]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/Transforms/InstCombine/InstCombineCompares.cpp
Merge llvm, clang, lld, lldb, compiler-rt and libc++ r306956, and update
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm / lib / Transforms / InstCombine / InstCombineCompares.cpp
1 //===- InstCombineCompares.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 visitICmp and visitFCmp functions.
11 //
12 //===----------------------------------------------------------------------===//
13
14 #include "InstCombineInternal.h"
15 #include "llvm/ADT/APSInt.h"
16 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
17 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
18 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
19 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
20 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
21 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
22 #include "llvm/Analysis/VectorUtils.h"
23 #include "llvm/IR/ConstantRange.h"
24 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
25 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
26 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
27 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
28 #include "llvm/Support/Debug.h"
29 #include "llvm/Support/KnownBits.h"
30
31 using namespace llvm;
32 using namespace PatternMatch;
33
34 #define DEBUG_TYPE "instcombine"
35
36 // How many times is a select replaced by one of its operands?
37 STATISTIC(NumSel, "Number of select opts");
38
39
40 static ConstantInt *extractElement(Constant *V, Constant *Idx) {
41   return cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getExtractElement(V, Idx));
42 }
43
44 static bool hasAddOverflow(ConstantInt *Result,
45                            ConstantInt *In1, ConstantInt *In2,
46                            bool IsSigned) {
47   if (!IsSigned)
48     return Result->getValue().ult(In1->getValue());
49
50   if (In2->isNegative())
51     return Result->getValue().sgt(In1->getValue());
52   return Result->getValue().slt(In1->getValue());
53 }
54
55 /// Compute Result = In1+In2, returning true if the result overflowed for this
56 /// type.
57 static bool addWithOverflow(Constant *&Result, Constant *In1,
58                             Constant *In2, bool IsSigned = false) {
59   Result = ConstantExpr::getAdd(In1, In2);
60
61   if (VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(In1->getType())) {
62     for (unsigned i = 0, e = VTy->getNumElements(); i != e; ++i) {
63       Constant *Idx = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(In1->getContext()), i);
64       if (hasAddOverflow(extractElement(Result, Idx),
65                          extractElement(In1, Idx),
66                          extractElement(In2, Idx),
67                          IsSigned))
68         return true;
69     }
70     return false;
71   }
72
73   return hasAddOverflow(cast<ConstantInt>(Result),
74                         cast<ConstantInt>(In1), cast<ConstantInt>(In2),
75                         IsSigned);
76 }
77
78 static bool hasSubOverflow(ConstantInt *Result,
79                            ConstantInt *In1, ConstantInt *In2,
80                            bool IsSigned) {
81   if (!IsSigned)
82     return Result->getValue().ugt(In1->getValue());
83
84   if (In2->isNegative())
85     return Result->getValue().slt(In1->getValue());
86
87   return Result->getValue().sgt(In1->getValue());
88 }
89
90 /// Compute Result = In1-In2, returning true if the result overflowed for this
91 /// type.
92 static bool subWithOverflow(Constant *&Result, Constant *In1,
93                             Constant *In2, bool IsSigned = false) {
94   Result = ConstantExpr::getSub(In1, In2);
95
96   if (VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(In1->getType())) {
97     for (unsigned i = 0, e = VTy->getNumElements(); i != e; ++i) {
98       Constant *Idx = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(In1->getContext()), i);
99       if (hasSubOverflow(extractElement(Result, Idx),
100                          extractElement(In1, Idx),
101                          extractElement(In2, Idx),
102                          IsSigned))
103         return true;
104     }
105     return false;
106   }
107
108   return hasSubOverflow(cast<ConstantInt>(Result),
109                         cast<ConstantInt>(In1), cast<ConstantInt>(In2),
110                         IsSigned);
111 }
112
113 /// Given an icmp instruction, return true if any use of this comparison is a
114 /// branch on sign bit comparison.
115 static bool hasBranchUse(ICmpInst &I) {
116   for (auto *U : I.users())
117     if (isa<BranchInst>(U))
118       return true;
119   return false;
120 }
121
122 /// Given an exploded icmp instruction, return true if the comparison only
123 /// checks the sign bit. If it only checks the sign bit, set TrueIfSigned if the
124 /// result of the comparison is true when the input value is signed.
125 static bool isSignBitCheck(ICmpInst::Predicate Pred, const APInt &RHS,
126                            bool &TrueIfSigned) {
127   switch (Pred) {
128   case ICmpInst::ICMP_SLT:   // True if LHS s< 0
129     TrueIfSigned = true;
130     return RHS.isNullValue();
131   case ICmpInst::ICMP_SLE:   // True if LHS s<= RHS and RHS == -1
132     TrueIfSigned = true;
133     return RHS.isAllOnesValue();
134   case ICmpInst::ICMP_SGT:   // True if LHS s> -1
135     TrueIfSigned = false;
136     return RHS.isAllOnesValue();
137   case ICmpInst::ICMP_UGT:
138     // True if LHS u> RHS and RHS == high-bit-mask - 1
139     TrueIfSigned = true;
140     return RHS.isMaxSignedValue();
141   case ICmpInst::ICMP_UGE:
142     // True if LHS u>= RHS and RHS == high-bit-mask (2^7, 2^15, 2^31, etc)
143     TrueIfSigned = true;
144     return RHS.isSignMask();
145   default:
146     return false;
147   }
148 }
149
150 /// Returns true if the exploded icmp can be expressed as a signed comparison
151 /// to zero and updates the predicate accordingly.
152 /// The signedness of the comparison is preserved.
153 /// TODO: Refactor with decomposeBitTestICmp()?
154 static bool isSignTest(ICmpInst::Predicate &Pred, const APInt &C) {
155   if (!ICmpInst::isSigned(Pred))
156     return false;
157
158   if (C.isNullValue())
159     return ICmpInst::isRelational(Pred);
160
161   if (C.isOneValue()) {
162     if (Pred == ICmpInst::ICMP_SLT) {
163       Pred = ICmpInst::ICMP_SLE;
164       return true;
165     }
166   } else if (C.isAllOnesValue()) {
167     if (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT) {
168       Pred = ICmpInst::ICMP_SGE;
169       return true;
170     }
171   }
172
173   return false;
174 }
175
176 /// Given a signed integer type and a set of known zero and one bits, compute
177 /// the maximum and minimum values that could have the specified known zero and
178 /// known one bits, returning them in Min/Max.
179 /// TODO: Move to method on KnownBits struct?
180 static void computeSignedMinMaxValuesFromKnownBits(const KnownBits &Known,
181                                                    APInt &Min, APInt &Max) {
182   assert(Known.getBitWidth() == Min.getBitWidth() &&
183          Known.getBitWidth() == Max.getBitWidth() &&
184          "KnownZero, KnownOne and Min, Max must have equal bitwidth.");
185   APInt UnknownBits = ~(Known.Zero|Known.One);
186
187   // The minimum value is when all unknown bits are zeros, EXCEPT for the sign
188   // bit if it is unknown.
189   Min = Known.One;
190   Max = Known.One|UnknownBits;
191
192   if (UnknownBits.isNegative()) { // Sign bit is unknown
193     Min.setSignBit();
194     Max.clearSignBit();
195   }
196 }
197
198 /// Given an unsigned integer type and a set of known zero and one bits, compute
199 /// the maximum and minimum values that could have the specified known zero and
200 /// known one bits, returning them in Min/Max.
201 /// TODO: Move to method on KnownBits struct?
202 static void computeUnsignedMinMaxValuesFromKnownBits(const KnownBits &Known,
203                                                      APInt &Min, APInt &Max) {
204   assert(Known.getBitWidth() == Min.getBitWidth() &&
205          Known.getBitWidth() == Max.getBitWidth() &&
206          "Ty, KnownZero, KnownOne and Min, Max must have equal bitwidth.");
207   APInt UnknownBits = ~(Known.Zero|Known.One);
208
209   // The minimum value is when the unknown bits are all zeros.
210   Min = Known.One;
211   // The maximum value is when the unknown bits are all ones.
212   Max = Known.One|UnknownBits;
213 }
214
215 /// This is called when we see this pattern:
216 ///   cmp pred (load (gep GV, ...)), cmpcst
217 /// where GV is a global variable with a constant initializer. Try to simplify
218 /// this into some simple computation that does not need the load. For example
219 /// we can optimize "icmp eq (load (gep "foo", 0, i)), 0" into "icmp eq i, 3".
220 ///
221 /// If AndCst is non-null, then the loaded value is masked with that constant
222 /// before doing the comparison. This handles cases like "A[i]&4 == 0".
223 Instruction *InstCombiner::foldCmpLoadFromIndexedGlobal(GetElementPtrInst *GEP,
224                                                         GlobalVariable *GV,
225                                                         CmpInst &ICI,
226                                                         ConstantInt *AndCst) {
227   Constant *Init = GV->getInitializer();
228   if (!isa<ConstantArray>(Init) && !isa<ConstantDataArray>(Init))
229     return nullptr;
230
231   uint64_t ArrayElementCount = Init->getType()->getArrayNumElements();
232   // Don't blow up on huge arrays.
233   if (ArrayElementCount > MaxArraySizeForCombine)
234     return nullptr;
235
236   // There are many forms of this optimization we can handle, for now, just do
237   // the simple index into a single-dimensional array.
238   //
239   // Require: GEP GV, 0, i {{, constant indices}}
240   if (GEP->getNumOperands() < 3 ||
241       !isa<ConstantInt>(GEP->getOperand(1)) ||
242       !cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(1))->isZero() ||
243       isa<Constant>(GEP->getOperand(2)))
244     return nullptr;
245
246   // Check that indices after the variable are constants and in-range for the
247   // type they index.  Collect the indices.  This is typically for arrays of
248   // structs.
249   SmallVector<unsigned, 4> LaterIndices;
250
251   Type *EltTy = Init->getType()->getArrayElementType();
252   for (unsigned i = 3, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i) {
253     ConstantInt *Idx = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i));
254     if (!Idx) return nullptr;  // Variable index.
255
256     uint64_t IdxVal = Idx->getZExtValue();
257     if ((unsigned)IdxVal != IdxVal) return nullptr; // Too large array index.
258
259     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(EltTy))
260       EltTy = STy->getElementType(IdxVal);
261     else if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(EltTy)) {
262       if (IdxVal >= ATy->getNumElements()) return nullptr;
263       EltTy = ATy->getElementType();
264     } else {
265       return nullptr; // Unknown type.
266     }
267
268     LaterIndices.push_back(IdxVal);
269   }
270
271   enum { Overdefined = -3, Undefined = -2 };
272
273   // Variables for our state machines.
274
275   // FirstTrueElement/SecondTrueElement - Used to emit a comparison of the form
276   // "i == 47 | i == 87", where 47 is the first index the condition is true for,
277   // and 87 is the second (and last) index.  FirstTrueElement is -2 when
278   // undefined, otherwise set to the first true element.  SecondTrueElement is
279   // -2 when undefined, -3 when overdefined and >= 0 when that index is true.
280   int FirstTrueElement = Undefined, SecondTrueElement = Undefined;
281
282   // FirstFalseElement/SecondFalseElement - Used to emit a comparison of the
283   // form "i != 47 & i != 87".  Same state transitions as for true elements.
284   int FirstFalseElement = Undefined, SecondFalseElement = Undefined;
285
286   /// TrueRangeEnd/FalseRangeEnd - In conjunction with First*Element, these
287   /// define a state machine that triggers for ranges of values that the index
288   /// is true or false for.  This triggers on things like "abbbbc"[i] == 'b'.
289   /// This is -2 when undefined, -3 when overdefined, and otherwise the last
290   /// index in the range (inclusive).  We use -2 for undefined here because we
291   /// use relative comparisons and don't want 0-1 to match -1.
292   int TrueRangeEnd = Undefined, FalseRangeEnd = Undefined;
293
294   // MagicBitvector - This is a magic bitvector where we set a bit if the
295   // comparison is true for element 'i'.  If there are 64 elements or less in
296   // the array, this will fully represent all the comparison results.
297   uint64_t MagicBitvector = 0;
298
299   // Scan the array and see if one of our patterns matches.
300   Constant *CompareRHS = cast<Constant>(ICI.getOperand(1));
301   for (unsigned i = 0, e = ArrayElementCount; i != e; ++i) {
302     Constant *Elt = Init->getAggregateElement(i);
303     if (!Elt) return nullptr;
304
305     // If this is indexing an array of structures, get the structure element.
306     if (!LaterIndices.empty())
307       Elt = ConstantExpr::getExtractValue(Elt, LaterIndices);
308
309     // If the element is masked, handle it.
310     if (AndCst) Elt = ConstantExpr::getAnd(Elt, AndCst);
311
312     // Find out if the comparison would be true or false for the i'th element.
313     Constant *C = ConstantFoldCompareInstOperands(ICI.getPredicate(), Elt,
314                                                   CompareRHS, DL, &TLI);
315     // If the result is undef for this element, ignore it.
316     if (isa<UndefValue>(C)) {
317       // Extend range state machines to cover this element in case there is an
318       // undef in the middle of the range.
319       if (TrueRangeEnd == (int)i-1)
320         TrueRangeEnd = i;
321       if (FalseRangeEnd == (int)i-1)
322         FalseRangeEnd = i;
323       continue;
324     }
325
326     // If we can't compute the result for any of the elements, we have to give
327     // up evaluating the entire conditional.
328     if (!isa<ConstantInt>(C)) return nullptr;
329
330     // Otherwise, we know if the comparison is true or false for this element,
331     // update our state machines.
332     bool IsTrueForElt = !cast<ConstantInt>(C)->isZero();
333
334     // State machine for single/double/range index comparison.
335     if (IsTrueForElt) {
336       // Update the TrueElement state machine.
337       if (FirstTrueElement == Undefined)
338         FirstTrueElement = TrueRangeEnd = i;  // First true element.
339       else {
340         // Update double-compare state machine.
341         if (SecondTrueElement == Undefined)
342           SecondTrueElement = i;
343         else
344           SecondTrueElement = Overdefined;
345
346         // Update range state machine.
347         if (TrueRangeEnd == (int)i-1)
348           TrueRangeEnd = i;
349         else
350           TrueRangeEnd = Overdefined;
351       }
352     } else {
353       // Update the FalseElement state machine.
354       if (FirstFalseElement == Undefined)
355         FirstFalseElement = FalseRangeEnd = i; // First false element.
356       else {
357         // Update double-compare state machine.
358         if (SecondFalseElement == Undefined)
359           SecondFalseElement = i;
360         else
361           SecondFalseElement = Overdefined;
362
363         // Update range state machine.
364         if (FalseRangeEnd == (int)i-1)
365           FalseRangeEnd = i;
366         else
367           FalseRangeEnd = Overdefined;
368       }
369     }
370
371     // If this element is in range, update our magic bitvector.
372     if (i < 64 && IsTrueForElt)
373       MagicBitvector |= 1ULL << i;
374
375     // If all of our states become overdefined, bail out early.  Since the
376     // predicate is expensive, only check it every 8 elements.  This is only
377     // really useful for really huge arrays.
378     if ((i & 8) == 0 && i >= 64 && SecondTrueElement == Overdefined &&
379         SecondFalseElement == Overdefined && TrueRangeEnd == Overdefined &&
380         FalseRangeEnd == Overdefined)
381       return nullptr;
382   }
383
384   // Now that we've scanned the entire array, emit our new comparison(s).  We
385   // order the state machines in complexity of the generated code.
386   Value *Idx = GEP->getOperand(2);
387
388   // If the index is larger than the pointer size of the target, truncate the
389   // index down like the GEP would do implicitly.  We don't have to do this for
390   // an inbounds GEP because the index can't be out of range.
391   if (!GEP->isInBounds()) {
392     Type *IntPtrTy = DL.getIntPtrType(GEP->getType());
393     unsigned PtrSize = IntPtrTy->getIntegerBitWidth();
394     if (Idx->getType()->getPrimitiveSizeInBits() > PtrSize)
395       Idx = Builder->CreateTrunc(Idx, IntPtrTy);
396   }
397
398   // If the comparison is only true for one or two elements, emit direct
399   // comparisons.
400   if (SecondTrueElement != Overdefined) {
401     // None true -> false.
402     if (FirstTrueElement == Undefined)
403       return replaceInstUsesWith(ICI, Builder->getFalse());
404
405     Value *FirstTrueIdx = ConstantInt::get(Idx->getType(), FirstTrueElement);
406
407     // True for one element -> 'i == 47'.
408     if (SecondTrueElement == Undefined)
409       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_EQ, Idx, FirstTrueIdx);
410
411     // True for two elements -> 'i == 47 | i == 72'.
412     Value *C1 = Builder->CreateICmpEQ(Idx, FirstTrueIdx);
413     Value *SecondTrueIdx = ConstantInt::get(Idx->getType(), SecondTrueElement);
414     Value *C2 = Builder->CreateICmpEQ(Idx, SecondTrueIdx);
415     return BinaryOperator::CreateOr(C1, C2);
416   }
417
418   // If the comparison is only false for one or two elements, emit direct
419   // comparisons.
420   if (SecondFalseElement != Overdefined) {
421     // None false -> true.
422     if (FirstFalseElement == Undefined)
423       return replaceInstUsesWith(ICI, Builder->getTrue());
424
425     Value *FirstFalseIdx = ConstantInt::get(Idx->getType(), FirstFalseElement);
426
427     // False for one element -> 'i != 47'.
428     if (SecondFalseElement == Undefined)
429       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_NE, Idx, FirstFalseIdx);
430
431     // False for two elements -> 'i != 47 & i != 72'.
432     Value *C1 = Builder->CreateICmpNE(Idx, FirstFalseIdx);
433     Value *SecondFalseIdx = ConstantInt::get(Idx->getType(),SecondFalseElement);
434     Value *C2 = Builder->CreateICmpNE(Idx, SecondFalseIdx);
435     return BinaryOperator::CreateAnd(C1, C2);
436   }
437
438   // If the comparison can be replaced with a range comparison for the elements
439   // where it is true, emit the range check.
440   if (TrueRangeEnd != Overdefined) {
441     assert(TrueRangeEnd != FirstTrueElement && "Should emit single compare");
442
443     // Generate (i-FirstTrue) <u (TrueRangeEnd-FirstTrue+1).
444     if (FirstTrueElement) {
445       Value *Offs = ConstantInt::get(Idx->getType(), -FirstTrueElement);
446       Idx = Builder->CreateAdd(Idx, Offs);
447     }
448
449     Value *End = ConstantInt::get(Idx->getType(),
450                                   TrueRangeEnd-FirstTrueElement+1);
451     return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_ULT, Idx, End);
452   }
453
454   // False range check.
455   if (FalseRangeEnd != Overdefined) {
456     assert(FalseRangeEnd != FirstFalseElement && "Should emit single compare");
457     // Generate (i-FirstFalse) >u (FalseRangeEnd-FirstFalse).
458     if (FirstFalseElement) {
459       Value *Offs = ConstantInt::get(Idx->getType(), -FirstFalseElement);
460       Idx = Builder->CreateAdd(Idx, Offs);
461     }
462
463     Value *End = ConstantInt::get(Idx->getType(),
464                                   FalseRangeEnd-FirstFalseElement);
465     return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_UGT, Idx, End);
466   }
467
468   // If a magic bitvector captures the entire comparison state
469   // of this load, replace it with computation that does:
470   //   ((magic_cst >> i) & 1) != 0
471   {
472     Type *Ty = nullptr;
473
474     // Look for an appropriate type:
475     // - The type of Idx if the magic fits
476     // - The smallest fitting legal type if we have a DataLayout
477     // - Default to i32
478     if (ArrayElementCount <= Idx->getType()->getIntegerBitWidth())
479       Ty = Idx->getType();
480     else
481       Ty = DL.getSmallestLegalIntType(Init->getContext(), ArrayElementCount);
482
483     if (Ty) {
484       Value *V = Builder->CreateIntCast(Idx, Ty, false);
485       V = Builder->CreateLShr(ConstantInt::get(Ty, MagicBitvector), V);
486       V = Builder->CreateAnd(ConstantInt::get(Ty, 1), V);
487       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_NE, V, ConstantInt::get(Ty, 0));
488     }
489   }
490
491   return nullptr;
492 }
493
494 /// Return a value that can be used to compare the *offset* implied by a GEP to
495 /// zero. For example, if we have &A[i], we want to return 'i' for
496 /// "icmp ne i, 0". Note that, in general, indices can be complex, and scales
497 /// are involved. The above expression would also be legal to codegen as
498 /// "icmp ne (i*4), 0" (assuming A is a pointer to i32).
499 /// This latter form is less amenable to optimization though, and we are allowed
500 /// to generate the first by knowing that pointer arithmetic doesn't overflow.
501 ///
502 /// If we can't emit an optimized form for this expression, this returns null.
503 ///
504 static Value *evaluateGEPOffsetExpression(User *GEP, InstCombiner &IC,
505                                           const DataLayout &DL) {
506   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
507
508   // Check to see if this gep only has a single variable index.  If so, and if
509   // any constant indices are a multiple of its scale, then we can compute this
510   // in terms of the scale of the variable index.  For example, if the GEP
511   // implies an offset of "12 + i*4", then we can codegen this as "3 + i",
512   // because the expression will cross zero at the same point.
513   unsigned i, e = GEP->getNumOperands();
514   int64_t Offset = 0;
515   for (i = 1; i != e; ++i, ++GTI) {
516     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
517       // Compute the aggregate offset of constant indices.
518       if (CI->isZero()) continue;
519
520       // Handle a struct index, which adds its field offset to the pointer.
521       if (StructType *STy = GTI.getStructTypeOrNull()) {
522         Offset += DL.getStructLayout(STy)->getElementOffset(CI->getZExtValue());
523       } else {
524         uint64_t Size = DL.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType());
525         Offset += Size*CI->getSExtValue();
526       }
527     } else {
528       // Found our variable index.
529       break;
530     }
531   }
532
533   // If there are no variable indices, we must have a constant offset, just
534   // evaluate it the general way.
535   if (i == e) return nullptr;
536
537   Value *VariableIdx = GEP->getOperand(i);
538   // Determine the scale factor of the variable element.  For example, this is
539   // 4 if the variable index is into an array of i32.
540   uint64_t VariableScale = DL.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType());
541
542   // Verify that there are no other variable indices.  If so, emit the hard way.
543   for (++i, ++GTI; i != e; ++i, ++GTI) {
544     ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i));
545     if (!CI) return nullptr;
546
547     // Compute the aggregate offset of constant indices.
548     if (CI->isZero()) continue;
549
550     // Handle a struct index, which adds its field offset to the pointer.
551     if (StructType *STy = GTI.getStructTypeOrNull()) {
552       Offset += DL.getStructLayout(STy)->getElementOffset(CI->getZExtValue());
553     } else {
554       uint64_t Size = DL.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType());
555       Offset += Size*CI->getSExtValue();
556     }
557   }
558
559   // Okay, we know we have a single variable index, which must be a
560   // pointer/array/vector index.  If there is no offset, life is simple, return
561   // the index.
562   Type *IntPtrTy = DL.getIntPtrType(GEP->getOperand(0)->getType());
563   unsigned IntPtrWidth = IntPtrTy->getIntegerBitWidth();
564   if (Offset == 0) {
565     // Cast to intptrty in case a truncation occurs.  If an extension is needed,
566     // we don't need to bother extending: the extension won't affect where the
567     // computation crosses zero.
568     if (VariableIdx->getType()->getPrimitiveSizeInBits() > IntPtrWidth) {
569       VariableIdx = IC.Builder->CreateTrunc(VariableIdx, IntPtrTy);
570     }
571     return VariableIdx;
572   }
573
574   // Otherwise, there is an index.  The computation we will do will be modulo
575   // the pointer size, so get it.
576   uint64_t PtrSizeMask = ~0ULL >> (64-IntPtrWidth);
577
578   Offset &= PtrSizeMask;
579   VariableScale &= PtrSizeMask;
580
581   // To do this transformation, any constant index must be a multiple of the
582   // variable scale factor.  For example, we can evaluate "12 + 4*i" as "3 + i",
583   // but we can't evaluate "10 + 3*i" in terms of i.  Check that the offset is a
584   // multiple of the variable scale.
585   int64_t NewOffs = Offset / (int64_t)VariableScale;
586   if (Offset != NewOffs*(int64_t)VariableScale)
587     return nullptr;
588
589   // Okay, we can do this evaluation.  Start by converting the index to intptr.
590   if (VariableIdx->getType() != IntPtrTy)
591     VariableIdx = IC.Builder->CreateIntCast(VariableIdx, IntPtrTy,
592                                             true /*Signed*/);
593   Constant *OffsetVal = ConstantInt::get(IntPtrTy, NewOffs);
594   return IC.Builder->CreateAdd(VariableIdx, OffsetVal, "offset");
595 }
596
597 /// Returns true if we can rewrite Start as a GEP with pointer Base
598 /// and some integer offset. The nodes that need to be re-written
599 /// for this transformation will be added to Explored.
600 static bool canRewriteGEPAsOffset(Value *Start, Value *Base,
601                                   const DataLayout &DL,
602                                   SetVector<Value *> &Explored) {
603   SmallVector<Value *, 16> WorkList(1, Start);
604   Explored.insert(Base);
605
606   // The following traversal gives us an order which can be used
607   // when doing the final transformation. Since in the final
608   // transformation we create the PHI replacement instructions first,
609   // we don't have to get them in any particular order.
610   //
611   // However, for other instructions we will have to traverse the
612   // operands of an instruction first, which means that we have to
613   // do a post-order traversal.
614   while (!WorkList.empty()) {
615     SetVector<PHINode *> PHIs;
616
617     while (!WorkList.empty()) {
618       if (Explored.size() >= 100)
619         return false;
620
621       Value *V = WorkList.back();
622
623       if (Explored.count(V) != 0) {
624         WorkList.pop_back();
625         continue;
626       }
627
628       if (!isa<IntToPtrInst>(V) && !isa<PtrToIntInst>(V) &&
629           !isa<GetElementPtrInst>(V) && !isa<PHINode>(V))
630         // We've found some value that we can't explore which is different from
631         // the base. Therefore we can't do this transformation.
632         return false;
633
634       if (isa<IntToPtrInst>(V) || isa<PtrToIntInst>(V)) {
635         auto *CI = dyn_cast<CastInst>(V);
636         if (!CI->isNoopCast(DL))
637           return false;
638
639         if (Explored.count(CI->getOperand(0)) == 0)
640           WorkList.push_back(CI->getOperand(0));
641       }
642
643       if (auto *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V)) {
644         // We're limiting the GEP to having one index. This will preserve
645         // the original pointer type. We could handle more cases in the
646         // future.
647         if (GEP->getNumIndices() != 1 || !GEP->isInBounds() ||
648             GEP->getType() != Start->getType())
649           return false;
650
651         if (Explored.count(GEP->getOperand(0)) == 0)
652           WorkList.push_back(GEP->getOperand(0));
653       }
654
655       if (WorkList.back() == V) {
656         WorkList.pop_back();
657         // We've finished visiting this node, mark it as such.
658         Explored.insert(V);
659       }
660
661       if (auto *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
662         // We cannot transform PHIs on unsplittable basic blocks.
663         if (isa<CatchSwitchInst>(PN->getParent()->getTerminator()))
664           return false;
665         Explored.insert(PN);
666         PHIs.insert(PN);
667       }
668     }
669
670     // Explore the PHI nodes further.
671     for (auto *PN : PHIs)
672       for (Value *Op : PN->incoming_values())
673         if (Explored.count(Op) == 0)
674           WorkList.push_back(Op);
675   }
676
677   // Make sure that we can do this. Since we can't insert GEPs in a basic
678   // block before a PHI node, we can't easily do this transformation if
679   // we have PHI node users of transformed instructions.
680   for (Value *Val : Explored) {
681     for (Value *Use : Val->uses()) {
682
683       auto *PHI = dyn_cast<PHINode>(Use);
684       auto *Inst = dyn_cast<Instruction>(Val);
685
686       if (Inst == Base || Inst == PHI || !Inst || !PHI ||
687           Explored.count(PHI) == 0)
688         continue;
689
690       if (PHI->getParent() == Inst->getParent())
691         return false;
692     }
693   }
694   return true;
695 }
696
697 // Sets the appropriate insert point on Builder where we can add
698 // a replacement Instruction for V (if that is possible).
699 static void setInsertionPoint(IRBuilder<> &Builder, Value *V,
700                               bool Before = true) {
701   if (auto *PHI = dyn_cast<PHINode>(V)) {
702     Builder.SetInsertPoint(&*PHI->getParent()->getFirstInsertionPt());
703     return;
704   }
705   if (auto *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
706     if (!Before)
707       I = &*std::next(I->getIterator());
708     Builder.SetInsertPoint(I);
709     return;
710   }
711   if (auto *A = dyn_cast<Argument>(V)) {
712     // Set the insertion point in the entry block.
713     BasicBlock &Entry = A->getParent()->getEntryBlock();
714     Builder.SetInsertPoint(&*Entry.getFirstInsertionPt());
715     return;
716   }
717   // Otherwise, this is a constant and we don't need to set a new
718   // insertion point.
719   assert(isa<Constant>(V) && "Setting insertion point for unknown value!");
720 }
721
722 /// Returns a re-written value of Start as an indexed GEP using Base as a
723 /// pointer.
724 static Value *rewriteGEPAsOffset(Value *Start, Value *Base,
725                                  const DataLayout &DL,
726                                  SetVector<Value *> &Explored) {
727   // Perform all the substitutions. This is a bit tricky because we can
728   // have cycles in our use-def chains.
729   // 1. Create the PHI nodes without any incoming values.
730   // 2. Create all the other values.
731   // 3. Add the edges for the PHI nodes.
732   // 4. Emit GEPs to get the original pointers.
733   // 5. Remove the original instructions.
734   Type *IndexType = IntegerType::get(
735       Base->getContext(), DL.getPointerTypeSizeInBits(Start->getType()));
736
737   DenseMap<Value *, Value *> NewInsts;
738   NewInsts[Base] = ConstantInt::getNullValue(IndexType);
739
740   // Create the new PHI nodes, without adding any incoming values.
741   for (Value *Val : Explored) {
742     if (Val == Base)
743       continue;
744     // Create empty phi nodes. This avoids cyclic dependencies when creating
745     // the remaining instructions.
746     if (auto *PHI = dyn_cast<PHINode>(Val))
747       NewInsts[PHI] = PHINode::Create(IndexType, PHI->getNumIncomingValues(),
748                                       PHI->getName() + ".idx", PHI);
749   }
750   IRBuilder<> Builder(Base->getContext());
751
752   // Create all the other instructions.
753   for (Value *Val : Explored) {
754
755     if (NewInsts.find(Val) != NewInsts.end())
756       continue;
757
758     if (auto *CI = dyn_cast<CastInst>(Val)) {
759       NewInsts[CI] = NewInsts[CI->getOperand(0)];
760       continue;
761     }
762     if (auto *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Val)) {
763       Value *Index = NewInsts[GEP->getOperand(1)] ? NewInsts[GEP->getOperand(1)]
764                                                   : GEP->getOperand(1);
765       setInsertionPoint(Builder, GEP);
766       // Indices might need to be sign extended. GEPs will magically do
767       // this, but we need to do it ourselves here.
768       if (Index->getType()->getScalarSizeInBits() !=
769           NewInsts[GEP->getOperand(0)]->getType()->getScalarSizeInBits()) {
770         Index = Builder.CreateSExtOrTrunc(
771             Index, NewInsts[GEP->getOperand(0)]->getType(),
772             GEP->getOperand(0)->getName() + ".sext");
773       }
774
775       auto *Op = NewInsts[GEP->getOperand(0)];
776       if (isa<ConstantInt>(Op) && dyn_cast<ConstantInt>(Op)->isZero())
777         NewInsts[GEP] = Index;
778       else
779         NewInsts[GEP] = Builder.CreateNSWAdd(
780             Op, Index, GEP->getOperand(0)->getName() + ".add");
781       continue;
782     }
783     if (isa<PHINode>(Val))
784       continue;
785
786     llvm_unreachable("Unexpected instruction type");
787   }
788
789   // Add the incoming values to the PHI nodes.
790   for (Value *Val : Explored) {
791     if (Val == Base)
792       continue;
793     // All the instructions have been created, we can now add edges to the
794     // phi nodes.
795     if (auto *PHI = dyn_cast<PHINode>(Val)) {
796       PHINode *NewPhi = static_cast<PHINode *>(NewInsts[PHI]);
797       for (unsigned I = 0, E = PHI->getNumIncomingValues(); I < E; ++I) {
798         Value *NewIncoming = PHI->getIncomingValue(I);
799
800         if (NewInsts.find(NewIncoming) != NewInsts.end())
801           NewIncoming = NewInsts[NewIncoming];
802
803         NewPhi->addIncoming(NewIncoming, PHI->getIncomingBlock(I));
804       }
805     }
806   }
807
808   for (Value *Val : Explored) {
809     if (Val == Base)
810       continue;
811
812     // Depending on the type, for external users we have to emit
813     // a GEP or a GEP + ptrtoint.
814     setInsertionPoint(Builder, Val, false);
815
816     // If required, create an inttoptr instruction for Base.
817     Value *NewBase = Base;
818     if (!Base->getType()->isPointerTy())
819       NewBase = Builder.CreateBitOrPointerCast(Base, Start->getType(),
820                                                Start->getName() + "to.ptr");
821
822     Value *GEP = Builder.CreateInBoundsGEP(
823         Start->getType()->getPointerElementType(), NewBase,
824         makeArrayRef(NewInsts[Val]), Val->getName() + ".ptr");
825
826     if (!Val->getType()->isPointerTy()) {
827       Value *Cast = Builder.CreatePointerCast(GEP, Val->getType(),
828                                               Val->getName() + ".conv");
829       GEP = Cast;
830     }
831     Val->replaceAllUsesWith(GEP);
832   }
833
834   return NewInsts[Start];
835 }
836
837 /// Looks through GEPs, IntToPtrInsts and PtrToIntInsts in order to express
838 /// the input Value as a constant indexed GEP. Returns a pair containing
839 /// the GEPs Pointer and Index.
840 static std::pair<Value *, Value *>
841 getAsConstantIndexedAddress(Value *V, const DataLayout &DL) {
842   Type *IndexType = IntegerType::get(V->getContext(),
843                                      DL.getPointerTypeSizeInBits(V->getType()));
844
845   Constant *Index = ConstantInt::getNullValue(IndexType);
846   while (true) {
847     if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V)) {
848       // We accept only inbouds GEPs here to exclude the possibility of
849       // overflow.
850       if (!GEP->isInBounds())
851         break;
852       if (GEP->hasAllConstantIndices() && GEP->getNumIndices() == 1 &&
853           GEP->getType() == V->getType()) {
854         V = GEP->getOperand(0);
855         Constant *GEPIndex = static_cast<Constant *>(GEP->getOperand(1));
856         Index = ConstantExpr::getAdd(
857             Index, ConstantExpr::getSExtOrBitCast(GEPIndex, IndexType));
858         continue;
859       }
860       break;
861     }
862     if (auto *CI = dyn_cast<IntToPtrInst>(V)) {
863       if (!CI->isNoopCast(DL))
864         break;
865       V = CI->getOperand(0);
866       continue;
867     }
868     if (auto *CI = dyn_cast<PtrToIntInst>(V)) {
869       if (!CI->isNoopCast(DL))
870         break;
871       V = CI->getOperand(0);
872       continue;
873     }
874     break;
875   }
876   return {V, Index};
877 }
878
879 /// Converts (CMP GEPLHS, RHS) if this change would make RHS a constant.
880 /// We can look through PHIs, GEPs and casts in order to determine a common base
881 /// between GEPLHS and RHS.
882 static Instruction *transformToIndexedCompare(GEPOperator *GEPLHS, Value *RHS,
883                                               ICmpInst::Predicate Cond,
884                                               const DataLayout &DL) {
885   if (!GEPLHS->hasAllConstantIndices())
886     return nullptr;
887
888   // Make sure the pointers have the same type.
889   if (GEPLHS->getType() != RHS->getType())
890     return nullptr;
891
892   Value *PtrBase, *Index;
893   std::tie(PtrBase, Index) = getAsConstantIndexedAddress(GEPLHS, DL);
894
895   // The set of nodes that will take part in this transformation.
896   SetVector<Value *> Nodes;
897
898   if (!canRewriteGEPAsOffset(RHS, PtrBase, DL, Nodes))
899     return nullptr;
900
901   // We know we can re-write this as
902   //  ((gep Ptr, OFFSET1) cmp (gep Ptr, OFFSET2)
903   // Since we've only looked through inbouds GEPs we know that we
904   // can't have overflow on either side. We can therefore re-write
905   // this as:
906   //   OFFSET1 cmp OFFSET2
907   Value *NewRHS = rewriteGEPAsOffset(RHS, PtrBase, DL, Nodes);
908
909   // RewriteGEPAsOffset has replaced RHS and all of its uses with a re-written
910   // GEP having PtrBase as the pointer base, and has returned in NewRHS the
911   // offset. Since Index is the offset of LHS to the base pointer, we will now
912   // compare the offsets instead of comparing the pointers.
913   return new ICmpInst(ICmpInst::getSignedPredicate(Cond), Index, NewRHS);
914 }
915
916 /// Fold comparisons between a GEP instruction and something else. At this point
917 /// we know that the GEP is on the LHS of the comparison.
918 Instruction *InstCombiner::foldGEPICmp(GEPOperator *GEPLHS, Value *RHS,
919                                        ICmpInst::Predicate Cond,
920                                        Instruction &I) {
921   // Don't transform signed compares of GEPs into index compares. Even if the
922   // GEP is inbounds, the final add of the base pointer can have signed overflow
923   // and would change the result of the icmp.
924   // e.g. "&foo[0] <s &foo[1]" can't be folded to "true" because "foo" could be
925   // the maximum signed value for the pointer type.
926   if (ICmpInst::isSigned(Cond))
927     return nullptr;
928
929   // Look through bitcasts and addrspacecasts. We do not however want to remove
930   // 0 GEPs.
931   if (!isa<GetElementPtrInst>(RHS))
932     RHS = RHS->stripPointerCasts();
933
934   Value *PtrBase = GEPLHS->getOperand(0);
935   if (PtrBase == RHS && GEPLHS->isInBounds()) {
936     // ((gep Ptr, OFFSET) cmp Ptr)   ---> (OFFSET cmp 0).
937     // This transformation (ignoring the base and scales) is valid because we
938     // know pointers can't overflow since the gep is inbounds.  See if we can
939     // output an optimized form.
940     Value *Offset = evaluateGEPOffsetExpression(GEPLHS, *this, DL);
941
942     // If not, synthesize the offset the hard way.
943     if (!Offset)
944       Offset = EmitGEPOffset(GEPLHS);
945     return new ICmpInst(ICmpInst::getSignedPredicate(Cond), Offset,
946                         Constant::getNullValue(Offset->getType()));
947   } else if (GEPOperator *GEPRHS = dyn_cast<GEPOperator>(RHS)) {
948     // If the base pointers are different, but the indices are the same, just
949     // compare the base pointer.
950     if (PtrBase != GEPRHS->getOperand(0)) {
951       bool IndicesTheSame = GEPLHS->getNumOperands()==GEPRHS->getNumOperands();
952       IndicesTheSame &= GEPLHS->getOperand(0)->getType() ==
953                         GEPRHS->getOperand(0)->getType();
954       if (IndicesTheSame)
955         for (unsigned i = 1, e = GEPLHS->getNumOperands(); i != e; ++i)
956           if (GEPLHS->getOperand(i) != GEPRHS->getOperand(i)) {
957             IndicesTheSame = false;
958             break;
959           }
960
961       // If all indices are the same, just compare the base pointers.
962       if (IndicesTheSame)
963         return new ICmpInst(Cond, GEPLHS->getOperand(0), GEPRHS->getOperand(0));
964
965       // If we're comparing GEPs with two base pointers that only differ in type
966       // and both GEPs have only constant indices or just one use, then fold
967       // the compare with the adjusted indices.
968       if (GEPLHS->isInBounds() && GEPRHS->isInBounds() &&
969           (GEPLHS->hasAllConstantIndices() || GEPLHS->hasOneUse()) &&
970           (GEPRHS->hasAllConstantIndices() || GEPRHS->hasOneUse()) &&
971           PtrBase->stripPointerCasts() ==
972               GEPRHS->getOperand(0)->stripPointerCasts()) {
973         Value *LOffset = EmitGEPOffset(GEPLHS);
974         Value *ROffset = EmitGEPOffset(GEPRHS);
975
976         // If we looked through an addrspacecast between different sized address
977         // spaces, the LHS and RHS pointers are different sized
978         // integers. Truncate to the smaller one.
979         Type *LHSIndexTy = LOffset->getType();
980         Type *RHSIndexTy = ROffset->getType();
981         if (LHSIndexTy != RHSIndexTy) {
982           if (LHSIndexTy->getPrimitiveSizeInBits() <
983               RHSIndexTy->getPrimitiveSizeInBits()) {
984             ROffset = Builder->CreateTrunc(ROffset, LHSIndexTy);
985           } else
986             LOffset = Builder->CreateTrunc(LOffset, RHSIndexTy);
987         }
988
989         Value *Cmp = Builder->CreateICmp(ICmpInst::getSignedPredicate(Cond),
990                                          LOffset, ROffset);
991         return replaceInstUsesWith(I, Cmp);
992       }
993
994       // Otherwise, the base pointers are different and the indices are
995       // different. Try convert this to an indexed compare by looking through
996       // PHIs/casts.
997       return transformToIndexedCompare(GEPLHS, RHS, Cond, DL);
998     }
999
1000     // If one of the GEPs has all zero indices, recurse.
1001     if (GEPLHS->hasAllZeroIndices())
1002       return foldGEPICmp(GEPRHS, GEPLHS->getOperand(0),
1003                          ICmpInst::getSwappedPredicate(Cond), I);
1004
1005     // If the other GEP has all zero indices, recurse.
1006     if (GEPRHS->hasAllZeroIndices())
1007       return foldGEPICmp(GEPLHS, GEPRHS->getOperand(0), Cond, I);
1008
1009     bool GEPsInBounds = GEPLHS->isInBounds() && GEPRHS->isInBounds();
1010     if (GEPLHS->getNumOperands() == GEPRHS->getNumOperands()) {
1011       // If the GEPs only differ by one index, compare it.
1012       unsigned NumDifferences = 0;  // Keep track of # differences.
1013       unsigned DiffOperand = 0;     // The operand that differs.
1014       for (unsigned i = 1, e = GEPRHS->getNumOperands(); i != e; ++i)
1015         if (GEPLHS->getOperand(i) != GEPRHS->getOperand(i)) {
1016           if (GEPLHS->getOperand(i)->getType()->getPrimitiveSizeInBits() !=
1017                    GEPRHS->getOperand(i)->getType()->getPrimitiveSizeInBits()) {
1018             // Irreconcilable differences.
1019             NumDifferences = 2;
1020             break;
1021           } else {
1022             if (NumDifferences++) break;
1023             DiffOperand = i;
1024           }
1025         }
1026
1027       if (NumDifferences == 0)   // SAME GEP?
1028         return replaceInstUsesWith(I, // No comparison is needed here.
1029                              Builder->getInt1(ICmpInst::isTrueWhenEqual(Cond)));
1030
1031       else if (NumDifferences == 1 && GEPsInBounds) {
1032         Value *LHSV = GEPLHS->getOperand(DiffOperand);
1033         Value *RHSV = GEPRHS->getOperand(DiffOperand);
1034         // Make sure we do a signed comparison here.
1035         return new ICmpInst(ICmpInst::getSignedPredicate(Cond), LHSV, RHSV);
1036       }
1037     }
1038
1039     // Only lower this if the icmp is the only user of the GEP or if we expect
1040     // the result to fold to a constant!
1041     if (GEPsInBounds && (isa<ConstantExpr>(GEPLHS) || GEPLHS->hasOneUse()) &&
1042         (isa<ConstantExpr>(GEPRHS) || GEPRHS->hasOneUse())) {
1043       // ((gep Ptr, OFFSET1) cmp (gep Ptr, OFFSET2)  --->  (OFFSET1 cmp OFFSET2)
1044       Value *L = EmitGEPOffset(GEPLHS);
1045       Value *R = EmitGEPOffset(GEPRHS);
1046       return new ICmpInst(ICmpInst::getSignedPredicate(Cond), L, R);
1047     }
1048   }
1049
1050   // Try convert this to an indexed compare by looking through PHIs/casts as a
1051   // last resort.
1052   return transformToIndexedCompare(GEPLHS, RHS, Cond, DL);
1053 }
1054
1055 Instruction *InstCombiner::foldAllocaCmp(ICmpInst &ICI,
1056                                          const AllocaInst *Alloca,
1057                                          const Value *Other) {
1058   assert(ICI.isEquality() && "Cannot fold non-equality comparison.");
1059
1060   // It would be tempting to fold away comparisons between allocas and any
1061   // pointer not based on that alloca (e.g. an argument). However, even
1062   // though such pointers cannot alias, they can still compare equal.
1063   //
1064   // But LLVM doesn't specify where allocas get their memory, so if the alloca
1065   // doesn't escape we can argue that it's impossible to guess its value, and we
1066   // can therefore act as if any such guesses are wrong.
1067   //
1068   // The code below checks that the alloca doesn't escape, and that it's only
1069   // used in a comparison once (the current instruction). The
1070   // single-comparison-use condition ensures that we're trivially folding all
1071   // comparisons against the alloca consistently, and avoids the risk of
1072   // erroneously folding a comparison of the pointer with itself.
1073
1074   unsigned MaxIter = 32; // Break cycles and bound to constant-time.
1075
1076   SmallVector<const Use *, 32> Worklist;
1077   for (const Use &U : Alloca->uses()) {
1078     if (Worklist.size() >= MaxIter)
1079       return nullptr;
1080     Worklist.push_back(&U);
1081   }
1082
1083   unsigned NumCmps = 0;
1084   while (!Worklist.empty()) {
1085     assert(Worklist.size() <= MaxIter);
1086     const Use *U = Worklist.pop_back_val();
1087     const Value *V = U->getUser();
1088     --MaxIter;
1089
1090     if (isa<BitCastInst>(V) || isa<GetElementPtrInst>(V) || isa<PHINode>(V) ||
1091         isa<SelectInst>(V)) {
1092       // Track the uses.
1093     } else if (isa<LoadInst>(V)) {
1094       // Loading from the pointer doesn't escape it.
1095       continue;
1096     } else if (const auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(V)) {
1097       // Storing *to* the pointer is fine, but storing the pointer escapes it.
1098       if (SI->getValueOperand() == U->get())
1099         return nullptr;
1100       continue;
1101     } else if (isa<ICmpInst>(V)) {
1102       if (NumCmps++)
1103         return nullptr; // Found more than one cmp.
1104       continue;
1105     } else if (const auto *Intrin = dyn_cast<IntrinsicInst>(V)) {
1106       switch (Intrin->getIntrinsicID()) {
1107         // These intrinsics don't escape or compare the pointer. Memset is safe
1108         // because we don't allow ptrtoint. Memcpy and memmove are safe because
1109         // we don't allow stores, so src cannot point to V.
1110         case Intrinsic::lifetime_start: case Intrinsic::lifetime_end:
1111         case Intrinsic::dbg_declare: case Intrinsic::dbg_value:
1112         case Intrinsic::memcpy: case Intrinsic::memmove: case Intrinsic::memset:
1113           continue;
1114         default:
1115           return nullptr;
1116       }
1117     } else {
1118       return nullptr;
1119     }
1120     for (const Use &U : V->uses()) {
1121       if (Worklist.size() >= MaxIter)
1122         return nullptr;
1123       Worklist.push_back(&U);
1124     }
1125   }
1126
1127   Type *CmpTy = CmpInst::makeCmpResultType(Other->getType());
1128   return replaceInstUsesWith(
1129       ICI,
1130       ConstantInt::get(CmpTy, !CmpInst::isTrueWhenEqual(ICI.getPredicate())));
1131 }
1132
1133 /// Fold "icmp pred (X+CI), X".
1134 Instruction *InstCombiner::foldICmpAddOpConst(Instruction &ICI,
1135                                               Value *X, ConstantInt *CI,
1136                                               ICmpInst::Predicate Pred) {
1137   // From this point on, we know that (X+C <= X) --> (X+C < X) because C != 0,
1138   // so the values can never be equal.  Similarly for all other "or equals"
1139   // operators.
1140
1141   // (X+1) <u X        --> X >u (MAXUINT-1)        --> X == 255
1142   // (X+2) <u X        --> X >u (MAXUINT-2)        --> X > 253
1143   // (X+MAXUINT) <u X  --> X >u (MAXUINT-MAXUINT)  --> X != 0
1144   if (Pred == ICmpInst::ICMP_ULT || Pred == ICmpInst::ICMP_ULE) {
1145     Value *R =
1146       ConstantExpr::getSub(ConstantInt::getAllOnesValue(CI->getType()), CI);
1147     return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_UGT, X, R);
1148   }
1149
1150   // (X+1) >u X        --> X <u (0-1)        --> X != 255
1151   // (X+2) >u X        --> X <u (0-2)        --> X <u 254
1152   // (X+MAXUINT) >u X  --> X <u (0-MAXUINT)  --> X <u 1  --> X == 0
1153   if (Pred == ICmpInst::ICMP_UGT || Pred == ICmpInst::ICMP_UGE)
1154     return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_ULT, X, ConstantExpr::getNeg(CI));
1155
1156   unsigned BitWidth = CI->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
1157   ConstantInt *SMax = ConstantInt::get(X->getContext(),
1158                                        APInt::getSignedMaxValue(BitWidth));
1159
1160   // (X+ 1) <s X       --> X >s (MAXSINT-1)          --> X == 127
1161   // (X+ 2) <s X       --> X >s (MAXSINT-2)          --> X >s 125
1162   // (X+MAXSINT) <s X  --> X >s (MAXSINT-MAXSINT)    --> X >s 0
1163   // (X+MINSINT) <s X  --> X >s (MAXSINT-MINSINT)    --> X >s -1
1164   // (X+ -2) <s X      --> X >s (MAXSINT- -2)        --> X >s 126
1165   // (X+ -1) <s X      --> X >s (MAXSINT- -1)        --> X != 127
1166   if (Pred == ICmpInst::ICMP_SLT || Pred == ICmpInst::ICMP_SLE)
1167     return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SGT, X, ConstantExpr::getSub(SMax, CI));
1168
1169   // (X+ 1) >s X       --> X <s (MAXSINT-(1-1))       --> X != 127
1170   // (X+ 2) >s X       --> X <s (MAXSINT-(2-1))       --> X <s 126
1171   // (X+MAXSINT) >s X  --> X <s (MAXSINT-(MAXSINT-1)) --> X <s 1
1172   // (X+MINSINT) >s X  --> X <s (MAXSINT-(MINSINT-1)) --> X <s -2
1173   // (X+ -2) >s X      --> X <s (MAXSINT-(-2-1))      --> X <s -126
1174   // (X+ -1) >s X      --> X <s (MAXSINT-(-1-1))      --> X == -128
1175
1176   assert(Pred == ICmpInst::ICMP_SGT || Pred == ICmpInst::ICMP_SGE);
1177   Constant *C = Builder->getInt(CI->getValue()-1);
1178   return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SLT, X, ConstantExpr::getSub(SMax, C));
1179 }
1180
1181 /// Handle "(icmp eq/ne (ashr/lshr AP2, A), AP1)" ->
1182 /// (icmp eq/ne A, Log2(AP2/AP1)) ->
1183 /// (icmp eq/ne A, Log2(AP2) - Log2(AP1)).
1184 Instruction *InstCombiner::foldICmpShrConstConst(ICmpInst &I, Value *A,
1185                                                  const APInt &AP1,
1186                                                  const APInt &AP2) {
1187   assert(I.isEquality() && "Cannot fold icmp gt/lt");
1188
1189   auto getICmp = [&I](CmpInst::Predicate Pred, Value *LHS, Value *RHS) {
1190     if (I.getPredicate() == I.ICMP_NE)
1191       Pred = CmpInst::getInversePredicate(Pred);
1192     return new ICmpInst(Pred, LHS, RHS);
1193   };
1194
1195   // Don't bother doing any work for cases which InstSimplify handles.
1196   if (AP2.isNullValue())
1197     return nullptr;
1198
1199   bool IsAShr = isa<AShrOperator>(I.getOperand(0));
1200   if (IsAShr) {
1201     if (AP2.isAllOnesValue())
1202       return nullptr;
1203     if (AP2.isNegative() != AP1.isNegative())
1204       return nullptr;
1205     if (AP2.sgt(AP1))
1206       return nullptr;
1207   }
1208
1209   if (!AP1)
1210     // 'A' must be large enough to shift out the highest set bit.
1211     return getICmp(I.ICMP_UGT, A,
1212                    ConstantInt::get(A->getType(), AP2.logBase2()));
1213
1214   if (AP1 == AP2)
1215     return getICmp(I.ICMP_EQ, A, ConstantInt::getNullValue(A->getType()));
1216
1217   int Shift;
1218   if (IsAShr && AP1.isNegative())
1219     Shift = AP1.countLeadingOnes() - AP2.countLeadingOnes();
1220   else
1221     Shift = AP1.countLeadingZeros() - AP2.countLeadingZeros();
1222
1223   if (Shift > 0) {
1224     if (IsAShr && AP1 == AP2.ashr(Shift)) {
1225       // There are multiple solutions if we are comparing against -1 and the LHS
1226       // of the ashr is not a power of two.
1227       if (AP1.isAllOnesValue() && !AP2.isPowerOf2())
1228         return getICmp(I.ICMP_UGE, A, ConstantInt::get(A->getType(), Shift));
1229       return getICmp(I.ICMP_EQ, A, ConstantInt::get(A->getType(), Shift));
1230     } else if (AP1 == AP2.lshr(Shift)) {
1231       return getICmp(I.ICMP_EQ, A, ConstantInt::get(A->getType(), Shift));
1232     }
1233   }
1234
1235   // Shifting const2 will never be equal to const1.
1236   // FIXME: This should always be handled by InstSimplify?
1237   auto *TorF = ConstantInt::get(I.getType(), I.getPredicate() == I.ICMP_NE);
1238   return replaceInstUsesWith(I, TorF);
1239 }
1240
1241 /// Handle "(icmp eq/ne (shl AP2, A), AP1)" ->
1242 /// (icmp eq/ne A, TrailingZeros(AP1) - TrailingZeros(AP2)).
1243 Instruction *InstCombiner::foldICmpShlConstConst(ICmpInst &I, Value *A,
1244                                                  const APInt &AP1,
1245                                                  const APInt &AP2) {
1246   assert(I.isEquality() && "Cannot fold icmp gt/lt");
1247
1248   auto getICmp = [&I](CmpInst::Predicate Pred, Value *LHS, Value *RHS) {
1249     if (I.getPredicate() == I.ICMP_NE)
1250       Pred = CmpInst::getInversePredicate(Pred);
1251     return new ICmpInst(Pred, LHS, RHS);
1252   };
1253
1254   // Don't bother doing any work for cases which InstSimplify handles.
1255   if (AP2.isNullValue())
1256     return nullptr;
1257
1258   unsigned AP2TrailingZeros = AP2.countTrailingZeros();
1259
1260   if (!AP1 && AP2TrailingZeros != 0)
1261     return getICmp(
1262         I.ICMP_UGE, A,
1263         ConstantInt::get(A->getType(), AP2.getBitWidth() - AP2TrailingZeros));
1264
1265   if (AP1 == AP2)
1266     return getICmp(I.ICMP_EQ, A, ConstantInt::getNullValue(A->getType()));
1267
1268   // Get the distance between the lowest bits that are set.
1269   int Shift = AP1.countTrailingZeros() - AP2TrailingZeros;
1270
1271   if (Shift > 0 && AP2.shl(Shift) == AP1)
1272     return getICmp(I.ICMP_EQ, A, ConstantInt::get(A->getType(), Shift));
1273
1274   // Shifting const2 will never be equal to const1.
1275   // FIXME: This should always be handled by InstSimplify?
1276   auto *TorF = ConstantInt::get(I.getType(), I.getPredicate() == I.ICMP_NE);
1277   return replaceInstUsesWith(I, TorF);
1278 }
1279
1280 /// The caller has matched a pattern of the form:
1281 ///   I = icmp ugt (add (add A, B), CI2), CI1
1282 /// If this is of the form:
1283 ///   sum = a + b
1284 ///   if (sum+128 >u 255)
1285 /// Then replace it with llvm.sadd.with.overflow.i8.
1286 ///
1287 static Instruction *processUGT_ADDCST_ADD(ICmpInst &I, Value *A, Value *B,
1288                                           ConstantInt *CI2, ConstantInt *CI1,
1289                                           InstCombiner &IC) {
1290   // The transformation we're trying to do here is to transform this into an
1291   // llvm.sadd.with.overflow.  To do this, we have to replace the original add
1292   // with a narrower add, and discard the add-with-constant that is part of the
1293   // range check (if we can't eliminate it, this isn't profitable).
1294
1295   // In order to eliminate the add-with-constant, the compare can be its only
1296   // use.
1297   Instruction *AddWithCst = cast<Instruction>(I.getOperand(0));
1298   if (!AddWithCst->hasOneUse())
1299     return nullptr;
1300
1301   // If CI2 is 2^7, 2^15, 2^31, then it might be an sadd.with.overflow.
1302   if (!CI2->getValue().isPowerOf2())
1303     return nullptr;
1304   unsigned NewWidth = CI2->getValue().countTrailingZeros();
1305   if (NewWidth != 7 && NewWidth != 15 && NewWidth != 31)
1306     return nullptr;
1307
1308   // The width of the new add formed is 1 more than the bias.
1309   ++NewWidth;
1310
1311   // Check to see that CI1 is an all-ones value with NewWidth bits.
1312   if (CI1->getBitWidth() == NewWidth ||
1313       CI1->getValue() != APInt::getLowBitsSet(CI1->getBitWidth(), NewWidth))
1314     return nullptr;
1315
1316   // This is only really a signed overflow check if the inputs have been
1317   // sign-extended; check for that condition. For example, if CI2 is 2^31 and
1318   // the operands of the add are 64 bits wide, we need at least 33 sign bits.
1319   unsigned NeededSignBits = CI1->getBitWidth() - NewWidth + 1;
1320   if (IC.ComputeNumSignBits(A, 0, &I) < NeededSignBits ||
1321       IC.ComputeNumSignBits(B, 0, &I) < NeededSignBits)
1322     return nullptr;
1323
1324   // In order to replace the original add with a narrower
1325   // llvm.sadd.with.overflow, the only uses allowed are the add-with-constant
1326   // and truncates that discard the high bits of the add.  Verify that this is
1327   // the case.
1328   Instruction *OrigAdd = cast<Instruction>(AddWithCst->getOperand(0));
1329   for (User *U : OrigAdd->users()) {
1330     if (U == AddWithCst)
1331       continue;
1332
1333     // Only accept truncates for now.  We would really like a nice recursive
1334     // predicate like SimplifyDemandedBits, but which goes downwards the use-def
1335     // chain to see which bits of a value are actually demanded.  If the
1336     // original add had another add which was then immediately truncated, we
1337     // could still do the transformation.
1338     TruncInst *TI = dyn_cast<TruncInst>(U);
1339     if (!TI || TI->getType()->getPrimitiveSizeInBits() > NewWidth)
1340       return nullptr;
1341   }
1342
1343   // If the pattern matches, truncate the inputs to the narrower type and
1344   // use the sadd_with_overflow intrinsic to efficiently compute both the
1345   // result and the overflow bit.
1346   Type *NewType = IntegerType::get(OrigAdd->getContext(), NewWidth);
1347   Value *F = Intrinsic::getDeclaration(I.getModule(),
1348                                        Intrinsic::sadd_with_overflow, NewType);
1349
1350   InstCombiner::BuilderTy *Builder = IC.Builder;
1351
1352   // Put the new code above the original add, in case there are any uses of the
1353   // add between the add and the compare.
1354   Builder->SetInsertPoint(OrigAdd);
1355
1356   Value *TruncA = Builder->CreateTrunc(A, NewType, A->getName() + ".trunc");
1357   Value *TruncB = Builder->CreateTrunc(B, NewType, B->getName() + ".trunc");
1358   CallInst *Call = Builder->CreateCall(F, {TruncA, TruncB}, "sadd");
1359   Value *Add = Builder->CreateExtractValue(Call, 0, "sadd.result");
1360   Value *ZExt = Builder->CreateZExt(Add, OrigAdd->getType());
1361
1362   // The inner add was the result of the narrow add, zero extended to the
1363   // wider type.  Replace it with the result computed by the intrinsic.
1364   IC.replaceInstUsesWith(*OrigAdd, ZExt);
1365
1366   // The original icmp gets replaced with the overflow value.
1367   return ExtractValueInst::Create(Call, 1, "sadd.overflow");
1368 }
1369
1370 // Fold icmp Pred X, C.
1371 Instruction *InstCombiner::foldICmpWithConstant(ICmpInst &Cmp) {
1372   CmpInst::Predicate Pred = Cmp.getPredicate();
1373   Value *X = Cmp.getOperand(0);
1374
1375   const APInt *C;
1376   if (!match(Cmp.getOperand(1), m_APInt(C)))
1377     return nullptr;
1378
1379   Value *A = nullptr, *B = nullptr;
1380
1381   // Match the following pattern, which is a common idiom when writing
1382   // overflow-safe integer arithmetic functions. The source performs an addition
1383   // in wider type and explicitly checks for overflow using comparisons against
1384   // INT_MIN and INT_MAX. Simplify by using the sadd_with_overflow intrinsic.
1385   //
1386   // TODO: This could probably be generalized to handle other overflow-safe
1387   // operations if we worked out the formulas to compute the appropriate magic
1388   // constants.
1389   //
1390   // sum = a + b
1391   // if (sum+128 >u 255)  ...  -> llvm.sadd.with.overflow.i8
1392   {
1393     ConstantInt *CI2; // I = icmp ugt (add (add A, B), CI2), CI
1394     if (Pred == ICmpInst::ICMP_UGT &&
1395         match(X, m_Add(m_Add(m_Value(A), m_Value(B)), m_ConstantInt(CI2))))
1396       if (Instruction *Res = processUGT_ADDCST_ADD(
1397               Cmp, A, B, CI2, cast<ConstantInt>(Cmp.getOperand(1)), *this))
1398         return Res;
1399   }
1400
1401   // (icmp sgt smin(PosA, B) 0) -> (icmp sgt B 0)
1402   if (C->isNullValue() && Pred == ICmpInst::ICMP_SGT) {
1403     SelectPatternResult SPR = matchSelectPattern(X, A, B);
1404     if (SPR.Flavor == SPF_SMIN) {
1405       if (isKnownPositive(A, DL, 0, &AC, &Cmp, &DT))
1406         return new ICmpInst(Pred, B, Cmp.getOperand(1));
1407       if (isKnownPositive(B, DL, 0, &AC, &Cmp, &DT))
1408         return new ICmpInst(Pred, A, Cmp.getOperand(1));
1409     }
1410   }
1411
1412   // FIXME: Use m_APInt to allow folds for splat constants.
1413   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Cmp.getOperand(1));
1414   if (!CI)
1415     return nullptr;
1416
1417   // Canonicalize icmp instructions based on dominating conditions.
1418   BasicBlock *Parent = Cmp.getParent();
1419   BasicBlock *Dom = Parent->getSinglePredecessor();
1420   auto *BI = Dom ? dyn_cast<BranchInst>(Dom->getTerminator()) : nullptr;
1421   ICmpInst::Predicate Pred2;
1422   BasicBlock *TrueBB, *FalseBB;
1423   ConstantInt *CI2;
1424   if (BI && match(BI, m_Br(m_ICmp(Pred2, m_Specific(X), m_ConstantInt(CI2)),
1425                            TrueBB, FalseBB)) &&
1426       TrueBB != FalseBB) {
1427     ConstantRange CR =
1428         ConstantRange::makeAllowedICmpRegion(Pred, CI->getValue());
1429     ConstantRange DominatingCR =
1430         (Parent == TrueBB)
1431             ? ConstantRange::makeExactICmpRegion(Pred2, CI2->getValue())
1432             : ConstantRange::makeExactICmpRegion(
1433                   CmpInst::getInversePredicate(Pred2), CI2->getValue());
1434     ConstantRange Intersection = DominatingCR.intersectWith(CR);
1435     ConstantRange Difference = DominatingCR.difference(CR);
1436     if (Intersection.isEmptySet())
1437       return replaceInstUsesWith(Cmp, Builder->getFalse());
1438     if (Difference.isEmptySet())
1439       return replaceInstUsesWith(Cmp, Builder->getTrue());
1440
1441     // If this is a normal comparison, it demands all bits. If it is a sign
1442     // bit comparison, it only demands the sign bit.
1443     bool UnusedBit;
1444     bool IsSignBit = isSignBitCheck(Pred, CI->getValue(), UnusedBit);
1445
1446     // Canonicalizing a sign bit comparison that gets used in a branch,
1447     // pessimizes codegen by generating branch on zero instruction instead
1448     // of a test and branch. So we avoid canonicalizing in such situations
1449     // because test and branch instruction has better branch displacement
1450     // than compare and branch instruction.
1451     if (Cmp.isEquality() || (IsSignBit && hasBranchUse(Cmp)))
1452       return nullptr;
1453
1454     if (auto *AI = Intersection.getSingleElement())
1455       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_EQ, X, Builder->getInt(*AI));
1456     if (auto *AD = Difference.getSingleElement())
1457       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_NE, X, Builder->getInt(*AD));
1458   }
1459
1460   return nullptr;
1461 }
1462
1463 /// Fold icmp (trunc X, Y), C.
1464 Instruction *InstCombiner::foldICmpTruncConstant(ICmpInst &Cmp,
1465                                                  Instruction *Trunc,
1466                                                  const APInt *C) {
1467   ICmpInst::Predicate Pred = Cmp.getPredicate();
1468   Value *X = Trunc->getOperand(0);
1469   if (C->isOneValue() && C->getBitWidth() > 1) {
1470     // icmp slt trunc(signum(V)) 1 --> icmp slt V, 1
1471     Value *V = nullptr;
1472     if (Pred == ICmpInst::ICMP_SLT && match(X, m_Signum(m_Value(V))))
1473       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SLT, V,
1474                           ConstantInt::get(V->getType(), 1));
1475   }
1476
1477   if (Cmp.isEquality() && Trunc->hasOneUse()) {
1478     // Simplify icmp eq (trunc x to i8), 42 -> icmp eq x, 42|highbits if all
1479     // of the high bits truncated out of x are known.
1480     unsigned DstBits = Trunc->getType()->getScalarSizeInBits(),
1481              SrcBits = X->getType()->getScalarSizeInBits();
1482     KnownBits Known = computeKnownBits(X, 0, &Cmp);
1483
1484     // If all the high bits are known, we can do this xform.
1485     if ((Known.Zero | Known.One).countLeadingOnes() >= SrcBits - DstBits) {
1486       // Pull in the high bits from known-ones set.
1487       APInt NewRHS = C->zext(SrcBits);
1488       NewRHS |= Known.One & APInt::getHighBitsSet(SrcBits, SrcBits - DstBits);
1489       return new ICmpInst(Pred, X, ConstantInt::get(X->getType(), NewRHS));
1490     }
1491   }
1492
1493   return nullptr;
1494 }
1495
1496 /// Fold icmp (xor X, Y), C.
1497 Instruction *InstCombiner::foldICmpXorConstant(ICmpInst &Cmp,
1498                                                BinaryOperator *Xor,
1499                                                const APInt *C) {
1500   Value *X = Xor->getOperand(0);
1501   Value *Y = Xor->getOperand(1);
1502   const APInt *XorC;
1503   if (!match(Y, m_APInt(XorC)))
1504     return nullptr;
1505
1506   // If this is a comparison that tests the signbit (X < 0) or (x > -1),
1507   // fold the xor.
1508   ICmpInst::Predicate Pred = Cmp.getPredicate();
1509   if ((Pred == ICmpInst::ICMP_SLT && C->isNullValue()) ||
1510       (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT && C->isAllOnesValue())) {
1511
1512     // If the sign bit of the XorCst is not set, there is no change to
1513     // the operation, just stop using the Xor.
1514     if (!XorC->isNegative()) {
1515       Cmp.setOperand(0, X);
1516       Worklist.Add(Xor);
1517       return &Cmp;
1518     }
1519
1520     // Was the old condition true if the operand is positive?
1521     bool isTrueIfPositive = Pred == ICmpInst::ICMP_SGT;
1522
1523     // If so, the new one isn't.
1524     isTrueIfPositive ^= true;
1525
1526     Constant *CmpConstant = cast<Constant>(Cmp.getOperand(1));
1527     if (isTrueIfPositive)
1528       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SGT, X, SubOne(CmpConstant));
1529     else
1530       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SLT, X, AddOne(CmpConstant));
1531   }
1532
1533   if (Xor->hasOneUse()) {
1534     // (icmp u/s (xor X SignMask), C) -> (icmp s/u X, (xor C SignMask))
1535     if (!Cmp.isEquality() && XorC->isSignMask()) {
1536       Pred = Cmp.isSigned() ? Cmp.getUnsignedPredicate()
1537                             : Cmp.getSignedPredicate();
1538       return new ICmpInst(Pred, X, ConstantInt::get(X->getType(), *C ^ *XorC));
1539     }
1540
1541     // (icmp u/s (xor X ~SignMask), C) -> (icmp s/u X, (xor C ~SignMask))
1542     if (!Cmp.isEquality() && XorC->isMaxSignedValue()) {
1543       Pred = Cmp.isSigned() ? Cmp.getUnsignedPredicate()
1544                             : Cmp.getSignedPredicate();
1545       Pred = Cmp.getSwappedPredicate(Pred);
1546       return new ICmpInst(Pred, X, ConstantInt::get(X->getType(), *C ^ *XorC));
1547     }
1548   }
1549
1550   // (icmp ugt (xor X, C), ~C) -> (icmp ult X, C)
1551   //   iff -C is a power of 2
1552   if (Pred == ICmpInst::ICMP_UGT && *XorC == ~(*C) && (*C + 1).isPowerOf2())
1553     return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_ULT, X, Y);
1554
1555   // (icmp ult (xor X, C), -C) -> (icmp uge X, C)
1556   //   iff -C is a power of 2
1557   if (Pred == ICmpInst::ICMP_ULT && *XorC == -(*C) && C->isPowerOf2())
1558     return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_UGE, X, Y);
1559
1560   return nullptr;
1561 }
1562
1563 /// Fold icmp (and (sh X, Y), C2), C1.
1564 Instruction *InstCombiner::foldICmpAndShift(ICmpInst &Cmp, BinaryOperator *And,
1565                                             const APInt *C1, const APInt *C2) {
1566   BinaryOperator *Shift = dyn_cast<BinaryOperator>(And->getOperand(0));
1567   if (!Shift || !Shift->isShift())
1568     return nullptr;
1569
1570   // If this is: (X >> C3) & C2 != C1 (where any shift and any compare could
1571   // exist), turn it into (X & (C2 << C3)) != (C1 << C3). This happens a LOT in
1572   // code produced by the clang front-end, for bitfield access.
1573   // This seemingly simple opportunity to fold away a shift turns out to be
1574   // rather complicated. See PR17827 for details.
1575   unsigned ShiftOpcode = Shift->getOpcode();
1576   bool IsShl = ShiftOpcode == Instruction::Shl;
1577   const APInt *C3;
1578   if (match(Shift->getOperand(1), m_APInt(C3))) {
1579     bool CanFold = false;
1580     if (ShiftOpcode == Instruction::AShr) {
1581       // There may be some constraints that make this possible, but nothing
1582       // simple has been discovered yet.
1583       CanFold = false;
1584     } else if (ShiftOpcode == Instruction::Shl) {
1585       // For a left shift, we can fold if the comparison is not signed. We can
1586       // also fold a signed comparison if the mask value and comparison value
1587       // are not negative. These constraints may not be obvious, but we can
1588       // prove that they are correct using an SMT solver.
1589       if (!Cmp.isSigned() || (!C2->isNegative() && !C1->isNegative()))
1590         CanFold = true;
1591     } else if (ShiftOpcode == Instruction::LShr) {
1592       // For a logical right shift, we can fold if the comparison is not signed.
1593       // We can also fold a signed comparison if the shifted mask value and the
1594       // shifted comparison value are not negative. These constraints may not be
1595       // obvious, but we can prove that they are correct using an SMT solver.
1596       if (!Cmp.isSigned() ||
1597           (!C2->shl(*C3).isNegative() && !C1->shl(*C3).isNegative()))
1598         CanFold = true;
1599     }
1600
1601     if (CanFold) {
1602       APInt NewCst = IsShl ? C1->lshr(*C3) : C1->shl(*C3);
1603       APInt SameAsC1 = IsShl ? NewCst.shl(*C3) : NewCst.lshr(*C3);
1604       // Check to see if we are shifting out any of the bits being compared.
1605       if (SameAsC1 != *C1) {
1606         // If we shifted bits out, the fold is not going to work out. As a
1607         // special case, check to see if this means that the result is always
1608         // true or false now.
1609         if (Cmp.getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
1610           return replaceInstUsesWith(Cmp, ConstantInt::getFalse(Cmp.getType()));
1611         if (Cmp.getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE)
1612           return replaceInstUsesWith(Cmp, ConstantInt::getTrue(Cmp.getType()));
1613       } else {
1614         Cmp.setOperand(1, ConstantInt::get(And->getType(), NewCst));
1615         APInt NewAndCst = IsShl ? C2->lshr(*C3) : C2->shl(*C3);
1616         And->setOperand(1, ConstantInt::get(And->getType(), NewAndCst));
1617         And->setOperand(0, Shift->getOperand(0));
1618         Worklist.Add(Shift); // Shift is dead.
1619         return &Cmp;
1620       }
1621     }
1622   }
1623
1624   // Turn ((X >> Y) & C2) == 0  into  (X & (C2 << Y)) == 0.  The latter is
1625   // preferable because it allows the C2 << Y expression to be hoisted out of a
1626   // loop if Y is invariant and X is not.
1627   if (Shift->hasOneUse() && C1->isNullValue() && Cmp.isEquality() &&
1628       !Shift->isArithmeticShift() && !isa<Constant>(Shift->getOperand(0))) {
1629     // Compute C2 << Y.
1630     Value *NewShift =
1631         IsShl ? Builder->CreateLShr(And->getOperand(1), Shift->getOperand(1))
1632               : Builder->CreateShl(And->getOperand(1), Shift->getOperand(1));
1633
1634     // Compute X & (C2 << Y).
1635     Value *NewAnd = Builder->CreateAnd(Shift->getOperand(0), NewShift);
1636     Cmp.setOperand(0, NewAnd);
1637     return &Cmp;
1638   }
1639
1640   return nullptr;
1641 }
1642
1643 /// Fold icmp (and X, C2), C1.
1644 Instruction *InstCombiner::foldICmpAndConstConst(ICmpInst &Cmp,
1645                                                  BinaryOperator *And,
1646                                                  const APInt *C1) {
1647   const APInt *C2;
1648   if (!match(And->getOperand(1), m_APInt(C2)))
1649     return nullptr;
1650
1651   if (!And->hasOneUse() || !And->getOperand(0)->hasOneUse())
1652     return nullptr;
1653
1654   // If the LHS is an 'and' of a truncate and we can widen the and/compare to
1655   // the input width without changing the value produced, eliminate the cast:
1656   //
1657   // icmp (and (trunc W), C2), C1 -> icmp (and W, C2'), C1'
1658   //
1659   // We can do this transformation if the constants do not have their sign bits
1660   // set or if it is an equality comparison. Extending a relational comparison
1661   // when we're checking the sign bit would not work.
1662   Value *W;
1663   if (match(And->getOperand(0), m_Trunc(m_Value(W))) &&
1664       (Cmp.isEquality() || (!C1->isNegative() && !C2->isNegative()))) {
1665     // TODO: Is this a good transform for vectors? Wider types may reduce
1666     // throughput. Should this transform be limited (even for scalars) by using
1667     // shouldChangeType()?
1668     if (!Cmp.getType()->isVectorTy()) {
1669       Type *WideType = W->getType();
1670       unsigned WideScalarBits = WideType->getScalarSizeInBits();
1671       Constant *ZextC1 = ConstantInt::get(WideType, C1->zext(WideScalarBits));
1672       Constant *ZextC2 = ConstantInt::get(WideType, C2->zext(WideScalarBits));
1673       Value *NewAnd = Builder->CreateAnd(W, ZextC2, And->getName());
1674       return new ICmpInst(Cmp.getPredicate(), NewAnd, ZextC1);
1675     }
1676   }
1677
1678   if (Instruction *I = foldICmpAndShift(Cmp, And, C1, C2))
1679     return I;
1680
1681   // (icmp pred (and (or (lshr A, B), A), 1), 0) -->
1682   // (icmp pred (and A, (or (shl 1, B), 1), 0))
1683   //
1684   // iff pred isn't signed
1685   if (!Cmp.isSigned() && C1->isNullValue() &&
1686       match(And->getOperand(1), m_One())) {
1687     Constant *One = cast<Constant>(And->getOperand(1));
1688     Value *Or = And->getOperand(0);
1689     Value *A, *B, *LShr;
1690     if (match(Or, m_Or(m_Value(LShr), m_Value(A))) &&
1691         match(LShr, m_LShr(m_Specific(A), m_Value(B)))) {
1692       unsigned UsesRemoved = 0;
1693       if (And->hasOneUse())
1694         ++UsesRemoved;
1695       if (Or->hasOneUse())
1696         ++UsesRemoved;
1697       if (LShr->hasOneUse())
1698         ++UsesRemoved;
1699
1700       // Compute A & ((1 << B) | 1)
1701       Value *NewOr = nullptr;
1702       if (auto *C = dyn_cast<Constant>(B)) {
1703         if (UsesRemoved >= 1)
1704           NewOr = ConstantExpr::getOr(ConstantExpr::getNUWShl(One, C), One);
1705       } else {
1706         if (UsesRemoved >= 3)
1707           NewOr = Builder->CreateOr(Builder->CreateShl(One, B, LShr->getName(),
1708                                                        /*HasNUW=*/true),
1709                                     One, Or->getName());
1710       }
1711       if (NewOr) {
1712         Value *NewAnd = Builder->CreateAnd(A, NewOr, And->getName());
1713         Cmp.setOperand(0, NewAnd);
1714         return &Cmp;
1715       }
1716     }
1717   }
1718
1719   // (X & C2) > C1 --> (X & C2) != 0, if any bit set in (X & C2) will produce a
1720   // result greater than C1.
1721   unsigned NumTZ = C2->countTrailingZeros();
1722   if (Cmp.getPredicate() == ICmpInst::ICMP_UGT && NumTZ < C2->getBitWidth() &&
1723       APInt::getOneBitSet(C2->getBitWidth(), NumTZ).ugt(*C1)) {
1724     Constant *Zero = Constant::getNullValue(And->getType());
1725     return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_NE, And, Zero);
1726   }
1727
1728   return nullptr;
1729 }
1730
1731 /// Fold icmp (and X, Y), C.
1732 Instruction *InstCombiner::foldICmpAndConstant(ICmpInst &Cmp,
1733                                                BinaryOperator *And,
1734                                                const APInt *C) {
1735   if (Instruction *I = foldICmpAndConstConst(Cmp, And, C))
1736     return I;
1737
1738   // TODO: These all require that Y is constant too, so refactor with the above.
1739
1740   // Try to optimize things like "A[i] & 42 == 0" to index computations.
1741   Value *X = And->getOperand(0);
1742   Value *Y = And->getOperand(1);
1743   if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(X))
1744     if (auto *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(LI->getOperand(0)))
1745       if (auto *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0)))
1746         if (GV->isConstant() && GV->hasDefinitiveInitializer() &&
1747             !LI->isVolatile() && isa<ConstantInt>(Y)) {
1748           ConstantInt *C2 = cast<ConstantInt>(Y);
1749           if (Instruction *Res = foldCmpLoadFromIndexedGlobal(GEP, GV, Cmp, C2))
1750             return Res;
1751         }
1752
1753   if (!Cmp.isEquality())
1754     return nullptr;
1755
1756   // X & -C == -C -> X >  u ~C
1757   // X & -C != -C -> X <= u ~C
1758   //   iff C is a power of 2
1759   if (Cmp.getOperand(1) == Y && (-(*C)).isPowerOf2()) {
1760     auto NewPred = Cmp.getPredicate() == CmpInst::ICMP_EQ ? CmpInst::ICMP_UGT
1761                                                           : CmpInst::ICMP_ULE;
1762     return new ICmpInst(NewPred, X, SubOne(cast<Constant>(Cmp.getOperand(1))));
1763   }
1764
1765   // (X & C2) == 0 -> (trunc X) >= 0
1766   // (X & C2) != 0 -> (trunc X) <  0
1767   //   iff C2 is a power of 2 and it masks the sign bit of a legal integer type.
1768   const APInt *C2;
1769   if (And->hasOneUse() && C->isNullValue() && match(Y, m_APInt(C2))) {
1770     int32_t ExactLogBase2 = C2->exactLogBase2();
1771     if (ExactLogBase2 != -1 && DL.isLegalInteger(ExactLogBase2 + 1)) {
1772       Type *NTy = IntegerType::get(Cmp.getContext(), ExactLogBase2 + 1);
1773       if (And->getType()->isVectorTy())
1774         NTy = VectorType::get(NTy, And->getType()->getVectorNumElements());
1775       Value *Trunc = Builder->CreateTrunc(X, NTy);
1776       auto NewPred = Cmp.getPredicate() == CmpInst::ICMP_EQ ? CmpInst::ICMP_SGE
1777                                                             : CmpInst::ICMP_SLT;
1778       return new ICmpInst(NewPred, Trunc, Constant::getNullValue(NTy));
1779     }
1780   }
1781
1782   return nullptr;
1783 }
1784
1785 /// Fold icmp (or X, Y), C.
1786 Instruction *InstCombiner::foldICmpOrConstant(ICmpInst &Cmp, BinaryOperator *Or,
1787                                               const APInt *C) {
1788   ICmpInst::Predicate Pred = Cmp.getPredicate();
1789   if (C->isOneValue()) {
1790     // icmp slt signum(V) 1 --> icmp slt V, 1
1791     Value *V = nullptr;
1792     if (Pred == ICmpInst::ICMP_SLT && match(Or, m_Signum(m_Value(V))))
1793       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SLT, V,
1794                           ConstantInt::get(V->getType(), 1));
1795   }
1796
1797   // X | C == C --> X <=u C
1798   // X | C != C --> X  >u C
1799   //   iff C+1 is a power of 2 (C is a bitmask of the low bits)
1800   if (Cmp.isEquality() && Cmp.getOperand(1) == Or->getOperand(1) &&
1801       (*C + 1).isPowerOf2()) {
1802     Pred = (Pred == CmpInst::ICMP_EQ) ? CmpInst::ICMP_ULE : CmpInst::ICMP_UGT;
1803     return new ICmpInst(Pred, Or->getOperand(0), Or->getOperand(1));
1804   }
1805
1806   if (!Cmp.isEquality() || !C->isNullValue() || !Or->hasOneUse())
1807     return nullptr;
1808
1809   Value *P, *Q;
1810   if (match(Or, m_Or(m_PtrToInt(m_Value(P)), m_PtrToInt(m_Value(Q))))) {
1811     // Simplify icmp eq (or (ptrtoint P), (ptrtoint Q)), 0
1812     // -> and (icmp eq P, null), (icmp eq Q, null).
1813     Value *CmpP =
1814         Builder->CreateICmp(Pred, P, ConstantInt::getNullValue(P->getType()));
1815     Value *CmpQ =
1816         Builder->CreateICmp(Pred, Q, ConstantInt::getNullValue(Q->getType()));
1817     auto LogicOpc = Pred == ICmpInst::Predicate::ICMP_EQ ? Instruction::And
1818                                                          : Instruction::Or;
1819     return BinaryOperator::Create(LogicOpc, CmpP, CmpQ);
1820   }
1821
1822   return nullptr;
1823 }
1824
1825 /// Fold icmp (mul X, Y), C.
1826 Instruction *InstCombiner::foldICmpMulConstant(ICmpInst &Cmp,
1827                                                BinaryOperator *Mul,
1828                                                const APInt *C) {
1829   const APInt *MulC;
1830   if (!match(Mul->getOperand(1), m_APInt(MulC)))
1831     return nullptr;
1832
1833   // If this is a test of the sign bit and the multiply is sign-preserving with
1834   // a constant operand, use the multiply LHS operand instead.
1835   ICmpInst::Predicate Pred = Cmp.getPredicate();
1836   if (isSignTest(Pred, *C) && Mul->hasNoSignedWrap()) {
1837     if (MulC->isNegative())
1838       Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
1839     return new ICmpInst(Pred, Mul->getOperand(0),
1840                         Constant::getNullValue(Mul->getType()));
1841   }
1842
1843   return nullptr;
1844 }
1845
1846 /// Fold icmp (shl 1, Y), C.
1847 static Instruction *foldICmpShlOne(ICmpInst &Cmp, Instruction *Shl,
1848                                    const APInt *C) {
1849   Value *Y;
1850   if (!match(Shl, m_Shl(m_One(), m_Value(Y))))
1851     return nullptr;
1852
1853   Type *ShiftType = Shl->getType();
1854   uint32_t TypeBits = C->getBitWidth();
1855   bool CIsPowerOf2 = C->isPowerOf2();
1856   ICmpInst::Predicate Pred = Cmp.getPredicate();
1857   if (Cmp.isUnsigned()) {
1858     // (1 << Y) pred C -> Y pred Log2(C)
1859     if (!CIsPowerOf2) {
1860       // (1 << Y) <  30 -> Y <= 4
1861       // (1 << Y) <= 30 -> Y <= 4
1862       // (1 << Y) >= 30 -> Y >  4
1863       // (1 << Y) >  30 -> Y >  4
1864       if (Pred == ICmpInst::ICMP_ULT)
1865         Pred = ICmpInst::ICMP_ULE;
1866       else if (Pred == ICmpInst::ICMP_UGE)
1867         Pred = ICmpInst::ICMP_UGT;
1868     }
1869
1870     // (1 << Y) >= 2147483648 -> Y >= 31 -> Y == 31
1871     // (1 << Y) <  2147483648 -> Y <  31 -> Y != 31
1872     unsigned CLog2 = C->logBase2();
1873     if (CLog2 == TypeBits - 1) {
1874       if (Pred == ICmpInst::ICMP_UGE)
1875         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
1876       else if (Pred == ICmpInst::ICMP_ULT)
1877         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
1878     }
1879     return new ICmpInst(Pred, Y, ConstantInt::get(ShiftType, CLog2));
1880   } else if (Cmp.isSigned()) {
1881     Constant *BitWidthMinusOne = ConstantInt::get(ShiftType, TypeBits - 1);
1882     if (C->isAllOnesValue()) {
1883       // (1 << Y) <= -1 -> Y == 31
1884       if (Pred == ICmpInst::ICMP_SLE)
1885         return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_EQ, Y, BitWidthMinusOne);
1886
1887       // (1 << Y) >  -1 -> Y != 31
1888       if (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT)
1889         return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_NE, Y, BitWidthMinusOne);
1890     } else if (!(*C)) {
1891       // (1 << Y) <  0 -> Y == 31
1892       // (1 << Y) <= 0 -> Y == 31
1893       if (Pred == ICmpInst::ICMP_SLT || Pred == ICmpInst::ICMP_SLE)
1894         return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_EQ, Y, BitWidthMinusOne);
1895
1896       // (1 << Y) >= 0 -> Y != 31
1897       // (1 << Y) >  0 -> Y != 31
1898       if (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT || Pred == ICmpInst::ICMP_SGE)
1899         return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_NE, Y, BitWidthMinusOne);
1900     }
1901   } else if (Cmp.isEquality() && CIsPowerOf2) {
1902     return new ICmpInst(Pred, Y, ConstantInt::get(ShiftType, C->logBase2()));
1903   }
1904
1905   return nullptr;
1906 }
1907
1908 /// Fold icmp (shl X, Y), C.
1909 Instruction *InstCombiner::foldICmpShlConstant(ICmpInst &Cmp,
1910                                                BinaryOperator *Shl,
1911                                                const APInt *C) {
1912   const APInt *ShiftVal;
1913   if (Cmp.isEquality() && match(Shl->getOperand(0), m_APInt(ShiftVal)))
1914     return foldICmpShlConstConst(Cmp, Shl->getOperand(1), *C, *ShiftVal);
1915
1916   const APInt *ShiftAmt;
1917   if (!match(Shl->getOperand(1), m_APInt(ShiftAmt)))
1918     return foldICmpShlOne(Cmp, Shl, C);
1919
1920   // Check that the shift amount is in range. If not, don't perform undefined
1921   // shifts. When the shift is visited, it will be simplified.
1922   unsigned TypeBits = C->getBitWidth();
1923   if (ShiftAmt->uge(TypeBits))
1924     return nullptr;
1925
1926   ICmpInst::Predicate Pred = Cmp.getPredicate();
1927   Value *X = Shl->getOperand(0);
1928   Type *ShType = Shl->getType();
1929
1930   // NSW guarantees that we are only shifting out sign bits from the high bits,
1931   // so we can ASHR the compare constant without needing a mask and eliminate
1932   // the shift.
1933   if (Shl->hasNoSignedWrap()) {
1934     if (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT) {
1935       // icmp Pred (shl nsw X, ShiftAmt), C --> icmp Pred X, (C >>s ShiftAmt)
1936       APInt ShiftedC = C->ashr(*ShiftAmt);
1937       return new ICmpInst(Pred, X, ConstantInt::get(ShType, ShiftedC));
1938     }
1939     if (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ || Pred == ICmpInst::ICMP_NE) {
1940       // This is the same code as the SGT case, but assert the pre-condition
1941       // that is needed for this to work with equality predicates.
1942       assert(C->ashr(*ShiftAmt).shl(*ShiftAmt) == *C &&
1943              "Compare known true or false was not folded");
1944       APInt ShiftedC = C->ashr(*ShiftAmt);
1945       return new ICmpInst(Pred, X, ConstantInt::get(ShType, ShiftedC));
1946     }
1947     if (Pred == ICmpInst::ICMP_SLT) {
1948       // SLE is the same as above, but SLE is canonicalized to SLT, so convert:
1949       // (X << S) <=s C is equiv to X <=s (C >> S) for all C
1950       // (X << S) <s (C + 1) is equiv to X <s (C >> S) + 1 if C <s SMAX
1951       // (X << S) <s C is equiv to X <s ((C - 1) >> S) + 1 if C >s SMIN
1952       assert(!C->isMinSignedValue() && "Unexpected icmp slt");
1953       APInt ShiftedC = (*C - 1).ashr(*ShiftAmt) + 1;
1954       return new ICmpInst(Pred, X, ConstantInt::get(ShType, ShiftedC));
1955     }
1956     // If this is a signed comparison to 0 and the shift is sign preserving,
1957     // use the shift LHS operand instead; isSignTest may change 'Pred', so only
1958     // do that if we're sure to not continue on in this function.
1959     if (isSignTest(Pred, *C))
1960       return new ICmpInst(Pred, X, Constant::getNullValue(ShType));
1961   }
1962
1963   // NUW guarantees that we are only shifting out zero bits from the high bits,
1964   // so we can LSHR the compare constant without needing a mask and eliminate
1965   // the shift.
1966   if (Shl->hasNoUnsignedWrap()) {
1967     if (Pred == ICmpInst::ICMP_UGT) {
1968       // icmp Pred (shl nuw X, ShiftAmt), C --> icmp Pred X, (C >>u ShiftAmt)
1969       APInt ShiftedC = C->lshr(*ShiftAmt);
1970       return new ICmpInst(Pred, X, ConstantInt::get(ShType, ShiftedC));
1971     }
1972     if (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ || Pred == ICmpInst::ICMP_NE) {
1973       // This is the same code as the UGT case, but assert the pre-condition
1974       // that is needed for this to work with equality predicates.
1975       assert(C->lshr(*ShiftAmt).shl(*ShiftAmt) == *C &&
1976              "Compare known true or false was not folded");
1977       APInt ShiftedC = C->lshr(*ShiftAmt);
1978       return new ICmpInst(Pred, X, ConstantInt::get(ShType, ShiftedC));
1979     }
1980     if (Pred == ICmpInst::ICMP_ULT) {
1981       // ULE is the same as above, but ULE is canonicalized to ULT, so convert:
1982       // (X << S) <=u C is equiv to X <=u (C >> S) for all C
1983       // (X << S) <u (C + 1) is equiv to X <u (C >> S) + 1 if C <u ~0u
1984       // (X << S) <u C is equiv to X <u ((C - 1) >> S) + 1 if C >u 0
1985       assert(C->ugt(0) && "ult 0 should have been eliminated");
1986       APInt ShiftedC = (*C - 1).lshr(*ShiftAmt) + 1;
1987       return new ICmpInst(Pred, X, ConstantInt::get(ShType, ShiftedC));
1988     }
1989   }
1990
1991   if (Cmp.isEquality() && Shl->hasOneUse()) {
1992     // Strength-reduce the shift into an 'and'.
1993     Constant *Mask = ConstantInt::get(
1994         ShType,
1995         APInt::getLowBitsSet(TypeBits, TypeBits - ShiftAmt->getZExtValue()));
1996     Value *And = Builder->CreateAnd(X, Mask, Shl->getName() + ".mask");
1997     Constant *LShrC = ConstantInt::get(ShType, C->lshr(*ShiftAmt));
1998     return new ICmpInst(Pred, And, LShrC);
1999   }
2000
2001   // Otherwise, if this is a comparison of the sign bit, simplify to and/test.
2002   bool TrueIfSigned = false;
2003   if (Shl->hasOneUse() && isSignBitCheck(Pred, *C, TrueIfSigned)) {
2004     // (X << 31) <s 0  --> (X & 1) != 0
2005     Constant *Mask = ConstantInt::get(
2006         ShType,
2007         APInt::getOneBitSet(TypeBits, TypeBits - ShiftAmt->getZExtValue() - 1));
2008     Value *And = Builder->CreateAnd(X, Mask, Shl->getName() + ".mask");
2009     return new ICmpInst(TrueIfSigned ? ICmpInst::ICMP_NE : ICmpInst::ICMP_EQ,
2010                         And, Constant::getNullValue(ShType));
2011   }
2012
2013   // Transform (icmp pred iM (shl iM %v, N), C)
2014   // -> (icmp pred i(M-N) (trunc %v iM to i(M-N)), (trunc (C>>N))
2015   // Transform the shl to a trunc if (trunc (C>>N)) has no loss and M-N.
2016   // This enables us to get rid of the shift in favor of a trunc that may be
2017   // free on the target. It has the additional benefit of comparing to a
2018   // smaller constant that may be more target-friendly.
2019   unsigned Amt = ShiftAmt->getLimitedValue(TypeBits - 1);
2020   if (Shl->hasOneUse() && Amt != 0 && C->countTrailingZeros() >= Amt &&
2021       DL.isLegalInteger(TypeBits - Amt)) {
2022     Type *TruncTy = IntegerType::get(Cmp.getContext(), TypeBits - Amt);
2023     if (ShType->isVectorTy())
2024       TruncTy = VectorType::get(TruncTy, ShType->getVectorNumElements());
2025     Constant *NewC =
2026         ConstantInt::get(TruncTy, C->ashr(*ShiftAmt).trunc(TypeBits - Amt));
2027     return new ICmpInst(Pred, Builder->CreateTrunc(X, TruncTy), NewC);
2028   }
2029
2030   return nullptr;
2031 }
2032
2033 /// Fold icmp ({al}shr X, Y), C.
2034 Instruction *InstCombiner::foldICmpShrConstant(ICmpInst &Cmp,
2035                                                BinaryOperator *Shr,
2036                                                const APInt *C) {
2037   // An exact shr only shifts out zero bits, so:
2038   // icmp eq/ne (shr X, Y), 0 --> icmp eq/ne X, 0
2039   Value *X = Shr->getOperand(0);
2040   CmpInst::Predicate Pred = Cmp.getPredicate();
2041   if (Cmp.isEquality() && Shr->isExact() && Shr->hasOneUse() &&
2042       C->isNullValue())
2043     return new ICmpInst(Pred, X, Cmp.getOperand(1));
2044
2045   const APInt *ShiftVal;
2046   if (Cmp.isEquality() && match(Shr->getOperand(0), m_APInt(ShiftVal)))
2047     return foldICmpShrConstConst(Cmp, Shr->getOperand(1), *C, *ShiftVal);
2048
2049   const APInt *ShiftAmt;
2050   if (!match(Shr->getOperand(1), m_APInt(ShiftAmt)))
2051     return nullptr;
2052
2053   // Check that the shift amount is in range. If not, don't perform undefined
2054   // shifts. When the shift is visited it will be simplified.
2055   unsigned TypeBits = C->getBitWidth();
2056   unsigned ShAmtVal = ShiftAmt->getLimitedValue(TypeBits);
2057   if (ShAmtVal >= TypeBits || ShAmtVal == 0)
2058     return nullptr;
2059
2060   bool IsAShr = Shr->getOpcode() == Instruction::AShr;
2061   if (!Cmp.isEquality()) {
2062     // If we have an unsigned comparison and an ashr, we can't simplify this.
2063     // Similarly for signed comparisons with lshr.
2064     if (Cmp.isSigned() != IsAShr)
2065       return nullptr;
2066
2067     // Otherwise, all lshr and most exact ashr's are equivalent to a udiv/sdiv
2068     // by a power of 2.  Since we already have logic to simplify these,
2069     // transform to div and then simplify the resultant comparison.
2070     if (IsAShr && (!Shr->isExact() || ShAmtVal == TypeBits - 1))
2071       return nullptr;
2072
2073     // Revisit the shift (to delete it).
2074     Worklist.Add(Shr);
2075
2076     Constant *DivCst = ConstantInt::get(
2077         Shr->getType(), APInt::getOneBitSet(TypeBits, ShAmtVal));
2078
2079     Value *Tmp = IsAShr ? Builder->CreateSDiv(X, DivCst, "", Shr->isExact())
2080                         : Builder->CreateUDiv(X, DivCst, "", Shr->isExact());
2081
2082     Cmp.setOperand(0, Tmp);
2083
2084     // If the builder folded the binop, just return it.
2085     BinaryOperator *TheDiv = dyn_cast<BinaryOperator>(Tmp);
2086     if (!TheDiv)
2087       return &Cmp;
2088
2089     // Otherwise, fold this div/compare.
2090     assert(TheDiv->getOpcode() == Instruction::SDiv ||
2091            TheDiv->getOpcode() == Instruction::UDiv);
2092
2093     Instruction *Res = foldICmpDivConstant(Cmp, TheDiv, C);
2094     assert(Res && "This div/cst should have folded!");
2095     return Res;
2096   }
2097
2098   // Handle equality comparisons of shift-by-constant.
2099
2100   // If the comparison constant changes with the shift, the comparison cannot
2101   // succeed (bits of the comparison constant cannot match the shifted value).
2102   // This should be known by InstSimplify and already be folded to true/false.
2103   assert(((IsAShr && C->shl(ShAmtVal).ashr(ShAmtVal) == *C) ||
2104           (!IsAShr && C->shl(ShAmtVal).lshr(ShAmtVal) == *C)) &&
2105          "Expected icmp+shr simplify did not occur.");
2106
2107   // Check if the bits shifted out are known to be zero. If so, we can compare
2108   // against the unshifted value:
2109   //  (X & 4) >> 1 == 2  --> (X & 4) == 4.
2110   Constant *ShiftedCmpRHS = ConstantInt::get(Shr->getType(), *C << ShAmtVal);
2111   if (Shr->hasOneUse()) {
2112     if (Shr->isExact())
2113       return new ICmpInst(Pred, X, ShiftedCmpRHS);
2114
2115     // Otherwise strength reduce the shift into an 'and'.
2116     APInt Val(APInt::getHighBitsSet(TypeBits, TypeBits - ShAmtVal));
2117     Constant *Mask = ConstantInt::get(Shr->getType(), Val);
2118     Value *And = Builder->CreateAnd(X, Mask, Shr->getName() + ".mask");
2119     return new ICmpInst(Pred, And, ShiftedCmpRHS);
2120   }
2121
2122   return nullptr;
2123 }
2124
2125 /// Fold icmp (udiv X, Y), C.
2126 Instruction *InstCombiner::foldICmpUDivConstant(ICmpInst &Cmp,
2127                                                 BinaryOperator *UDiv,
2128                                                 const APInt *C) {
2129   const APInt *C2;
2130   if (!match(UDiv->getOperand(0), m_APInt(C2)))
2131     return nullptr;
2132
2133   assert(*C2 != 0 && "udiv 0, X should have been simplified already.");
2134
2135   // (icmp ugt (udiv C2, Y), C) -> (icmp ule Y, C2/(C+1))
2136   Value *Y = UDiv->getOperand(1);
2137   if (Cmp.getPredicate() == ICmpInst::ICMP_UGT) {
2138     assert(!C->isMaxValue() &&
2139            "icmp ugt X, UINT_MAX should have been simplified already.");
2140     return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_ULE, Y,
2141                         ConstantInt::get(Y->getType(), C2->udiv(*C + 1)));
2142   }
2143
2144   // (icmp ult (udiv C2, Y), C) -> (icmp ugt Y, C2/C)
2145   if (Cmp.getPredicate() == ICmpInst::ICMP_ULT) {
2146     assert(*C != 0 && "icmp ult X, 0 should have been simplified already.");
2147     return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_UGT, Y,
2148                         ConstantInt::get(Y->getType(), C2->udiv(*C)));
2149   }
2150
2151   return nullptr;
2152 }
2153
2154 /// Fold icmp ({su}div X, Y), C.
2155 Instruction *InstCombiner::foldICmpDivConstant(ICmpInst &Cmp,
2156                                                BinaryOperator *Div,
2157                                                const APInt *C) {
2158   // Fold: icmp pred ([us]div X, C2), C -> range test
2159   // Fold this div into the comparison, producing a range check.
2160   // Determine, based on the divide type, what the range is being
2161   // checked.  If there is an overflow on the low or high side, remember
2162   // it, otherwise compute the range [low, hi) bounding the new value.
2163   // See: InsertRangeTest above for the kinds of replacements possible.
2164   const APInt *C2;
2165   if (!match(Div->getOperand(1), m_APInt(C2)))
2166     return nullptr;
2167
2168   // FIXME: If the operand types don't match the type of the divide
2169   // then don't attempt this transform. The code below doesn't have the
2170   // logic to deal with a signed divide and an unsigned compare (and
2171   // vice versa). This is because (x /s C2) <s C  produces different
2172   // results than (x /s C2) <u C or (x /u C2) <s C or even
2173   // (x /u C2) <u C.  Simply casting the operands and result won't
2174   // work. :(  The if statement below tests that condition and bails
2175   // if it finds it.
2176   bool DivIsSigned = Div->getOpcode() == Instruction::SDiv;
2177   if (!Cmp.isEquality() && DivIsSigned != Cmp.isSigned())
2178     return nullptr;
2179
2180   // The ProdOV computation fails on divide by 0 and divide by -1. Cases with
2181   // INT_MIN will also fail if the divisor is 1. Although folds of all these
2182   // division-by-constant cases should be present, we can not assert that they
2183   // have happened before we reach this icmp instruction.
2184   if (C2->isNullValue() || C2->isOneValue() ||
2185       (DivIsSigned && C2->isAllOnesValue()))
2186     return nullptr;
2187
2188   // TODO: We could do all of the computations below using APInt.
2189   Constant *CmpRHS = cast<Constant>(Cmp.getOperand(1));
2190   Constant *DivRHS = cast<Constant>(Div->getOperand(1));
2191
2192   // Compute Prod = CmpRHS * DivRHS. We are essentially solving an equation of
2193   // form X / C2 = C. We solve for X by multiplying C2 (DivRHS) and C (CmpRHS).
2194   // By solving for X, we can turn this into a range check instead of computing
2195   // a divide.
2196   Constant *Prod = ConstantExpr::getMul(CmpRHS, DivRHS);
2197
2198   // Determine if the product overflows by seeing if the product is not equal to
2199   // the divide. Make sure we do the same kind of divide as in the LHS
2200   // instruction that we're folding.
2201   bool ProdOV = (DivIsSigned ? ConstantExpr::getSDiv(Prod, DivRHS)
2202                              : ConstantExpr::getUDiv(Prod, DivRHS)) != CmpRHS;
2203
2204   ICmpInst::Predicate Pred = Cmp.getPredicate();
2205
2206   // If the division is known to be exact, then there is no remainder from the
2207   // divide, so the covered range size is unit, otherwise it is the divisor.
2208   Constant *RangeSize =
2209       Div->isExact() ? ConstantInt::get(Div->getType(), 1) : DivRHS;
2210
2211   // Figure out the interval that is being checked.  For example, a comparison
2212   // like "X /u 5 == 0" is really checking that X is in the interval [0, 5).
2213   // Compute this interval based on the constants involved and the signedness of
2214   // the compare/divide.  This computes a half-open interval, keeping track of
2215   // whether either value in the interval overflows.  After analysis each
2216   // overflow variable is set to 0 if it's corresponding bound variable is valid
2217   // -1 if overflowed off the bottom end, or +1 if overflowed off the top end.
2218   int LoOverflow = 0, HiOverflow = 0;
2219   Constant *LoBound = nullptr, *HiBound = nullptr;
2220
2221   if (!DivIsSigned) {  // udiv
2222     // e.g. X/5 op 3  --> [15, 20)
2223     LoBound = Prod;
2224     HiOverflow = LoOverflow = ProdOV;
2225     if (!HiOverflow) {
2226       // If this is not an exact divide, then many values in the range collapse
2227       // to the same result value.
2228       HiOverflow = addWithOverflow(HiBound, LoBound, RangeSize, false);
2229     }
2230   } else if (C2->isStrictlyPositive()) { // Divisor is > 0.
2231     if (C->isNullValue()) {       // (X / pos) op 0
2232       // Can't overflow.  e.g.  X/2 op 0 --> [-1, 2)
2233       LoBound = ConstantExpr::getNeg(SubOne(RangeSize));
2234       HiBound = RangeSize;
2235     } else if (C->isStrictlyPositive()) {   // (X / pos) op pos
2236       LoBound = Prod;     // e.g.   X/5 op 3 --> [15, 20)
2237       HiOverflow = LoOverflow = ProdOV;
2238       if (!HiOverflow)
2239         HiOverflow = addWithOverflow(HiBound, Prod, RangeSize, true);
2240     } else {                       // (X / pos) op neg
2241       // e.g. X/5 op -3  --> [-15-4, -15+1) --> [-19, -14)
2242       HiBound = AddOne(Prod);
2243       LoOverflow = HiOverflow = ProdOV ? -1 : 0;
2244       if (!LoOverflow) {
2245         Constant *DivNeg = ConstantExpr::getNeg(RangeSize);
2246         LoOverflow = addWithOverflow(LoBound, HiBound, DivNeg, true) ? -1 : 0;
2247       }
2248     }
2249   } else if (C2->isNegative()) { // Divisor is < 0.
2250     if (Div->isExact())
2251       RangeSize = ConstantExpr::getNeg(RangeSize);
2252     if (C->isNullValue()) { // (X / neg) op 0
2253       // e.g. X/-5 op 0  --> [-4, 5)
2254       LoBound = AddOne(RangeSize);
2255       HiBound = ConstantExpr::getNeg(RangeSize);
2256       if (HiBound == DivRHS) {     // -INTMIN = INTMIN
2257         HiOverflow = 1;            // [INTMIN+1, overflow)
2258         HiBound = nullptr;         // e.g. X/INTMIN = 0 --> X > INTMIN
2259       }
2260     } else if (C->isStrictlyPositive()) {   // (X / neg) op pos
2261       // e.g. X/-5 op 3  --> [-19, -14)
2262       HiBound = AddOne(Prod);
2263       HiOverflow = LoOverflow = ProdOV ? -1 : 0;
2264       if (!LoOverflow)
2265         LoOverflow = addWithOverflow(LoBound, HiBound, RangeSize, true) ? -1:0;
2266     } else {                       // (X / neg) op neg
2267       LoBound = Prod;       // e.g. X/-5 op -3  --> [15, 20)
2268       LoOverflow = HiOverflow = ProdOV;
2269       if (!HiOverflow)
2270         HiOverflow = subWithOverflow(HiBound, Prod, RangeSize, true);
2271     }
2272
2273     // Dividing by a negative swaps the condition.  LT <-> GT
2274     Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
2275   }
2276
2277   Value *X = Div->getOperand(0);
2278   switch (Pred) {
2279     default: llvm_unreachable("Unhandled icmp opcode!");
2280     case ICmpInst::ICMP_EQ:
2281       if (LoOverflow && HiOverflow)
2282         return replaceInstUsesWith(Cmp, Builder->getFalse());
2283       if (HiOverflow)
2284         return new ICmpInst(DivIsSigned ? ICmpInst::ICMP_SGE :
2285                             ICmpInst::ICMP_UGE, X, LoBound);
2286       if (LoOverflow)
2287         return new ICmpInst(DivIsSigned ? ICmpInst::ICMP_SLT :
2288                             ICmpInst::ICMP_ULT, X, HiBound);
2289       return replaceInstUsesWith(
2290           Cmp, insertRangeTest(X, LoBound->getUniqueInteger(),
2291                                HiBound->getUniqueInteger(), DivIsSigned, true));
2292     case ICmpInst::ICMP_NE:
2293       if (LoOverflow && HiOverflow)
2294         return replaceInstUsesWith(Cmp, Builder->getTrue());
2295       if (HiOverflow)
2296         return new ICmpInst(DivIsSigned ? ICmpInst::ICMP_SLT :
2297                             ICmpInst::ICMP_ULT, X, LoBound);
2298       if (LoOverflow)
2299         return new ICmpInst(DivIsSigned ? ICmpInst::ICMP_SGE :
2300                             ICmpInst::ICMP_UGE, X, HiBound);
2301       return replaceInstUsesWith(Cmp,
2302                                  insertRangeTest(X, LoBound->getUniqueInteger(),
2303                                                  HiBound->getUniqueInteger(),
2304                                                  DivIsSigned, false));
2305     case ICmpInst::ICMP_ULT:
2306     case ICmpInst::ICMP_SLT:
2307       if (LoOverflow == +1)   // Low bound is greater than input range.
2308         return replaceInstUsesWith(Cmp, Builder->getTrue());
2309       if (LoOverflow == -1)   // Low bound is less than input range.
2310         return replaceInstUsesWith(Cmp, Builder->getFalse());
2311       return new ICmpInst(Pred, X, LoBound);
2312     case ICmpInst::ICMP_UGT:
2313     case ICmpInst::ICMP_SGT:
2314       if (HiOverflow == +1)       // High bound greater than input range.
2315         return replaceInstUsesWith(Cmp, Builder->getFalse());
2316       if (HiOverflow == -1)       // High bound less than input range.
2317         return replaceInstUsesWith(Cmp, Builder->getTrue());
2318       if (Pred == ICmpInst::ICMP_UGT)
2319         return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_UGE, X, HiBound);
2320       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SGE, X, HiBound);
2321   }
2322
2323   return nullptr;
2324 }
2325
2326 /// Fold icmp (sub X, Y), C.
2327 Instruction *InstCombiner::foldICmpSubConstant(ICmpInst &Cmp,
2328                                                BinaryOperator *Sub,
2329                                                const APInt *C) {
2330   Value *X = Sub->getOperand(0), *Y = Sub->getOperand(1);
2331   ICmpInst::Predicate Pred = Cmp.getPredicate();
2332
2333   // The following transforms are only worth it if the only user of the subtract
2334   // is the icmp.
2335   if (!Sub->hasOneUse())
2336     return nullptr;
2337
2338   if (Sub->hasNoSignedWrap()) {
2339     // (icmp sgt (sub nsw X, Y), -1) -> (icmp sge X, Y)
2340     if (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT && C->isAllOnesValue())
2341       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SGE, X, Y);
2342
2343     // (icmp sgt (sub nsw X, Y), 0) -> (icmp sgt X, Y)
2344     if (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT && C->isNullValue())
2345       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SGT, X, Y);
2346
2347     // (icmp slt (sub nsw X, Y), 0) -> (icmp slt X, Y)
2348     if (Pred == ICmpInst::ICMP_SLT && C->isNullValue())
2349       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SLT, X, Y);
2350
2351     // (icmp slt (sub nsw X, Y), 1) -> (icmp sle X, Y)
2352     if (Pred == ICmpInst::ICMP_SLT && C->isOneValue())
2353       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SLE, X, Y);
2354   }
2355
2356   const APInt *C2;
2357   if (!match(X, m_APInt(C2)))
2358     return nullptr;
2359
2360   // C2 - Y <u C -> (Y | (C - 1)) == C2
2361   //   iff (C2 & (C - 1)) == C - 1 and C is a power of 2
2362   if (Pred == ICmpInst::ICMP_ULT && C->isPowerOf2() &&
2363       (*C2 & (*C - 1)) == (*C - 1))
2364     return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_EQ, Builder->CreateOr(Y, *C - 1), X);
2365
2366   // C2 - Y >u C -> (Y | C) != C2
2367   //   iff C2 & C == C and C + 1 is a power of 2
2368   if (Pred == ICmpInst::ICMP_UGT && (*C + 1).isPowerOf2() && (*C2 & *C) == *C)
2369     return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_NE, Builder->CreateOr(Y, *C), X);
2370
2371   return nullptr;
2372 }
2373
2374 /// Fold icmp (add X, Y), C.
2375 Instruction *InstCombiner::foldICmpAddConstant(ICmpInst &Cmp,
2376                                                BinaryOperator *Add,
2377                                                const APInt *C) {
2378   Value *Y = Add->getOperand(1);
2379   const APInt *C2;
2380   if (Cmp.isEquality() || !match(Y, m_APInt(C2)))
2381     return nullptr;
2382
2383   // Fold icmp pred (add X, C2), C.
2384   Value *X = Add->getOperand(0);
2385   Type *Ty = Add->getType();
2386   CmpInst::Predicate Pred = Cmp.getPredicate();
2387
2388   // If the add does not wrap, we can always adjust the compare by subtracting
2389   // the constants. Equality comparisons are handled elsewhere. SGE/SLE are
2390   // canonicalized to SGT/SLT.
2391   if (Add->hasNoSignedWrap() &&
2392       (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT || Pred == ICmpInst::ICMP_SLT)) {
2393     bool Overflow;
2394     APInt NewC = C->ssub_ov(*C2, Overflow);
2395     // If there is overflow, the result must be true or false.
2396     // TODO: Can we assert there is no overflow because InstSimplify always
2397     // handles those cases?
2398     if (!Overflow)
2399       // icmp Pred (add nsw X, C2), C --> icmp Pred X, (C - C2)
2400       return new ICmpInst(Pred, X, ConstantInt::get(Ty, NewC));
2401   }
2402
2403   auto CR = ConstantRange::makeExactICmpRegion(Pred, *C).subtract(*C2);
2404   const APInt &Upper = CR.getUpper();
2405   const APInt &Lower = CR.getLower();
2406   if (Cmp.isSigned()) {
2407     if (Lower.isSignMask())
2408       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SLT, X, ConstantInt::get(Ty, Upper));
2409     if (Upper.isSignMask())
2410       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SGE, X, ConstantInt::get(Ty, Lower));
2411   } else {
2412     if (Lower.isMinValue())
2413       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_ULT, X, ConstantInt::get(Ty, Upper));
2414     if (Upper.isMinValue())
2415       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_UGE, X, ConstantInt::get(Ty, Lower));
2416   }
2417
2418   if (!Add->hasOneUse())
2419     return nullptr;
2420
2421   // X+C <u C2 -> (X & -C2) == C
2422   //   iff C & (C2-1) == 0
2423   //       C2 is a power of 2
2424   if (Pred == ICmpInst::ICMP_ULT && C->isPowerOf2() && (*C2 & (*C - 1)) == 0)
2425     return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_EQ, Builder->CreateAnd(X, -(*C)),
2426                         ConstantExpr::getNeg(cast<Constant>(Y)));
2427
2428   // X+C >u C2 -> (X & ~C2) != C
2429   //   iff C & C2 == 0
2430   //       C2+1 is a power of 2
2431   if (Pred == ICmpInst::ICMP_UGT && (*C + 1).isPowerOf2() && (*C2 & *C) == 0)
2432     return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_NE, Builder->CreateAnd(X, ~(*C)),
2433                         ConstantExpr::getNeg(cast<Constant>(Y)));
2434
2435   return nullptr;
2436 }
2437
2438 bool InstCombiner::matchThreeWayIntCompare(SelectInst *SI, Value *&LHS,
2439                                            Value *&RHS, ConstantInt *&Less,
2440                                            ConstantInt *&Equal,
2441                                            ConstantInt *&Greater) {
2442   // TODO: Generalize this to work with other comparison idioms or ensure
2443   // they get canonicalized into this form.
2444
2445   // select i1 (a == b), i32 Equal, i32 (select i1 (a < b), i32 Less, i32
2446   // Greater), where Equal, Less and Greater are placeholders for any three
2447   // constants.
2448   ICmpInst::Predicate PredA, PredB;
2449   if (match(SI->getTrueValue(), m_ConstantInt(Equal)) &&
2450       match(SI->getCondition(), m_ICmp(PredA, m_Value(LHS), m_Value(RHS))) &&
2451       PredA == ICmpInst::ICMP_EQ &&
2452       match(SI->getFalseValue(),
2453             m_Select(m_ICmp(PredB, m_Specific(LHS), m_Specific(RHS)),
2454                      m_ConstantInt(Less), m_ConstantInt(Greater))) &&
2455       PredB == ICmpInst::ICMP_SLT) {
2456     return true;
2457   }
2458   return false;
2459 }
2460
2461 Instruction *InstCombiner::foldICmpSelectConstant(ICmpInst &Cmp,
2462                                                   Instruction *Select,
2463                                                   ConstantInt *C) {
2464
2465   assert(C && "Cmp RHS should be a constant int!");
2466   // If we're testing a constant value against the result of a three way
2467   // comparison, the result can be expressed directly in terms of the
2468   // original values being compared.  Note: We could possibly be more
2469   // aggressive here and remove the hasOneUse test. The original select is
2470   // really likely to simplify or sink when we remove a test of the result.
2471   Value *OrigLHS, *OrigRHS;
2472   ConstantInt *C1LessThan, *C2Equal, *C3GreaterThan;
2473   if (Cmp.hasOneUse() &&
2474       matchThreeWayIntCompare(cast<SelectInst>(Select), OrigLHS, OrigRHS,
2475                                  C1LessThan, C2Equal, C3GreaterThan)) {
2476     assert(C1LessThan && C2Equal && C3GreaterThan);
2477
2478     bool TrueWhenLessThan =
2479         ConstantExpr::getCompare(Cmp.getPredicate(), C1LessThan, C)
2480             ->isAllOnesValue();
2481     bool TrueWhenEqual =
2482         ConstantExpr::getCompare(Cmp.getPredicate(), C2Equal, C)
2483             ->isAllOnesValue();
2484     bool TrueWhenGreaterThan =
2485         ConstantExpr::getCompare(Cmp.getPredicate(), C3GreaterThan, C)
2486             ->isAllOnesValue();
2487
2488     // This generates the new instruction that will replace the original Cmp
2489     // Instruction. Instead of enumerating the various combinations when
2490     // TrueWhenLessThan, TrueWhenEqual and TrueWhenGreaterThan are true versus
2491     // false, we rely on chaining of ORs and future passes of InstCombine to
2492     // simplify the OR further (i.e. a s< b || a == b becomes a s<= b).
2493
2494     // When none of the three constants satisfy the predicate for the RHS (C),
2495     // the entire original Cmp can be simplified to a false.
2496     Value *Cond = Builder->getFalse();
2497     if (TrueWhenLessThan)
2498       Cond = Builder->CreateOr(Cond, Builder->CreateICmp(ICmpInst::ICMP_SLT, OrigLHS, OrigRHS));
2499     if (TrueWhenEqual)
2500       Cond = Builder->CreateOr(Cond, Builder->CreateICmp(ICmpInst::ICMP_EQ, OrigLHS, OrigRHS));
2501     if (TrueWhenGreaterThan)
2502       Cond = Builder->CreateOr(Cond, Builder->CreateICmp(ICmpInst::ICMP_SGT, OrigLHS, OrigRHS));
2503
2504     return replaceInstUsesWith(Cmp, Cond);
2505   }
2506   return nullptr;
2507 }
2508
2509 /// Try to fold integer comparisons with a constant operand: icmp Pred X, C
2510 /// where X is some kind of instruction.
2511 Instruction *InstCombiner::foldICmpInstWithConstant(ICmpInst &Cmp) {
2512   const APInt *C;
2513   if (!match(Cmp.getOperand(1), m_APInt(C)))
2514     return nullptr;
2515
2516   BinaryOperator *BO;
2517   if (match(Cmp.getOperand(0), m_BinOp(BO))) {
2518     switch (BO->getOpcode()) {
2519     case Instruction::Xor:
2520       if (Instruction *I = foldICmpXorConstant(Cmp, BO, C))
2521         return I;
2522       break;
2523     case Instruction::And:
2524       if (Instruction *I = foldICmpAndConstant(Cmp, BO, C))
2525         return I;
2526       break;
2527     case Instruction::Or:
2528       if (Instruction *I = foldICmpOrConstant(Cmp, BO, C))
2529         return I;
2530       break;
2531     case Instruction::Mul:
2532       if (Instruction *I = foldICmpMulConstant(Cmp, BO, C))
2533         return I;
2534       break;
2535     case Instruction::Shl:
2536       if (Instruction *I = foldICmpShlConstant(Cmp, BO, C))
2537         return I;
2538       break;
2539     case Instruction::LShr:
2540     case Instruction::AShr:
2541       if (Instruction *I = foldICmpShrConstant(Cmp, BO, C))
2542         return I;
2543       break;
2544     case Instruction::UDiv:
2545       if (Instruction *I = foldICmpUDivConstant(Cmp, BO, C))
2546         return I;
2547       LLVM_FALLTHROUGH;
2548     case Instruction::SDiv:
2549       if (Instruction *I = foldICmpDivConstant(Cmp, BO, C))
2550         return I;
2551       break;
2552     case Instruction::Sub:
2553       if (Instruction *I = foldICmpSubConstant(Cmp, BO, C))
2554         return I;
2555       break;
2556     case Instruction::Add:
2557       if (Instruction *I = foldICmpAddConstant(Cmp, BO, C))
2558         return I;
2559       break;
2560     default:
2561       break;
2562     }
2563     // TODO: These folds could be refactored to be part of the above calls.
2564     if (Instruction *I = foldICmpBinOpEqualityWithConstant(Cmp, BO, C))
2565       return I;
2566   }
2567
2568   // Match against CmpInst LHS being instructions other than binary operators.
2569   Instruction *LHSI;
2570   if (match(Cmp.getOperand(0), m_Instruction(LHSI))) {
2571     switch (LHSI->getOpcode()) {
2572     case Instruction::Select:
2573       {
2574       // For now, we only support constant integers while folding the
2575       // ICMP(SELECT)) pattern. We can extend this to support vector of integers
2576       // similar to the cases handled by binary ops above.
2577       if (ConstantInt *ConstRHS = dyn_cast<ConstantInt>(Cmp.getOperand(1)))
2578         if (Instruction *I = foldICmpSelectConstant(Cmp, LHSI, ConstRHS))
2579           return I;
2580       break;
2581       }
2582     case Instruction::Trunc:
2583       if (Instruction *I = foldICmpTruncConstant(Cmp, LHSI, C))
2584         return I;
2585       break;
2586     default:
2587       break;
2588     }
2589   }
2590
2591   if (Instruction *I = foldICmpIntrinsicWithConstant(Cmp, C))
2592     return I;
2593
2594   return nullptr;
2595 }
2596
2597 /// Fold an icmp equality instruction with binary operator LHS and constant RHS:
2598 /// icmp eq/ne BO, C.
2599 Instruction *InstCombiner::foldICmpBinOpEqualityWithConstant(ICmpInst &Cmp,
2600                                                              BinaryOperator *BO,
2601                                                              const APInt *C) {
2602   // TODO: Some of these folds could work with arbitrary constants, but this
2603   // function is limited to scalar and vector splat constants.
2604   if (!Cmp.isEquality())
2605     return nullptr;
2606
2607   ICmpInst::Predicate Pred = Cmp.getPredicate();
2608   bool isICMP_NE = Pred == ICmpInst::ICMP_NE;
2609   Constant *RHS = cast<Constant>(Cmp.getOperand(1));
2610   Value *BOp0 = BO->getOperand(0), *BOp1 = BO->getOperand(1);
2611
2612   switch (BO->getOpcode()) {
2613   case Instruction::SRem:
2614     // If we have a signed (X % (2^c)) == 0, turn it into an unsigned one.
2615     if (C->isNullValue() && BO->hasOneUse()) {
2616       const APInt *BOC;
2617       if (match(BOp1, m_APInt(BOC)) && BOC->sgt(1) && BOC->isPowerOf2()) {
2618         Value *NewRem = Builder->CreateURem(BOp0, BOp1, BO->getName());
2619         return new ICmpInst(Pred, NewRem,
2620                             Constant::getNullValue(BO->getType()));
2621       }
2622     }
2623     break;
2624   case Instruction::Add: {
2625     // Replace ((add A, B) != C) with (A != C-B) if B & C are constants.
2626     const APInt *BOC;
2627     if (match(BOp1, m_APInt(BOC))) {
2628       if (BO->hasOneUse()) {
2629         Constant *SubC = ConstantExpr::getSub(RHS, cast<Constant>(BOp1));
2630         return new ICmpInst(Pred, BOp0, SubC);
2631       }
2632     } else if (C->isNullValue()) {
2633       // Replace ((add A, B) != 0) with (A != -B) if A or B is
2634       // efficiently invertible, or if the add has just this one use.
2635       if (Value *NegVal = dyn_castNegVal(BOp1))
2636         return new ICmpInst(Pred, BOp0, NegVal);
2637       if (Value *NegVal = dyn_castNegVal(BOp0))
2638         return new ICmpInst(Pred, NegVal, BOp1);
2639       if (BO->hasOneUse()) {
2640         Value *Neg = Builder->CreateNeg(BOp1);
2641         Neg->takeName(BO);
2642         return new ICmpInst(Pred, BOp0, Neg);
2643       }
2644     }
2645     break;
2646   }
2647   case Instruction::Xor:
2648     if (BO->hasOneUse()) {
2649       if (Constant *BOC = dyn_cast<Constant>(BOp1)) {
2650         // For the xor case, we can xor two constants together, eliminating
2651         // the explicit xor.
2652         return new ICmpInst(Pred, BOp0, ConstantExpr::getXor(RHS, BOC));
2653       } else if (C->isNullValue()) {
2654         // Replace ((xor A, B) != 0) with (A != B)
2655         return new ICmpInst(Pred, BOp0, BOp1);
2656       }
2657     }
2658     break;
2659   case Instruction::Sub:
2660     if (BO->hasOneUse()) {
2661       const APInt *BOC;
2662       if (match(BOp0, m_APInt(BOC))) {
2663         // Replace ((sub BOC, B) != C) with (B != BOC-C).
2664         Constant *SubC = ConstantExpr::getSub(cast<Constant>(BOp0), RHS);
2665         return new ICmpInst(Pred, BOp1, SubC);
2666       } else if (C->isNullValue()) {
2667         // Replace ((sub A, B) != 0) with (A != B).
2668         return new ICmpInst(Pred, BOp0, BOp1);
2669       }
2670     }
2671     break;
2672   case Instruction::Or: {
2673     const APInt *BOC;
2674     if (match(BOp1, m_APInt(BOC)) && BO->hasOneUse() && RHS->isAllOnesValue()) {
2675       // Comparing if all bits outside of a constant mask are set?
2676       // Replace (X | C) == -1 with (X & ~C) == ~C.
2677       // This removes the -1 constant.
2678       Constant *NotBOC = ConstantExpr::getNot(cast<Constant>(BOp1));
2679       Value *And = Builder->CreateAnd(BOp0, NotBOC);
2680       return new ICmpInst(Pred, And, NotBOC);
2681     }
2682     break;
2683   }
2684   case Instruction::And: {
2685     const APInt *BOC;
2686     if (match(BOp1, m_APInt(BOC))) {
2687       // If we have ((X & C) == C), turn it into ((X & C) != 0).
2688       if (C == BOC && C->isPowerOf2())
2689         return new ICmpInst(isICMP_NE ? ICmpInst::ICMP_EQ : ICmpInst::ICMP_NE,
2690                             BO, Constant::getNullValue(RHS->getType()));
2691
2692       // Don't perform the following transforms if the AND has multiple uses
2693       if (!BO->hasOneUse())
2694         break;
2695
2696       // Replace (and X, (1 << size(X)-1) != 0) with x s< 0
2697       if (BOC->isSignMask()) {
2698         Constant *Zero = Constant::getNullValue(BOp0->getType());
2699         auto NewPred = isICMP_NE ? ICmpInst::ICMP_SLT : ICmpInst::ICMP_SGE;
2700         return new ICmpInst(NewPred, BOp0, Zero);
2701       }
2702
2703       // ((X & ~7) == 0) --> X < 8
2704       if (C->isNullValue() && (~(*BOC) + 1).isPowerOf2()) {
2705         Constant *NegBOC = ConstantExpr::getNeg(cast<Constant>(BOp1));
2706         auto NewPred = isICMP_NE ? ICmpInst::ICMP_UGE : ICmpInst::ICMP_ULT;
2707         return new ICmpInst(NewPred, BOp0, NegBOC);
2708       }
2709     }
2710     break;
2711   }
2712   case Instruction::Mul:
2713     if (C->isNullValue() && BO->hasNoSignedWrap()) {
2714       const APInt *BOC;
2715       if (match(BOp1, m_APInt(BOC)) && !BOC->isNullValue()) {
2716         // The trivial case (mul X, 0) is handled by InstSimplify.
2717         // General case : (mul X, C) != 0 iff X != 0
2718         //                (mul X, C) == 0 iff X == 0
2719         return new ICmpInst(Pred, BOp0, Constant::getNullValue(RHS->getType()));
2720       }
2721     }
2722     break;
2723   case Instruction::UDiv:
2724     if (C->isNullValue()) {
2725       // (icmp eq/ne (udiv A, B), 0) -> (icmp ugt/ule i32 B, A)
2726       auto NewPred = isICMP_NE ? ICmpInst::ICMP_ULE : ICmpInst::ICMP_UGT;
2727       return new ICmpInst(NewPred, BOp1, BOp0);
2728     }
2729     break;
2730   default:
2731     break;
2732   }
2733   return nullptr;
2734 }
2735
2736 /// Fold an icmp with LLVM intrinsic and constant operand: icmp Pred II, C.
2737 Instruction *InstCombiner::foldICmpIntrinsicWithConstant(ICmpInst &Cmp,
2738                                                          const APInt *C) {
2739   IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Cmp.getOperand(0));
2740   if (!II || !Cmp.isEquality())
2741     return nullptr;
2742
2743   // Handle icmp {eq|ne} <intrinsic>, intcst.
2744   switch (II->getIntrinsicID()) {
2745   case Intrinsic::bswap:
2746     Worklist.Add(II);
2747     Cmp.setOperand(0, II->getArgOperand(0));
2748     Cmp.setOperand(1, Builder->getInt(C->byteSwap()));
2749     return &Cmp;
2750   case Intrinsic::ctlz:
2751   case Intrinsic::cttz:
2752     // ctz(A) == bitwidth(A)  ->  A == 0 and likewise for !=
2753     if (*C == C->getBitWidth()) {
2754       Worklist.Add(II);
2755       Cmp.setOperand(0, II->getArgOperand(0));
2756       Cmp.setOperand(1, ConstantInt::getNullValue(II->getType()));
2757       return &Cmp;
2758     }
2759     break;
2760   case Intrinsic::ctpop: {
2761     // popcount(A) == 0  ->  A == 0 and likewise for !=
2762     // popcount(A) == bitwidth(A)  ->  A == -1 and likewise for !=
2763     bool IsZero = C->isNullValue();
2764     if (IsZero || *C == C->getBitWidth()) {
2765       Worklist.Add(II);
2766       Cmp.setOperand(0, II->getArgOperand(0));
2767       auto *NewOp = IsZero ? Constant::getNullValue(II->getType())
2768                            : Constant::getAllOnesValue(II->getType());
2769       Cmp.setOperand(1, NewOp);
2770       return &Cmp;
2771     }
2772     break;
2773   }
2774   default:
2775     break;
2776   }
2777   return nullptr;
2778 }
2779
2780 /// Handle icmp with constant (but not simple integer constant) RHS.
2781 Instruction *InstCombiner::foldICmpInstWithConstantNotInt(ICmpInst &I) {
2782   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
2783   Constant *RHSC = dyn_cast<Constant>(Op1);
2784   Instruction *LHSI = dyn_cast<Instruction>(Op0);
2785   if (!RHSC || !LHSI)
2786     return nullptr;
2787
2788   switch (LHSI->getOpcode()) {
2789   case Instruction::GetElementPtr:
2790     // icmp pred GEP (P, int 0, int 0, int 0), null -> icmp pred P, null
2791     if (RHSC->isNullValue() &&
2792         cast<GetElementPtrInst>(LHSI)->hasAllZeroIndices())
2793       return new ICmpInst(
2794           I.getPredicate(), LHSI->getOperand(0),
2795           Constant::getNullValue(LHSI->getOperand(0)->getType()));
2796     break;
2797   case Instruction::PHI:
2798     // Only fold icmp into the PHI if the phi and icmp are in the same
2799     // block.  If in the same block, we're encouraging jump threading.  If
2800     // not, we are just pessimizing the code by making an i1 phi.
2801     if (LHSI->getParent() == I.getParent())
2802       if (Instruction *NV = foldOpIntoPhi(I, cast<PHINode>(LHSI)))
2803         return NV;
2804     break;
2805   case Instruction::Select: {
2806     // If either operand of the select is a constant, we can fold the
2807     // comparison into the select arms, which will cause one to be
2808     // constant folded and the select turned into a bitwise or.
2809     Value *Op1 = nullptr, *Op2 = nullptr;
2810     ConstantInt *CI = nullptr;
2811     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(LHSI->getOperand(1))) {
2812       Op1 = ConstantExpr::getICmp(I.getPredicate(), C, RHSC);
2813       CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op1);
2814     }
2815     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(LHSI->getOperand(2))) {
2816       Op2 = ConstantExpr::getICmp(I.getPredicate(), C, RHSC);
2817       CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op2);
2818     }
2819
2820     // We only want to perform this transformation if it will not lead to
2821     // additional code. This is true if either both sides of the select
2822     // fold to a constant (in which case the icmp is replaced with a select
2823     // which will usually simplify) or this is the only user of the
2824     // select (in which case we are trading a select+icmp for a simpler
2825     // select+icmp) or all uses of the select can be replaced based on
2826     // dominance information ("Global cases").
2827     bool Transform = false;
2828     if (Op1 && Op2)
2829       Transform = true;
2830     else if (Op1 || Op2) {
2831       // Local case
2832       if (LHSI->hasOneUse())
2833         Transform = true;
2834       // Global cases
2835       else if (CI && !CI->isZero())
2836         // When Op1 is constant try replacing select with second operand.
2837         // Otherwise Op2 is constant and try replacing select with first
2838         // operand.
2839         Transform =
2840             replacedSelectWithOperand(cast<SelectInst>(LHSI), &I, Op1 ? 2 : 1);
2841     }
2842     if (Transform) {
2843       if (!Op1)
2844         Op1 = Builder->CreateICmp(I.getPredicate(), LHSI->getOperand(1), RHSC,
2845                                   I.getName());
2846       if (!Op2)
2847         Op2 = Builder->CreateICmp(I.getPredicate(), LHSI->getOperand(2), RHSC,
2848                                   I.getName());
2849       return SelectInst::Create(LHSI->getOperand(0), Op1, Op2);
2850     }
2851     break;
2852   }
2853   case Instruction::IntToPtr:
2854     // icmp pred inttoptr(X), null -> icmp pred X, 0
2855     if (RHSC->isNullValue() &&
2856         DL.getIntPtrType(RHSC->getType()) == LHSI->getOperand(0)->getType())
2857       return new ICmpInst(
2858           I.getPredicate(), LHSI->getOperand(0),
2859           Constant::getNullValue(LHSI->getOperand(0)->getType()));
2860     break;
2861
2862   case Instruction::Load:
2863     // Try to optimize things like "A[i] > 4" to index computations.
2864     if (GetElementPtrInst *GEP =
2865             dyn_cast<GetElementPtrInst>(LHSI->getOperand(0))) {
2866       if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0)))
2867         if (GV->isConstant() && GV->hasDefinitiveInitializer() &&
2868             !cast<LoadInst>(LHSI)->isVolatile())
2869           if (Instruction *Res = foldCmpLoadFromIndexedGlobal(GEP, GV, I))
2870             return Res;
2871     }
2872     break;
2873   }
2874
2875   return nullptr;
2876 }
2877
2878 /// Try to fold icmp (binop), X or icmp X, (binop).
2879 /// TODO: A large part of this logic is duplicated in InstSimplify's
2880 /// simplifyICmpWithBinOp(). We should be able to share that and avoid the code
2881 /// duplication.
2882 Instruction *InstCombiner::foldICmpBinOp(ICmpInst &I) {
2883   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
2884
2885   // Special logic for binary operators.
2886   BinaryOperator *BO0 = dyn_cast<BinaryOperator>(Op0);
2887   BinaryOperator *BO1 = dyn_cast<BinaryOperator>(Op1);
2888   if (!BO0 && !BO1)
2889     return nullptr;
2890
2891   const CmpInst::Predicate Pred = I.getPredicate();
2892   bool NoOp0WrapProblem = false, NoOp1WrapProblem = false;
2893   if (BO0 && isa<OverflowingBinaryOperator>(BO0))
2894     NoOp0WrapProblem =
2895         ICmpInst::isEquality(Pred) ||
2896         (CmpInst::isUnsigned(Pred) && BO0->hasNoUnsignedWrap()) ||
2897         (CmpInst::isSigned(Pred) && BO0->hasNoSignedWrap());
2898   if (BO1 && isa<OverflowingBinaryOperator>(BO1))
2899     NoOp1WrapProblem =
2900         ICmpInst::isEquality(Pred) ||
2901         (CmpInst::isUnsigned(Pred) && BO1->hasNoUnsignedWrap()) ||
2902         (CmpInst::isSigned(Pred) && BO1->hasNoSignedWrap());
2903
2904   // Analyze the case when either Op0 or Op1 is an add instruction.
2905   // Op0 = A + B (or A and B are null); Op1 = C + D (or C and D are null).
2906   Value *A = nullptr, *B = nullptr, *C = nullptr, *D = nullptr;
2907   if (BO0 && BO0->getOpcode() == Instruction::Add) {
2908     A = BO0->getOperand(0);
2909     B = BO0->getOperand(1);
2910   }
2911   if (BO1 && BO1->getOpcode() == Instruction::Add) {
2912     C = BO1->getOperand(0);
2913     D = BO1->getOperand(1);
2914   }
2915
2916   // icmp (X+Y), X -> icmp Y, 0 for equalities or if there is no overflow.
2917   if ((A == Op1 || B == Op1) && NoOp0WrapProblem)
2918     return new ICmpInst(Pred, A == Op1 ? B : A,
2919                         Constant::getNullValue(Op1->getType()));
2920
2921   // icmp X, (X+Y) -> icmp 0, Y for equalities or if there is no overflow.
2922   if ((C == Op0 || D == Op0) && NoOp1WrapProblem)
2923     return new ICmpInst(Pred, Constant::getNullValue(Op0->getType()),
2924                         C == Op0 ? D : C);
2925
2926   // icmp (X+Y), (X+Z) -> icmp Y, Z for equalities or if there is no overflow.
2927   if (A && C && (A == C || A == D || B == C || B == D) && NoOp0WrapProblem &&
2928       NoOp1WrapProblem &&
2929       // Try not to increase register pressure.
2930       BO0->hasOneUse() && BO1->hasOneUse()) {
2931     // Determine Y and Z in the form icmp (X+Y), (X+Z).
2932     Value *Y, *Z;
2933     if (A == C) {
2934       // C + B == C + D  ->  B == D
2935       Y = B;
2936       Z = D;
2937     } else if (A == D) {
2938       // D + B == C + D  ->  B == C
2939       Y = B;
2940       Z = C;
2941     } else if (B == C) {
2942       // A + C == C + D  ->  A == D
2943       Y = A;
2944       Z = D;
2945     } else {
2946       assert(B == D);
2947       // A + D == C + D  ->  A == C
2948       Y = A;
2949       Z = C;
2950     }
2951     return new ICmpInst(Pred, Y, Z);
2952   }
2953
2954   // icmp slt (X + -1), Y -> icmp sle X, Y
2955   if (A && NoOp0WrapProblem && Pred == CmpInst::ICMP_SLT &&
2956       match(B, m_AllOnes()))
2957     return new ICmpInst(CmpInst::ICMP_SLE, A, Op1);
2958
2959   // icmp sge (X + -1), Y -> icmp sgt X, Y
2960   if (A && NoOp0WrapProblem && Pred == CmpInst::ICMP_SGE &&
2961       match(B, m_AllOnes()))
2962     return new ICmpInst(CmpInst::ICMP_SGT, A, Op1);
2963
2964   // icmp sle (X + 1), Y -> icmp slt X, Y
2965   if (A && NoOp0WrapProblem && Pred == CmpInst::ICMP_SLE && match(B, m_One()))
2966     return new ICmpInst(CmpInst::ICMP_SLT, A, Op1);
2967
2968   // icmp sgt (X + 1), Y -> icmp sge X, Y
2969   if (A && NoOp0WrapProblem && Pred == CmpInst::ICMP_SGT && match(B, m_One()))
2970     return new ICmpInst(CmpInst::ICMP_SGE, A, Op1);
2971
2972   // icmp sgt X, (Y + -1) -> icmp sge X, Y
2973   if (C && NoOp1WrapProblem && Pred == CmpInst::ICMP_SGT &&
2974       match(D, m_AllOnes()))
2975     return new ICmpInst(CmpInst::ICMP_SGE, Op0, C);
2976
2977   // icmp sle X, (Y + -1) -> icmp slt X, Y
2978   if (C && NoOp1WrapProblem && Pred == CmpInst::ICMP_SLE &&
2979       match(D, m_AllOnes()))
2980     return new ICmpInst(CmpInst::ICMP_SLT, Op0, C);
2981
2982   // icmp sge X, (Y + 1) -> icmp sgt X, Y
2983   if (C && NoOp1WrapProblem && Pred == CmpInst::ICMP_SGE && match(D, m_One()))
2984     return new ICmpInst(CmpInst::ICMP_SGT, Op0, C);
2985
2986   // icmp slt X, (Y + 1) -> icmp sle X, Y
2987   if (C && NoOp1WrapProblem && Pred == CmpInst::ICMP_SLT && match(D, m_One()))
2988     return new ICmpInst(CmpInst::ICMP_SLE, Op0, C);
2989
2990   // TODO: The subtraction-related identities shown below also hold, but
2991   // canonicalization from (X -nuw 1) to (X + -1) means that the combinations
2992   // wouldn't happen even if they were implemented.
2993   //
2994   // icmp ult (X - 1), Y -> icmp ule X, Y
2995   // icmp uge (X - 1), Y -> icmp ugt X, Y
2996   // icmp ugt X, (Y - 1) -> icmp uge X, Y
2997   // icmp ule X, (Y - 1) -> icmp ult X, Y
2998
2999   // icmp ule (X + 1), Y -> icmp ult X, Y
3000   if (A && NoOp0WrapProblem && Pred == CmpInst::ICMP_ULE && match(B, m_One()))
3001     return new ICmpInst(CmpInst::ICMP_ULT, A, Op1);
3002
3003   // icmp ugt (X + 1), Y -> icmp uge X, Y
3004   if (A && NoOp0WrapProblem && Pred == CmpInst::ICMP_UGT && match(B, m_One()))
3005     return new ICmpInst(CmpInst::ICMP_UGE, A, Op1);
3006
3007   // icmp uge X, (Y + 1) -> icmp ugt X, Y
3008   if (C && NoOp1WrapProblem && Pred == CmpInst::ICMP_UGE && match(D, m_One()))
3009     return new ICmpInst(CmpInst::ICMP_UGT, Op0, C);
3010
3011   // icmp ult X, (Y + 1) -> icmp ule X, Y
3012   if (C && NoOp1WrapProblem && Pred == CmpInst::ICMP_ULT && match(D, m_One()))
3013     return new ICmpInst(CmpInst::ICMP_ULE, Op0, C);
3014
3015   // if C1 has greater magnitude than C2:
3016   //  icmp (X + C1), (Y + C2) -> icmp (X + C3), Y
3017   //  s.t. C3 = C1 - C2
3018   //
3019   // if C2 has greater magnitude than C1:
3020   //  icmp (X + C1), (Y + C2) -> icmp X, (Y + C3)
3021   //  s.t. C3 = C2 - C1
3022   if (A && C && NoOp0WrapProblem && NoOp1WrapProblem &&
3023       (BO0->hasOneUse() || BO1->hasOneUse()) && !I.isUnsigned())
3024     if (ConstantInt *C1 = dyn_cast<ConstantInt>(B))
3025       if (ConstantInt *C2 = dyn_cast<ConstantInt>(D)) {
3026         const APInt &AP1 = C1->getValue();
3027         const APInt &AP2 = C2->getValue();
3028         if (AP1.isNegative() == AP2.isNegative()) {
3029           APInt AP1Abs = C1->getValue().abs();
3030           APInt AP2Abs = C2->getValue().abs();
3031           if (AP1Abs.uge(AP2Abs)) {
3032             ConstantInt *C3 = Builder->getInt(AP1 - AP2);
3033             Value *NewAdd = Builder->CreateNSWAdd(A, C3);
3034             return new ICmpInst(Pred, NewAdd, C);
3035           } else {
3036             ConstantInt *C3 = Builder->getInt(AP2 - AP1);
3037             Value *NewAdd = Builder->CreateNSWAdd(C, C3);
3038             return new ICmpInst(Pred, A, NewAdd);
3039           }
3040         }
3041       }
3042
3043   // Analyze the case when either Op0 or Op1 is a sub instruction.
3044   // Op0 = A - B (or A and B are null); Op1 = C - D (or C and D are null).
3045   A = nullptr;
3046   B = nullptr;
3047   C = nullptr;
3048   D = nullptr;
3049   if (BO0 && BO0->getOpcode() == Instruction::Sub) {
3050     A = BO0->getOperand(0);
3051     B = BO0->getOperand(1);
3052   }
3053   if (BO1 && BO1->getOpcode() == Instruction::Sub) {
3054     C = BO1->getOperand(0);
3055     D = BO1->getOperand(1);
3056   }
3057
3058   // icmp (X-Y), X -> icmp 0, Y for equalities or if there is no overflow.
3059   if (A == Op1 && NoOp0WrapProblem)
3060     return new ICmpInst(Pred, Constant::getNullValue(Op1->getType()), B);
3061
3062   // icmp X, (X-Y) -> icmp Y, 0 for equalities or if there is no overflow.
3063   if (C == Op0 && NoOp1WrapProblem)
3064     return new ICmpInst(Pred, D, Constant::getNullValue(Op0->getType()));
3065
3066   // icmp (Y-X), (Z-X) -> icmp Y, Z for equalities or if there is no overflow.
3067   if (B && D && B == D && NoOp0WrapProblem && NoOp1WrapProblem &&
3068       // Try not to increase register pressure.
3069       BO0->hasOneUse() && BO1->hasOneUse())
3070     return new ICmpInst(Pred, A, C);
3071
3072   // icmp (X-Y), (X-Z) -> icmp Z, Y for equalities or if there is no overflow.
3073   if (A && C && A == C && NoOp0WrapProblem && NoOp1WrapProblem &&
3074       // Try not to increase register pressure.
3075       BO0->hasOneUse() && BO1->hasOneUse())
3076     return new ICmpInst(Pred, D, B);
3077
3078   // icmp (0-X) < cst --> x > -cst
3079   if (NoOp0WrapProblem && ICmpInst::isSigned(Pred)) {
3080     Value *X;
3081     if (match(BO0, m_Neg(m_Value(X))))
3082       if (ConstantInt *RHSC = dyn_cast<ConstantInt>(Op1))
3083         if (!RHSC->isMinValue(/*isSigned=*/true))
3084           return new ICmpInst(I.getSwappedPredicate(), X,
3085                               ConstantExpr::getNeg(RHSC));
3086   }
3087
3088   BinaryOperator *SRem = nullptr;
3089   // icmp (srem X, Y), Y
3090   if (BO0 && BO0->getOpcode() == Instruction::SRem && Op1 == BO0->getOperand(1))
3091     SRem = BO0;
3092   // icmp Y, (srem X, Y)
3093   else if (BO1 && BO1->getOpcode() == Instruction::SRem &&
3094            Op0 == BO1->getOperand(1))
3095     SRem = BO1;
3096   if (SRem) {
3097     // We don't check hasOneUse to avoid increasing register pressure because
3098     // the value we use is the same value this instruction was already using.
3099     switch (SRem == BO0 ? ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred) : Pred) {
3100     default:
3101       break;
3102     case ICmpInst::ICMP_EQ:
3103       return replaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getFalse(I.getType()));
3104     case ICmpInst::ICMP_NE:
3105       return replaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getTrue(I.getType()));
3106     case ICmpInst::ICMP_SGT:
3107     case ICmpInst::ICMP_SGE:
3108       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SGT, SRem->getOperand(1),
3109                           Constant::getAllOnesValue(SRem->getType()));
3110     case ICmpInst::ICMP_SLT:
3111     case ICmpInst::ICMP_SLE:
3112       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SLT, SRem->getOperand(1),
3113                           Constant::getNullValue(SRem->getType()));
3114     }
3115   }
3116
3117   if (BO0 && BO1 && BO0->getOpcode() == BO1->getOpcode() && BO0->hasOneUse() &&
3118       BO1->hasOneUse() && BO0->getOperand(1) == BO1->getOperand(1)) {
3119     switch (BO0->getOpcode()) {
3120     default:
3121       break;
3122     case Instruction::Add:
3123     case Instruction::Sub:
3124     case Instruction::Xor: {
3125       if (I.isEquality()) // a+x icmp eq/ne b+x --> a icmp b
3126         return new ICmpInst(Pred, BO0->getOperand(0), BO1->getOperand(0));
3127
3128       const APInt *C;
3129       if (match(BO0->getOperand(1), m_APInt(C))) {
3130         // icmp u/s (a ^ signmask), (b ^ signmask) --> icmp s/u a, b
3131         if (C->isSignMask()) {
3132           ICmpInst::Predicate NewPred =
3133               I.isSigned() ? I.getUnsignedPredicate() : I.getSignedPredicate();
3134           return new ICmpInst(NewPred, BO0->getOperand(0), BO1->getOperand(0));
3135         }
3136
3137         // icmp u/s (a ^ maxsignval), (b ^ maxsignval) --> icmp s/u' a, b
3138         if (BO0->getOpcode() == Instruction::Xor && C->isMaxSignedValue()) {
3139           ICmpInst::Predicate NewPred =
3140               I.isSigned() ? I.getUnsignedPredicate() : I.getSignedPredicate();
3141           NewPred = I.getSwappedPredicate(NewPred);
3142           return new ICmpInst(NewPred, BO0->getOperand(0), BO1->getOperand(0));
3143         }
3144       }
3145       break;
3146     }
3147     case Instruction::Mul: {
3148       if (!I.isEquality())
3149         break;
3150
3151       const APInt *C;
3152       if (match(BO0->getOperand(1), m_APInt(C)) && !C->isNullValue() &&
3153           !C->isOneValue()) {
3154         // icmp eq/ne (X * C), (Y * C) --> icmp (X & Mask), (Y & Mask)
3155         // Mask = -1 >> count-trailing-zeros(C).
3156         if (unsigned TZs = C->countTrailingZeros()) {
3157           Constant *Mask = ConstantInt::get(
3158               BO0->getType(),
3159               APInt::getLowBitsSet(C->getBitWidth(), C->getBitWidth() - TZs));
3160           Value *And1 = Builder->CreateAnd(BO0->getOperand(0), Mask);
3161           Value *And2 = Builder->CreateAnd(BO1->getOperand(0), Mask);
3162           return new ICmpInst(Pred, And1, And2);
3163         }
3164         // If there are no trailing zeros in the multiplier, just eliminate
3165         // the multiplies (no masking is needed):
3166         // icmp eq/ne (X * C), (Y * C) --> icmp eq/ne X, Y
3167         return new ICmpInst(Pred, BO0->getOperand(0), BO1->getOperand(0));
3168       }
3169       break;
3170     }
3171     case Instruction::UDiv:
3172     case Instruction::LShr:
3173       if (I.isSigned() || !BO0->isExact() || !BO1->isExact())
3174         break;
3175       return new ICmpInst(Pred, BO0->getOperand(0), BO1->getOperand(0));
3176
3177     case Instruction::SDiv:
3178       if (!I.isEquality() || !BO0->isExact() || !BO1->isExact())
3179         break;
3180       return new ICmpInst(Pred, BO0->getOperand(0), BO1->getOperand(0));
3181
3182     case Instruction::AShr:
3183       if (!BO0->isExact() || !BO1->isExact())
3184         break;
3185       return new ICmpInst(Pred, BO0->getOperand(0), BO1->getOperand(0));
3186
3187     case Instruction::Shl: {
3188       bool NUW = BO0->hasNoUnsignedWrap() && BO1->hasNoUnsignedWrap();
3189       bool NSW = BO0->hasNoSignedWrap() && BO1->hasNoSignedWrap();
3190       if (!NUW && !NSW)
3191         break;
3192       if (!NSW && I.isSigned())
3193         break;
3194       return new ICmpInst(Pred, BO0->getOperand(0), BO1->getOperand(0));
3195     }
3196     }
3197   }
3198
3199   if (BO0) {
3200     // Transform  A & (L - 1) `ult` L --> L != 0
3201     auto LSubOne = m_Add(m_Specific(Op1), m_AllOnes());
3202     auto BitwiseAnd = m_c_And(m_Value(), LSubOne);
3203
3204     if (match(BO0, BitwiseAnd) && Pred == ICmpInst::ICMP_ULT) {
3205       auto *Zero = Constant::getNullValue(BO0->getType());
3206       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_NE, Op1, Zero);
3207     }
3208   }
3209
3210   return nullptr;
3211 }
3212
3213 /// Fold icmp Pred min|max(X, Y), X.
3214 static Instruction *foldICmpWithMinMax(ICmpInst &Cmp) {
3215   ICmpInst::Predicate Pred = Cmp.getPredicate();
3216   Value *Op0 = Cmp.getOperand(0);
3217   Value *X = Cmp.getOperand(1);
3218
3219   // Canonicalize minimum or maximum operand to LHS of the icmp.
3220   if (match(X, m_c_SMin(m_Specific(Op0), m_Value())) ||
3221       match(X, m_c_SMax(m_Specific(Op0), m_Value())) ||
3222       match(X, m_c_UMin(m_Specific(Op0), m_Value())) ||
3223       match(X, m_c_UMax(m_Specific(Op0), m_Value()))) {
3224     std::swap(Op0, X);
3225     Pred = Cmp.getSwappedPredicate();
3226   }
3227
3228   Value *Y;
3229   if (match(Op0, m_c_SMin(m_Specific(X), m_Value(Y)))) {
3230     // smin(X, Y)  == X --> X s<= Y
3231     // smin(X, Y) s>= X --> X s<= Y
3232     if (Pred == CmpInst::ICMP_EQ || Pred == CmpInst::ICMP_SGE)
3233       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SLE, X, Y);
3234
3235     // smin(X, Y) != X --> X s> Y
3236     // smin(X, Y) s< X --> X s> Y
3237     if (Pred == CmpInst::ICMP_NE || Pred == CmpInst::ICMP_SLT)
3238       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SGT, X, Y);
3239
3240     // These cases should be handled in InstSimplify:
3241     // smin(X, Y) s<= X --> true
3242     // smin(X, Y) s> X --> false
3243     return nullptr;
3244   }
3245
3246   if (match(Op0, m_c_SMax(m_Specific(X), m_Value(Y)))) {
3247     // smax(X, Y)  == X --> X s>= Y
3248     // smax(X, Y) s<= X --> X s>= Y
3249     if (Pred == CmpInst::ICMP_EQ || Pred == CmpInst::ICMP_SLE)
3250       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SGE, X, Y);
3251
3252     // smax(X, Y) != X --> X s< Y
3253     // smax(X, Y) s> X --> X s< Y
3254     if (Pred == CmpInst::ICMP_NE || Pred == CmpInst::ICMP_SGT)
3255       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SLT, X, Y);
3256
3257     // These cases should be handled in InstSimplify:
3258     // smax(X, Y) s>= X --> true
3259     // smax(X, Y) s< X --> false
3260     return nullptr;
3261   }
3262
3263   if (match(Op0, m_c_UMin(m_Specific(X), m_Value(Y)))) {
3264     // umin(X, Y)  == X --> X u<= Y
3265     // umin(X, Y) u>= X --> X u<= Y
3266     if (Pred == CmpInst::ICMP_EQ || Pred == CmpInst::ICMP_UGE)
3267       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_ULE, X, Y);
3268
3269     // umin(X, Y) != X --> X u> Y
3270     // umin(X, Y) u< X --> X u> Y
3271     if (Pred == CmpInst::ICMP_NE || Pred == CmpInst::ICMP_ULT)
3272       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_UGT, X, Y);
3273
3274     // These cases should be handled in InstSimplify:
3275     // umin(X, Y) u<= X --> true
3276     // umin(X, Y) u> X --> false
3277     return nullptr;
3278   }
3279
3280   if (match(Op0, m_c_UMax(m_Specific(X), m_Value(Y)))) {
3281     // umax(X, Y)  == X --> X u>= Y
3282     // umax(X, Y) u<= X --> X u>= Y
3283     if (Pred == CmpInst::ICMP_EQ || Pred == CmpInst::ICMP_ULE)
3284       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_UGE, X, Y);
3285
3286     // umax(X, Y) != X --> X u< Y
3287     // umax(X, Y) u> X --> X u< Y
3288     if (Pred == CmpInst::ICMP_NE || Pred == CmpInst::ICMP_UGT)
3289       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_ULT, X, Y);
3290
3291     // These cases should be handled in InstSimplify:
3292     // umax(X, Y) u>= X --> true
3293     // umax(X, Y) u< X --> false
3294     return nullptr;
3295   }
3296
3297   return nullptr;
3298 }
3299
3300 Instruction *InstCombiner::foldICmpEquality(ICmpInst &I) {
3301   if (!I.isEquality())
3302     return nullptr;
3303
3304   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
3305   const CmpInst::Predicate Pred = I.getPredicate();
3306   Value *A, *B, *C, *D;
3307   if (match(Op0, m_Xor(m_Value(A), m_Value(B)))) {
3308     if (A == Op1 || B == Op1) { // (A^B) == A  ->  B == 0
3309       Value *OtherVal = A == Op1 ? B : A;
3310       return new ICmpInst(Pred, OtherVal, Constant::getNullValue(A->getType()));
3311     }
3312
3313     if (match(Op1, m_Xor(m_Value(C), m_Value(D)))) {
3314       // A^c1 == C^c2 --> A == C^(c1^c2)
3315       ConstantInt *C1, *C2;
3316       if (match(B, m_ConstantInt(C1)) && match(D, m_ConstantInt(C2)) &&
3317           Op1->hasOneUse()) {
3318         Constant *NC = Builder->getInt(C1->getValue() ^ C2->getValue());
3319         Value *Xor = Builder->CreateXor(C, NC);
3320         return new ICmpInst(Pred, A, Xor);
3321       }
3322
3323       // A^B == A^D -> B == D
3324       if (A == C)
3325         return new ICmpInst(Pred, B, D);
3326       if (A == D)
3327         return new ICmpInst(Pred, B, C);
3328       if (B == C)
3329         return new ICmpInst(Pred, A, D);
3330       if (B == D)
3331         return new ICmpInst(Pred, A, C);
3332     }
3333   }
3334
3335   if (match(Op1, m_Xor(m_Value(A), m_Value(B))) && (A == Op0 || B == Op0)) {
3336     // A == (A^B)  ->  B == 0
3337     Value *OtherVal = A == Op0 ? B : A;
3338     return new ICmpInst(Pred, OtherVal, Constant::getNullValue(A->getType()));
3339   }
3340
3341   // (X&Z) == (Y&Z) -> (X^Y) & Z == 0
3342   if (match(Op0, m_OneUse(m_And(m_Value(A), m_Value(B)))) &&
3343       match(Op1, m_OneUse(m_And(m_Value(C), m_Value(D))))) {
3344     Value *X = nullptr, *Y = nullptr, *Z = nullptr;
3345
3346     if (A == C) {
3347       X = B;
3348       Y = D;
3349       Z = A;
3350     } else if (A == D) {
3351       X = B;
3352       Y = C;
3353       Z = A;
3354     } else if (B == C) {
3355       X = A;
3356       Y = D;
3357       Z = B;
3358     } else if (B == D) {
3359       X = A;
3360       Y = C;
3361       Z = B;
3362     }
3363
3364     if (X) { // Build (X^Y) & Z
3365       Op1 = Builder->CreateXor(X, Y);
3366       Op1 = Builder->CreateAnd(Op1, Z);
3367       I.setOperand(0, Op1);
3368       I.setOperand(1, Constant::getNullValue(Op1->getType()));
3369       return &I;
3370     }
3371   }
3372
3373   // Transform (zext A) == (B & (1<<X)-1) --> A == (trunc B)
3374   // and       (B & (1<<X)-1) == (zext A) --> A == (trunc B)
3375   ConstantInt *Cst1;
3376   if ((Op0->hasOneUse() && match(Op0, m_ZExt(m_Value(A))) &&
3377        match(Op1, m_And(m_Value(B), m_ConstantInt(Cst1)))) ||
3378       (Op1->hasOneUse() && match(Op0, m_And(m_Value(B), m_ConstantInt(Cst1))) &&
3379        match(Op1, m_ZExt(m_Value(A))))) {
3380     APInt Pow2 = Cst1->getValue() + 1;
3381     if (Pow2.isPowerOf2() && isa<IntegerType>(A->getType()) &&
3382         Pow2.logBase2() == cast<IntegerType>(A->getType())->getBitWidth())
3383       return new ICmpInst(Pred, A, Builder->CreateTrunc(B, A->getType()));
3384   }
3385
3386   // (A >> C) == (B >> C) --> (A^B) u< (1 << C)
3387   // For lshr and ashr pairs.
3388   if ((match(Op0, m_OneUse(m_LShr(m_Value(A), m_ConstantInt(Cst1)))) &&
3389        match(Op1, m_OneUse(m_LShr(m_Value(B), m_Specific(Cst1))))) ||
3390       (match(Op0, m_OneUse(m_AShr(m_Value(A), m_ConstantInt(Cst1)))) &&
3391        match(Op1, m_OneUse(m_AShr(m_Value(B), m_Specific(Cst1)))))) {
3392     unsigned TypeBits = Cst1->getBitWidth();
3393     unsigned ShAmt = (unsigned)Cst1->getLimitedValue(TypeBits);
3394     if (ShAmt < TypeBits && ShAmt != 0) {
3395       ICmpInst::Predicate NewPred =
3396           Pred == ICmpInst::ICMP_NE ? ICmpInst::ICMP_UGE : ICmpInst::ICMP_ULT;
3397       Value *Xor = Builder->CreateXor(A, B, I.getName() + ".unshifted");
3398       APInt CmpVal = APInt::getOneBitSet(TypeBits, ShAmt);
3399       return new ICmpInst(NewPred, Xor, Builder->getInt(CmpVal));
3400     }
3401   }
3402
3403   // (A << C) == (B << C) --> ((A^B) & (~0U >> C)) == 0
3404   if (match(Op0, m_OneUse(m_Shl(m_Value(A), m_ConstantInt(Cst1)))) &&
3405       match(Op1, m_OneUse(m_Shl(m_Value(B), m_Specific(Cst1))))) {
3406     unsigned TypeBits = Cst1->getBitWidth();
3407     unsigned ShAmt = (unsigned)Cst1->getLimitedValue(TypeBits);
3408     if (ShAmt < TypeBits && ShAmt != 0) {
3409       Value *Xor = Builder->CreateXor(A, B, I.getName() + ".unshifted");
3410       APInt AndVal = APInt::getLowBitsSet(TypeBits, TypeBits - ShAmt);
3411       Value *And = Builder->CreateAnd(Xor, Builder->getInt(AndVal),
3412                                       I.getName() + ".mask");
3413       return new ICmpInst(Pred, And, Constant::getNullValue(Cst1->getType()));
3414     }
3415   }
3416
3417   // Transform "icmp eq (trunc (lshr(X, cst1)), cst" to
3418   // "icmp (and X, mask), cst"
3419   uint64_t ShAmt = 0;
3420   if (Op0->hasOneUse() &&
3421       match(Op0, m_Trunc(m_OneUse(m_LShr(m_Value(A), m_ConstantInt(ShAmt))))) &&
3422       match(Op1, m_ConstantInt(Cst1)) &&
3423       // Only do this when A has multiple uses.  This is most important to do
3424       // when it exposes other optimizations.
3425       !A->hasOneUse()) {
3426     unsigned ASize = cast<IntegerType>(A->getType())->getPrimitiveSizeInBits();
3427
3428     if (ShAmt < ASize) {
3429       APInt MaskV =
3430           APInt::getLowBitsSet(ASize, Op0->getType()->getPrimitiveSizeInBits());
3431       MaskV <<= ShAmt;
3432
3433       APInt CmpV = Cst1->getValue().zext(ASize);
3434       CmpV <<= ShAmt;
3435
3436       Value *Mask = Builder->CreateAnd(A, Builder->getInt(MaskV));
3437       return new ICmpInst(Pred, Mask, Builder->getInt(CmpV));
3438     }
3439   }
3440
3441   return nullptr;
3442 }
3443
3444 /// Handle icmp (cast x to y), (cast/cst). We only handle extending casts so
3445 /// far.
3446 Instruction *InstCombiner::foldICmpWithCastAndCast(ICmpInst &ICmp) {
3447   const CastInst *LHSCI = cast<CastInst>(ICmp.getOperand(0));
3448   Value *LHSCIOp        = LHSCI->getOperand(0);
3449   Type *SrcTy     = LHSCIOp->getType();
3450   Type *DestTy    = LHSCI->getType();
3451   Value *RHSCIOp;
3452
3453   // Turn icmp (ptrtoint x), (ptrtoint/c) into a compare of the input if the
3454   // integer type is the same size as the pointer type.
3455   if (LHSCI->getOpcode() == Instruction::PtrToInt &&
3456       DL.getPointerTypeSizeInBits(SrcTy) == DestTy->getIntegerBitWidth()) {
3457     Value *RHSOp = nullptr;
3458     if (auto *RHSC = dyn_cast<PtrToIntOperator>(ICmp.getOperand(1))) {
3459       Value *RHSCIOp = RHSC->getOperand(0);
3460       if (RHSCIOp->getType()->getPointerAddressSpace() ==
3461           LHSCIOp->getType()->getPointerAddressSpace()) {
3462         RHSOp = RHSC->getOperand(0);
3463         // If the pointer types don't match, insert a bitcast.
3464         if (LHSCIOp->getType() != RHSOp->getType())
3465           RHSOp = Builder->CreateBitCast(RHSOp, LHSCIOp->getType());
3466       }
3467     } else if (auto *RHSC = dyn_cast<Constant>(ICmp.getOperand(1))) {
3468       RHSOp = ConstantExpr::getIntToPtr(RHSC, SrcTy);
3469     }
3470
3471     if (RHSOp)
3472       return new ICmpInst(ICmp.getPredicate(), LHSCIOp, RHSOp);
3473   }
3474
3475   // The code below only handles extension cast instructions, so far.
3476   // Enforce this.
3477   if (LHSCI->getOpcode() != Instruction::ZExt &&
3478       LHSCI->getOpcode() != Instruction::SExt)
3479     return nullptr;
3480
3481   bool isSignedExt = LHSCI->getOpcode() == Instruction::SExt;
3482   bool isSignedCmp = ICmp.isSigned();
3483
3484   if (auto *CI = dyn_cast<CastInst>(ICmp.getOperand(1))) {
3485     // Not an extension from the same type?
3486     RHSCIOp = CI->getOperand(0);
3487     if (RHSCIOp->getType() != LHSCIOp->getType())
3488       return nullptr;
3489
3490     // If the signedness of the two casts doesn't agree (i.e. one is a sext
3491     // and the other is a zext), then we can't handle this.
3492     if (CI->getOpcode() != LHSCI->getOpcode())
3493       return nullptr;
3494
3495     // Deal with equality cases early.
3496     if (ICmp.isEquality())
3497       return new ICmpInst(ICmp.getPredicate(), LHSCIOp, RHSCIOp);
3498
3499     // A signed comparison of sign extended values simplifies into a
3500     // signed comparison.
3501     if (isSignedCmp && isSignedExt)
3502       return new ICmpInst(ICmp.getPredicate(), LHSCIOp, RHSCIOp);
3503
3504     // The other three cases all fold into an unsigned comparison.
3505     return new ICmpInst(ICmp.getUnsignedPredicate(), LHSCIOp, RHSCIOp);
3506   }
3507
3508   // If we aren't dealing with a constant on the RHS, exit early.
3509   auto *C = dyn_cast<Constant>(ICmp.getOperand(1));
3510   if (!C)
3511     return nullptr;
3512
3513   // Compute the constant that would happen if we truncated to SrcTy then
3514   // re-extended to DestTy.
3515   Constant *Res1 = ConstantExpr::getTrunc(C, SrcTy);
3516   Constant *Res2 = ConstantExpr::getCast(LHSCI->getOpcode(), Res1, DestTy);
3517
3518   // If the re-extended constant didn't change...
3519   if (Res2 == C) {
3520     // Deal with equality cases early.
3521     if (ICmp.isEquality())
3522       return new ICmpInst(ICmp.getPredicate(), LHSCIOp, Res1);
3523
3524     // A signed comparison of sign extended values simplifies into a
3525     // signed comparison.
3526     if (isSignedExt && isSignedCmp)
3527       return new ICmpInst(ICmp.getPredicate(), LHSCIOp, Res1);
3528
3529     // The other three cases all fold into an unsigned comparison.
3530     return new ICmpInst(ICmp.getUnsignedPredicate(), LHSCIOp, Res1);
3531   }
3532
3533   // The re-extended constant changed, partly changed (in the case of a vector),
3534   // or could not be determined to be equal (in the case of a constant
3535   // expression), so the constant cannot be represented in the shorter type.
3536   // Consequently, we cannot emit a simple comparison.
3537   // All the cases that fold to true or false will have already been handled
3538   // by SimplifyICmpInst, so only deal with the tricky case.
3539
3540   if (isSignedCmp || !isSignedExt || !isa<ConstantInt>(C))
3541     return nullptr;
3542
3543   // Evaluate the comparison for LT (we invert for GT below). LE and GE cases
3544   // should have been folded away previously and not enter in here.
3545
3546   // We're performing an unsigned comp with a sign extended value.
3547   // This is true if the input is >= 0. [aka >s -1]
3548   Constant *NegOne = Constant::getAllOnesValue(SrcTy);
3549   Value *Result = Builder->CreateICmpSGT(LHSCIOp, NegOne, ICmp.getName());
3550
3551   // Finally, return the value computed.
3552   if (ICmp.getPredicate() == ICmpInst::ICMP_ULT)
3553     return replaceInstUsesWith(ICmp, Result);
3554
3555   assert(ICmp.getPredicate() == ICmpInst::ICMP_UGT && "ICmp should be folded!");
3556   return BinaryOperator::CreateNot(Result);
3557 }
3558
3559 bool InstCombiner::OptimizeOverflowCheck(OverflowCheckFlavor OCF, Value *LHS,
3560                                          Value *RHS, Instruction &OrigI,
3561                                          Value *&Result, Constant *&Overflow) {
3562   if (OrigI.isCommutative() && isa<Constant>(LHS) && !isa<Constant>(RHS))
3563     std::swap(LHS, RHS);
3564
3565   auto SetResult = [&](Value *OpResult, Constant *OverflowVal, bool ReuseName) {
3566     Result = OpResult;
3567     Overflow = OverflowVal;
3568     if (ReuseName)
3569       Result->takeName(&OrigI);
3570     return true;
3571   };
3572
3573   // If the overflow check was an add followed by a compare, the insertion point
3574   // may be pointing to the compare.  We want to insert the new instructions
3575   // before the add in case there are uses of the add between the add and the
3576   // compare.
3577   Builder->SetInsertPoint(&OrigI);
3578
3579   switch (OCF) {
3580   case OCF_INVALID:
3581     llvm_unreachable("bad overflow check kind!");
3582
3583   case OCF_UNSIGNED_ADD: {
3584     OverflowResult OR = computeOverflowForUnsignedAdd(LHS, RHS, &OrigI);
3585     if (OR == OverflowResult::NeverOverflows)
3586       return SetResult(Builder->CreateNUWAdd(LHS, RHS), Builder->getFalse(),
3587                        true);
3588
3589     if (OR == OverflowResult::AlwaysOverflows)
3590       return SetResult(Builder->CreateAdd(LHS, RHS), Builder->getTrue(), true);
3591
3592     // Fall through uadd into sadd
3593     LLVM_FALLTHROUGH;
3594   }
3595   case OCF_SIGNED_ADD: {
3596     // X + 0 -> {X, false}
3597     if (match(RHS, m_Zero()))
3598       return SetResult(LHS, Builder->getFalse(), false);
3599
3600     // We can strength reduce this signed add into a regular add if we can prove
3601     // that it will never overflow.
3602     if (OCF == OCF_SIGNED_ADD)
3603       if (willNotOverflowSignedAdd(LHS, RHS, OrigI))
3604         return SetResult(Builder->CreateNSWAdd(LHS, RHS), Builder->getFalse(),
3605                          true);
3606     break;
3607   }
3608
3609   case OCF_UNSIGNED_SUB:
3610   case OCF_SIGNED_SUB: {
3611     // X - 0 -> {X, false}
3612     if (match(RHS, m_Zero()))
3613       return SetResult(LHS, Builder->getFalse(), false);
3614
3615     if (OCF == OCF_SIGNED_SUB) {
3616       if (willNotOverflowSignedSub(LHS, RHS, OrigI))
3617         return SetResult(Builder->CreateNSWSub(LHS, RHS), Builder->getFalse(),
3618                          true);
3619     } else {
3620       if (willNotOverflowUnsignedSub(LHS, RHS, OrigI))
3621         return SetResult(Builder->CreateNUWSub(LHS, RHS), Builder->getFalse(),
3622                          true);
3623     }
3624     break;
3625   }
3626
3627   case OCF_UNSIGNED_MUL: {
3628     OverflowResult OR = computeOverflowForUnsignedMul(LHS, RHS, &OrigI);
3629     if (OR == OverflowResult::NeverOverflows)
3630       return SetResult(Builder->CreateNUWMul(LHS, RHS), Builder->getFalse(),
3631                        true);
3632     if (OR == OverflowResult::AlwaysOverflows)
3633       return SetResult(Builder->CreateMul(LHS, RHS), Builder->getTrue(), true);
3634     LLVM_FALLTHROUGH;
3635   }
3636   case OCF_SIGNED_MUL:
3637     // X * undef -> undef
3638     if (isa<UndefValue>(RHS))
3639       return SetResult(RHS, UndefValue::get(Builder->getInt1Ty()), false);
3640
3641     // X * 0 -> {0, false}
3642     if (match(RHS, m_Zero()))
3643       return SetResult(RHS, Builder->getFalse(), false);
3644
3645     // X * 1 -> {X, false}
3646     if (match(RHS, m_One()))
3647       return SetResult(LHS, Builder->getFalse(), false);
3648
3649     if (OCF == OCF_SIGNED_MUL)
3650       if (willNotOverflowSignedMul(LHS, RHS, OrigI))
3651         return SetResult(Builder->CreateNSWMul(LHS, RHS), Builder->getFalse(),
3652                          true);
3653     break;
3654   }
3655
3656   return false;
3657 }
3658
3659 /// \brief Recognize and process idiom involving test for multiplication
3660 /// overflow.
3661 ///
3662 /// The caller has matched a pattern of the form:
3663 ///   I = cmp u (mul(zext A, zext B), V
3664 /// The function checks if this is a test for overflow and if so replaces
3665 /// multiplication with call to 'mul.with.overflow' intrinsic.
3666 ///
3667 /// \param I Compare instruction.
3668 /// \param MulVal Result of 'mult' instruction.  It is one of the arguments of
3669 ///               the compare instruction.  Must be of integer type.
3670 /// \param OtherVal The other argument of compare instruction.
3671 /// \returns Instruction which must replace the compare instruction, NULL if no
3672 ///          replacement required.
3673 static Instruction *processUMulZExtIdiom(ICmpInst &I, Value *MulVal,
3674                                          Value *OtherVal, InstCombiner &IC) {
3675   // Don't bother doing this transformation for pointers, don't do it for
3676   // vectors.
3677   if (!isa<IntegerType>(MulVal->getType()))
3678     return nullptr;
3679
3680   assert(I.getOperand(0) == MulVal || I.getOperand(1) == MulVal);
3681   assert(I.getOperand(0) == OtherVal || I.getOperand(1) == OtherVal);
3682   auto *MulInstr = dyn_cast<Instruction>(MulVal);
3683   if (!MulInstr)
3684     return nullptr;
3685   assert(MulInstr->getOpcode() == Instruction::Mul);
3686
3687   auto *LHS = cast<ZExtOperator>(MulInstr->getOperand(0)),
3688        *RHS = cast<ZExtOperator>(MulInstr->getOperand(1));
3689   assert(LHS->getOpcode() == Instruction::ZExt);
3690   assert(RHS->getOpcode() == Instruction::ZExt);
3691   Value *A = LHS->getOperand(0), *B = RHS->getOperand(0);
3692
3693   // Calculate type and width of the result produced by mul.with.overflow.
3694   Type *TyA = A->getType(), *TyB = B->getType();
3695   unsigned WidthA = TyA->getPrimitiveSizeInBits(),
3696            WidthB = TyB->getPrimitiveSizeInBits();
3697   unsigned MulWidth;
3698   Type *MulType;
3699   if (WidthB > WidthA) {
3700     MulWidth = WidthB;
3701     MulType = TyB;
3702   } else {
3703     MulWidth = WidthA;
3704     MulType = TyA;
3705   }
3706
3707   // In order to replace the original mul with a narrower mul.with.overflow,
3708   // all uses must ignore upper bits of the product.  The number of used low
3709   // bits must be not greater than the width of mul.with.overflow.
3710   if (MulVal->hasNUsesOrMore(2))
3711     for (User *U : MulVal->users()) {
3712       if (U == &I)
3713         continue;
3714       if (TruncInst *TI = dyn_cast<TruncInst>(U)) {
3715         // Check if truncation ignores bits above MulWidth.
3716         unsigned TruncWidth = TI->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
3717         if (TruncWidth > MulWidth)
3718           return nullptr;
3719       } else if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(U)) {
3720         // Check if AND ignores bits above MulWidth.
3721         if (BO->getOpcode() != Instruction::And)
3722           return nullptr;
3723         if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1))) {
3724           const APInt &CVal = CI->getValue();
3725           if (CVal.getBitWidth() - CVal.countLeadingZeros() > MulWidth)
3726             return nullptr;
3727         }
3728       } else {
3729         // Other uses prohibit this transformation.
3730         return nullptr;
3731       }
3732     }
3733
3734   // Recognize patterns
3735   switch (I.getPredicate()) {
3736   case ICmpInst::ICMP_EQ:
3737   case ICmpInst::ICMP_NE:
3738     // Recognize pattern:
3739     //   mulval = mul(zext A, zext B)
3740     //   cmp eq/neq mulval, zext trunc mulval
3741     if (ZExtInst *Zext = dyn_cast<ZExtInst>(OtherVal))
3742       if (Zext->hasOneUse()) {
3743         Value *ZextArg = Zext->getOperand(0);
3744         if (TruncInst *Trunc = dyn_cast<TruncInst>(ZextArg))
3745           if (Trunc->getType()->getPrimitiveSizeInBits() == MulWidth)
3746             break; //Recognized
3747       }
3748
3749     // Recognize pattern:
3750     //   mulval = mul(zext A, zext B)
3751     //   cmp eq/neq mulval, and(mulval, mask), mask selects low MulWidth bits.
3752     ConstantInt *CI;
3753     Value *ValToMask;
3754     if (match(OtherVal, m_And(m_Value(ValToMask), m_ConstantInt(CI)))) {
3755       if (ValToMask != MulVal)
3756         return nullptr;
3757       const APInt &CVal = CI->getValue() + 1;
3758       if (CVal.isPowerOf2()) {
3759         unsigned MaskWidth = CVal.logBase2();
3760         if (MaskWidth == MulWidth)
3761           break; // Recognized
3762       }
3763     }
3764     return nullptr;
3765
3766   case ICmpInst::ICMP_UGT:
3767     // Recognize pattern:
3768     //   mulval = mul(zext A, zext B)
3769     //   cmp ugt mulval, max
3770     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(OtherVal)) {
3771       APInt MaxVal = APInt::getMaxValue(MulWidth);
3772       MaxVal = MaxVal.zext(CI->getBitWidth());
3773       if (MaxVal.eq(CI->getValue()))
3774         break; // Recognized
3775     }
3776     return nullptr;
3777
3778   case ICmpInst::ICMP_UGE:
3779     // Recognize pattern:
3780     //   mulval = mul(zext A, zext B)
3781     //   cmp uge mulval, max+1
3782     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(OtherVal)) {
3783       APInt MaxVal = APInt::getOneBitSet(CI->getBitWidth(), MulWidth);
3784       if (MaxVal.eq(CI->getValue()))
3785         break; // Recognized
3786     }
3787     return nullptr;
3788
3789   case ICmpInst::ICMP_ULE:
3790     // Recognize pattern:
3791     //   mulval = mul(zext A, zext B)
3792     //   cmp ule mulval, max
3793     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(OtherVal)) {
3794       APInt MaxVal = APInt::getMaxValue(MulWidth);
3795       MaxVal = MaxVal.zext(CI->getBitWidth());
3796       if (MaxVal.eq(CI->getValue()))
3797         break; // Recognized
3798     }
3799     return nullptr;
3800
3801   case ICmpInst::ICMP_ULT:
3802     // Recognize pattern:
3803     //   mulval = mul(zext A, zext B)
3804     //   cmp ule mulval, max + 1
3805     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(OtherVal)) {
3806       APInt MaxVal = APInt::getOneBitSet(CI->getBitWidth(), MulWidth);
3807       if (MaxVal.eq(CI->getValue()))
3808         break; // Recognized
3809     }
3810     return nullptr;
3811
3812   default:
3813     return nullptr;
3814   }
3815
3816   InstCombiner::BuilderTy *Builder = IC.Builder;
3817   Builder->SetInsertPoint(MulInstr);
3818
3819   // Replace: mul(zext A, zext B) --> mul.with.overflow(A, B)
3820   Value *MulA = A, *MulB = B;
3821   if (WidthA < MulWidth)
3822     MulA = Builder->CreateZExt(A, MulType);
3823   if (WidthB < MulWidth)
3824     MulB = Builder->CreateZExt(B, MulType);
3825   Value *F = Intrinsic::getDeclaration(I.getModule(),
3826                                        Intrinsic::umul_with_overflow, MulType);
3827   CallInst *Call = Builder->CreateCall(F, {MulA, MulB}, "umul");
3828   IC.Worklist.Add(MulInstr);
3829
3830   // If there are uses of mul result other than the comparison, we know that
3831   // they are truncation or binary AND. Change them to use result of
3832   // mul.with.overflow and adjust properly mask/size.
3833   if (MulVal->hasNUsesOrMore(2)) {
3834     Value *Mul = Builder->CreateExtractValue(Call, 0, "umul.value");
3835     for (User *U : MulVal->users()) {
3836       if (U == &I || U == OtherVal)
3837         continue;
3838       if (TruncInst *TI = dyn_cast<TruncInst>(U)) {
3839         if (TI->getType()->getPrimitiveSizeInBits() == MulWidth)
3840           IC.replaceInstUsesWith(*TI, Mul);
3841         else
3842           TI->setOperand(0, Mul);
3843       } else if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(U)) {
3844         assert(BO->getOpcode() == Instruction::And);
3845         // Replace (mul & mask) --> zext (mul.with.overflow & short_mask)
3846         ConstantInt *CI = cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1));
3847         APInt ShortMask = CI->getValue().trunc(MulWidth);
3848         Value *ShortAnd = Builder->CreateAnd(Mul, ShortMask);
3849         Instruction *Zext =
3850             cast<Instruction>(Builder->CreateZExt(ShortAnd, BO->getType()));
3851         IC.Worklist.Add(Zext);
3852         IC.replaceInstUsesWith(*BO, Zext);
3853       } else {
3854         llvm_unreachable("Unexpected Binary operation");
3855       }
3856       IC.Worklist.Add(cast<Instruction>(U));
3857     }
3858   }
3859   if (isa<Instruction>(OtherVal))
3860     IC.Worklist.Add(cast<Instruction>(OtherVal));
3861
3862   // The original icmp gets replaced with the overflow value, maybe inverted
3863   // depending on predicate.
3864   bool Inverse = false;
3865   switch (I.getPredicate()) {
3866   case ICmpInst::ICMP_NE:
3867     break;
3868   case ICmpInst::ICMP_EQ:
3869     Inverse = true;
3870     break;
3871   case ICmpInst::ICMP_UGT:
3872   case ICmpInst::ICMP_UGE:
3873     if (I.getOperand(0) == MulVal)
3874       break;
3875     Inverse = true;
3876     break;
3877   case ICmpInst::ICMP_ULT:
3878   case ICmpInst::ICMP_ULE:
3879     if (I.getOperand(1) == MulVal)
3880       break;
3881     Inverse = true;
3882     break;
3883   default:
3884     llvm_unreachable("Unexpected predicate");
3885   }
3886   if (Inverse) {
3887     Value *Res = Builder->CreateExtractValue(Call, 1);
3888     return BinaryOperator::CreateNot(Res);
3889   }
3890
3891   return ExtractValueInst::Create(Call, 1);
3892 }
3893
3894 /// When performing a comparison against a constant, it is possible that not all
3895 /// the bits in the LHS are demanded. This helper method computes the mask that
3896 /// IS demanded.
3897 static APInt getDemandedBitsLHSMask(ICmpInst &I, unsigned BitWidth,
3898                                     bool isSignCheck) {
3899   if (isSignCheck)
3900     return APInt::getSignMask(BitWidth);
3901
3902   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(I.getOperand(1));
3903   if (!CI) return APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
3904   const APInt &RHS = CI->getValue();
3905
3906   switch (I.getPredicate()) {
3907   // For a UGT comparison, we don't care about any bits that
3908   // correspond to the trailing ones of the comparand.  The value of these
3909   // bits doesn't impact the outcome of the comparison, because any value
3910   // greater than the RHS must differ in a bit higher than these due to carry.
3911   case ICmpInst::ICMP_UGT: {
3912     unsigned trailingOnes = RHS.countTrailingOnes();
3913     return APInt::getBitsSetFrom(BitWidth, trailingOnes);
3914   }
3915
3916   // Similarly, for a ULT comparison, we don't care about the trailing zeros.
3917   // Any value less than the RHS must differ in a higher bit because of carries.
3918   case ICmpInst::ICMP_ULT: {
3919     unsigned trailingZeros = RHS.countTrailingZeros();
3920     return APInt::getBitsSetFrom(BitWidth, trailingZeros);
3921   }
3922
3923   default:
3924     return APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
3925   }
3926 }
3927
3928 /// \brief Check if the order of \p Op0 and \p Op1 as operand in an ICmpInst
3929 /// should be swapped.
3930 /// The decision is based on how many times these two operands are reused
3931 /// as subtract operands and their positions in those instructions.
3932 /// The rational is that several architectures use the same instruction for
3933 /// both subtract and cmp, thus it is better if the order of those operands
3934 /// match.
3935 /// \return true if Op0 and Op1 should be swapped.
3936 static bool swapMayExposeCSEOpportunities(const Value * Op0,
3937                                           const Value * Op1) {
3938   // Filter out pointer value as those cannot appears directly in subtract.
3939   // FIXME: we may want to go through inttoptrs or bitcasts.
3940   if (Op0->getType()->isPointerTy())
3941     return false;
3942   // Count every uses of both Op0 and Op1 in a subtract.
3943   // Each time Op0 is the first operand, count -1: swapping is bad, the
3944   // subtract has already the same layout as the compare.
3945   // Each time Op0 is the second operand, count +1: swapping is good, the
3946   // subtract has a different layout as the compare.
3947   // At the end, if the benefit is greater than 0, Op0 should come second to
3948   // expose more CSE opportunities.
3949   int GlobalSwapBenefits = 0;
3950   for (const User *U : Op0->users()) {
3951     const BinaryOperator *BinOp = dyn_cast<BinaryOperator>(U);
3952     if (!BinOp || BinOp->getOpcode() != Instruction::Sub)
3953       continue;
3954     // If Op0 is the first argument, this is not beneficial to swap the
3955     // arguments.
3956     int LocalSwapBenefits = -1;
3957     unsigned Op1Idx = 1;
3958     if (BinOp->getOperand(Op1Idx) == Op0) {
3959       Op1Idx = 0;
3960       LocalSwapBenefits = 1;
3961     }
3962     if (BinOp->getOperand(Op1Idx) != Op1)
3963       continue;
3964     GlobalSwapBenefits += LocalSwapBenefits;
3965   }
3966   return GlobalSwapBenefits > 0;
3967 }
3968
3969 /// \brief Check that one use is in the same block as the definition and all
3970 /// other uses are in blocks dominated by a given block.
3971 ///
3972 /// \param DI Definition
3973 /// \param UI Use
3974 /// \param DB Block that must dominate all uses of \p DI outside
3975 ///           the parent block
3976 /// \return true when \p UI is the only use of \p DI in the parent block
3977 /// and all other uses of \p DI are in blocks dominated by \p DB.
3978 ///
3979 bool InstCombiner::dominatesAllUses(const Instruction *DI,
3980                                     const Instruction *UI,
3981                                     const BasicBlock *DB) const {
3982   assert(DI && UI && "Instruction not defined\n");
3983   // Ignore incomplete definitions.
3984   if (!DI->getParent())
3985     return false;
3986   // DI and UI must be in the same block.
3987   if (DI->getParent() != UI->getParent())
3988     return false;
3989   // Protect from self-referencing blocks.
3990   if (DI->getParent() == DB)
3991     return false;
3992   for (const User *U : DI->users()) {
3993     auto *Usr = cast<Instruction>(U);
3994     if (Usr != UI && !DT.dominates(DB, Usr->getParent()))
3995       return false;
3996   }
3997   return true;
3998 }
3999
4000 /// Return true when the instruction sequence within a block is select-cmp-br.
4001 static bool isChainSelectCmpBranch(const SelectInst *SI) {
4002   const BasicBlock *BB = SI->getParent();
4003   if (!BB)
4004     return false;
4005   auto *BI = dyn_cast_or_null<BranchInst>(BB->getTerminator());
4006   if (!BI || BI->getNumSuccessors() != 2)
4007     return false;
4008   auto *IC = dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
4009   if (!IC || (IC->getOperand(0) != SI && IC->getOperand(1) != SI))
4010     return false;
4011   return true;
4012 }
4013
4014 /// \brief True when a select result is replaced by one of its operands
4015 /// in select-icmp sequence. This will eventually result in the elimination
4016 /// of the select.
4017 ///
4018 /// \param SI    Select instruction
4019 /// \param Icmp  Compare instruction
4020 /// \param SIOpd Operand that replaces the select
4021 ///
4022 /// Notes:
4023 /// - The replacement is global and requires dominator information
4024 /// - The caller is responsible for the actual replacement
4025 ///
4026 /// Example:
4027 ///
4028 /// entry:
4029 ///  %4 = select i1 %3, %C* %0, %C* null
4030 ///  %5 = icmp eq %C* %4, null
4031 ///  br i1 %5, label %9, label %7
4032 ///  ...
4033 ///  ; <label>:7                                       ; preds = %entry
4034 ///  %8 = getelementptr inbounds %C* %4, i64 0, i32 0
4035 ///  ...
4036 ///
4037 /// can be transformed to
4038 ///
4039 ///  %5 = icmp eq %C* %0, null
4040 ///  %6 = select i1 %3, i1 %5, i1 true
4041 ///  br i1 %6, label %9, label %7
4042 ///  ...
4043 ///  ; <label>:7                                       ; preds = %entry
4044 ///  %8 = getelementptr inbounds %C* %0, i64 0, i32 0  // replace by %0!
4045 ///
4046 /// Similar when the first operand of the select is a constant or/and
4047 /// the compare is for not equal rather than equal.
4048 ///
4049 /// NOTE: The function is only called when the select and compare constants
4050 /// are equal, the optimization can work only for EQ predicates. This is not a
4051 /// major restriction since a NE compare should be 'normalized' to an equal
4052 /// compare, which usually happens in the combiner and test case
4053 /// select-cmp-br.ll checks for it.
4054 bool InstCombiner::replacedSelectWithOperand(SelectInst *SI,
4055                                              const ICmpInst *Icmp,
4056                                              const unsigned SIOpd) {
4057   assert((SIOpd == 1 || SIOpd == 2) && "Invalid select operand!");
4058   if (isChainSelectCmpBranch(SI) && Icmp->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ) {
4059     BasicBlock *Succ = SI->getParent()->getTerminator()->getSuccessor(1);
4060     // The check for the single predecessor is not the best that can be
4061     // done. But it protects efficiently against cases like when SI's
4062     // home block has two successors, Succ and Succ1, and Succ1 predecessor
4063     // of Succ. Then SI can't be replaced by SIOpd because the use that gets
4064     // replaced can be reached on either path. So the uniqueness check
4065     // guarantees that the path all uses of SI (outside SI's parent) are on
4066     // is disjoint from all other paths out of SI. But that information
4067     // is more expensive to compute, and the trade-off here is in favor
4068     // of compile-time. It should also be noticed that we check for a single
4069     // predecessor and not only uniqueness. This to handle the situation when
4070     // Succ and Succ1 points to the same basic block.
4071     if (Succ->getSinglePredecessor() && dominatesAllUses(SI, Icmp, Succ)) {
4072       NumSel++;
4073       SI->replaceUsesOutsideBlock(SI->getOperand(SIOpd), SI->getParent());
4074       return true;
4075     }
4076   }
4077   return false;
4078 }
4079
4080 /// Try to fold the comparison based on range information we can get by checking
4081 /// whether bits are known to be zero or one in the inputs.
4082 Instruction *InstCombiner::foldICmpUsingKnownBits(ICmpInst &I) {
4083   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
4084   Type *Ty = Op0->getType();
4085   ICmpInst::Predicate Pred = I.getPredicate();
4086
4087   // Get scalar or pointer size.
4088   unsigned BitWidth = Ty->isIntOrIntVectorTy()
4089                           ? Ty->getScalarSizeInBits()
4090                           : DL.getTypeSizeInBits(Ty->getScalarType());
4091
4092   if (!BitWidth)
4093     return nullptr;
4094
4095   // If this is a normal comparison, it demands all bits. If it is a sign bit
4096   // comparison, it only demands the sign bit.
4097   bool IsSignBit = false;
4098   const APInt *CmpC;
4099   if (match(Op1, m_APInt(CmpC))) {
4100     bool UnusedBit;
4101     IsSignBit = isSignBitCheck(Pred, *CmpC, UnusedBit);
4102   }
4103
4104   KnownBits Op0Known(BitWidth);
4105   KnownBits Op1Known(BitWidth);
4106
4107   if (SimplifyDemandedBits(&I, 0,
4108                            getDemandedBitsLHSMask(I, BitWidth, IsSignBit),
4109                            Op0Known, 0))
4110     return &I;
4111
4112   if (SimplifyDemandedBits(&I, 1, APInt::getAllOnesValue(BitWidth),
4113                            Op1Known, 0))
4114     return &I;
4115
4116   // Given the known and unknown bits, compute a range that the LHS could be
4117   // in.  Compute the Min, Max and RHS values based on the known bits. For the
4118   // EQ and NE we use unsigned values.
4119   APInt Op0Min(BitWidth, 0), Op0Max(BitWidth, 0);
4120   APInt Op1Min(BitWidth, 0), Op1Max(BitWidth, 0);
4121   if (I.isSigned()) {
4122     computeSignedMinMaxValuesFromKnownBits(Op0Known, Op0Min, Op0Max);
4123     computeSignedMinMaxValuesFromKnownBits(Op1Known, Op1Min, Op1Max);
4124   } else {
4125     computeUnsignedMinMaxValuesFromKnownBits(Op0Known, Op0Min, Op0Max);
4126     computeUnsignedMinMaxValuesFromKnownBits(Op1Known, Op1Min, Op1Max);
4127   }
4128
4129   // If Min and Max are known to be the same, then SimplifyDemandedBits
4130   // figured out that the LHS is a constant. Constant fold this now, so that
4131   // code below can assume that Min != Max.
4132   if (!isa<Constant>(Op0) && Op0Min == Op0Max)
4133     return new ICmpInst(Pred, ConstantInt::get(Op0->getType(), Op0Min), Op1);
4134   if (!isa<Constant>(Op1) && Op1Min == Op1Max)
4135     return new ICmpInst(Pred, Op0, ConstantInt::get(Op1->getType(), Op1Min));
4136
4137   // Based on the range information we know about the LHS, see if we can
4138   // simplify this comparison.  For example, (x&4) < 8 is always true.
4139   switch (Pred) {
4140   default:
4141     llvm_unreachable("Unknown icmp opcode!");
4142   case ICmpInst::ICMP_EQ:
4143   case ICmpInst::ICMP_NE: {
4144     if (Op0Max.ult(Op1Min) || Op0Min.ugt(Op1Max)) {
4145       return Pred == CmpInst::ICMP_EQ
4146                  ? replaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getFalse(I.getType()))
4147                  : replaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getTrue(I.getType()));
4148     }
4149
4150     // If all bits are known zero except for one, then we know at most one bit
4151     // is set. If the comparison is against zero, then this is a check to see if
4152     // *that* bit is set.
4153     APInt Op0KnownZeroInverted = ~Op0Known.Zero;
4154     if (Op1Known.isZero()) {
4155       // If the LHS is an AND with the same constant, look through it.
4156       Value *LHS = nullptr;
4157       const APInt *LHSC;
4158       if (!match(Op0, m_And(m_Value(LHS), m_APInt(LHSC))) ||
4159           *LHSC != Op0KnownZeroInverted)
4160         LHS = Op0;
4161
4162       Value *X;
4163       if (match(LHS, m_Shl(m_One(), m_Value(X)))) {
4164         APInt ValToCheck = Op0KnownZeroInverted;
4165         Type *XTy = X->getType();
4166         if (ValToCheck.isPowerOf2()) {
4167           // ((1 << X) & 8) == 0 -> X != 3
4168           // ((1 << X) & 8) != 0 -> X == 3
4169           auto *CmpC = ConstantInt::get(XTy, ValToCheck.countTrailingZeros());
4170           auto NewPred = ICmpInst::getInversePredicate(Pred);
4171           return new ICmpInst(NewPred, X, CmpC);
4172         } else if ((++ValToCheck).isPowerOf2()) {
4173           // ((1 << X) & 7) == 0 -> X >= 3
4174           // ((1 << X) & 7) != 0 -> X  < 3
4175           auto *CmpC = ConstantInt::get(XTy, ValToCheck.countTrailingZeros());
4176           auto NewPred =
4177               Pred == CmpInst::ICMP_EQ ? CmpInst::ICMP_UGE : CmpInst::ICMP_ULT;
4178           return new ICmpInst(NewPred, X, CmpC);
4179         }
4180       }
4181
4182       // Check if the LHS is 8 >>u x and the result is a power of 2 like 1.
4183       const APInt *CI;
4184       if (Op0KnownZeroInverted.isOneValue() &&
4185           match(LHS, m_LShr(m_Power2(CI), m_Value(X)))) {
4186         // ((8 >>u X) & 1) == 0 -> X != 3
4187         // ((8 >>u X) & 1) != 0 -> X == 3
4188         unsigned CmpVal = CI->countTrailingZeros();
4189         auto NewPred = ICmpInst::getInversePredicate(Pred);
4190         return new ICmpInst(NewPred, X, ConstantInt::get(X->getType(), CmpVal));
4191       }
4192     }
4193     break;
4194   }
4195   case ICmpInst::ICMP_ULT: {
4196     if (Op0Max.ult(Op1Min)) // A <u B -> true if max(A) < min(B)
4197       return replaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getTrue(I.getType()));
4198     if (Op0Min.uge(Op1Max)) // A <u B -> false if min(A) >= max(B)
4199       return replaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getFalse(I.getType()));
4200     if (Op1Min == Op0Max) // A <u B -> A != B if max(A) == min(B)
4201       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_NE, Op0, Op1);
4202
4203     const APInt *CmpC;
4204     if (match(Op1, m_APInt(CmpC))) {
4205       // A <u C -> A == C-1 if min(A)+1 == C
4206       if (Op1Max == Op0Min + 1) {
4207         Constant *CMinus1 = ConstantInt::get(Op0->getType(), *CmpC - 1);
4208         return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_EQ, Op0, CMinus1);
4209       }
4210     }
4211     break;
4212   }
4213   case ICmpInst::ICMP_UGT: {
4214     if (Op0Min.ugt(Op1Max)) // A >u B -> true if min(A) > max(B)
4215       return replaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getTrue(I.getType()));
4216
4217     if (Op0Max.ule(Op1Min)) // A >u B -> false if max(A) <= max(B)
4218       return replaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getFalse(I.getType()));
4219
4220     if (Op1Max == Op0Min) // A >u B -> A != B if min(A) == max(B)
4221       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_NE, Op0, Op1);
4222
4223     const APInt *CmpC;
4224     if (match(Op1, m_APInt(CmpC))) {
4225       // A >u C -> A == C+1 if max(a)-1 == C
4226       if (*CmpC == Op0Max - 1)
4227         return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_EQ, Op0,
4228                             ConstantInt::get(Op1->getType(), *CmpC + 1));
4229     }
4230     break;
4231   }
4232   case ICmpInst::ICMP_SLT:
4233     if (Op0Max.slt(Op1Min)) // A <s B -> true if max(A) < min(C)
4234       return replaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getTrue(I.getType()));
4235     if (Op0Min.sge(Op1Max)) // A <s B -> false if min(A) >= max(C)
4236       return replaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getFalse(I.getType()));
4237     if (Op1Min == Op0Max) // A <s B -> A != B if max(A) == min(B)
4238       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_NE, Op0, Op1);
4239     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op1)) {
4240       if (Op1Max == Op0Min + 1) // A <s C -> A == C-1 if min(A)+1 == C
4241         return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_EQ, Op0,
4242                             Builder->getInt(CI->getValue() - 1));
4243     }
4244     break;
4245   case ICmpInst::ICMP_SGT:
4246     if (Op0Min.sgt(Op1Max)) // A >s B -> true if min(A) > max(B)
4247       return replaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getTrue(I.getType()));
4248     if (Op0Max.sle(Op1Min)) // A >s B -> false if max(A) <= min(B)
4249       return replaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getFalse(I.getType()));
4250
4251     if (Op1Max == Op0Min) // A >s B -> A != B if min(A) == max(B)
4252       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_NE, Op0, Op1);
4253     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op1)) {
4254       if (Op1Min == Op0Max - 1) // A >s C -> A == C+1 if max(A)-1 == C
4255         return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_EQ, Op0,
4256                             Builder->getInt(CI->getValue() + 1));
4257     }
4258     break;
4259   case ICmpInst::ICMP_SGE:
4260     assert(!isa<ConstantInt>(Op1) && "ICMP_SGE with ConstantInt not folded!");
4261     if (Op0Min.sge(Op1Max)) // A >=s B -> true if min(A) >= max(B)
4262       return replaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getTrue(I.getType()));
4263     if (Op0Max.slt(Op1Min)) // A >=s B -> false if max(A) < min(B)
4264       return replaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getFalse(I.getType()));
4265     break;
4266   case ICmpInst::ICMP_SLE:
4267     assert(!isa<ConstantInt>(Op1) && "ICMP_SLE with ConstantInt not folded!");
4268     if (Op0Max.sle(Op1Min)) // A <=s B -> true if max(A) <= min(B)
4269       return replaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getTrue(I.getType()));
4270     if (Op0Min.sgt(Op1Max)) // A <=s B -> false if min(A) > max(B)
4271       return replaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getFalse(I.getType()));
4272     break;
4273   case ICmpInst::ICMP_UGE:
4274     assert(!isa<ConstantInt>(Op1) && "ICMP_UGE with ConstantInt not folded!");
4275     if (Op0Min.uge(Op1Max)) // A >=u B -> true if min(A) >= max(B)
4276       return replaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getTrue(I.getType()));
4277     if (Op0Max.ult(Op1Min)) // A >=u B -> false if max(A) < min(B)
4278       return replaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getFalse(I.getType()));
4279     break;
4280   case ICmpInst::ICMP_ULE:
4281     assert(!isa<ConstantInt>(Op1) && "ICMP_ULE with ConstantInt not folded!");
4282     if (Op0Max.ule(Op1Min)) // A <=u B -> true if max(A) <= min(B)
4283       return replaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getTrue(I.getType()));
4284     if (Op0Min.ugt(Op1Max)) // A <=u B -> false if min(A) > max(B)
4285       return replaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getFalse(I.getType()));
4286     break;
4287   }
4288
4289   // Turn a signed comparison into an unsigned one if both operands are known to
4290   // have the same sign.
4291   if (I.isSigned() &&
4292       ((Op0Known.Zero.isNegative() && Op1Known.Zero.isNegative()) ||
4293        (Op0Known.One.isNegative() && Op1Known.One.isNegative())))
4294     return new ICmpInst(I.getUnsignedPredicate(), Op0, Op1);
4295
4296   return nullptr;
4297 }
4298
4299 /// If we have an icmp le or icmp ge instruction with a constant operand, turn
4300 /// it into the appropriate icmp lt or icmp gt instruction. This transform
4301 /// allows them to be folded in visitICmpInst.
4302 static ICmpInst *canonicalizeCmpWithConstant(ICmpInst &I) {
4303   ICmpInst::Predicate Pred = I.getPredicate();
4304   if (Pred != ICmpInst::ICMP_SLE && Pred != ICmpInst::ICMP_SGE &&
4305       Pred != ICmpInst::ICMP_ULE && Pred != ICmpInst::ICMP_UGE)
4306     return nullptr;
4307
4308   Value *Op0 = I.getOperand(0);
4309   Value *Op1 = I.getOperand(1);
4310   auto *Op1C = dyn_cast<Constant>(Op1);
4311   if (!Op1C)
4312     return nullptr;
4313
4314   // Check if the constant operand can be safely incremented/decremented without
4315   // overflowing/underflowing. For scalars, SimplifyICmpInst has already handled
4316   // the edge cases for us, so we just assert on them. For vectors, we must
4317   // handle the edge cases.
4318   Type *Op1Type = Op1->getType();
4319   bool IsSigned = I.isSigned();
4320   bool IsLE = (Pred == ICmpInst::ICMP_SLE || Pred == ICmpInst::ICMP_ULE);
4321   auto *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op1C);
4322   if (CI) {
4323     // A <= MAX -> TRUE ; A >= MIN -> TRUE
4324     assert(IsLE ? !CI->isMaxValue(IsSigned) : !CI->isMinValue(IsSigned));
4325   } else if (Op1Type->isVectorTy()) {
4326     // TODO? If the edge cases for vectors were guaranteed to be handled as they
4327     // are for scalar, we could remove the min/max checks. However, to do that,
4328     // we would have to use insertelement/shufflevector to replace edge values.
4329     unsigned NumElts = Op1Type->getVectorNumElements();
4330     for (unsigned i = 0; i != NumElts; ++i) {
4331       Constant *Elt = Op1C->getAggregateElement(i);
4332       if (!Elt)
4333         return nullptr;
4334
4335       if (isa<UndefValue>(Elt))
4336         continue;
4337
4338       // Bail out if we can't determine if this constant is min/max or if we
4339       // know that this constant is min/max.
4340       auto *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Elt);
4341       if (!CI || (IsLE ? CI->isMaxValue(IsSigned) : CI->isMinValue(IsSigned)))
4342         return nullptr;
4343     }
4344   } else {
4345     // ConstantExpr?
4346     return nullptr;
4347   }
4348
4349   // Increment or decrement the constant and set the new comparison predicate:
4350   // ULE -> ULT ; UGE -> UGT ; SLE -> SLT ; SGE -> SGT
4351   Constant *OneOrNegOne = ConstantInt::get(Op1Type, IsLE ? 1 : -1, true);
4352   CmpInst::Predicate NewPred = IsLE ? ICmpInst::ICMP_ULT: ICmpInst::ICMP_UGT;
4353   NewPred = IsSigned ? ICmpInst::getSignedPredicate(NewPred) : NewPred;
4354   return new ICmpInst(NewPred, Op0, ConstantExpr::getAdd(Op1C, OneOrNegOne));
4355 }
4356
4357 /// Integer compare with boolean values can always be turned into bitwise ops.
4358 static Instruction *canonicalizeICmpBool(ICmpInst &I,
4359                                          InstCombiner::BuilderTy &Builder) {
4360   Value *A = I.getOperand(0), *B = I.getOperand(1);
4361   assert(A->getType()->getScalarType()->isIntegerTy(1) && "Bools only");
4362
4363   // A boolean compared to true/false can be simplified to Op0/true/false in
4364   // 14 out of the 20 (10 predicates * 2 constants) possible combinations.
4365   // Cases not handled by InstSimplify are always 'not' of Op0.
4366   if (match(B, m_Zero())) {
4367     switch (I.getPredicate()) {
4368       case CmpInst::ICMP_EQ:  // A ==   0 -> !A
4369       case CmpInst::ICMP_ULE: // A <=u  0 -> !A
4370       case CmpInst::ICMP_SGE: // A >=s  0 -> !A
4371         return BinaryOperator::CreateNot(A);
4372       default:
4373         llvm_unreachable("ICmp i1 X, C not simplified as expected.");
4374     }
4375   } else if (match(B, m_One())) {
4376     switch (I.getPredicate()) {
4377       case CmpInst::ICMP_NE:  // A !=  1 -> !A
4378       case CmpInst::ICMP_ULT: // A <u  1 -> !A
4379       case CmpInst::ICMP_SGT: // A >s -1 -> !A
4380         return BinaryOperator::CreateNot(A);
4381       default:
4382         llvm_unreachable("ICmp i1 X, C not simplified as expected.");
4383     }
4384   }
4385
4386   switch (I.getPredicate()) {
4387   default:
4388     llvm_unreachable("Invalid icmp instruction!");
4389   case ICmpInst::ICMP_EQ:
4390     // icmp eq i1 A, B -> ~(A ^ B)
4391     return BinaryOperator::CreateNot(Builder.CreateXor(A, B));
4392
4393   case ICmpInst::ICMP_NE:
4394     // icmp ne i1 A, B -> A ^ B
4395     return BinaryOperator::CreateXor(A, B);
4396
4397   case ICmpInst::ICMP_UGT:
4398     // icmp ugt -> icmp ult
4399     std::swap(A, B);
4400     LLVM_FALLTHROUGH;
4401   case ICmpInst::ICMP_ULT:
4402     // icmp ult i1 A, B -> ~A & B
4403     return BinaryOperator::CreateAnd(Builder.CreateNot(A), B);
4404
4405   case ICmpInst::ICMP_SGT:
4406     // icmp sgt -> icmp slt
4407     std::swap(A, B);
4408     LLVM_FALLTHROUGH;
4409   case ICmpInst::ICMP_SLT:
4410     // icmp slt i1 A, B -> A & ~B
4411     return BinaryOperator::CreateAnd(Builder.CreateNot(B), A);
4412
4413   case ICmpInst::ICMP_UGE:
4414     // icmp uge -> icmp ule
4415     std::swap(A, B);
4416     LLVM_FALLTHROUGH;
4417   case ICmpInst::ICMP_ULE:
4418     // icmp ule i1 A, B -> ~A | B
4419     return BinaryOperator::CreateOr(Builder.CreateNot(A), B);
4420
4421   case ICmpInst::ICMP_SGE:
4422     // icmp sge -> icmp sle
4423     std::swap(A, B);
4424     LLVM_FALLTHROUGH;
4425   case ICmpInst::ICMP_SLE:
4426     // icmp sle i1 A, B -> A | ~B
4427     return BinaryOperator::CreateOr(Builder.CreateNot(B), A);
4428   }
4429 }
4430
4431 Instruction *InstCombiner::visitICmpInst(ICmpInst &I) {
4432   bool Changed = false;
4433   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
4434   unsigned Op0Cplxity = getComplexity(Op0);
4435   unsigned Op1Cplxity = getComplexity(Op1);
4436
4437   /// Orders the operands of the compare so that they are listed from most
4438   /// complex to least complex.  This puts constants before unary operators,
4439   /// before binary operators.
4440   if (Op0Cplxity < Op1Cplxity ||
4441       (Op0Cplxity == Op1Cplxity && swapMayExposeCSEOpportunities(Op0, Op1))) {
4442     I.swapOperands();
4443     std::swap(Op0, Op1);
4444     Changed = true;
4445   }
4446
4447   if (Value *V = SimplifyICmpInst(I.getPredicate(), Op0, Op1,
4448                                   SQ.getWithInstruction(&I)))
4449     return replaceInstUsesWith(I, V);
4450
4451   // comparing -val or val with non-zero is the same as just comparing val
4452   // ie, abs(val) != 0 -> val != 0
4453   if (I.getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE && match(Op1, m_Zero())) {
4454     Value *Cond, *SelectTrue, *SelectFalse;
4455     if (match(Op0, m_Select(m_Value(Cond), m_Value(SelectTrue),
4456                             m_Value(SelectFalse)))) {
4457       if (Value *V = dyn_castNegVal(SelectTrue)) {
4458         if (V == SelectFalse)
4459           return CmpInst::Create(Instruction::ICmp, I.getPredicate(), V, Op1);
4460       }
4461       else if (Value *V = dyn_castNegVal(SelectFalse)) {
4462         if (V == SelectTrue)
4463           return CmpInst::Create(Instruction::ICmp, I.getPredicate(), V, Op1);
4464       }
4465     }
4466   }
4467
4468   if (Op0->getType()->getScalarType()->isIntegerTy(1))
4469     if (Instruction *Res = canonicalizeICmpBool(I, *Builder))
4470       return Res;
4471
4472   if (ICmpInst *NewICmp = canonicalizeCmpWithConstant(I))
4473     return NewICmp;
4474
4475   if (Instruction *Res = foldICmpWithConstant(I))
4476     return Res;
4477
4478   if (Instruction *Res = foldICmpUsingKnownBits(I))
4479     return Res;
4480
4481   // Test if the ICmpInst instruction is used exclusively by a select as
4482   // part of a minimum or maximum operation. If so, refrain from doing
4483   // any other folding. This helps out other analyses which understand
4484   // non-obfuscated minimum and maximum idioms, such as ScalarEvolution
4485   // and CodeGen. And in this case, at least one of the comparison
4486   // operands has at least one user besides the compare (the select),
4487   // which would often largely negate the benefit of folding anyway.
4488   if (I.hasOneUse())
4489     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(*I.user_begin()))
4490       if ((SI->getOperand(1) == Op0 && SI->getOperand(2) == Op1) ||
4491           (SI->getOperand(2) == Op0 && SI->getOperand(1) == Op1))
4492         return nullptr;
4493
4494   // FIXME: We only do this after checking for min/max to prevent infinite
4495   // looping caused by a reverse canonicalization of these patterns for min/max.
4496   // FIXME: The organization of folds is a mess. These would naturally go into
4497   // canonicalizeCmpWithConstant(), but we can't move all of the above folds
4498   // down here after the min/max restriction.
4499   ICmpInst::Predicate Pred = I.getPredicate();
4500   const APInt *C;
4501   if (match(Op1, m_APInt(C))) {
4502     // For i32: x >u 2147483647 -> x <s 0  -> true if sign bit set
4503     if (Pred == ICmpInst::ICMP_UGT && C->isMaxSignedValue()) {
4504       Constant *Zero = Constant::getNullValue(Op0->getType());
4505       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SLT, Op0, Zero);
4506     }
4507
4508     // For i32: x <u 2147483648 -> x >s -1  -> true if sign bit clear
4509     if (Pred == ICmpInst::ICMP_ULT && C->isMinSignedValue()) {
4510       Constant *AllOnes = Constant::getAllOnesValue(Op0->getType());
4511       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SGT, Op0, AllOnes);
4512     }
4513   }
4514
4515   if (Instruction *Res = foldICmpInstWithConstant(I))
4516     return Res;
4517
4518   if (Instruction *Res = foldICmpInstWithConstantNotInt(I))
4519     return Res;
4520
4521   // If we can optimize a 'icmp GEP, P' or 'icmp P, GEP', do so now.
4522   if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Op0))
4523     if (Instruction *NI = foldGEPICmp(GEP, Op1, I.getPredicate(), I))
4524       return NI;
4525   if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Op1))
4526     if (Instruction *NI = foldGEPICmp(GEP, Op0,
4527                            ICmpInst::getSwappedPredicate(I.getPredicate()), I))
4528       return NI;
4529
4530   // Try to optimize equality comparisons against alloca-based pointers.
4531   if (Op0->getType()->isPointerTy() && I.isEquality()) {
4532     assert(Op1->getType()->isPointerTy() && "Comparing pointer with non-pointer?");
4533     if (auto *Alloca = dyn_cast<AllocaInst>(GetUnderlyingObject(Op0, DL)))
4534       if (Instruction *New = foldAllocaCmp(I, Alloca, Op1))
4535         return New;
4536     if (auto *Alloca = dyn_cast<AllocaInst>(GetUnderlyingObject(Op1, DL)))
4537       if (Instruction *New = foldAllocaCmp(I, Alloca, Op0))
4538         return New;
4539   }
4540
4541   // Test to see if the operands of the icmp are casted versions of other
4542   // values.  If the ptr->ptr cast can be stripped off both arguments, we do so
4543   // now.
4544   if (BitCastInst *CI = dyn_cast<BitCastInst>(Op0)) {
4545     if (Op0->getType()->isPointerTy() &&
4546         (isa<Constant>(Op1) || isa<BitCastInst>(Op1))) {
4547       // We keep moving the cast from the left operand over to the right
4548       // operand, where it can often be eliminated completely.
4549       Op0 = CI->getOperand(0);
4550
4551       // If operand #1 is a bitcast instruction, it must also be a ptr->ptr cast
4552       // so eliminate it as well.
4553       if (BitCastInst *CI2 = dyn_cast<BitCastInst>(Op1))
4554         Op1 = CI2->getOperand(0);
4555
4556       // If Op1 is a constant, we can fold the cast into the constant.
4557       if (Op0->getType() != Op1->getType()) {
4558         if (Constant *Op1C = dyn_cast<Constant>(Op1)) {
4559           Op1 = ConstantExpr::getBitCast(Op1C, Op0->getType());
4560         } else {
4561           // Otherwise, cast the RHS right before the icmp
4562           Op1 = Builder->CreateBitCast(Op1, Op0->getType());
4563         }
4564       }
4565       return new ICmpInst(I.getPredicate(), Op0, Op1);
4566     }
4567   }
4568
4569   if (isa<CastInst>(Op0)) {
4570     // Handle the special case of: icmp (cast bool to X), <cst>
4571     // This comes up when you have code like
4572     //   int X = A < B;
4573     //   if (X) ...
4574     // For generality, we handle any zero-extension of any operand comparison
4575     // with a constant or another cast from the same type.
4576     if (isa<Constant>(Op1) || isa<CastInst>(Op1))
4577       if (Instruction *R = foldICmpWithCastAndCast(I))
4578         return R;
4579   }
4580
4581   if (Instruction *Res = foldICmpBinOp(I))
4582     return Res;
4583
4584   if (Instruction *Res = foldICmpWithMinMax(I))
4585     return Res;
4586
4587   {
4588     Value *A, *B;
4589     // Transform (A & ~B) == 0 --> (A & B) != 0
4590     // and       (A & ~B) != 0 --> (A & B) == 0
4591     // if A is a power of 2.
4592     if (match(Op0, m_And(m_Value(A), m_Not(m_Value(B)))) &&
4593         match(Op1, m_Zero()) &&
4594         isKnownToBeAPowerOfTwo(A, false, 0, &I) && I.isEquality())
4595       return new ICmpInst(I.getInversePredicate(),
4596                           Builder->CreateAnd(A, B),
4597                           Op1);
4598
4599     // ~X < ~Y --> Y < X
4600     // ~X < C -->  X > ~C
4601     if (match(Op0, m_Not(m_Value(A)))) {
4602       if (match(Op1, m_Not(m_Value(B))))
4603         return new ICmpInst(I.getPredicate(), B, A);
4604
4605       const APInt *C;
4606       if (match(Op1, m_APInt(C)))
4607         return new ICmpInst(I.getSwappedPredicate(), A,
4608                             ConstantInt::get(Op1->getType(), ~(*C)));
4609     }
4610
4611     Instruction *AddI = nullptr;
4612     if (match(&I, m_UAddWithOverflow(m_Value(A), m_Value(B),
4613                                      m_Instruction(AddI))) &&
4614         isa<IntegerType>(A->getType())) {
4615       Value *Result;
4616       Constant *Overflow;
4617       if (OptimizeOverflowCheck(OCF_UNSIGNED_ADD, A, B, *AddI, Result,
4618                                 Overflow)) {
4619         replaceInstUsesWith(*AddI, Result);
4620         return replaceInstUsesWith(I, Overflow);
4621       }
4622     }
4623
4624     // (zext a) * (zext b)  --> llvm.umul.with.overflow.
4625     if (match(Op0, m_Mul(m_ZExt(m_Value(A)), m_ZExt(m_Value(B))))) {
4626       if (Instruction *R = processUMulZExtIdiom(I, Op0, Op1, *this))
4627         return R;
4628     }
4629     if (match(Op1, m_Mul(m_ZExt(m_Value(A)), m_ZExt(m_Value(B))))) {
4630       if (Instruction *R = processUMulZExtIdiom(I, Op1, Op0, *this))
4631         return R;
4632     }
4633   }
4634
4635   if (Instruction *Res = foldICmpEquality(I))
4636     return Res;
4637
4638   // The 'cmpxchg' instruction returns an aggregate containing the old value and
4639   // an i1 which indicates whether or not we successfully did the swap.
4640   //
4641   // Replace comparisons between the old value and the expected value with the
4642   // indicator that 'cmpxchg' returns.
4643   //
4644   // N.B.  This transform is only valid when the 'cmpxchg' is not permitted to
4645   // spuriously fail.  In those cases, the old value may equal the expected
4646   // value but it is possible for the swap to not occur.
4647   if (I.getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
4648     if (auto *EVI = dyn_cast<ExtractValueInst>(Op0))
4649       if (auto *ACXI = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(EVI->getAggregateOperand()))
4650         if (EVI->getIndices()[0] == 0 && ACXI->getCompareOperand() == Op1 &&
4651             !ACXI->isWeak())
4652           return ExtractValueInst::Create(ACXI, 1);
4653
4654   {
4655     Value *X; ConstantInt *Cst;
4656     // icmp X+Cst, X
4657     if (match(Op0, m_Add(m_Value(X), m_ConstantInt(Cst))) && Op1 == X)
4658       return foldICmpAddOpConst(I, X, Cst, I.getPredicate());
4659
4660     // icmp X, X+Cst
4661     if (match(Op1, m_Add(m_Value(X), m_ConstantInt(Cst))) && Op0 == X)
4662       return foldICmpAddOpConst(I, X, Cst, I.getSwappedPredicate());
4663   }
4664   return Changed ? &I : nullptr;
4665 }
4666
4667 /// Fold fcmp ([us]itofp x, cst) if possible.
4668 Instruction *InstCombiner::foldFCmpIntToFPConst(FCmpInst &I, Instruction *LHSI,
4669                                                 Constant *RHSC) {
4670   if (!isa<ConstantFP>(RHSC)) return nullptr;
4671   const APFloat &RHS = cast<ConstantFP>(RHSC)->getValueAPF();
4672
4673   // Get the width of the mantissa.  We don't want to hack on conversions that
4674   // might lose information from the integer, e.g. "i64 -> float"
4675   int MantissaWidth = LHSI->getType()->getFPMantissaWidth();
4676   if (MantissaWidth == -1) return nullptr;  // Unknown.
4677
4678   IntegerType *IntTy = cast<IntegerType>(LHSI->getOperand(0)->getType());
4679
4680   bool LHSUnsigned = isa<UIToFPInst>(LHSI);
4681
4682   if (I.isEquality()) {
4683     FCmpInst::Predicate P = I.getPredicate();
4684     bool IsExact = false;
4685     APSInt RHSCvt(IntTy->getBitWidth(), LHSUnsigned);
4686     RHS.convertToInteger(RHSCvt, APFloat::rmNearestTiesToEven, &IsExact);
4687
4688     // If the floating point constant isn't an integer value, we know if we will
4689     // ever compare equal / not equal to it.
4690     if (!IsExact) {
4691       // TODO: Can never be -0.0 and other non-representable values
4692       APFloat RHSRoundInt(RHS);
4693       RHSRoundInt.roundToIntegral(APFloat::rmNearestTiesToEven);
4694       if (RHS.compare(RHSRoundInt) != APFloat::cmpEqual) {
4695         if (P == FCmpInst::FCMP_OEQ || P == FCmpInst::FCMP_UEQ)
4696           return replaceInstUsesWith(I, Builder->getFalse());
4697
4698         assert(P == FCmpInst::FCMP_ONE || P == FCmpInst::FCMP_UNE);
4699         return replaceInstUsesWith(I, Builder->getTrue());
4700       }
4701     }
4702
4703     // TODO: If the constant is exactly representable, is it always OK to do
4704     // equality compares as integer?
4705   }
4706
4707   // Check to see that the input is converted from an integer type that is small
4708   // enough that preserves all bits.  TODO: check here for "known" sign bits.
4709   // This would allow us to handle (fptosi (x >>s 62) to float) if x is i64 f.e.
4710   unsigned InputSize = IntTy->getScalarSizeInBits();
4711
4712   // Following test does NOT adjust InputSize downwards for signed inputs,
4713   // because the most negative value still requires all the mantissa bits
4714   // to distinguish it from one less than that value.
4715   if ((int)InputSize > MantissaWidth) {
4716     // Conversion would lose accuracy. Check if loss can impact comparison.
4717     int Exp = ilogb(RHS);
4718     if (Exp == APFloat::IEK_Inf) {
4719       int MaxExponent = ilogb(APFloat::getLargest(RHS.getSemantics()));
4720       if (MaxExponent < (int)InputSize - !LHSUnsigned)
4721         // Conversion could create infinity.
4722         return nullptr;
4723     } else {
4724       // Note that if RHS is zero or NaN, then Exp is negative
4725       // and first condition is trivially false.
4726       if (MantissaWidth <= Exp && Exp <= (int)InputSize - !LHSUnsigned)
4727         // Conversion could affect comparison.
4728         return nullptr;
4729     }
4730   }
4731
4732   // Otherwise, we can potentially simplify the comparison.  We know that it
4733   // will always come through as an integer value and we know the constant is
4734   // not a NAN (it would have been previously simplified).
4735   assert(!RHS.isNaN() && "NaN comparison not already folded!");
4736
4737   ICmpInst::Predicate Pred;
4738   switch (I.getPredicate()) {
4739   default: llvm_unreachable("Unexpected predicate!");
4740   case FCmpInst::FCMP_UEQ:
4741   case FCmpInst::FCMP_OEQ:
4742     Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4743     break;
4744   case FCmpInst::FCMP_UGT:
4745   case FCmpInst::FCMP_OGT:
4746     Pred = LHSUnsigned ? ICmpInst::ICMP_UGT : ICmpInst::ICMP_SGT;
4747     break;
4748   case FCmpInst::FCMP_UGE:
4749   case FCmpInst::FCMP_OGE:
4750     Pred = LHSUnsigned ? ICmpInst::ICMP_UGE : ICmpInst::ICMP_SGE;
4751     break;
4752   case FCmpInst::FCMP_ULT:
4753   case FCmpInst::FCMP_OLT:
4754     Pred = LHSUnsigned ? ICmpInst::ICMP_ULT : ICmpInst::ICMP_SLT;
4755     break;
4756   case FCmpInst::FCMP_ULE:
4757   case FCmpInst::FCMP_OLE:
4758     Pred = LHSUnsigned ? ICmpInst::ICMP_ULE : ICmpInst::ICMP_SLE;
4759     break;
4760   case FCmpInst::FCMP_UNE:
4761   case FCmpInst::FCMP_ONE:
4762     Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4763     break;
4764   case FCmpInst::FCMP_ORD:
4765     return replaceInstUsesWith(I, Builder->getTrue());
4766   case FCmpInst::FCMP_UNO:
4767     return replaceInstUsesWith(I, Builder->getFalse());
4768   }
4769
4770   // Now we know that the APFloat is a normal number, zero or inf.
4771
4772   // See if the FP constant is too large for the integer.  For example,
4773   // comparing an i8 to 300.0.
4774   unsigned IntWidth = IntTy->getScalarSizeInBits();
4775
4776   if (!LHSUnsigned) {
4777     // If the RHS value is > SignedMax, fold the comparison.  This handles +INF
4778     // and large values.
4779     APFloat SMax(RHS.getSemantics());
4780     SMax.convertFromAPInt(APInt::getSignedMaxValue(IntWidth), true,
4781                           APFloat::rmNearestTiesToEven);
4782     if (SMax.compare(RHS) == APFloat::cmpLessThan) {  // smax < 13123.0
4783       if (Pred == ICmpInst::ICMP_NE  || Pred == ICmpInst::ICMP_SLT ||
4784           Pred == ICmpInst::ICMP_SLE)
4785         return replaceInstUsesWith(I, Builder->getTrue());
4786       return replaceInstUsesWith(I, Builder->getFalse());
4787     }
4788   } else {
4789     // If the RHS value is > UnsignedMax, fold the comparison. This handles
4790     // +INF and large values.
4791     APFloat UMax(RHS.getSemantics());
4792     UMax.convertFromAPInt(APInt::getMaxValue(IntWidth), false,
4793                           APFloat::rmNearestTiesToEven);
4794     if (UMax.compare(RHS) == APFloat::cmpLessThan) {  // umax < 13123.0
4795       if (Pred == ICmpInst::ICMP_NE  || Pred == ICmpInst::ICMP_ULT ||
4796           Pred == ICmpInst::ICMP_ULE)
4797         return replaceInstUsesWith(I, Builder->getTrue());
4798       return replaceInstUsesWith(I, Builder->getFalse());
4799     }
4800   }
4801
4802   if (!LHSUnsigned) {
4803     // See if the RHS value is < SignedMin.
4804     APFloat SMin(RHS.getSemantics());
4805     SMin.convertFromAPInt(APInt::getSignedMinValue(IntWidth), true,
4806                           APFloat::rmNearestTiesToEven);
4807     if (SMin.compare(RHS) == APFloat::cmpGreaterThan) { // smin > 12312.0
4808       if (Pred == ICmpInst::ICMP_NE || Pred == ICmpInst::ICMP_SGT ||
4809           Pred == ICmpInst::ICMP_SGE)
4810         return replaceInstUsesWith(I, Builder->getTrue());
4811       return replaceInstUsesWith(I, Builder->getFalse());
4812     }
4813   } else {
4814     // See if the RHS value is < UnsignedMin.
4815     APFloat SMin(RHS.getSemantics());
4816     SMin.convertFromAPInt(APInt::getMinValue(IntWidth), true,
4817                           APFloat::rmNearestTiesToEven);
4818     if (SMin.compare(RHS) == APFloat::cmpGreaterThan) { // umin > 12312.0
4819       if (Pred == ICmpInst::ICMP_NE || Pred == ICmpInst::ICMP_UGT ||
4820           Pred == ICmpInst::ICMP_UGE)
4821         return replaceInstUsesWith(I, Builder->getTrue());
4822       return replaceInstUsesWith(I, Builder->getFalse());
4823     }
4824   }
4825
4826   // Okay, now we know that the FP constant fits in the range [SMIN, SMAX] or
4827   // [0, UMAX], but it may still be fractional.  See if it is fractional by
4828   // casting the FP value to the integer value and back, checking for equality.
4829   // Don't do this for zero, because -0.0 is not fractional.
4830   Constant *RHSInt = LHSUnsigned
4831     ? ConstantExpr::getFPToUI(RHSC, IntTy)
4832     : ConstantExpr::getFPToSI(RHSC, IntTy);
4833   if (!RHS.isZero()) {
4834     bool Equal = LHSUnsigned
4835       ? ConstantExpr::getUIToFP(RHSInt, RHSC->getType()) == RHSC
4836       : ConstantExpr::getSIToFP(RHSInt, RHSC->getType()) == RHSC;
4837     if (!Equal) {
4838       // If we had a comparison against a fractional value, we have to adjust
4839       // the compare predicate and sometimes the value.  RHSC is rounded towards
4840       // zero at this point.
4841       switch (Pred) {
4842       default: llvm_unreachable("Unexpected integer comparison!");
4843       case ICmpInst::ICMP_NE:  // (float)int != 4.4   --> true
4844         return replaceInstUsesWith(I, Builder->getTrue());
4845       case ICmpInst::ICMP_EQ:  // (float)int == 4.4   --> false
4846         return replaceInstUsesWith(I, Builder->getFalse());
4847       case ICmpInst::ICMP_ULE:
4848         // (float)int <= 4.4   --> int <= 4
4849         // (float)int <= -4.4  --> false
4850         if (RHS.isNegative())
4851           return replaceInstUsesWith(I, Builder->getFalse());
4852         break;
4853       case ICmpInst::ICMP_SLE:
4854         // (float)int <= 4.4   --> int <= 4
4855         // (float)int <= -4.4  --> int < -4
4856         if (RHS.isNegative())
4857           Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
4858         break;
4859       case ICmpInst::ICMP_ULT:
4860         // (float)int < -4.4   --> false
4861         // (float)int < 4.4    --> int <= 4
4862         if (RHS.isNegative())
4863           return replaceInstUsesWith(I, Builder->getFalse());
4864         Pred = ICmpInst::ICMP_ULE;
4865         break;
4866       case ICmpInst::ICMP_SLT:
4867         // (float)int < -4.4   --> int < -4
4868         // (float)int < 4.4    --> int <= 4
4869         if (!RHS.isNegative())
4870           Pred = ICmpInst::ICMP_SLE;
4871         break;
4872       case ICmpInst::ICMP_UGT:
4873         // (float)int > 4.4    --> int > 4
4874         // (float)int > -4.4   --> true
4875         if (RHS.isNegative())
4876           return replaceInstUsesWith(I, Builder->getTrue());
4877         break;
4878       case ICmpInst::ICMP_SGT:
4879         // (float)int > 4.4    --> int > 4
4880         // (float)int > -4.4   --> int >= -4
4881         if (RHS.isNegative())
4882           Pred = ICmpInst::ICMP_SGE;
4883         break;
4884       case ICmpInst::ICMP_UGE:
4885         // (float)int >= -4.4   --> true
4886         // (float)int >= 4.4    --> int > 4
4887         if (RHS.isNegative())
4888           return replaceInstUsesWith(I, Builder->getTrue());
4889         Pred = ICmpInst::ICMP_UGT;
4890         break;
4891       case ICmpInst::ICMP_SGE:
4892         // (float)int >= -4.4   --> int >= -4
4893         // (float)int >= 4.4    --> int > 4
4894         if (!RHS.isNegative())
4895           Pred = ICmpInst::ICMP_SGT;
4896         break;
4897       }
4898     }
4899   }
4900
4901   // Lower this FP comparison into an appropriate integer version of the
4902   // comparison.
4903   return new ICmpInst(Pred, LHSI->getOperand(0), RHSInt);
4904 }
4905
4906 Instruction *InstCombiner::visitFCmpInst(FCmpInst &I) {
4907   bool Changed = false;
4908
4909   /// Orders the operands of the compare so that they are listed from most
4910   /// complex to least complex.  This puts constants before unary operators,
4911   /// before binary operators.
4912   if (getComplexity(I.getOperand(0)) < getComplexity(I.getOperand(1))) {
4913     I.swapOperands();
4914     Changed = true;
4915   }
4916
4917   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
4918
4919   if (Value *V =
4920           SimplifyFCmpInst(I.getPredicate(), Op0, Op1, I.getFastMathFlags(),
4921                            SQ.getWithInstruction(&I)))
4922     return replaceInstUsesWith(I, V);
4923
4924   // Simplify 'fcmp pred X, X'
4925   if (Op0 == Op1) {
4926     switch (I.getPredicate()) {
4927     default: llvm_unreachable("Unknown predicate!");
4928     case FCmpInst::FCMP_UNO:    // True if unordered: isnan(X) | isnan(Y)
4929     case FCmpInst::FCMP_ULT:    // True if unordered or less than
4930     case FCmpInst::FCMP_UGT:    // True if unordered or greater than
4931     case FCmpInst::FCMP_UNE:    // True if unordered or not equal
4932       // Canonicalize these to be 'fcmp uno %X, 0.0'.
4933       I.setPredicate(FCmpInst::FCMP_UNO);
4934       I.setOperand(1, Constant::getNullValue(Op0->getType()));
4935       return &I;
4936
4937     case FCmpInst::FCMP_ORD:    // True if ordered (no nans)
4938     case FCmpInst::FCMP_OEQ:    // True if ordered and equal
4939     case FCmpInst::FCMP_OGE:    // True if ordered and greater than or equal
4940     case FCmpInst::FCMP_OLE:    // True if ordered and less than or equal
4941       // Canonicalize these to be 'fcmp ord %X, 0.0'.
4942       I.setPredicate(FCmpInst::FCMP_ORD);
4943       I.setOperand(1, Constant::getNullValue(Op0->getType()));
4944       return &I;
4945     }
4946   }
4947
4948   // Test if the FCmpInst instruction is used exclusively by a select as
4949   // part of a minimum or maximum operation. If so, refrain from doing
4950   // any other folding. This helps out other analyses which understand
4951   // non-obfuscated minimum and maximum idioms, such as ScalarEvolution
4952   // and CodeGen. And in this case, at least one of the comparison
4953   // operands has at least one user besides the compare (the select),
4954   // which would often largely negate the benefit of folding anyway.
4955   if (I.hasOneUse())
4956     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(*I.user_begin()))
4957       if ((SI->getOperand(1) == Op0 && SI->getOperand(2) == Op1) ||
4958           (SI->getOperand(2) == Op0 && SI->getOperand(1) == Op1))
4959         return nullptr;
4960
4961   // Handle fcmp with constant RHS
4962   if (Constant *RHSC = dyn_cast<Constant>(Op1)) {
4963     if (Instruction *LHSI = dyn_cast<Instruction>(Op0))
4964       switch (LHSI->getOpcode()) {
4965       case Instruction::FPExt: {
4966         // fcmp (fpext x), C -> fcmp x, (fptrunc C) if fptrunc is lossless
4967         FPExtInst *LHSExt = cast<FPExtInst>(LHSI);
4968         ConstantFP *RHSF = dyn_cast<ConstantFP>(RHSC);
4969         if (!RHSF)
4970           break;
4971
4972         const fltSemantics *Sem;
4973         // FIXME: This shouldn't be here.
4974         if (LHSExt->getSrcTy()->isHalfTy())
4975           Sem = &APFloat::IEEEhalf();
4976         else if (LHSExt->getSrcTy()->isFloatTy())
4977           Sem = &APFloat::IEEEsingle();
4978         else if (LHSExt->getSrcTy()->isDoubleTy())
4979           Sem = &APFloat::IEEEdouble();
4980         else if (LHSExt->getSrcTy()->isFP128Ty())
4981           Sem = &APFloat::IEEEquad();
4982         else if (LHSExt->getSrcTy()->isX86_FP80Ty())
4983           Sem = &APFloat::x87DoubleExtended();
4984         else if (LHSExt->getSrcTy()->isPPC_FP128Ty())
4985           Sem = &APFloat::PPCDoubleDouble();
4986         else
4987           break;
4988
4989         bool Lossy;
4990         APFloat F = RHSF->getValueAPF();
4991         F.convert(*Sem, APFloat::rmNearestTiesToEven, &Lossy);
4992
4993         // Avoid lossy conversions and denormals. Zero is a special case
4994         // that's OK to convert.
4995         APFloat Fabs = F;
4996         Fabs.clearSign();
4997         if (!Lossy &&
4998             ((Fabs.compare(APFloat::getSmallestNormalized(*Sem)) !=
4999                  APFloat::cmpLessThan) || Fabs.isZero()))
5000
5001           return new FCmpInst(I.getPredicate(), LHSExt->getOperand(0),
5002                               ConstantFP::get(RHSC->getContext(), F));
5003         break;
5004       }
5005       case Instruction::PHI:
5006         // Only fold fcmp into the PHI if the phi and fcmp are in the same
5007         // block.  If in the same block, we're encouraging jump threading.  If
5008         // not, we are just pessimizing the code by making an i1 phi.
5009         if (LHSI->getParent() == I.getParent())
5010           if (Instruction *NV = foldOpIntoPhi(I, cast<PHINode>(LHSI)))
5011             return NV;
5012         break;
5013       case Instruction::SIToFP:
5014       case Instruction::UIToFP:
5015         if (Instruction *NV = foldFCmpIntToFPConst(I, LHSI, RHSC))
5016           return NV;
5017         break;
5018       case Instruction::FSub: {
5019         // fcmp pred (fneg x), C -> fcmp swap(pred) x, -C
5020         Value *Op;
5021         if (match(LHSI, m_FNeg(m_Value(Op))))
5022           return new FCmpInst(I.getSwappedPredicate(), Op,
5023                               ConstantExpr::getFNeg(RHSC));
5024         break;
5025       }
5026       case Instruction::Load:
5027         if (GetElementPtrInst *GEP =
5028             dyn_cast<GetElementPtrInst>(LHSI->getOperand(0))) {
5029           if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0)))
5030             if (GV->isConstant() && GV->hasDefinitiveInitializer() &&
5031                 !cast<LoadInst>(LHSI)->isVolatile())
5032               if (Instruction *Res = foldCmpLoadFromIndexedGlobal(GEP, GV, I))
5033                 return Res;
5034         }
5035         break;
5036       case Instruction::Call: {
5037         if (!RHSC->isNullValue())
5038           break;
5039
5040         CallInst *CI = cast<CallInst>(LHSI);
5041         Intrinsic::ID IID = getIntrinsicForCallSite(CI, &TLI);
5042         if (IID != Intrinsic::fabs)
5043           break;
5044
5045         // Various optimization for fabs compared with zero.
5046         switch (I.getPredicate()) {
5047         default:
5048           break;
5049         // fabs(x) < 0 --> false
5050         case FCmpInst::FCMP_OLT:
5051           llvm_unreachable("handled by SimplifyFCmpInst");
5052         // fabs(x) > 0 --> x != 0
5053         case FCmpInst::FCMP_OGT:
5054           return new FCmpInst(FCmpInst::FCMP_ONE, CI->getArgOperand(0), RHSC);
5055         // fabs(x) <= 0 --> x == 0
5056         case FCmpInst::FCMP_OLE:
5057           return new FCmpInst(FCmpInst::FCMP_OEQ, CI->getArgOperand(0), RHSC);
5058         // fabs(x) >= 0 --> !isnan(x)
5059         case FCmpInst::FCMP_OGE:
5060           return new FCmpInst(FCmpInst::FCMP_ORD, CI->getArgOperand(0), RHSC);
5061         // fabs(x) == 0 --> x == 0
5062         // fabs(x) != 0 --> x != 0
5063         case FCmpInst::FCMP_OEQ:
5064         case FCmpInst::FCMP_UEQ:
5065         case FCmpInst::FCMP_ONE:
5066         case FCmpInst::FCMP_UNE:
5067           return new FCmpInst(I.getPredicate(), CI->getArgOperand(0), RHSC);
5068         }
5069       }
5070       }
5071   }
5072
5073   // fcmp pred (fneg x), (fneg y) -> fcmp swap(pred) x, y
5074   Value *X, *Y;
5075   if (match(Op0, m_FNeg(m_Value(X))) && match(Op1, m_FNeg(m_Value(Y))))
5076     return new FCmpInst(I.getSwappedPredicate(), X, Y);
5077
5078   // fcmp (fpext x), (fpext y) -> fcmp x, y
5079   if (FPExtInst *LHSExt = dyn_cast<FPExtInst>(Op0))
5080     if (FPExtInst *RHSExt = dyn_cast<FPExtInst>(Op1))
5081       if (LHSExt->getSrcTy() == RHSExt->getSrcTy())
5082         return new FCmpInst(I.getPredicate(), LHSExt->getOperand(0),
5083                             RHSExt->getOperand(0));
5084
5085   return Changed ? &I : nullptr;
5086 }