless the source is also
1334   // strange.
1335   if ((DestTy->isVectorTy() || shouldChangeType(SrcTy, DestTy)) &&
1336       canEvaluateSExtd(Src, DestTy)) {
1337     // Okay, we can transform this!  Insert the new expression now.
1338     DEBUG(dbgs() << "ICE: EvaluateInDifferentType converting expression type"
1339           " to avoid sign extend: " << CI << '\n');
1340     Value *Res = EvaluateInDifferentType(Src, DestTy, true);
1341     assert(Res->getType() == DestTy);
1342
1343     uint32_t SrcBitSize = SrcTy->getScalarSizeInBits();
1344     uint32_t DestBitSize = DestTy->getScalarSizeInBits();
1345
1346     // If the high bits are already filled with sign bit, just replace this
1347     // cast with the result.
1348     if (ComputeNumSignBits(Res, 0, &CI) > DestBitSize - SrcBitSize)
1349       return replaceInstUsesWith(CI, Res);
1350
1351     // We need to emit a shl + ashr to do the sign extend.
1352     Value *ShAmt = ConstantInt::get(DestTy, DestBitSize-SrcBitSize);
1353     return BinaryOperator::CreateAShr(Builder.CreateShl(Res, ShAmt, "sext"),
1354                                       ShAmt);
1355   }
1356
1357   // If the input is a trunc from the destination type, then turn sext(trunc(x))
1358   // into shifts.
1359   Value *X;
1360   if (match(Src, m_OneUse(m_Trunc(m_Value(X)))) && X->getType() == DestTy) {
1361     // sext(trunc(X)) --> ashr(shl(X, C), C)
1362     unsigned SrcBitSize = SrcTy->getScalarSizeInBits();
1363     unsigned DestBitSize = DestTy->getScalarSizeInBits();
1364     Constant *ShAmt = ConstantInt::get(DestTy, DestBitSize - SrcBitSize);
1365     return BinaryOperator::CreateAShr(Builder.CreateShl(X, ShAmt), ShAmt);
1366   }
1367
1368   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(Src))
1369     return transformSExtICmp(ICI, CI);
1370
1371   // If the input is a shl/ashr pair of a same constant, then this is a sign
1372   // extension from a smaller value.  If we could trust arbitrary bitwidth
1373   // integers, we could turn this into a truncate to the smaller bit and then
1374   // use a sext for the whole extension.  Since we don't, look deeper and check
1375   // for a truncate.  If the source and dest are the same type, eliminate the
1376   // trunc and extend and just do shifts.  For example, turn:
1377   //   %a = trunc i32 %i to i8
1378   //   %b = shl i8 %a, 6
1379   //   %c = ashr i8 %b, 6
1380   //   %d = sext i8 %c to i32
1381   // into:
1382   //   %a = shl i32 %i, 30
1383   //   %d = ashr i32 %a, 30
1384   Value *A = nullptr;
1385   // TODO: Eventually this could be subsumed by EvaluateInDifferentType.
1386   ConstantInt *BA = nullptr, *CA = nullptr;
1387   if (match(Src, m_AShr(m_Shl(m_Trunc(m_Value(A)), m_ConstantInt(BA)),
1388                         m_ConstantInt(CA))) &&
1389       BA == CA && A->getType() == CI.getType()) {
1390     unsigned MidSize = Src->getType()->getScalarSizeInBits();
1391     unsigned SrcDstSize = CI.getType()->getScalarSizeInBits();
1392     unsigned ShAmt = CA->getZExtValue()+SrcDstSize-MidSize;
1393     Constant *ShAmtV = ConstantInt::get(CI.getType(), ShAmt);
1394     A = Builder.CreateShl(A, ShAmtV, CI.getName());
1395     return BinaryOperator::CreateAShr(A, ShAmtV);
1396   }
1397
1398   return nullptr;
1399 }
1400
1401
1402 /// Return a Constant* for the specified floating-point constant if it fits
1403 /// in the specified FP type without changing its value.
1404 static Constant *fitsInFPType(ConstantFP *CFP, const fltSemantics &Sem) {
1405   bool losesInfo;
1406   APFloat F = CFP->getValueAPF();
1407   (void)F.convert(Sem, APFloat::rmNearestTiesToEven, &losesInfo);
1408   if (!losesInfo)
1409     return ConstantFP::get(CFP->getContext(), F);
1410   return nullptr;
1411 }
1412
1413 /// Look through floating-point extensions until we get the source value.
1414 static Value *lookThroughFPExtensions(Value *V) {
1415   while (auto *FPExt = dyn_cast<FPExtInst>(V))
1416     V = FPExt->getOperand(0);
1417
1418   // If this value is a constant, return the constant in the smallest FP type
1419   // that can accurately represent it.  This allows us to turn
1420   // (float)((double)X+2.0) into x+2.0f.
1421   if (auto *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V)) {
1422     if (CFP->getType() == Type::getPPC_FP128Ty(V->getContext()))
1423       return V;  // No constant folding of this.
1424     // See if the value can be truncated to half and then reextended.
1425     if (Value *V = fitsInFPType(CFP, APFloat::IEEEhalf()))
1426       return V;
1427     // See if the value can be truncated to float and then reextended.
1428     if (Value *V = fitsInFPType(CFP, APFloat::IEEEsingle()))
1429       return V;
1430     if (CFP->getType()->isDoubleTy())
1431       return V;  // Won't shrink.
1432     if (Value *V = fitsInFPType(CFP, APFloat::IEEEdouble()))
1433       return V;
1434     // Don't try to shrink to various long double types.
1435   }
1436
1437   return V;
1438 }
1439
1440 Instruction *InstCombiner::visitFPTrunc(FPTruncInst &CI) {
1441   if (Instruction *I = commonCastTransforms(CI))
1442     return I;
1443   // If we have fptrunc(OpI (fpextend x), (fpextend y)), we would like to
1444   // simplify this expression to avoid one or more of the trunc/extend
1445   // operations if we can do so without changing the numerical results.
1446   //
1447   // The exact manner in which the widths of the operands interact to limit
1448   // what we can and cannot do safely varies from operation to operation, and
1449   // is explained below in the various case statements.
1450   BinaryOperator *OpI = dyn_cast<BinaryOperator>(CI.getOperand(0));
1451   if (OpI && OpI->hasOneUse()) {
1452     Value *LHSOrig = lookThroughFPExtensions(OpI->getOperand(0));
1453     Value *RHSOrig = lookThroughFPExtensions(OpI->getOperand(1));
1454     unsigned OpWidth = OpI->getType()->getFPMantissaWidth();
1455     unsigned LHSWidth = LHSOrig->getType()->getFPMantissaWidth();
1456     unsigned RHSWidth = RHSOrig->getType()->getFPMantissaWidth();
1457     unsigned SrcWidth = std::max(LHSWidth, RHSWidth);
1458     unsigned DstWidth = CI.getType()->getFPMantissaWidth();
1459     switch (OpI->getOpcode()) {
1460       default: break;
1461       case Instruction::FAdd:
1462       case Instruction::FSub:
1463         // For addition and subtraction, the infinitely precise result can
1464         // essentially be arbitrarily wide; proving that double rounding
1465         // will not occur because the result of OpI is exact (as we will for
1466         // FMul, for example) is hopeless.  However, we *can* nonetheless
1467         // frequently know that double rounding cannot occur (or that it is
1468         // innocuous) by taking advantage of the specific structure of
1469         // infinitely-precise results that admit double rounding.
1470         //
1471         // Specifically, if OpWidth >= 2*DstWdith+1 and DstWidth is sufficient
1472         // to represent both sources, we can guarantee that the double
1473         // rounding is innocuous (See p50 of Figueroa's 2000 PhD thesis,
1474         // "A Rigorous Framework for Fully Supporting the IEEE Standard ..."
1475         // for proof of this fact).
1476         //
1477         // Note: Figueroa does not consider the case where DstFormat !=
1478         // SrcFormat.  It's possible (likely even!) that this analysis
1479         // could be tightened for those cases, but they are rare (the main
1480         // case of interest here is (float)((double)float + float)).
1481         if (OpWidth >= 2*DstWidth+1 && DstWidth >= SrcWidth) {
1482           if (LHSOrig->getType() != CI.getType())
1483             LHSOrig = Builder.CreateFPExt(LHSOrig, CI.getType());
1484           if (RHSOrig->getType() != CI.getType())
1485             RHSOrig = Builder.CreateFPExt(RHSOrig, CI.getType());
1486           Instruction *RI =
1487             BinaryOperator::Create(OpI->getOpcode(), LHSOrig, RHSOrig);
1488           RI->copyFastMathFlags(OpI);
1489           return RI;
1490         }
1491         break;
1492       case Instruction::FMul:
1493         // For multiplication, the infinitely precise result has at most
1494         // LHSWidth + RHSWidth significant bits; if OpWidth is sufficient
1495         // that such a value can be exactly represented, then no double
1496         // rounding can possibly occur; we can safely perform the operation
1497         // in the destination format if it can represent both sources.
1498         if (OpWidth >= LHSWidth + RHSWidth && DstWidth >= SrcWidth) {
1499           if (LHSOrig->getType() != CI.getType())
1500             LHSOrig = Builder.CreateFPExt(LHSOrig, CI.getType());
1501           if (RHSOrig->getType() != CI.getType())
1502             RHSOrig = Builder.CreateFPExt(RHSOrig, CI.getType());
1503           Instruction *RI =
1504             BinaryOperator::CreateFMul(LHSOrig, RHSOrig);
1505           RI->copyFastMathFlags(OpI);
1506           return RI;
1507         }
1508         break;
1509       case Instruction::FDiv:
1510         // For division, we use again use the bound from Figueroa's
1511         // dissertation.  I am entirely certain that this bound can be
1512         // tightened in the unbalanced operand case by an analysis based on
1513         // the diophantine rational approximation bound, but the well-known
1514         // condition used here is a good conservative first pass.
1515         // TODO: Tighten bound via rigorous analysis of the unbalanced case.
1516         if (OpWidth >= 2*DstWidth && DstWidth >= SrcWidth) {
1517           if (LHSOrig->getType() != CI.getType())
1518             LHSOrig = Builder.CreateFPExt(LHSOrig, CI.getType());
1519           if (RHSOrig->getType() != CI.getType())
1520             RHSOrig = Builder.CreateFPExt(RHSOrig, CI.getType());
1521           Instruction *RI =
1522             BinaryOperator::CreateFDiv(LHSOrig, RHSOrig);
1523           RI->copyFastMathFlags(OpI);
1524           return RI;
1525         }
1526         break;
1527       case Instruction::FRem:
1528         // Remainder is straightforward.  Remainder is always exact, so the
1529         // type of OpI doesn't enter into things at all.  We simply evaluate
1530         // in whichever source type is larger, then convert to the
1531         // destination type.
1532         if (SrcWidth == OpWidth)
1533           break;
1534         if (LHSWidth < SrcWidth)
1535           LHSOrig = Builder.CreateFPExt(LHSOrig, RHSOrig->getType());
1536         else if (RHSWidth <= SrcWidth)
1537           RHSOrig = Builder.CreateFPExt(RHSOrig, LHSOrig->getType());
1538         if (LHSOrig != OpI->getOperand(0) || RHSOrig != OpI->getOperand(1)) {
1539           Value *ExactResult = Builder.CreateFRem(LHSOrig, RHSOrig);
1540           if (Instruction *RI = dyn_cast<Instruction>(ExactResult))
1541             RI->copyFastMathFlags(OpI);
1542           return CastInst::CreateFPCast(ExactResult, CI.getType());
1543         }
1544     }
1545
1546     // (fptrunc (fneg x)) -> (fneg (fptrunc x))
1547     if (BinaryOperator::isFNeg(OpI)) {
1548       Value *InnerTrunc = Builder.CreateFPTrunc(OpI->getOperand(1),
1549                                                 CI.getType());
1550       Instruction *RI = BinaryOperator::CreateFNeg(InnerTrunc);
1551       RI->copyFastMathFlags(OpI);
1552       return RI;
1553     }
1554   }
1555
1556   // (fptrunc (select cond, R1, Cst)) -->
1557   // (select cond, (fptrunc R1), (fptrunc Cst))
1558   //
1559   //  - but only if this isn't part of a min/max operation, else we'll
1560   // ruin min/max canonical form which is to have the select and
1561   // compare's operands be of the same type with no casts to look through.
1562   Value *LHS, *RHS;
1563   SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(CI.getOperand(0));
1564   if (SI &&
1565       (isa<ConstantFP>(SI->getOperand(1)) ||
1566        isa<ConstantFP>(SI->getOperand(2))) &&
1567       matchSelectPattern(SI, LHS, RHS).Flavor == SPF_UNKNOWN) {
1568     Value *LHSTrunc = Builder.CreateFPTrunc(SI->getOperand(1), CI.getType());
1569     Value *RHSTrunc = Builder.CreateFPTrunc(SI->getOperand(2), CI.getType());
1570     return SelectInst::Create(SI->getOperand(0), LHSTrunc, RHSTrunc);
1571   }
1572
1573   IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CI.getOperand(0));
1574   if (II) {
1575     switch (II->getIntrinsicID()) {
1576     default: break;
1577     case Intrinsic::fabs:
1578     case Intrinsic::ceil:
1579     case Intrinsic::floor:
1580     case Intrinsic::rint:
1581     case Intrinsic::round:
1582     case Intrinsic::nearbyint:
1583     case Intrinsic::trunc: {
1584       Value *Src = II->getArgOperand(0);
1585       if (!Src->hasOneUse())
1586         break;
1587
1588       // Except for fabs, this transformation requires the input of the unary FP
1589       // operation to be itself an fpext from the type to which we're
1590       // truncating.
1591       if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::fabs) {
1592         FPExtInst *FPExtSrc = dyn_cast<FPExtInst>(Src);
1593         if (!FPExtSrc || FPExtSrc->getOperand(0)->getType() != CI.getType())
1594           break;
1595       }
1596
1597       // Do unary FP operation on smaller type.
1598       // (fptrunc (fabs x)) -> (fabs (fptrunc x))
1599       Value *InnerTrunc = Builder.CreateFPTrunc(Src, CI.getType());
1600       Type *IntrinsicType[] = { CI.getType() };
1601       Function *Overload = Intrinsic::getDeclaration(
1602         CI.getModule(), II->getIntrinsicID(), IntrinsicType);
1603
1604       SmallVector<OperandBundleDef, 1> OpBundles;
1605       II->getOperandBundlesAsDefs(OpBundles);
1606
1607       Value *Args[] = { InnerTrunc };
1608       CallInst *NewCI =  CallInst::Create(Overload, Args,
1609                                           OpBundles, II->getName());
1610       NewCI->copyFastMathFlags(II);
1611       return NewCI;
1612     }
1613     }
1614   }
1615
1616   if (Instruction *I = shrinkInsertElt(CI, Builder))
1617     return I;
1618
1619   return nullptr;
1620 }
1621
1622 Instruction *InstCombiner::visitFPExt(CastInst &CI) {
1623   return commonCastTransforms(CI);
1624 }
1625
1626 // fpto{s/u}i({u/s}itofp(X)) --> X or zext(X) or sext(X) or trunc(X)
1627 // This is safe if the intermediate type has enough bits in its mantissa to
1628 // accurately represent all values of X.  For example, this won't work with
1629 // i64 -> float -> i64.
1630 Instruction *InstCombiner::FoldItoFPtoI(Instruction &FI) {
1631   if (!isa<UIToFPInst>(FI.getOperand(0)) && !isa<SIToFPInst>(FI.getOperand(0)))
1632     return nullptr;
1633   Instruction *OpI = cast<Instruction>(FI.getOperand(0));
1634
1635   Value *SrcI = OpI->getOperand(0);
1636   Type *FITy = FI.getType();
1637   Type *OpITy = OpI->getType();
1638   Type *SrcTy = SrcI->getType();
1639   bool IsInputSigned = isa<SIToFPInst>(OpI);
1640   bool IsOutputSigned = isa<FPToSIInst>(FI);
1641
1642   // We can safely assume the conversion won't overflow the output range,
1643   // because (for example) (uint8_t)18293.f is undefined behavior.
1644
1645   // Since we can assume the conversion won't overflow, our decision as to
1646   // whether the input will fit in the float should depend on the minimum
1647   // of the input range and output range.
1648
1649   // This means this is also safe for a signed input and unsigned output, since
1650   // a negative input would lead to undefined behavior.
1651   int InputSize = (int)SrcTy->getScalarSizeInBits() - IsInputSigned;
1652   int OutputSize = (int)FITy->getScalarSizeInBits() - IsOutputSigned;
1653   int ActualSize = std::min(InputSize, OutputSize);
1654
1655   if (ActualSize <= OpITy->getFPMantissaWidth()) {
1656     if (FITy->getScalarSizeInBits() > SrcTy->getScalarSizeInBits()) {
1657       if (IsInputSigned && IsOutputSigned)
1658         return new SExtInst(SrcI, FITy);
1659       return new ZExtInst(SrcI, FITy);
1660     }
1661     if (FITy->getScalarSizeInBits() < SrcTy->getScalarSizeInBits())
1662       return new TruncInst(SrcI, FITy);
1663     if (SrcTy == FITy)
1664       return replaceInstUsesWith(FI, SrcI);
1665     return new BitCastInst(SrcI, FITy);
1666   }
1667   return nullptr;
1668 }
1669
1670 Instruction *InstCombiner::visitFPToUI(FPToUIInst &FI) {
1671   Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(FI.getOperand(0));
1672   if (!OpI)
1673     return commonCastTransforms(FI);
1674
1675   if (Instruction *I = FoldItoFPtoI(FI))
1676     return I;
1677
1678   return commonCastTransforms(FI);
1679 }
1680
1681 Instruction *InstCombiner::visitFPToSI(FPToSIInst &FI) {
1682   Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(FI.getOperand(0));
1683   if (!OpI)
1684     return commonCastTransforms(FI);
1685
1686   if (Instruction *I = FoldItoFPtoI(FI))
1687     return I;
1688
1689   return commonCastTransforms(FI);
1690 }
1691
1692 Instruction *InstCombiner::visitUIToFP(CastInst &CI) {
1693   return commonCastTransforms(CI);
1694 }
1695
1696 Instruction *InstCombiner::visitSIToFP(CastInst &CI) {
1697   return commonCastTransforms(CI);
1698 }
1699
1700 Instruction *InstCombiner::visitIntToPtr(IntToPtrInst &CI) {
1701   // If the source integer type is not the intptr_t type for this target, do a
1702   // trunc or zext to the intptr_t type, then inttoptr of it.  This allows the
1703   // cast to be exposed to other transforms.
1704   unsigned AS = CI.getAddressSpace();
1705   if (CI.getOperand(0)->getType()->getScalarSizeInBits() !=
1706       DL.getPointerSizeInBits(AS)) {
1707     Type *Ty = DL.getIntPtrType(CI.getContext(), AS);
1708     if (CI.getType()->isVectorTy()) // Handle vectors of pointers.
1709       Ty = VectorType::get(Ty, CI.getType()->getVectorNumElements());
1710
1711     Value *P = Builder.CreateZExtOrTrunc(CI.getOperand(0), Ty);
1712     return new IntToPtrInst(P, CI.getType());
1713   }
1714
1715   if (Instruction *I = commonCastTransforms(CI))
1716     return I;
1717
1718   return nullptr;
1719 }
1720
1721 /// @brief Implement the transforms for cast of pointer (bitcast/ptrtoint)
1722 Instruction *InstCombiner::commonPointerCastTransforms(CastInst &CI) {
1723   Value *Src = CI.getOperand(0);
1724
1725   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Src)) {
1726     // If casting the result of a getelementptr instruction with no offset, turn
1727     // this into a cast of the original pointer!
1728     if (GEP->hasAllZeroIndices() &&
1729         // If CI is an addrspacecast and GEP changes the poiner type, merging
1730         // GEP into CI would undo canonicalizing addrspacecast with different
1731         // pointer types, causing infinite loops.
1732         (!isa<AddrSpaceCastInst>(CI) ||
1733          GEP->getType() == GEP->getPointerOperandType())) {
1734       // Changing the cast operand is usually not a good idea but it is safe
1735       // here because the pointer operand is being replaced with another
1736       // pointer operand so the opcode doesn't need to change.
1737       Worklist.Add(GEP);
1738       CI.setOperand(0, GEP->getOperand(0));
1739       return &CI;
1740     }
1741   }
1742
1743   return commonCastTransforms(CI);
1744 }
1745
1746 Instruction *InstCombiner::visitPtrToInt(PtrToIntInst &CI) {
1747   // If the destination integer type is not the intptr_t type for this target,
1748   // do a ptrtoint to intptr_t then do a trunc or zext.  This allows the cast
1749   // to be exposed to other transforms.
1750
1751   Type *Ty = CI.getType();
1752   unsigned AS = CI.getPointerAddressSpace();
1753
1754   if (Ty->getScalarSizeInBits() == DL.getPointerSizeInBits(AS))
1755     return commonPointerCastTransforms(CI);
1756
1757   Type *PtrTy = DL.getIntPtrType(CI.getContext(), AS);
1758   if (Ty->isVectorTy()) // Handle vectors of pointers.
1759     PtrTy = VectorType::get(PtrTy, Ty->getVectorNumElements());
1760
1761   Value *P = Builder.CreatePtrToInt(CI.getOperand(0), PtrTy);
1762   return CastInst::CreateIntegerCast(P, Ty, /*isSigned=*/false);
1763 }
1764
1765 /// This input value (which is known to have vector type) is being zero extended
1766 /// or truncated to the specified vector type.
1767 /// Try to replace it with a shuffle (and vector/vector bitcast) if possible.
1768 ///
1769 /// The source and destination vector types may have different element types.
1770 static Instruction *optimizeVectorResize(Value *InVal, VectorType *DestTy,
1771                                          InstCombiner &IC) {
1772   // We can only do this optimization if the output is a multiple of the input
1773   // element size, or the input is a multiple of the output element size.
1774   // Convert the input type to have the same element type as the output.
1775   VectorType *SrcTy = cast<VectorType>(InVal->getType());
1776
1777   if (SrcTy->getElementType() != DestTy->getElementType()) {
1778     // The input types don't need to be identical, but for now they must be the
1779     // same size.  There is no specific reason we couldn't handle things like
1780     // <4 x i16> -> <4 x i32> by bitcasting to <2 x i32> but haven't gotten
1781     // there yet.
1782     if (SrcTy->getElementType()->getPrimitiveSizeInBits() !=
1783         DestTy->getElementType()->getPrimitiveSizeInBits())
1784       return nullptr;
1785
1786     SrcTy = VectorType::get(DestTy->getElementType(), SrcTy->getNumElements());
1787     InVal = IC.Builder.CreateBitCast(InVal, SrcTy);
1788   }
1789
1790   // Now that the element types match, get the shuffle mask and RHS of the
1791   // shuffle to use, which depends on whether we're increasing or decreasing the
1792   // size of the input.
1793   SmallVector<uint32_t, 16> ShuffleMask;
1794   Value *V2;
1795
1796   if (SrcTy->getNumElements() > DestTy->getNumElements()) {
1797     // If we're shrinking the number of elements, just shuffle in the low
1798     // elements from the input and use undef as the second shuffle input.
1799     V2 = UndefValue::get(SrcTy);
1800     for (unsigned i = 0, e = DestTy->getNumElements(); i != e; ++i)
1801       ShuffleMask.push_back(i);
1802
1803   } else {
1804     // If we're increasing the number of elements, shuffle in all of the
1805     // elements from InVal and fill the rest of the result elements with zeros
1806     // from a constant zero.
1807     V2 = Constant::getNullValue(SrcTy);
1808     unsigned SrcElts = SrcTy->getNumElements();
1809     for (unsigned i = 0, e = SrcElts; i != e; ++i)
1810       ShuffleMask.push_back(i);
1811
1812     // The excess elements reference the first element of the zero input.
1813     for (unsigned i = 0, e = DestTy->getNumElements()-SrcElts; i != e; ++i)
1814       ShuffleMask.push_back(SrcElts);
1815   }
1816
1817   return new ShuffleVectorInst(InVal, V2,
1818                                ConstantDataVector::get(V2->getContext(),
1819                                                        ShuffleMask));
1820 }
1821
1822 static bool isMultipleOfTypeSize(unsigned Value, Type *Ty) {
1823   return Value % Ty->getPrimitiveSizeInBits() == 0;
1824 }
1825
1826 static unsigned getTypeSizeIndex(unsigned Value, Type *Ty) {
1827   return Value / Ty->getPrimitiveSizeInBits();
1828 }
1829
1830 /// V is a value which is inserted into a vector of VecEltTy.
1831 /// Look through the value to see if we can decompose it into
1832 /// insertions into the vector.  See the example in the comment for
1833 /// OptimizeIntegerToVectorInsertions for the pattern this handles.
1834 /// The type of V is always a non-zero multiple of VecEltTy's size.
1835 /// Shift is the number of bits between the lsb of V and the lsb of
1836 /// the vector.
1837 ///
1838 /// This returns false if the pattern can't be matched or true if it can,
1839 /// filling in Elements with the elements found here.
1840 static bool collectInsertionElements(Value *V, unsigned Shift,
1841                                      SmallVectorImpl<Value *> &Elements,
1842                                      Type *VecEltTy, bool isBigEndian) {
1843   assert(isMultipleOfTypeSize(Shift, VecEltTy) &&
1844          "Shift should be a multiple of the element type size");
1845
1846   // Undef values never contribute useful bits to the result.
1847   if (isa<UndefValue>(V)) return true;
1848
1849   // If we got down to a value of the right type, we win, try inserting into the
1850   // right element.
1851   if (V->getType() == VecEltTy) {
1852     // Inserting null doesn't actually insert any elements.
1853     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
1854       if (C->isNullValue())
1855         return true;
1856
1857     unsigned ElementIndex = getTypeSizeIndex(Shift, VecEltTy);
1858     if (isBigEndian)
1859       ElementIndex = Elements.size() - ElementIndex - 1;
1860
1861     // Fail if multiple elements are inserted into this slot.
1862     if (Elements[ElementIndex])
1863       return false;
1864
1865     Elements[ElementIndex] = V;
1866     return true;
1867   }
1868
1869   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
1870     // Figure out the # elements this provides, and bitcast it or slice it up
1871     // as required.
1872     unsigned NumElts = getTypeSizeIndex(C->getType()->getPrimitiveSizeInBits(),
1873                                         VecEltTy);
1874     // If the constant is the size of a vector element, we just need to bitcast
1875     // it to the right type so it gets properly inserted.
1876     if (NumElts == 1)
1877       return collectInsertionElements(ConstantExpr::getBitCast(C, VecEltTy),
1878                                       Shift, Elements, VecEltTy, isBigEndian);
1879
1880     // Okay, this is a constant that covers multiple elements.  Slice it up into
1881     // pieces and insert each element-sized piece into the vector.
1882     if (!isa<IntegerType>(C->getType()))
1883       C = ConstantExpr::getBitCast(C, IntegerType::get(V->getContext(),
1884                                        C->getType()->getPrimitiveSizeInBits()));
1885     unsigned ElementSize = VecEltTy->getPrimitiveSizeInBits();
1886     Type *ElementIntTy = IntegerType::get(C->getContext(), ElementSize);
1887
1888     for (unsigned i = 0; i != NumElts; ++i) {
1889       unsigned ShiftI = Shift+i*ElementSize;
1890       Constant *Piece = ConstantExpr::getLShr(C, ConstantInt::get(C->getType(),
1891                                                                   ShiftI));
1892       Piece = ConstantExpr::getTrunc(Piece, ElementIntTy);
1893       if (!collectInsertionElements(Piece, ShiftI, Elements, VecEltTy,
1894                                     isBigEndian))
1895         return false;
1896     }
1897     return true;
1898   }
1899
1900   if (!V->hasOneUse()) return false;
1901
1902   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
1903   if (!I) return false;
1904   switch (I->getOpcode()) {
1905   default: return false; // Unhandled case.
1906   case Instruction::BitCast:
1907     return collectInsertionElements(I->getOperand(0), Shift, Elements, VecEltTy,
1908                                     isBigEndian);
1909   case Instruction::ZExt:
1910     if (!isMultipleOfTypeSize(
1911                           I->getOperand(0)->getType()->getPrimitiveSizeInBits(),
1912                               VecEltTy))
1913       return false;
1914     return collectInsertionElements(I->getOperand(0), Shift, Elements, VecEltTy,
1915                                     isBigEndian);
1916   case Instruction::Or:
1917     return collectInsertionElements(I->getOperand(0), Shift, Elements, VecEltTy,
1918                                     isBigEndian) &&
1919            collectInsertionElements(I->getOperand(1), Shift, Elements, VecEltTy,
1920                                     isBigEndian);
1921   case Instruction::Shl: {
1922     // Must be shifting by a constant that is a multiple of the element size.
1923     ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1));
1924     if (!CI) return false;
1925     Shift += CI->getZExtValue();
1926     if (!isMultipleOfTypeSize(Shift, VecEltTy)) return false;
1927     return collectInsertionElements(I->getOperand(0), Shift, Elements, VecEltTy,
1928                                     isBigEndian);
1929   }
1930
1931   }
1932 }
1933
1934
1935 /// If the input is an 'or' instruction, we may be doing shifts and ors to
1936 /// assemble the elements of the vector manually.
1937 /// Try to rip the code out and replace it with insertelements.  This is to
1938 /// optimize code like this:
1939 ///
1940 ///    %tmp37 = bitcast float %inc to i32
1941 ///    %tmp38 = zext i32 %tmp37 to i64
1942 ///    %tmp31 = bitcast float %inc5 to i32
1943 ///    %tmp32 = zext i32 %tmp31 to i64
1944 ///    %tmp33 = shl i64 %tmp32, 32
1945 ///    %ins35 = or i64 %tmp33, %tmp38
1946 ///    %tmp43 = bitcast i64 %ins35 to <2 x float>
1947 ///
1948 /// Into two insertelements that do "buildvector{%inc, %inc5}".
1949 static Value *optimizeIntegerToVectorInsertions(BitCastInst &CI,
1950                                                 InstCombiner &IC) {
1951   VectorType *DestVecTy = cast<VectorType>(CI.getType());
1952   Value *IntInput = CI.getOperand(0);
1953
1954   SmallVector<Value*, 8> Elements(DestVecTy->getNumElements());
1955   if (!collectInsertionElements(IntInput, 0, Elements,
1956                                 DestVecTy->getElementType(),
1957                                 IC.getDataLayout().isBigEndian()))
1958     return nullptr;
1959
1960   // If we succeeded, we know that all of the element are specified by Elements
1961   // or are zero if Elements has a null entry.  Recast this as a set of
1962   // insertions.
1963   Value *Result = Constant::getNullValue(CI.getType());
1964   for (unsigned i = 0, e = Elements.size(); i != e; ++i) {
1965     if (!Elements[i]) continue;  // Unset element.
1966
1967     Result = IC.Builder.CreateInsertElement(Result, Elements[i],
1968                                             IC.Builder.getInt32(i));
1969   }
1970
1971   return Result;
1972 }
1973
1974 /// Canonicalize scalar bitcasts of extracted elements into a bitcast of the
1975 /// vector followed by extract element. The backend tends to handle bitcasts of
1976 /// vectors better than bitcasts of scalars because vector registers are
1977 /// usually not type-specific like scalar integer or scalar floating-point.
1978 static Instruction *canonicalizeBitCastExtElt(BitCastInst &BitCast,
1979                                               InstCombiner &IC) {
1980   // TODO: Create and use a pattern matcher for ExtractElementInst.
1981   auto *ExtElt = dyn_cast<ExtractElementInst>(BitCast.getOperand(0));
1982   if (!ExtElt || !ExtElt->hasOneUse())
1983     return nullptr;
1984
1985   // The bitcast must be to a vectorizable type, otherwise we can't make a new
1986   // type to extract from.
1987   Type *DestType = BitCast.getType();
1988   if (!VectorType::isValidElementType(DestType))
1989     return nullptr;
1990
1991   unsigned NumElts = ExtElt->getVectorOperandType()->getNumElements();
1992   auto *NewVecType = VectorType::get(DestType, NumElts);
1993   auto *NewBC = IC.Builder.CreateBitCast(ExtElt->getVectorOperand(),
1994                                          NewVecType, "bc");
1995   return ExtractElementInst::Create(NewBC, ExtElt->getIndexOperand());
1996 }
1997
1998 /// Change the type of a bitwise logic operation if we can eliminate a bitcast.
1999 static Instruction *foldBitCastBitwiseLogic(BitCastInst &BitCast,
2000                                             InstCombiner::BuilderTy &Builder) {
2001   Type *DestTy = BitCast.getType();
2002   BinaryOperator *BO;
2003   if (!DestTy->isIntOrIntVectorTy() ||
2004       !match(BitCast.getOperand(0), m_OneUse(m_BinOp(BO))) ||
2005       !BO->isBitwiseLogicOp())
2006     return nullptr;
2007
2008   // FIXME: This transform is restricted to vector types to avoid backend
2009   // problems caused by creating potentially illegal operations. If a fix-up is
2010   // added to handle that situation, we can remove this check.
2011   if (!DestTy->isVectorTy() || !BO->getType()->isVectorTy())
2012     return nullptr;
2013
2014   Value *X;
2015   if (match(BO->getOperand(0), m_OneUse(m_BitCast(m_Value(X)))) &&
2016       X->getType() == DestTy && !isa<Constant>(X)) {
2017     // bitcast(logic(bitcast(X), Y)) --> logic'(X, bitcast(Y))
2018     Value *CastedOp1 = Builder.CreateBitCast(BO->getOperand(1), DestTy);
2019     return BinaryOperator::Create(BO->getOpcode(), X, CastedOp1);
2020   }
2021
2022   if (match(BO->getOperand(1), m_OneUse(m_BitCast(m_Value(X)))) &&
2023       X->getType() == DestTy && !isa<Constant>(X)) {
2024     // bitcast(logic(Y, bitcast(X))) --> logic'(bitcast(Y), X)
2025     Value *CastedOp0 = Builder.CreateBitCast(BO->getOperand(0), DestTy);
2026     return BinaryOperator::Create(BO->getOpcode(), CastedOp0, X);
2027   }
2028
2029   // Canonicalize vector bitcasts to come before vector bitwise logic with a
2030   // constant. This eases recognition of special constants for later ops.
2031   // Example:
2032   // icmp u/s (a ^ signmask), (b ^ signmask) --> icmp s/u a, b
2033   Constant *C;
2034   if (match(BO->getOperand(1), m_Constant(C))) {
2035     // bitcast (logic X, C) --> logic (bitcast X, C')
2036     Value *CastedOp0 = Builder.CreateBitCast(BO->getOperand(0), DestTy);
2037     Value *CastedC = ConstantExpr::getBitCast(C, DestTy);
2038     return BinaryOperator::Create(BO->getOpcode(), CastedOp0, CastedC);
2039   }
2040
2041   return nullptr;
2042 }
2043
2044 /// Change the type of a select if we can eliminate a bitcast.
2045 static Instruction *foldBitCastSelect(BitCastInst &BitCast,
2046                                       InstCombiner::BuilderTy &Builder) {
2047   Value *Cond, *TVal, *FVal;
2048   if (!match(BitCast.getOperand(0),
2049              m_OneUse(m_Select(m_Value(Cond), m_Value(TVal), m_Value(FVal)))))
2050     return nullptr;
2051
2052   // A vector select must maintain the same number of elements in its operands.
2053   Type *CondTy = Cond->getType();
2054   Type *DestTy = BitCast.getType();
2055   if (CondTy->isVectorTy()) {
2056     if (!DestTy->isVectorTy())
2057       return nullptr;
2058     if (DestTy->getVectorNumElements() != CondTy->getVectorNumElements())
2059       return nullptr;
2060   }
2061
2062   // FIXME: This transform is restricted from changing the select between
2063   // scalars and vectors to avoid backend problems caused by creating
2064   // potentially illegal operations. If a fix-up is added to handle that
2065   // situation, we can remove this check.
2066   if (DestTy->isVectorTy() != TVal->getType()->isVectorTy())
2067     return nullptr;
2068
2069   auto *Sel = cast<Instruction>(BitCast.getOperand(0));
2070   Value *X;
2071   if (match(TVal, m_OneUse(m_BitCast(m_Value(X)))) && X->getType() == DestTy &&
2072       !isa<Constant>(X)) {
2073     // bitcast(select(Cond, bitcast(X), Y)) --> select'(Cond, X, bitcast(Y))
2074     Value *CastedVal = Builder.CreateBitCast(FVal, DestTy);
2075     return SelectInst::Create(Cond, X, CastedVal, "", nullptr, Sel);
2076   }
2077
2078   if (match(FVal, m_OneUse(m_BitCast(m_Value(X)))) && X->getType() == DestTy &&
2079       !isa<Constant>(X)) {
2080     // bitcast(select(Cond, Y, bitcast(X))) --> select'(Cond, bitcast(Y), X)
2081     Value *CastedVal = Builder.CreateBitCast(TVal, DestTy);
2082     return SelectInst::Create(Cond, CastedVal, X, "", nullptr, Sel);
2083   }
2084
2085   return nullptr;
2086 }
2087
2088 /// Check if all users of CI are StoreInsts.
2089 static bool hasStoreUsersOnly(CastInst &CI) {
2090   for (User *U : CI.users()) {
2091     if (!isa<StoreInst>(U))
2092       return false;
2093   }
2094   return true;
2095 }
2096
2097 /// This function handles following case
2098 ///
2099 ///     A  ->  B    cast
2100 ///     PHI
2101 ///     B  ->  A    cast
2102 ///
2103 /// All the related PHI nodes can be replaced by new PHI nodes with type A.
2104 /// The uses of \p CI can be changed to the new PHI node corresponding to \p PN.
2105 Instruction *InstCombiner::optimizeBitCastFromPhi(CastInst &CI, PHINode *PN) {
2106   // BitCast used by Store can be handled in InstCombineLoadStoreAlloca.cpp.
2107   if (hasStoreUsersOnly(CI))
2108     return nullptr;
2109
2110   Value *Src = CI.getOperand(0);
2111   Type *SrcTy = Src->getType();         // Type B
2112   Type *DestTy = CI.getType();          // Type A
2113
2114   SmallVector<PHINode *, 4> PhiWorklist;
2115   SmallSetVector<PHINode *, 4> OldPhiNodes;
2116
2117   // Find all of the A->B casts and PHI nodes.
2118   // We need to inpect all related PHI nodes, but PHIs can be cyclic, so
2119   // OldPhiNodes is used to track all known PHI nodes, before adding a new
2120   // PHI to PhiWorklist, it is checked against and added to OldPhiNodes first.
2121   PhiWorklist.push_back(PN);
2122   OldPhiNodes.insert(PN);
2123   while (!PhiWorklist.empty()) {
2124     auto *OldPN = PhiWorklist.pop_back_val();
2125     for (Value *IncValue : OldPN->incoming_values()) {
2126       if (isa<Constant>(IncValue))
2127         continue;
2128
2129       if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(IncValue)) {
2130         // If there is a sequence of one or more load instructions, each loaded
2131         // value is used as address of later load instruction, bitcast is
2132         // necessary to change the value type, don't optimize it. For
2133         // simplicity we give up if the load address comes from another load.
2134         Value *Addr = LI->getOperand(0);
2135         if (Addr == &CI || isa<LoadInst>(Addr))
2136           return nullptr;
2137         if (LI->hasOneUse() && LI->isSimple())
2138           continue;
2139         // If a LoadInst has more than one use, changing the type of loaded
2140         // value may create another bitcast.
2141         return nullptr;
2142       }
2143
2144       if (auto *PNode = dyn_cast<PHINode>(IncValue)) {
2145         if (OldPhiNodes.insert(PNode))
2146           PhiWorklist.push_back(PNode);
2147         continue;
2148       }
2149
2150       auto *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(IncValue);
2151       // We can't handle other instructions.
2152       if (!BCI)
2153         return nullptr;
2154
2155       // Verify it's a A->B cast.
2156       Type *TyA = BCI->getOperand(0)->getType();
2157       Type *TyB = BCI->getType();
2158       if (TyA != DestTy || TyB != SrcTy)
2159         return nullptr;
2160     }
2161   }
2162
2163   // For each old PHI node, create a corresponding new PHI node with a type A.
2164   SmallDenseMap<PHINode *, PHINode *> NewPNodes;
2165   for (auto *OldPN : OldPhiNodes) {
2166     Builder.SetInsertPoint(OldPN);
2167     PHINode *NewPN = Builder.CreatePHI(DestTy, OldPN->getNumOperands());
2168     NewPNodes[OldPN] = NewPN;
2169   }
2170
2171   // Fill in the operands of new PHI nodes.
2172   for (auto *OldPN : OldPhiNodes) {
2173     PHINode *NewPN = NewPNodes[OldPN];
2174     for (unsigned j = 0, e = OldPN->getNumOperands(); j != e; ++j) {
2175       Value *V = OldPN->getOperand(j);
2176       Value *NewV = nullptr;
2177       if (auto *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
2178         NewV = ConstantExpr::getBitCast(C, DestTy);
2179       } else if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(V)) {
2180         Builder.SetInsertPoint(LI->getNextNode());
2181         NewV = Builder.CreateBitCast(LI, DestTy);
2182         Worklist.Add(LI);
2183       } else if (auto *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(V)) {
2184         NewV = BCI->getOperand(0);
2185       } else if (auto *PrevPN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
2186         NewV = NewPNodes[PrevPN];
2187       }
2188       assert(NewV);
2189       NewPN->addIncoming(NewV, OldPN->getIncomingBlock(j));
2190     }
2191   }
2192
2193   // If there is a store with type B, change it to type A.
2194   for (User *U : PN->users()) {
2195     auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(U);
2196     if (SI && SI->isSimple() && SI->getOperand(0) == PN) {
2197       Builder.SetInsertPoint(SI);
2198       auto *NewBC =
2199           cast<BitCastInst>(Builder.CreateBitCast(NewPNodes[PN], SrcTy));
2200       SI->setOperand(0, NewBC);
2201       Worklist.Add(SI);
2202       assert(hasStoreUsersOnly(*NewBC));
2203     }
2204   }
2205
2206   return replaceInstUsesWith(CI, NewPNodes[PN]);
2207 }
2208
2209 Instruction *InstCombiner::visitBitCast(BitCastInst &CI) {
2210   // If the operands are integer typed then apply the integer transforms,
2211   // otherwise just apply the common ones.
2212   Value *Src = CI.getOperand(0);
2213   Type *SrcTy = Src->getType();
2214   Type *DestTy = CI.getType();
2215
2216   // Get rid of casts from one type to the same type. These are useless and can
2217   // be replaced by the operand.
2218   if (DestTy == Src->getType())
2219     return replaceInstUsesWith(CI, Src);
2220
2221   if (PointerType *DstPTy = dyn_cast<PointerType>(DestTy)) {
2222     PointerType *SrcPTy = cast<PointerType>(SrcTy);
2223     Type *DstElTy = DstPTy->getElementType();
2224     Type *SrcElTy = SrcPTy->getElementType();
2225
2226     // If we are casting a alloca to a pointer to a type of the same
2227     // size, rewrite the allocation instruction to allocate the "right" type.
2228     // There is no need to modify malloc calls because it is their bitcast that
2229     // needs to be cleaned up.
2230     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(Src))
2231       if (Instruction *V = PromoteCastOfAllocation(CI, *AI))
2232         return V;
2233
2234     // When the type pointed to is not sized the cast cannot be
2235     // turned into a gep.
2236     Type *PointeeType =
2237         cast<PointerType>(Src->getType()->getScalarType())->getElementType();
2238     if (!PointeeType->isSized())
2239       return nullptr;
2240
2241     // If the source and destination are pointers, and this cast is equivalent
2242     // to a getelementptr X, 0, 0, 0...  turn it into the appropriate gep.
2243     // This can enhance SROA and other transforms that want type-safe pointers.
2244     unsigned NumZeros = 0;
2245     while (SrcElTy != DstElTy &&
2246            isa<CompositeType>(SrcElTy) && !SrcElTy->isPointerTy() &&
2247            SrcElTy->getNumContainedTypes() /* not "{}" */) {
2248       SrcElTy = cast<CompositeType>(SrcElTy)->getTypeAtIndex(0U);
2249       ++NumZeros;
2250     }
2251
2252     // If we found a path from the src to dest, create the getelementptr now.
2253     if (SrcElTy == DstElTy) {
2254       SmallVector<Value *, 8> Idxs(NumZeros + 1, Builder.getInt32(0));
2255       return GetElementPtrInst::CreateInBounds(Src, Idxs);
2256     }
2257   }
2258
2259   if (VectorType *DestVTy = dyn_cast<VectorType>(DestTy)) {
2260     if (DestVTy->getNumElements() == 1 && !SrcTy->isVectorTy()) {
2261       Value *Elem = Builder.CreateBitCast(Src, DestVTy->getElementType());
2262       return InsertElementInst::Create(UndefValue::get(DestTy), Elem,
2263                      Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(CI.getContext())));
2264       // FIXME: Canonicalize bitcast(insertelement) -> insertelement(bitcast)
2265     }
2266
2267     if (isa<IntegerType>(SrcTy)) {
2268       // If this is a cast from an integer to vector, check to see if the input
2269       // is a trunc or zext of a bitcast from vector.  If so, we can replace all
2270       // the casts with a shuffle and (potentially) a bitcast.
2271       if (isa<TruncInst>(Src) || isa<ZExtInst>(Src)) {
2272         CastInst *SrcCast = cast<CastInst>(Src);
2273         if (BitCastInst *BCIn = dyn_cast<BitCastInst>(SrcCast->getOperand(0)))
2274           if (isa<VectorType>(BCIn->getOperand(0)->getType()))
2275             if (Instruction *I = optimizeVectorResize(BCIn->getOperand(0),
2276                                                cast<VectorType>(DestTy), *this))
2277               return I;
2278       }
2279
2280       // If the input is an 'or' instruction, we may be doing shifts and ors to
2281       // assemble the elements of the vector manually.  Try to rip the code out
2282       // and replace it with insertelements.
2283       if (Value *V = optimizeIntegerToVectorInsertions(CI, *this))
2284         return replaceInstUsesWith(CI, V);
2285     }
2286   }
2287
2288   if (VectorType *SrcVTy = dyn_cast<VectorType>(SrcTy)) {
2289     if (SrcVTy->getNumElements() == 1) {
2290       // If our destination is not a vector, then make this a straight
2291       // scalar-scalar cast.
2292       if (!DestTy->isVectorTy()) {
2293         Value *Elem =
2294           Builder.CreateExtractElement(Src,
2295                      Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(CI.getContext())));
2296         return CastInst::Create(Instruction::BitCast, Elem, DestTy);
2297       }
2298
2299       // Otherwise, see if our source is an insert. If so, then use the scalar
2300       // component directly.
2301       if (InsertElementInst *IEI =
2302             dyn_cast<InsertElementInst>(CI.getOperand(0)))
2303         return CastInst::Create(Instruction::BitCast, IEI->getOperand(1),
2304                                 DestTy);
2305     }
2306   }
2307
2308   if (ShuffleVectorInst *SVI = dyn_cast<ShuffleVectorInst>(Src)) {
2309     // Okay, we have (bitcast (shuffle ..)).  Check to see if this is
2310     // a bitcast to a vector with the same # elts.
2311     if (SVI->hasOneUse() && DestTy->isVectorTy() &&
2312         DestTy->getVectorNumElements() == SVI->getType()->getNumElements() &&
2313         SVI->getType()->getNumElements() ==
2314         SVI->getOperand(0)->getType()->getVectorNumElements()) {
2315       BitCastInst *Tmp;
2316       // If either of the operands is a cast from CI.getType(), then
2317       // evaluating the shuffle in the casted destination's type will allow
2318       // us to eliminate at least one cast.
2319       if (((Tmp = dyn_cast<BitCastInst>(SVI->getOperand(0))) &&
2320            Tmp->getOperand(0)->getType() == DestTy) ||
2321           ((Tmp = dyn_cast<BitCastInst>(SVI->getOperand(1))) &&
2322            Tmp->getOperand(0)->getType() == DestTy)) {
2323         Value *LHS = Builder.CreateBitCast(SVI->getOperand(0), DestTy);
2324         Value *RHS = Builder.CreateBitCast(SVI->getOperand(1), DestTy);
2325         // Return a new shuffle vector.  Use the same element ID's, as we
2326         // know the vector types match #elts.
2327         return new ShuffleVectorInst(LHS, RHS, SVI->getOperand(2));
2328       }
2329     }
2330   }
2331
2332   // Handle the A->B->A cast, and there is an intervening PHI node.
2333   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Src))
2334     if (Instruction *I = optimizeBitCastFromPhi(CI, PN))
2335       return I;
2336
2337   if (Instruction *I = canonicalizeBitCastExtElt(CI, *this))
2338     return I;
2339
2340   if (Instruction *I = foldBitCastBitwiseLogic(CI, Builder))
2341     return I;
2342
2343   if (Instruction *I = foldBitCastSelect(CI, Builder))
2344     return I;
2345
2346   if (SrcTy->isPointerTy())
2347     return commonPointerCastTransforms(CI);
2348   return commonCastTransforms(CI);
2349 }
2350
2351 Instruction *InstCombiner::visitAddrSpaceCast(AddrSpaceCastInst &CI) {
2352   // If the destination pointer element type is not the same as the source's
2353   // first do a bitcast to the destination type, and then the addrspacecast.
2354   // This allows the cast to be exposed to other transforms.
2355   Value *Src = CI.getOperand(0);
2356   PointerType *SrcTy = cast<PointerType>(Src->getType()->getScalarType());
2357   PointerType *DestTy = cast<PointerType>(CI.getType()->getScalarType());
2358
2359   Type *DestElemTy = DestTy->getElementType();
2360   if (SrcTy->getElementType() != DestElemTy) {
2361     Type *MidTy = PointerType::get(DestElemTy, SrcTy->getAddressSpace());
2362     if (VectorType *VT = dyn_cast<VectorType>(CI.getType())) {
2363       // Handle vectors of pointers.
2364       MidTy = VectorType::get(MidTy, VT->getNumElements());
2365     }
2366
2367     Value *NewBitCast = Builder.CreateBitCast(Src, MidTy);
2368     return new AddrSpaceCastInst(NewBitCast, CI.getType());
2369   }
2370
2371   return commonPointerCastTransforms(CI);
2372 }