]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/Transforms/InstCombine/InstCombineCompares.cpp
Merge ^/head r343956 through r344177.
[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/TargetLibraryInfo.h"
21 #include "llvm/IR/ConstantRange.h"
22 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
23 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
24 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
25 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
26 #include "llvm/Support/Debug.h"
27 #include "llvm/Support/KnownBits.h"
28
29 using namespace llvm;
30 using namespace PatternMatch;
31
32 #define DEBUG_TYPE "instcombine"
33
34 // How many times is a select replaced by one of its operands?
35 STATISTIC(NumSel, "Number of select opts");
36
37
38 /// Compute Result = In1+In2, returning true if the result overflowed for this
39 /// type.
40 static bool addWithOverflow(APInt &Result, const APInt &In1,
41                             const APInt &In2, bool IsSigned = false) {
42   bool Overflow;
43   if (IsSigned)
44     Result = In1.sadd_ov(In2, Overflow);
45   else
46     Result = In1.uadd_ov(In2, Overflow);
47
48   return Overflow;
49 }
50
51 /// Compute Result = In1-In2, returning true if the result overflowed for this
52 /// type.
53 static bool subWithOverflow(APInt &Result, const APInt &In1,
54                             const APInt &In2, bool IsSigned = false) {
55   bool Overflow;
56   if (IsSigned)
57     Result = In1.ssub_ov(In2, Overflow);
58   else
59     Result = In1.usub_ov(In2, Overflow);
60
61   return Overflow;
62 }
63
64 /// Given an icmp instruction, return true if any use of this comparison is a
65 /// branch on sign bit comparison.
66 static bool hasBranchUse(ICmpInst &I) {
67   for (auto *U : I.users())
68     if (isa<BranchInst>(U))
69       return true;
70   return false;
71 }
72
73 /// Given an exploded icmp instruction, return true if the comparison only
74 /// checks the sign bit. If it only checks the sign bit, set TrueIfSigned if the
75 /// result of the comparison is true when the input value is signed.
76 static bool isSignBitCheck(ICmpInst::Predicate Pred, const APInt &RHS,
77                            bool &TrueIfSigned) {
78   switch (Pred) {
79   case ICmpInst::ICMP_SLT:   // True if LHS s< 0
80     TrueIfSigned = true;
81     return RHS.isNullValue();
82   case ICmpInst::ICMP_SLE:   // True if LHS s<= RHS and RHS == -1
83     TrueIfSigned = true;
84     return RHS.isAllOnesValue();
85   case ICmpInst::ICMP_SGT:   // True if LHS s> -1
86     TrueIfSigned = false;
87     return RHS.isAllOnesValue();
88   case ICmpInst::ICMP_UGT:
89     // True if LHS u> RHS and RHS == high-bit-mask - 1
90     TrueIfSigned = true;
91     return RHS.isMaxSignedValue();
92   case ICmpInst::ICMP_UGE:
93     // True if LHS u>= RHS and RHS == high-bit-mask (2^7, 2^15, 2^31, etc)
94     TrueIfSigned = true;
95     return RHS.isSignMask();
96   default:
97     return false;
98   }
99 }
100
101 /// Returns true if the exploded icmp can be expressed as a signed comparison
102 /// to zero and updates the predicate accordingly.
103 /// The signedness of the comparison is preserved.
104 /// TODO: Refactor with decomposeBitTestICmp()?
105 static bool isSignTest(ICmpInst::Predicate &Pred, const APInt &C) {
106   if (!ICmpInst::isSigned(Pred))
107     return false;
108
109   if (C.isNullValue())
110     return ICmpInst::isRelational(Pred);
111
112   if (C.isOneValue()) {
113     if (Pred == ICmpInst::ICMP_SLT) {
114       Pred = ICmpInst::ICMP_SLE;
115       return true;
116     }
117   } else if (C.isAllOnesValue()) {
118     if (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT) {
119       Pred = ICmpInst::ICMP_SGE;
120       return true;
121     }
122   }
123
124   return false;
125 }
126
127 /// Given a signed integer type and a set of known zero and one bits, compute
128 /// the maximum and minimum values that could have the specified known zero and
129 /// known one bits, returning them in Min/Max.
130 /// TODO: Move to method on KnownBits struct?
131 static void computeSignedMinMaxValuesFromKnownBits(const KnownBits &Known,
132                                                    APInt &Min, APInt &Max) {
133   assert(Known.getBitWidth() == Min.getBitWidth() &&
134          Known.getBitWidth() == Max.getBitWidth() &&
135          "KnownZero, KnownOne and Min, Max must have equal bitwidth.");
136   APInt UnknownBits = ~(Known.Zero|Known.One);
137
138   // The minimum value is when all unknown bits are zeros, EXCEPT for the sign
139   // bit if it is unknown.
140   Min = Known.One;
141   Max = Known.One|UnknownBits;
142
143   if (UnknownBits.isNegative()) { // Sign bit is unknown
144     Min.setSignBit();
145     Max.clearSignBit();
146   }
147 }
148
149 /// Given an unsigned integer type and a set of known zero and one bits, compute
150 /// the maximum and minimum values that could have the specified known zero and
151 /// known one bits, returning them in Min/Max.
152 /// TODO: Move to method on KnownBits struct?
153 static void computeUnsignedMinMaxValuesFromKnownBits(const KnownBits &Known,
154                                                      APInt &Min, APInt &Max) {
155   assert(Known.getBitWidth() == Min.getBitWidth() &&
156          Known.getBitWidth() == Max.getBitWidth() &&
157          "Ty, KnownZero, KnownOne and Min, Max must have equal bitwidth.");
158   APInt UnknownBits = ~(Known.Zero|Known.One);
159
160   // The minimum value is when the unknown bits are all zeros.
161   Min = Known.One;
162   // The maximum value is when the unknown bits are all ones.
163   Max = Known.One|UnknownBits;
164 }
165
166 /// This is called when we see this pattern:
167 ///   cmp pred (load (gep GV, ...)), cmpcst
168 /// where GV is a global variable with a constant initializer. Try to simplify
169 /// this into some simple computation that does not need the load. For example
170 /// we can optimize "icmp eq (load (gep "foo", 0, i)), 0" into "icmp eq i, 3".
171 ///
172 /// If AndCst is non-null, then the loaded value is masked with that constant
173 /// before doing the comparison. This handles cases like "A[i]&4 == 0".
174 Instruction *InstCombiner::foldCmpLoadFromIndexedGlobal(GetElementPtrInst *GEP,
175                                                         GlobalVariable *GV,
176                                                         CmpInst &ICI,
177                                                         ConstantInt *AndCst) {
178   Constant *Init = GV->getInitializer();
179   if (!isa<ConstantArray>(Init) && !isa<ConstantDataArray>(Init))
180     return nullptr;
181
182   uint64_t ArrayElementCount = Init->getType()->getArrayNumElements();
183   // Don't blow up on huge arrays.
184   if (ArrayElementCount > MaxArraySizeForCombine)
185     return nullptr;
186
187   // There are many forms of this optimization we can handle, for now, just do
188   // the simple index into a single-dimensional array.
189   //
190   // Require: GEP GV, 0, i {{, constant indices}}
191   if (GEP->getNumOperands() < 3 ||
192       !isa<ConstantInt>(GEP->getOperand(1)) ||
193       !cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(1))->isZero() ||
194       isa<Constant>(GEP->getOperand(2)))
195     return nullptr;
196
197   // Check that indices after the variable are constants and in-range for the
198   // type they index.  Collect the indices.  This is typically for arrays of
199   // structs.
200   SmallVector<unsigned, 4> LaterIndices;
201
202   Type *EltTy = Init->getType()->getArrayElementType();
203   for (unsigned i = 3, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i) {
204     ConstantInt *Idx = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i));
205     if (!Idx) return nullptr;  // Variable index.
206
207     uint64_t IdxVal = Idx->getZExtValue();
208     if ((unsigned)IdxVal != IdxVal) return nullptr; // Too large array index.
209
210     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(EltTy))
211       EltTy = STy->getElementType(IdxVal);
212     else if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(EltTy)) {
213       if (IdxVal >= ATy->getNumElements()) return nullptr;
214       EltTy = ATy->getElementType();
215     } else {
216       return nullptr; // Unknown type.
217     }
218
219     LaterIndices.push_back(IdxVal);
220   }
221
222   enum { Overdefined = -3, Undefined = -2 };
223
224   // Variables for our state machines.
225
226   // FirstTrueElement/SecondTrueElement - Used to emit a comparison of the form
227   // "i == 47 | i == 87", where 47 is the first index the condition is true for,
228   // and 87 is the second (and last) index.  FirstTrueElement is -2 when
229   // undefined, otherwise set to the first true element.  SecondTrueElement is
230   // -2 when undefined, -3 when overdefined and >= 0 when that index is true.
231   int FirstTrueElement = Undefined, SecondTrueElement = Undefined;
232
233   // FirstFalseElement/SecondFalseElement - Used to emit a comparison of the
234   // form "i != 47 & i != 87".  Same state transitions as for true elements.
235   int FirstFalseElement = Undefined, SecondFalseElement = Undefined;
236
237   /// TrueRangeEnd/FalseRangeEnd - In conjunction with First*Element, these
238   /// define a state machine that triggers for ranges of values that the index
239   /// is true or false for.  This triggers on things like "abbbbc"[i] == 'b'.
240   /// This is -2 when undefined, -3 when overdefined, and otherwise the last
241   /// index in the range (inclusive).  We use -2 for undefined here because we
242   /// use relative comparisons and don't want 0-1 to match -1.
243   int TrueRangeEnd = Undefined, FalseRangeEnd = Undefined;
244
245   // MagicBitvector - This is a magic bitvector where we set a bit if the
246   // comparison is true for element 'i'.  If there are 64 elements or less in
247   // the array, this will fully represent all the comparison results.
248   uint64_t MagicBitvector = 0;
249
250   // Scan the array and see if one of our patterns matches.
251   Constant *CompareRHS = cast<Constant>(ICI.getOperand(1));
252   for (unsigned i = 0, e = ArrayElementCount; i != e; ++i) {
253     Constant *Elt = Init->getAggregateElement(i);
254     if (!Elt) return nullptr;
255
256     // If this is indexing an array of structures, get the structure element.
257     if (!LaterIndices.empty())
258       Elt = ConstantExpr::getExtractValue(Elt, LaterIndices);
259
260     // If the element is masked, handle it.
261     if (AndCst) Elt = ConstantExpr::getAnd(Elt, AndCst);
262
263     // Find out if the comparison would be true or false for the i'th element.
264     Constant *C = ConstantFoldCompareInstOperands(ICI.getPredicate(), Elt,
265                                                   CompareRHS, DL, &TLI);
266     // If the result is undef for this element, ignore it.
267     if (isa<UndefValue>(C)) {
268       // Extend range state machines to cover this element in case there is an
269       // undef in the middle of the range.
270       if (TrueRangeEnd == (int)i-1)
271         TrueRangeEnd = i;
272       if (FalseRangeEnd == (int)i-1)
273         FalseRangeEnd = i;
274       continue;
275     }
276
277     // If we can't compute the result for any of the elements, we have to give
278     // up evaluating the entire conditional.
279     if (!isa<ConstantInt>(C)) return nullptr;
280
281     // Otherwise, we know if the comparison is true or false for this element,
282     // update our state machines.
283     bool IsTrueForElt = !cast<ConstantInt>(C)->isZero();
284
285     // State machine for single/double/range index comparison.
286     if (IsTrueForElt) {
287       // Update the TrueElement state machine.
288       if (FirstTrueElement == Undefined)
289         FirstTrueElement = TrueRangeEnd = i;  // First true element.
290       else {
291         // Update double-compare state machine.
292         if (SecondTrueElement == Undefined)
293           SecondTrueElement = i;
294         else
295           SecondTrueElement = Overdefined;
296
297         // Update range state machine.
298         if (TrueRangeEnd == (int)i-1)
299           TrueRangeEnd = i;
300         else
301           TrueRangeEnd = Overdefined;
302       }
303     } else {
304       // Update the FalseElement state machine.
305       if (FirstFalseElement == Undefined)
306         FirstFalseElement = FalseRangeEnd = i; // First false element.
307       else {
308         // Update double-compare state machine.
309         if (SecondFalseElement == Undefined)
310           SecondFalseElement = i;
311         else
312           SecondFalseElement = Overdefined;
313
314         // Update range state machine.
315         if (FalseRangeEnd == (int)i-1)
316           FalseRangeEnd = i;
317         else
318           FalseRangeEnd = Overdefined;
319       }
320     }
321
322     // If this element is in range, update our magic bitvector.
323     if (i < 64 && IsTrueForElt)
324       MagicBitvector |= 1ULL << i;
325
326     // If all of our states become overdefined, bail out early.  Since the
327     // predicate is expensive, only check it every 8 elements.  This is only
328     // really useful for really huge arrays.
329     if ((i & 8) == 0 && i >= 64 && SecondTrueElement == Overdefined &&
330         SecondFalseElement == Overdefined && TrueRangeEnd == Overdefined &&
331         FalseRangeEnd == Overdefined)
332       return nullptr;
333   }
334
335   // Now that we've scanned the entire array, emit our new comparison(s).  We
336   // order the state machines in complexity of the generated code.
337   Value *Idx = GEP->getOperand(2);
338
339   // If the index is larger than the pointer size of the target, truncate the
340   // index down like the GEP would do implicitly.  We don't have to do this for
341   // an inbounds GEP because the index can't be out of range.
342   if (!GEP->isInBounds()) {
343     Type *IntPtrTy = DL.getIntPtrType(GEP->getType());
344     unsigned PtrSize = IntPtrTy->getIntegerBitWidth();
345     if (Idx->getType()->getPrimitiveSizeInBits() > PtrSize)
346       Idx = Builder.CreateTrunc(Idx, IntPtrTy);
347   }
348
349   // If the comparison is only true for one or two elements, emit direct
350   // comparisons.
351   if (SecondTrueElement != Overdefined) {
352     // None true -> false.
353     if (FirstTrueElement == Undefined)
354       return replaceInstUsesWith(ICI, Builder.getFalse());
355
356     Value *FirstTrueIdx = ConstantInt::get(Idx->getType(), FirstTrueElement);
357
358     // True for one element -> 'i == 47'.
359     if (SecondTrueElement == Undefined)
360       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_EQ, Idx, FirstTrueIdx);
361
362     // True for two elements -> 'i == 47 | i == 72'.
363     Value *C1 = Builder.CreateICmpEQ(Idx, FirstTrueIdx);
364     Value *SecondTrueIdx = ConstantInt::get(Idx->getType(), SecondTrueElement);
365     Value *C2 = Builder.CreateICmpEQ(Idx, SecondTrueIdx);
366     return BinaryOperator::CreateOr(C1, C2);
367   }
368
369   // If the comparison is only false for one or two elements, emit direct
370   // comparisons.
371   if (SecondFalseElement != Overdefined) {
372     // None false -> true.
373     if (FirstFalseElement == Undefined)
374       return replaceInstUsesWith(ICI, Builder.getTrue());
375
376     Value *FirstFalseIdx = ConstantInt::get(Idx->getType(), FirstFalseElement);
377
378     // False for one element -> 'i != 47'.
379     if (SecondFalseElement == Undefined)
380       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_NE, Idx, FirstFalseIdx);
381
382     // False for two elements -> 'i != 47 & i != 72'.
383     Value *C1 = Builder.CreateICmpNE(Idx, FirstFalseIdx);
384     Value *SecondFalseIdx = ConstantInt::get(Idx->getType(),SecondFalseElement);
385     Value *C2 = Builder.CreateICmpNE(Idx, SecondFalseIdx);
386     return BinaryOperator::CreateAnd(C1, C2);
387   }
388
389   // If the comparison can be replaced with a range comparison for the elements
390   // where it is true, emit the range check.
391   if (TrueRangeEnd != Overdefined) {
392     assert(TrueRangeEnd != FirstTrueElement && "Should emit single compare");
393
394     // Generate (i-FirstTrue) <u (TrueRangeEnd-FirstTrue+1).
395     if (FirstTrueElement) {
396       Value *Offs = ConstantInt::get(Idx->getType(), -FirstTrueElement);
397       Idx = Builder.CreateAdd(Idx, Offs);
398     }
399
400     Value *End = ConstantInt::get(Idx->getType(),
401                                   TrueRangeEnd-FirstTrueElement+1);
402     return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_ULT, Idx, End);
403   }
404
405   // False range check.
406   if (FalseRangeEnd != Overdefined) {
407     assert(FalseRangeEnd != FirstFalseElement && "Should emit single compare");
408     // Generate (i-FirstFalse) >u (FalseRangeEnd-FirstFalse).
409     if (FirstFalseElement) {
410       Value *Offs = ConstantInt::get(Idx->getType(), -FirstFalseElement);
411       Idx = Builder.CreateAdd(Idx, Offs);
412     }
413
414     Value *End = ConstantInt::get(Idx->getType(),
415                                   FalseRangeEnd-FirstFalseElement);
416     return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_UGT, Idx, End);
417   }
418
419   // If a magic bitvector captures the entire comparison state
420   // of this load, replace it with computation that does:
421   //   ((magic_cst >> i) & 1) != 0
422   {
423     Type *Ty = nullptr;
424
425     // Look for an appropriate type:
426     // - The type of Idx if the magic fits
427     // - The smallest fitting legal type
428     if (ArrayElementCount <= Idx->getType()->getIntegerBitWidth())
429       Ty = Idx->getType();
430     else
431       Ty = DL.getSmallestLegalIntType(Init->getContext(), ArrayElementCount);
432
433     if (Ty) {
434       Value *V = Builder.CreateIntCast(Idx, Ty, false);
435       V = Builder.CreateLShr(ConstantInt::get(Ty, MagicBitvector), V);
436       V = Builder.CreateAnd(ConstantInt::get(Ty, 1), V);
437       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_NE, V, ConstantInt::get(Ty, 0));
438     }
439   }
440
441   return nullptr;
442 }
443
444 /// Return a value that can be used to compare the *offset* implied by a GEP to
445 /// zero. For example, if we have &A[i], we want to return 'i' for
446 /// "icmp ne i, 0". Note that, in general, indices can be complex, and scales
447 /// are involved. The above expression would also be legal to codegen as
448 /// "icmp ne (i*4), 0" (assuming A is a pointer to i32).
449 /// This latter form is less amenable to optimization though, and we are allowed
450 /// to generate the first by knowing that pointer arithmetic doesn't overflow.
451 ///
452 /// If we can't emit an optimized form for this expression, this returns null.
453 ///
454 static Value *evaluateGEPOffsetExpression(User *GEP, InstCombiner &IC,
455                                           const DataLayout &DL) {
456   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
457
458   // Check to see if this gep only has a single variable index.  If so, and if
459   // any constant indices are a multiple of its scale, then we can compute this
460   // in terms of the scale of the variable index.  For example, if the GEP
461   // implies an offset of "12 + i*4", then we can codegen this as "3 + i",
462   // because the expression will cross zero at the same point.
463   unsigned i, e = GEP->getNumOperands();
464   int64_t Offset = 0;
465   for (i = 1; i != e; ++i, ++GTI) {
466     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
467       // Compute the aggregate offset of constant indices.
468       if (CI->isZero()) continue;
469
470       // Handle a struct index, which adds its field offset to the pointer.
471       if (StructType *STy = GTI.getStructTypeOrNull()) {
472         Offset += DL.getStructLayout(STy)->getElementOffset(CI->getZExtValue());
473       } else {
474         uint64_t Size = DL.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType());
475         Offset += Size*CI->getSExtValue();
476       }
477     } else {
478       // Found our variable index.
479       break;
480     }
481   }
482
483   // If there are no variable indices, we must have a constant offset, just
484   // evaluate it the general way.
485   if (i == e) return nullptr;
486
487   Value *VariableIdx = GEP->getOperand(i);
488   // Determine the scale factor of the variable element.  For example, this is
489   // 4 if the variable index is into an array of i32.
490   uint64_t VariableScale = DL.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType());
491
492   // Verify that there are no other variable indices.  If so, emit the hard way.
493   for (++i, ++GTI; i != e; ++i, ++GTI) {
494     ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i));
495     if (!CI) return nullptr;
496
497     // Compute the aggregate offset of constant indices.
498     if (CI->isZero()) continue;
499
500     // Handle a struct index, which adds its field offset to the pointer.
501     if (StructType *STy = GTI.getStructTypeOrNull()) {
502       Offset += DL.getStructLayout(STy)->getElementOffset(CI->getZExtValue());
503     } else {
504       uint64_t Size = DL.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType());
505       Offset += Size*CI->getSExtValue();
506     }
507   }
508
509   // Okay, we know we have a single variable index, which must be a
510   // pointer/array/vector index.  If there is no offset, life is simple, return
511   // the index.
512   Type *IntPtrTy = DL.getIntPtrType(GEP->getOperand(0)->getType());
513   unsigned IntPtrWidth = IntPtrTy->getIntegerBitWidth();
514   if (Offset == 0) {
515     // Cast to intptrty in case a truncation occurs.  If an extension is needed,
516     // we don't need to bother extending: the extension won't affect where the
517     // computation crosses zero.
518     if (VariableIdx->getType()->getPrimitiveSizeInBits() > IntPtrWidth) {
519       VariableIdx = IC.Builder.CreateTrunc(VariableIdx, IntPtrTy);
520     }
521     return VariableIdx;
522   }
523
524   // Otherwise, there is an index.  The computation we will do will be modulo
525   // the pointer size.
526   Offset = SignExtend64(Offset, IntPtrWidth);
527   VariableScale = SignExtend64(VariableScale, IntPtrWidth);
528
529   // To do this transformation, any constant index must be a multiple of the
530   // variable scale factor.  For example, we can evaluate "12 + 4*i" as "3 + i",
531   // but we can't evaluate "10 + 3*i" in terms of i.  Check that the offset is a
532   // multiple of the variable scale.
533   int64_t NewOffs = Offset / (int64_t)VariableScale;
534   if (Offset != NewOffs*(int64_t)VariableScale)
535     return nullptr;
536
537   // Okay, we can do this evaluation.  Start by converting the index to intptr.
538   if (VariableIdx->getType() != IntPtrTy)
539     VariableIdx = IC.Builder.CreateIntCast(VariableIdx, IntPtrTy,
540                                             true /*Signed*/);
541   Constant *OffsetVal = ConstantInt::get(IntPtrTy, NewOffs);
542   return IC.Builder.CreateAdd(VariableIdx, OffsetVal, "offset");
543 }
544
545 /// Returns true if we can rewrite Start as a GEP with pointer Base
546 /// and some integer offset. The nodes that need to be re-written
547 /// for this transformation will be added to Explored.
548 static bool canRewriteGEPAsOffset(Value *Start, Value *Base,
549                                   const DataLayout &DL,
550                                   SetVector<Value *> &Explored) {
551   SmallVector<Value *, 16> WorkList(1, Start);
552   Explored.insert(Base);
553
554   // The following traversal gives us an order which can be used
555   // when doing the final transformation. Since in the final
556   // transformation we create the PHI replacement instructions first,
557   // we don't have to get them in any particular order.
558   //
559   // However, for other instructions we will have to traverse the
560   // operands of an instruction first, which means that we have to
561   // do a post-order traversal.
562   while (!WorkList.empty()) {
563     SetVector<PHINode *> PHIs;
564
565     while (!WorkList.empty()) {
566       if (Explored.size() >= 100)
567         return false;
568
569       Value *V = WorkList.back();
570
571       if (Explored.count(V) != 0) {
572         WorkList.pop_back();
573         continue;
574       }
575
576       if (!isa<IntToPtrInst>(V) && !isa<PtrToIntInst>(V) &&
577           !isa<GetElementPtrInst>(V) && !isa<PHINode>(V))
578         // We've found some value that we can't explore which is different from
579         // the base. Therefore we can't do this transformation.
580         return false;
581
582       if (isa<IntToPtrInst>(V) || isa<PtrToIntInst>(V)) {
583         auto *CI = dyn_cast<CastInst>(V);
584         if (!CI->isNoopCast(DL))
585           return false;
586
587         if (Explored.count(CI->getOperand(0)) == 0)
588           WorkList.push_back(CI->getOperand(0));
589       }
590
591       if (auto *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V)) {
592         // We're limiting the GEP to having one index. This will preserve
593         // the original pointer type. We could handle more cases in the
594         // future.
595         if (GEP->getNumIndices() != 1 || !GEP->isInBounds() ||
596             GEP->getType() != Start->getType())
597           return false;
598
599         if (Explored.count(GEP->getOperand(0)) == 0)
600           WorkList.push_back(GEP->getOperand(0));
601       }
602
603       if (WorkList.back() == V) {
604         WorkList.pop_back();
605         // We've finished visiting this node, mark it as such.
606         Explored.insert(V);
607       }
608
609       if (auto *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
610         // We cannot transform PHIs on unsplittable basic blocks.
611         if (isa<CatchSwitchInst>(PN->getParent()->getTerminator()))
612           return false;
613         Explored.insert(PN);
614         PHIs.insert(PN);
615       }
616     }
617
618     // Explore the PHI nodes further.
619     for (auto *PN : PHIs)
620       for (Value *Op : PN->incoming_values())
621         if (Explored.count(Op) == 0)
622           WorkList.push_back(Op);
623   }
624
625   // Make sure that we can do this. Since we can't insert GEPs in a basic
626   // block before a PHI node, we can't easily do this transformation if
627   // we have PHI node users of transformed instructions.
628   for (Value *Val : Explored) {
629     for (Value *Use : Val->uses()) {
630
631       auto *PHI = dyn_cast<PHINode>(Use);
632       auto *Inst = dyn_cast<Instruction>(Val);
633
634       if (Inst == Base || Inst == PHI || !Inst || !PHI ||
635           Explored.count(PHI) == 0)
636         continue;
637
638       if (PHI->getParent() == Inst->getParent())
639         return false;
640     }
641   }
642   return true;
643 }
644
645 // Sets the appropriate insert point on Builder where we can add
646 // a replacement Instruction for V (if that is possible).
647 static void setInsertionPoint(IRBuilder<> &Builder, Value *V,
648                               bool Before = true) {
649   if (auto *PHI = dyn_cast<PHINode>(V)) {
650     Builder.SetInsertPoint(&*PHI->getParent()->getFirstInsertionPt());
651     return;
652   }
653   if (auto *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
654     if (!Before)
655       I = &*std::next(I->getIterator());
656     Builder.SetInsertPoint(I);
657     return;
658   }
659   if (auto *A = dyn_cast<Argument>(V)) {
660     // Set the insertion point in the entry block.
661     BasicBlock &Entry = A->getParent()->getEntryBlock();
662     Builder.SetInsertPoint(&*Entry.getFirstInsertionPt());
663     return;
664   }
665   // Otherwise, this is a constant and we don't need to set a new
666   // insertion point.
667   assert(isa<Constant>(V) && "Setting insertion point for unknown value!");
668 }
669
670 /// Returns a re-written value of Start as an indexed GEP using Base as a
671 /// pointer.
672 static Value *rewriteGEPAsOffset(Value *Start, Value *Base,
673                                  const DataLayout &DL,
674                                  SetVector<Value *> &Explored) {
675   // Perform all the substitutions. This is a bit tricky because we can
676   // have cycles in our use-def chains.
677   // 1. Create the PHI nodes without any incoming values.
678   // 2. Create all the other values.
679   // 3. Add the edges for the PHI nodes.
680   // 4. Emit GEPs to get the original pointers.
681   // 5. Remove the original instructions.
682   Type *IndexType = IntegerType::get(
683       Base->getContext(), DL.getIndexTypeSizeInBits(Start->getType()));
684
685   DenseMap<Value *, Value *> NewInsts;
686   NewInsts[Base] = ConstantInt::getNullValue(IndexType);
687
688   // Create the new PHI nodes, without adding any incoming values.
689   for (Value *Val : Explored) {
690     if (Val == Base)
691       continue;
692     // Create empty phi nodes. This avoids cyclic dependencies when creating
693     // the remaining instructions.
694     if (auto *PHI = dyn_cast<PHINode>(Val))
695       NewInsts[PHI] = PHINode::Create(IndexType, PHI->getNumIncomingValues(),
696                                       PHI->getName() + ".idx", PHI);
697   }
698   IRBuilder<> Builder(Base->getContext());
699
700   // Create all the other instructions.
701   for (Value *Val : Explored) {
702
703     if (NewInsts.find(Val) != NewInsts.end())
704       continue;
705
706     if (auto *CI = dyn_cast<CastInst>(Val)) {
707       NewInsts[CI] = NewInsts[CI->getOperand(0)];
708       continue;
709     }
710     if (auto *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Val)) {
711       Value *Index = NewInsts[GEP->getOperand(1)] ? NewInsts[GEP->getOperand(1)]
712                                                   : GEP->getOperand(1);
713       setInsertionPoint(Builder, GEP);
714       // Indices might need to be sign extended. GEPs will magically do
715       // this, but we need to do it ourselves here.
716       if (Index->getType()->getScalarSizeInBits() !=
717           NewInsts[GEP->getOperand(0)]->getType()->getScalarSizeInBits()) {
718         Index = Builder.CreateSExtOrTrunc(
719             Index, NewInsts[GEP->getOperand(0)]->getType(),
720             GEP->getOperand(0)->getName() + ".sext");
721       }
722
723       auto *Op = NewInsts[GEP->getOperand(0)];
724       if (isa<ConstantInt>(Op) && cast<ConstantInt>(Op)->isZero())
725         NewInsts[GEP] = Index;
726       else
727         NewInsts[GEP] = Builder.CreateNSWAdd(
728             Op, Index, GEP->getOperand(0)->getName() + ".add");
729       continue;
730     }
731     if (isa<PHINode>(Val))
732       continue;
733
734     llvm_unreachable("Unexpected instruction type");
735   }
736
737   // Add the incoming values to the PHI nodes.
738   for (Value *Val : Explored) {
739     if (Val == Base)
740       continue;
741     // All the instructions have been created, we can now add edges to the
742     // phi nodes.
743     if (auto *PHI = dyn_cast<PHINode>(Val)) {
744       PHINode *NewPhi = static_cast<PHINode *>(NewInsts[PHI]);
745       for (unsigned I = 0, E = PHI->getNumIncomingValues(); I < E; ++I) {
746         Value *NewIncoming = PHI->getIncomingValue(I);
747
748         if (NewInsts.find(NewIncoming) != NewInsts.end())
749           NewIncoming = NewInsts[NewIncoming];
750
751         NewPhi->addIncoming(NewIncoming, PHI->getIncomingBlock(I));
752       }
753     }
754   }
755
756   for (Value *Val : Explored) {
757     if (Val == Base)
758       continue;
759
760     // Depending on the type, for external users we have to emit
761     // a GEP or a GEP + ptrtoint.
762     setInsertionPoint(Builder, Val, false);
763
764     // If required, create an inttoptr instruction for Base.
765     Value *NewBase = Base;
766     if (!Base->getType()->isPointerTy())
767       NewBase = Builder.CreateBitOrPointerCast(Base, Start->getType(),
768                                                Start->getName() + "to.ptr");
769
770     Value *GEP = Builder.CreateInBoundsGEP(
771         Start->getType()->getPointerElementType(), NewBase,
772         makeArrayRef(NewInsts[Val]), Val->getName() + ".ptr");
773
774     if (!Val->getType()->isPointerTy()) {
775       Value *Cast = Builder.CreatePointerCast(GEP, Val->getType(),
776                                               Val->getName() + ".conv");
777       GEP = Cast;
778     }
779     Val->replaceAllUsesWith(GEP);
780   }
781
782   return NewInsts[Start];
783 }
784
785 /// Looks through GEPs, IntToPtrInsts and PtrToIntInsts in order to express
786 /// the input Value as a constant indexed GEP. Returns a pair containing
787 /// the GEPs Pointer and Index.
788 static std::pair<Value *, Value *>
789 getAsConstantIndexedAddress(Value *V, const DataLayout &DL) {
790   Type *IndexType = IntegerType::get(V->getContext(),
791                                      DL.getIndexTypeSizeInBits(V->getType()));
792
793   Constant *Index = ConstantInt::getNullValue(IndexType);
794   while (true) {
795     if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V)) {
796       // We accept only inbouds GEPs here to exclude the possibility of
797       // overflow.
798       if (!GEP->isInBounds())
799         break;
800       if (GEP->hasAllConstantIndices() && GEP->getNumIndices() == 1 &&
801           GEP->getType() == V->getType()) {
802         V = GEP->getOperand(0);
803         Constant *GEPIndex = static_cast<Constant *>(GEP->getOperand(1));
804         Index = ConstantExpr::getAdd(
805             Index, ConstantExpr::getSExtOrBitCast(GEPIndex, IndexType));
806         continue;
807       }
808       break;
809     }
810     if (auto *CI = dyn_cast<IntToPtrInst>(V)) {
811       if (!CI->isNoopCast(DL))
812         break;
813       V = CI->getOperand(0);
814       continue;
815     }
816     if (auto *CI = dyn_cast<PtrToIntInst>(V)) {
817       if (!CI->isNoopCast(DL))
818         break;
819       V = CI->getOperand(0);
820       continue;
821     }
822     break;
823   }
824   return {V, Index};
825 }
826
827 /// Converts (CMP GEPLHS, RHS) if this change would make RHS a constant.
828 /// We can look through PHIs, GEPs and casts in order to determine a common base
829 /// between GEPLHS and RHS.
830 static Instruction *transformToIndexedCompare(GEPOperator *GEPLHS, Value *RHS,
831                                               ICmpInst::Predicate Cond,
832                                               const DataLayout &DL) {
833   if (!GEPLHS->hasAllConstantIndices())
834     return nullptr;
835
836   // Make sure the pointers have the same type.
837   if (GEPLHS->getType() != RHS->getType())
838     return nullptr;
839
840   Value *PtrBase, *Index;
841   std::tie(PtrBase, Index) = getAsConstantIndexedAddress(GEPLHS, DL);
842
843   // The set of nodes that will take part in this transformation.
844   SetVector<Value *> Nodes;
845
846   if (!canRewriteGEPAsOffset(RHS, PtrBase, DL, Nodes))
847     return nullptr;
848
849   // We know we can re-write this as
850   //  ((gep Ptr, OFFSET1) cmp (gep Ptr, OFFSET2)
851   // Since we've only looked through inbouds GEPs we know that we
852   // can't have overflow on either side. We can therefore re-write
853   // this as:
854   //   OFFSET1 cmp OFFSET2
855   Value *NewRHS = rewriteGEPAsOffset(RHS, PtrBase, DL, Nodes);
856
857   // RewriteGEPAsOffset has replaced RHS and all of its uses with a re-written
858   // GEP having PtrBase as the pointer base, and has returned in NewRHS the
859   // offset. Since Index is the offset of LHS to the base pointer, we will now
860   // compare the offsets instead of comparing the pointers.
861   return new ICmpInst(ICmpInst::getSignedPredicate(Cond), Index, NewRHS);
862 }
863
864 /// Fold comparisons between a GEP instruction and something else. At this point
865 /// we know that the GEP is on the LHS of the comparison.
866 Instruction *InstCombiner::foldGEPICmp(GEPOperator *GEPLHS, Value *RHS,
867                                        ICmpInst::Predicate Cond,
868                                        Instruction &I) {
869   // Don't transform signed compares of GEPs into index compares. Even if the
870   // GEP is inbounds, the final add of the base pointer can have signed overflow
871   // and would change the result of the icmp.
872   // e.g. "&foo[0] <s &foo[1]" can't be folded to "true" because "foo" could be
873   // the maximum signed value for the pointer type.
874   if (ICmpInst::isSigned(Cond))
875     return nullptr;
876
877   // Look through bitcasts and addrspacecasts. We do not however want to remove
878   // 0 GEPs.
879   if (!isa<GetElementPtrInst>(RHS))
880     RHS = RHS->stripPointerCasts();
881
882   Value *PtrBase = GEPLHS->getOperand(0);
883   if (PtrBase == RHS && GEPLHS->isInBounds()) {
884     // ((gep Ptr, OFFSET) cmp Ptr)   ---> (OFFSET cmp 0).
885     // This transformation (ignoring the base and scales) is valid because we
886     // know pointers can't overflow since the gep is inbounds.  See if we can
887     // output an optimized form.
888     Value *Offset = evaluateGEPOffsetExpression(GEPLHS, *this, DL);
889
890     // If not, synthesize the offset the hard way.
891     if (!Offset)
892       Offset = EmitGEPOffset(GEPLHS);
893     return new ICmpInst(ICmpInst::getSignedPredicate(Cond), Offset,
894                         Constant::getNullValue(Offset->getType()));
895   } else if (GEPOperator *GEPRHS = dyn_cast<GEPOperator>(RHS)) {
896     // If the base pointers are different, but the indices are the same, just
897     // compare the base pointer.
898     if (PtrBase != GEPRHS->getOperand(0)) {
899       bool IndicesTheSame = GEPLHS->getNumOperands()==GEPRHS->getNumOperands();
900       IndicesTheSame &= GEPLHS->getOperand(0)->getType() ==
901                         GEPRHS->getOperand(0)->getType();
902       if (IndicesTheSame)
903         for (unsigned i = 1, e = GEPLHS->getNumOperands(); i != e; ++i)
904           if (GEPLHS->getOperand(i) != GEPRHS->getOperand(i)) {
905             IndicesTheSame = false;
906             break;
907           }
908
909       // If all indices are the same, just compare the base pointers.
910       Type *BaseType = GEPLHS->getOperand(0)->getType();
911       if (IndicesTheSame && CmpInst::makeCmpResultType(BaseType) == I.getType())
912         return new ICmpInst(Cond, GEPLHS->getOperand(0), GEPRHS->getOperand(0));
913
914       // If we're comparing GEPs with two base pointers that only differ in type
915       // and both GEPs have only constant indices or just one use, then fold
916       // the compare with the adjusted indices.
917       if (GEPLHS->isInBounds() && GEPRHS->isInBounds() &&
918           (GEPLHS->hasAllConstantIndices() || GEPLHS->hasOneUse()) &&
919           (GEPRHS->hasAllConstantIndices() || GEPRHS->hasOneUse()) &&
920           PtrBase->stripPointerCasts() ==
921               GEPRHS->getOperand(0)->stripPointerCasts()) {
922         Value *LOffset = EmitGEPOffset(GEPLHS);
923         Value *ROffset = EmitGEPOffset(GEPRHS);
924
925         // If we looked through an addrspacecast between different sized address
926         // spaces, the LHS and RHS pointers are different sized
927         // integers. Truncate to the smaller one.
928         Type *LHSIndexTy = LOffset->getType();
929         Type *RHSIndexTy = ROffset->getType();
930         if (LHSIndexTy != RHSIndexTy) {
931           if (LHSIndexTy->getPrimitiveSizeInBits() <
932               RHSIndexTy->getPrimitiveSizeInBits()) {
933             ROffset = Builder.CreateTrunc(ROffset, LHSIndexTy);
934           } else
935             LOffset = Builder.CreateTrunc(LOffset, RHSIndexTy);
936         }
937
938         Value *Cmp = Builder.CreateICmp(ICmpInst::getSignedPredicate(Cond),
939                                         LOffset, ROffset);
940         return replaceInstUsesWith(I, Cmp);
941       }
942
943       // Otherwise, the base pointers are different and the indices are
944       // different. Try convert this to an indexed compare by looking through
945       // PHIs/casts.
946       return transformToIndexedCompare(GEPLHS, RHS, Cond, DL);
947     }
948
949     // If one of the GEPs has all zero indices, recurse.
950     if (GEPLHS->hasAllZeroIndices())
951       return foldGEPICmp(GEPRHS, GEPLHS->getOperand(0),
952                          ICmpInst::getSwappedPredicate(Cond), I);
953
954     // If the other GEP has all zero indices, recurse.
955     if (GEPRHS->hasAllZeroIndices())
956       return foldGEPICmp(GEPLHS, GEPRHS->getOperand(0), Cond, I);
957
958     bool GEPsInBounds = GEPLHS->isInBounds() && GEPRHS->isInBounds();
959     if (GEPLHS->getNumOperands() == GEPRHS->getNumOperands()) {
960       // If the GEPs only differ by one index, compare it.
961       unsigned NumDifferences = 0;  // Keep track of # differences.
962       unsigned DiffOperand = 0;     // The operand that differs.
963       for (unsigned i = 1, e = GEPRHS->getNumOperands(); i != e; ++i)
964         if (GEPLHS->getOperand(i) != GEPRHS->getOperand(i)) {
965           if (GEPLHS->getOperand(i)->getType()->getPrimitiveSizeInBits() !=
966                    GEPRHS->getOperand(i)->getType()->getPrimitiveSizeInBits()) {
967             // Irreconcilable differences.
968             NumDifferences = 2;
969             break;
970           } else {
971             if (NumDifferences++) break;
972             DiffOperand = i;
973           }
974         }
975
976       if (NumDifferences == 0)   // SAME GEP?
977         return replaceInstUsesWith(I, // No comparison is needed here.
978           ConstantInt::get(I.getType(), ICmpInst::isTrueWhenEqual(Cond)));
979
980       else if (NumDifferences == 1 && GEPsInBounds) {
981         Value *LHSV = GEPLHS->getOperand(DiffOperand);
982         Value *RHSV = GEPRHS->getOperand(DiffOperand);
983         // Make sure we do a signed comparison here.
984         return new ICmpInst(ICmpInst::getSignedPredicate(Cond), LHSV, RHSV);
985       }
986     }
987
988     // Only lower this if the icmp is the only user of the GEP or if we expect
989     // the result to fold to a constant!
990     if (GEPsInBounds && (isa<ConstantExpr>(GEPLHS) || GEPLHS->hasOneUse()) &&
991         (isa<ConstantExpr>(GEPRHS) || GEPRHS->hasOneUse())) {
992       // ((gep Ptr, OFFSET1) cmp (gep Ptr, OFFSET2)  --->  (OFFSET1 cmp OFFSET2)
993       Value *L = EmitGEPOffset(GEPLHS);
994       Value *R = EmitGEPOffset(GEPRHS);
995       return new ICmpInst(ICmpInst::getSignedPredicate(Cond), L, R);
996     }
997   }
998
999   // Try convert this to an indexed compare by looking through PHIs/casts as a
1000   // last resort.
1001   return transformToIndexedCompare(GEPLHS, RHS, Cond, DL);
1002 }
1003
1004 Instruction *InstCombiner::foldAllocaCmp(ICmpInst &ICI,
1005                                          const AllocaInst *Alloca,
1006                                          const Value *Other) {
1007   assert(ICI.isEquality() && "Cannot fold non-equality comparison.");
1008
1009   // It would be tempting to fold away comparisons between allocas and any
1010   // pointer not based on that alloca (e.g. an argument). However, even
1011   // though such pointers cannot alias, they can still compare equal.
1012   //
1013   // But LLVM doesn't specify where allocas get their memory, so if the alloca
1014   // doesn't escape we can argue that it's impossible to guess its value, and we
1015   // can therefore act as if any such guesses are wrong.
1016   //
1017   // The code below checks that the alloca doesn't escape, and that it's only
1018   // used in a comparison once (the current instruction). The
1019   // single-comparison-use condition ensures that we're trivially folding all
1020   // comparisons against the alloca consistently, and avoids the risk of
1021   // erroneously folding a comparison of the pointer with itself.
1022
1023   unsigned MaxIter = 32; // Break cycles and bound to constant-time.
1024
1025   SmallVector<const Use *, 32> Worklist;
1026   for (const Use &U : Alloca->uses()) {
1027     if (Worklist.size() >= MaxIter)
1028       return nullptr;
1029     Worklist.push_back(&U);
1030   }
1031
1032   unsigned NumCmps = 0;
1033   while (!Worklist.empty()) {
1034     assert(Worklist.size() <= MaxIter);
1035     const Use *U = Worklist.pop_back_val();
1036     const Value *V = U->getUser();
1037     --MaxIter;
1038
1039     if (isa<BitCastInst>(V) || isa<GetElementPtrInst>(V) || isa<PHINode>(V) ||
1040         isa<SelectInst>(V)) {
1041       // Track the uses.
1042     } else if (isa<LoadInst>(V)) {
1043       // Loading from the pointer doesn't escape it.
1044       continue;
1045     } else if (const auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(V)) {
1046       // Storing *to* the pointer is fine, but storing the pointer escapes it.
1047       if (SI->getValueOperand() == U->get())
1048         return nullptr;
1049       continue;
1050     } else if (isa<ICmpInst>(V)) {
1051       if (NumCmps++)
1052         return nullptr; // Found more than one cmp.
1053       continue;
1054     } else if (const auto *Intrin = dyn_cast<IntrinsicInst>(V)) {
1055       switch (Intrin->getIntrinsicID()) {
1056         // These intrinsics don't escape or compare the pointer. Memset is safe
1057         // because we don't allow ptrtoint. Memcpy and memmove are safe because
1058         // we don't allow stores, so src cannot point to V.
1059         case Intrinsic::lifetime_start: case Intrinsic::lifetime_end:
1060         case Intrinsic::memcpy: case Intrinsic::memmove: case Intrinsic::memset:
1061           continue;
1062         default:
1063           return nullptr;
1064       }
1065     } else {
1066       return nullptr;
1067     }
1068     for (const Use &U : V->uses()) {
1069       if (Worklist.size() >= MaxIter)
1070         return nullptr;
1071       Worklist.push_back(&U);
1072     }
1073   }
1074
1075   Type *CmpTy = CmpInst::makeCmpResultType(Other->getType());
1076   return replaceInstUsesWith(
1077       ICI,
1078       ConstantInt::get(CmpTy, !CmpInst::isTrueWhenEqual(ICI.getPredicate())));
1079 }
1080
1081 /// Fold "icmp pred (X+C), X".
1082 Instruction *InstCombiner::foldICmpAddOpConst(Value *X, const APInt &C,
1083                                               ICmpInst::Predicate Pred) {
1084   // From this point on, we know that (X+C <= X) --> (X+C < X) because C != 0,
1085   // so the values can never be equal.  Similarly for all other "or equals"
1086   // operators.
1087   assert(!!C && "C should not be zero!");
1088
1089   // (X+1) <u X        --> X >u (MAXUINT-1)        --> X == 255
1090   // (X+2) <u X        --> X >u (MAXUINT-2)        --> X > 253
1091   // (X+MAXUINT) <u X  --> X >u (MAXUINT-MAXUINT)  --> X != 0
1092   if (Pred == ICmpInst::ICMP_ULT || Pred == ICmpInst::ICMP_ULE) {
1093     Constant *R = ConstantInt::get(X->getType(),
1094                                    APInt::getMaxValue(C.getBitWidth()) - C);
1095     return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_UGT, X, R);
1096   }
1097
1098   // (X+1) >u X        --> X <u (0-1)        --> X != 255
1099   // (X+2) >u X        --> X <u (0-2)        --> X <u 254
1100   // (X+MAXUINT) >u X  --> X <u (0-MAXUINT)  --> X <u 1  --> X == 0
1101   if (Pred == ICmpInst::ICMP_UGT || Pred == ICmpInst::ICMP_UGE)
1102     return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_ULT, X,
1103                         ConstantInt::get(X->getType(), -C));
1104
1105   APInt SMax = APInt::getSignedMaxValue(C.getBitWidth());
1106
1107   // (X+ 1) <s X       --> X >s (MAXSINT-1)          --> X == 127
1108   // (X+ 2) <s X       --> X >s (MAXSINT-2)          --> X >s 125
1109   // (X+MAXSINT) <s X  --> X >s (MAXSINT-MAXSINT)    --> X >s 0
1110   // (X+MINSINT) <s X  --> X >s (MAXSINT-MINSINT)    --> X >s -1
1111   // (X+ -2) <s X      --> X >s (MAXSINT- -2)        --> X >s 126
1112   // (X+ -1) <s X      --> X >s (MAXSINT- -1)        --> X != 127
1113   if (Pred == ICmpInst::ICMP_SLT || Pred == ICmpInst::ICMP_SLE)
1114     return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SGT, X,
1115                         ConstantInt::get(X->getType(), SMax - C));
1116
1117   // (X+ 1) >s X       --> X <s (MAXSINT-(1-1))       --> X != 127
1118   // (X+ 2) >s X       --> X <s (MAXSINT-(2-1))       --> X <s 126
1119   // (X+MAXSINT) >s X  --> X <s (MAXSINT-(MAXSINT-1)) --> X <s 1
1120   // (X+MINSINT) >s X  --> X <s (MAXSINT-(MINSINT-1)) --> X <s -2
1121   // (X+ -2) >s X      --> X <s (MAXSINT-(-2-1))      --> X <s -126
1122   // (X+ -1) >s X      --> X <s (MAXSINT-(-1-1))      --> X == -128
1123
1124   assert(Pred == ICmpInst::ICMP_SGT || Pred == ICmpInst::ICMP_SGE);
1125   return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SLT, X,
1126                       ConstantInt::get(X->getType(), SMax - (C - 1)));
1127 }
1128
1129 /// Handle "(icmp eq/ne (ashr/lshr AP2, A), AP1)" ->
1130 /// (icmp eq/ne A, Log2(AP2/AP1)) ->
1131 /// (icmp eq/ne A, Log2(AP2) - Log2(AP1)).
1132 Instruction *InstCombiner::foldICmpShrConstConst(ICmpInst &I, Value *A,
1133                                                  const APInt &AP1,
1134                                                  const APInt &AP2) {
1135   assert(I.isEquality() && "Cannot fold icmp gt/lt");
1136
1137   auto getICmp = [&I](CmpInst::Predicate Pred, Value *LHS, Value *RHS) {
1138     if (I.getPredicate() == I.ICMP_NE)
1139       Pred = CmpInst::getInversePredicate(Pred);
1140     return new ICmpInst(Pred, LHS, RHS);
1141   };
1142
1143   // Don't bother doing any work for cases which InstSimplify handles.
1144   if (AP2.isNullValue())
1145     return nullptr;
1146
1147   bool IsAShr = isa<AShrOperator>(I.getOperand(0));
1148   if (IsAShr) {
1149     if (AP2.isAllOnesValue())
1150       return nullptr;
1151     if (AP2.isNegative() != AP1.isNegative())
1152       return nullptr;
1153     if (AP2.sgt(AP1))
1154       return nullptr;
1155   }
1156
1157   if (!AP1)
1158     // 'A' must be large enough to shift out the highest set bit.
1159     return getICmp(I.ICMP_UGT, A,
1160                    ConstantInt::get(A->getType(), AP2.logBase2()));
1161
1162   if (AP1 == AP2)
1163     return getICmp(I.ICMP_EQ, A, ConstantInt::getNullValue(A->getType()));
1164
1165   int Shift;
1166   if (IsAShr && AP1.isNegative())
1167     Shift = AP1.countLeadingOnes() - AP2.countLeadingOnes();
1168   else
1169     Shift = AP1.countLeadingZeros() - AP2.countLeadingZeros();
1170
1171   if (Shift > 0) {
1172     if (IsAShr && AP1 == AP2.ashr(Shift)) {
1173       // There are multiple solutions if we are comparing against -1 and the LHS
1174       // of the ashr is not a power of two.
1175       if (AP1.isAllOnesValue() && !AP2.isPowerOf2())
1176         return getICmp(I.ICMP_UGE, A, ConstantInt::get(A->getType(), Shift));
1177       return getICmp(I.ICMP_EQ, A, ConstantInt::get(A->getType(), Shift));
1178     } else if (AP1 == AP2.lshr(Shift)) {
1179       return getICmp(I.ICMP_EQ, A, ConstantInt::get(A->getType(), Shift));
1180     }
1181   }
1182
1183   // Shifting const2 will never be equal to const1.
1184   // FIXME: This should always be handled by InstSimplify?
1185   auto *TorF = ConstantInt::get(I.getType(), I.getPredicate() == I.ICMP_NE);
1186   return replaceInstUsesWith(I, TorF);
1187 }
1188
1189 /// Handle "(icmp eq/ne (shl AP2, A), AP1)" ->
1190 /// (icmp eq/ne A, TrailingZeros(AP1) - TrailingZeros(AP2)).
1191 Instruction *InstCombiner::foldICmpShlConstConst(ICmpInst &I, Value *A,
1192                                                  const APInt &AP1,
1193                                                  const APInt &AP2) {
1194   assert(I.isEquality() && "Cannot fold icmp gt/lt");
1195
1196   auto getICmp = [&I](CmpInst::Predicate Pred, Value *LHS, Value *RHS) {
1197     if (I.getPredicate() == I.ICMP_NE)
1198       Pred = CmpInst::getInversePredicate(Pred);
1199     return new ICmpInst(Pred, LHS, RHS);
1200   };
1201
1202   // Don't bother doing any work for cases which InstSimplify handles.
1203   if (AP2.isNullValue())
1204     return nullptr;
1205
1206   unsigned AP2TrailingZeros = AP2.countTrailingZeros();
1207
1208   if (!AP1 && AP2TrailingZeros != 0)
1209     return getICmp(
1210         I.ICMP_UGE, A,
1211         ConstantInt::get(A->getType(), AP2.getBitWidth() - AP2TrailingZeros));
1212
1213   if (AP1 == AP2)
1214     return getICmp(I.ICMP_EQ, A, ConstantInt::getNullValue(A->getType()));
1215
1216   // Get the distance between the lowest bits that are set.
1217   int Shift = AP1.countTrailingZeros() - AP2TrailingZeros;
1218
1219   if (Shift > 0 && AP2.shl(Shift) == AP1)
1220     return getICmp(I.ICMP_EQ, A, ConstantInt::get(A->getType(), Shift));
1221
1222   // Shifting const2 will never be equal to const1.
1223   // FIXME: This should always be handled by InstSimplify?
1224   auto *TorF = ConstantInt::get(I.getType(), I.getPredicate() == I.ICMP_NE);
1225   return replaceInstUsesWith(I, TorF);
1226 }
1227
1228 /// The caller has matched a pattern of the form:
1229 ///   I = icmp ugt (add (add A, B), CI2), CI1
1230 /// If this is of the form:
1231 ///   sum = a + b
1232 ///   if (sum+128 >u 255)
1233 /// Then replace it with llvm.sadd.with.overflow.i8.
1234 ///
1235 static Instruction *processUGT_ADDCST_ADD(ICmpInst &I, Value *A, Value *B,
1236                                           ConstantInt *CI2, ConstantInt *CI1,
1237                                           InstCombiner &IC) {
1238   // The transformation we're trying to do here is to transform this into an
1239   // llvm.sadd.with.overflow.  To do this, we have to replace the original add
1240   // with a narrower add, and discard the add-with-constant that is part of the
1241   // range check (if we can't eliminate it, this isn't profitable).
1242
1243   // In order to eliminate the add-with-constant, the compare can be its only
1244   // use.
1245   Instruction *AddWithCst = cast<Instruction>(I.getOperand(0));
1246   if (!AddWithCst->hasOneUse())
1247     return nullptr;
1248
1249   // If CI2 is 2^7, 2^15, 2^31, then it might be an sadd.with.overflow.
1250   if (!CI2->getValue().isPowerOf2())
1251     return nullptr;
1252   unsigned NewWidth = CI2->getValue().countTrailingZeros();
1253   if (NewWidth != 7 && NewWidth != 15 && NewWidth != 31)
1254     return nullptr;
1255
1256   // The width of the new add formed is 1 more than the bias.
1257   ++NewWidth;
1258
1259   // Check to see that CI1 is an all-ones value with NewWidth bits.
1260   if (CI1->getBitWidth() == NewWidth ||
1261       CI1->getValue() != APInt::getLowBitsSet(CI1->getBitWidth(), NewWidth))
1262     return nullptr;
1263
1264   // This is only really a signed overflow check if the inputs have been
1265   // sign-extended; check for that condition. For example, if CI2 is 2^31 and
1266   // the operands of the add are 64 bits wide, we need at least 33 sign bits.
1267   unsigned NeededSignBits = CI1->getBitWidth() - NewWidth + 1;
1268   if (IC.ComputeNumSignBits(A, 0, &I) < NeededSignBits ||
1269       IC.ComputeNumSignBits(B, 0, &I) < NeededSignBits)
1270     return nullptr;
1271
1272   // In order to replace the original add with a narrower
1273   // llvm.sadd.with.overflow, the only uses allowed are the add-with-constant
1274   // and truncates that discard the high bits of the add.  Verify that this is
1275   // the case.
1276   Instruction *OrigAdd = cast<Instruction>(AddWithCst->getOperand(0));
1277   for (User *U : OrigAdd->users()) {
1278     if (U == AddWithCst)
1279       continue;
1280
1281     // Only accept truncates for now.  We would really like a nice recursive
1282     // predicate like SimplifyDemandedBits, but which goes downwards the use-def
1283     // chain to see which bits of a value are actually demanded.  If the
1284     // original add had another add which was then immediately truncated, we
1285     // could still do the transformation.
1286     TruncInst *TI = dyn_cast<TruncInst>(U);
1287     if (!TI || TI->getType()->getPrimitiveSizeInBits() > NewWidth)
1288       return nullptr;
1289   }
1290
1291   // If the pattern matches, truncate the inputs to the narrower type and
1292   // use the sadd_with_overflow intrinsic to efficiently compute both the
1293   // result and the overflow bit.
1294   Type *NewType = IntegerType::get(OrigAdd->getContext(), NewWidth);
1295   Value *F = Intrinsic::getDeclaration(I.getModule(),
1296                                        Intrinsic::sadd_with_overflow, NewType);
1297
1298   InstCombiner::BuilderTy &Builder = IC.Builder;
1299
1300   // Put the new code above the original add, in case there are any uses of the
1301   // add between the add and the compare.
1302   Builder.SetInsertPoint(OrigAdd);
1303
1304   Value *TruncA = Builder.CreateTrunc(A, NewType, A->getName() + ".trunc");
1305   Value *TruncB = Builder.CreateTrunc(B, NewType, B->getName() + ".trunc");
1306   CallInst *Call = Builder.CreateCall(F, {TruncA, TruncB}, "sadd");
1307   Value *Add = Builder.CreateExtractValue(Call, 0, "sadd.result");
1308   Value *ZExt = Builder.CreateZExt(Add, OrigAdd->getType());
1309
1310   // The inner add was the result of the narrow add, zero extended to the
1311   // wider type.  Replace it with the result computed by the intrinsic.
1312   IC.replaceInstUsesWith(*OrigAdd, ZExt);
1313
1314   // The original icmp gets replaced with the overflow value.
1315   return ExtractValueInst::Create(Call, 1, "sadd.overflow");
1316 }
1317
1318 // Handle (icmp sgt smin(PosA, B) 0) -> (icmp sgt B 0)
1319 Instruction *InstCombiner::foldICmpWithZero(ICmpInst &Cmp) {
1320   CmpInst::Predicate Pred = Cmp.getPredicate();
1321   Value *X = Cmp.getOperand(0);
1322
1323   if (match(Cmp.getOperand(1), m_Zero()) && Pred == ICmpInst::ICMP_SGT) {
1324     Value *A, *B;
1325     SelectPatternResult SPR = matchSelectPattern(X, A, B);
1326     if (SPR.Flavor == SPF_SMIN) {
1327       if (isKnownPositive(A, DL, 0, &AC, &Cmp, &DT))
1328         return new ICmpInst(Pred, B, Cmp.getOperand(1));
1329       if (isKnownPositive(B, DL, 0, &AC, &Cmp, &DT))
1330         return new ICmpInst(Pred, A, Cmp.getOperand(1));
1331     }
1332   }
1333   return nullptr;
1334 }
1335
1336 /// Fold icmp Pred X, C.
1337 /// TODO: This code structure does not make sense. The saturating add fold
1338 /// should be moved to some other helper and extended as noted below (it is also
1339 /// possible that code has been made unnecessary - do we canonicalize IR to
1340 /// overflow/saturating intrinsics or not?).
1341 Instruction *InstCombiner::foldICmpWithConstant(ICmpInst &Cmp) {
1342   // Match the following pattern, which is a common idiom when writing
1343   // overflow-safe integer arithmetic functions. The source performs an addition
1344   // in wider type and explicitly checks for overflow using comparisons against
1345   // INT_MIN and INT_MAX. Simplify by using the sadd_with_overflow intrinsic.
1346   //
1347   // TODO: This could probably be generalized to handle other overflow-safe
1348   // operations if we worked out the formulas to compute the appropriate magic
1349   // constants.
1350   //
1351   // sum = a + b
1352   // if (sum+128 >u 255)  ...  -> llvm.sadd.with.overflow.i8
1353   CmpInst::Predicate Pred = Cmp.getPredicate();
1354   Value *Op0 = Cmp.getOperand(0), *Op1 = Cmp.getOperand(1);
1355   Value *A, *B;
1356   ConstantInt *CI, *CI2; // I = icmp ugt (add (add A, B), CI2), CI
1357   if (Pred == ICmpInst::ICMP_UGT && match(Op1, m_ConstantInt(CI)) &&
1358       match(Op0, m_Add(m_Add(m_Value(A), m_Value(B)), m_ConstantInt(CI2))))
1359     if (Instruction *Res = processUGT_ADDCST_ADD(Cmp, A, B, CI2, CI, *this))
1360       return Res;
1361
1362   return nullptr;
1363 }
1364
1365 /// Canonicalize icmp instructions based on dominating conditions.
1366 Instruction *InstCombiner::foldICmpWithDominatingICmp(ICmpInst &Cmp) {
1367   // This is a cheap/incomplete check for dominance - just match a single
1368   // predecessor with a conditional branch.
1369   BasicBlock *CmpBB = Cmp.getParent();
1370   BasicBlock *DomBB = CmpBB->getSinglePredecessor();
1371   if (!DomBB)
1372     return nullptr;
1373
1374   Value *DomCond;
1375   BasicBlock *TrueBB, *FalseBB;
1376   if (!match(DomBB->getTerminator(), m_Br(m_Value(DomCond), TrueBB, FalseBB)))
1377     return nullptr;
1378
1379   assert((TrueBB == CmpBB || FalseBB == CmpBB) &&
1380          "Predecessor block does not point to successor?");
1381
1382   // The branch should get simplified. Don't bother simplifying this condition.
1383   if (TrueBB == FalseBB)
1384     return nullptr;
1385
1386   // Try to simplify this compare to T/F based on the dominating condition.
1387   Optional<bool> Imp = isImpliedCondition(DomCond, &Cmp, DL, TrueBB == CmpBB);
1388   if (Imp)
1389     return replaceInstUsesWith(Cmp, ConstantInt::get(Cmp.getType(), *Imp));
1390
1391   CmpInst::Predicate Pred = Cmp.getPredicate();
1392   Value *X = Cmp.getOperand(0), *Y = Cmp.getOperand(1);
1393   ICmpInst::Predicate DomPred;
1394   const APInt *C, *DomC;
1395   if (match(DomCond, m_ICmp(DomPred, m_Specific(X), m_APInt(DomC))) &&
1396       match(Y, m_APInt(C))) {
1397     // We have 2 compares of a variable with constants. Calculate the constant
1398     // ranges of those compares to see if we can transform the 2nd compare:
1399     // DomBB:
1400     //   DomCond = icmp DomPred X, DomC
1401     //   br DomCond, CmpBB, FalseBB
1402     // CmpBB:
1403     //   Cmp = icmp Pred X, C
1404     ConstantRange CR = ConstantRange::makeAllowedICmpRegion(Pred, *C);
1405     ConstantRange DominatingCR =
1406         (CmpBB == TrueBB) ? ConstantRange::makeExactICmpRegion(DomPred, *DomC)
1407                           : ConstantRange::makeExactICmpRegion(
1408                                 CmpInst::getInversePredicate(DomPred), *DomC);
1409     ConstantRange Intersection = DominatingCR.intersectWith(CR);
1410     ConstantRange Difference = DominatingCR.difference(CR);
1411     if (Intersection.isEmptySet())
1412       return replaceInstUsesWith(Cmp, Builder.getFalse());
1413     if (Difference.isEmptySet())
1414       return replaceInstUsesWith(Cmp, Builder.getTrue());
1415
1416     // Canonicalizing a sign bit comparison that gets used in a branch,
1417     // pessimizes codegen by generating branch on zero instruction instead
1418     // of a test and branch. So we avoid canonicalizing in such situations
1419     // because test and branch instruction has better branch displacement
1420     // than compare and branch instruction.
1421     bool UnusedBit;
1422     bool IsSignBit = isSignBitCheck(Pred, *C, UnusedBit);
1423     if (Cmp.isEquality() || (IsSignBit && hasBranchUse(Cmp)))
1424       return nullptr;
1425
1426     if (const APInt *EqC = Intersection.getSingleElement())
1427       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_EQ, X, Builder.getInt(*EqC));
1428     if (const APInt *NeC = Difference.getSingleElement())
1429       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_NE, X, Builder.getInt(*NeC));
1430   }
1431
1432   return nullptr;
1433 }
1434
1435 /// Fold icmp (trunc X, Y), C.
1436 Instruction *InstCombiner::foldICmpTruncConstant(ICmpInst &Cmp,
1437                                                  TruncInst *Trunc,
1438                                                  const APInt &C) {
1439   ICmpInst::Predicate Pred = Cmp.getPredicate();
1440   Value *X = Trunc->getOperand(0);
1441   if (C.isOneValue() && C.getBitWidth() > 1) {
1442     // icmp slt trunc(signum(V)) 1 --> icmp slt V, 1
1443     Value *V = nullptr;
1444     if (Pred == ICmpInst::ICMP_SLT && match(X, m_Signum(m_Value(V))))
1445       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SLT, V,
1446                           ConstantInt::get(V->getType(), 1));
1447   }
1448
1449   if (Cmp.isEquality() && Trunc->hasOneUse()) {
1450     // Simplify icmp eq (trunc x to i8), 42 -> icmp eq x, 42|highbits if all
1451     // of the high bits truncated out of x are known.
1452     unsigned DstBits = Trunc->getType()->getScalarSizeInBits(),
1453              SrcBits = X->getType()->getScalarSizeInBits();
1454     KnownBits Known = computeKnownBits(X, 0, &Cmp);
1455
1456     // If all the high bits are known, we can do this xform.
1457     if ((Known.Zero | Known.One).countLeadingOnes() >= SrcBits - DstBits) {
1458       // Pull in the high bits from known-ones set.
1459       APInt NewRHS = C.zext(SrcBits);
1460       NewRHS |= Known.One & APInt::getHighBitsSet(SrcBits, SrcBits - DstBits);
1461       return new ICmpInst(Pred, X, ConstantInt::get(X->getType(), NewRHS));
1462     }
1463   }
1464
1465   return nullptr;
1466 }
1467
1468 /// Fold icmp (xor X, Y), C.
1469 Instruction *InstCombiner::foldICmpXorConstant(ICmpInst &Cmp,
1470                                                BinaryOperator *Xor,
1471                                                const APInt &C) {
1472   Value *X = Xor->getOperand(0);
1473   Value *Y = Xor->getOperand(1);
1474   const APInt *XorC;
1475   if (!match(Y, m_APInt(XorC)))
1476     return nullptr;
1477
1478   // If this is a comparison that tests the signbit (X < 0) or (x > -1),
1479   // fold the xor.
1480   ICmpInst::Predicate Pred = Cmp.getPredicate();
1481   bool TrueIfSigned = false;
1482   if (isSignBitCheck(Cmp.getPredicate(), C, TrueIfSigned)) {
1483
1484     // If the sign bit of the XorCst is not set, there is no change to
1485     // the operation, just stop using the Xor.
1486     if (!XorC->isNegative()) {
1487       Cmp.setOperand(0, X);
1488       Worklist.Add(Xor);
1489       return &Cmp;
1490     }
1491
1492     // Emit the opposite comparison.
1493     if (TrueIfSigned)
1494       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SGT, X,
1495                           ConstantInt::getAllOnesValue(X->getType()));
1496     else
1497       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SLT, X,
1498                           ConstantInt::getNullValue(X->getType()));
1499   }
1500
1501   if (Xor->hasOneUse()) {
1502     // (icmp u/s (xor X SignMask), C) -> (icmp s/u X, (xor C SignMask))
1503     if (!Cmp.isEquality() && XorC->isSignMask()) {
1504       Pred = Cmp.isSigned() ? Cmp.getUnsignedPredicate()
1505                             : Cmp.getSignedPredicate();
1506       return new ICmpInst(Pred, X, ConstantInt::get(X->getType(), C ^ *XorC));
1507     }
1508
1509     // (icmp u/s (xor X ~SignMask), C) -> (icmp s/u X, (xor C ~SignMask))
1510     if (!Cmp.isEquality() && XorC->isMaxSignedValue()) {
1511       Pred = Cmp.isSigned() ? Cmp.getUnsignedPredicate()
1512                             : Cmp.getSignedPredicate();
1513       Pred = Cmp.getSwappedPredicate(Pred);
1514       return new ICmpInst(Pred, X, ConstantInt::get(X->getType(), C ^ *XorC));
1515     }
1516   }
1517
1518   // Mask constant magic can eliminate an 'xor' with unsigned compares.
1519   if (Pred == ICmpInst::ICMP_UGT) {
1520     // (xor X, ~C) >u C --> X <u ~C (when C+1 is a power of 2)
1521     if (*XorC == ~C && (C + 1).isPowerOf2())
1522       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_ULT, X, Y);
1523     // (xor X, C) >u C --> X >u C (when C+1 is a power of 2)
1524     if (*XorC == C && (C + 1).isPowerOf2())
1525       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_UGT, X, Y);
1526   }
1527   if (Pred == ICmpInst::ICMP_ULT) {
1528     // (xor X, -C) <u C --> X >u ~C (when C is a power of 2)
1529     if (*XorC == -C && C.isPowerOf2())
1530       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_UGT, X,
1531                           ConstantInt::get(X->getType(), ~C));
1532     // (xor X, C) <u C --> X >u ~C (when -C is a power of 2)
1533     if (*XorC == C && (-C).isPowerOf2())
1534       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_UGT, X,
1535                           ConstantInt::get(X->getType(), ~C));
1536   }
1537   return nullptr;
1538 }
1539
1540 /// Fold icmp (and (sh X, Y), C2), C1.
1541 Instruction *InstCombiner::foldICmpAndShift(ICmpInst &Cmp, BinaryOperator *And,
1542                                             const APInt &C1, const APInt &C2) {
1543   BinaryOperator *Shift = dyn_cast<BinaryOperator>(And->getOperand(0));
1544   if (!Shift || !Shift->isShift())
1545     return nullptr;
1546
1547   // If this is: (X >> C3) & C2 != C1 (where any shift and any compare could
1548   // exist), turn it into (X & (C2 << C3)) != (C1 << C3). This happens a LOT in
1549   // code produced by the clang front-end, for bitfield access.
1550   // This seemingly simple opportunity to fold away a shift turns out to be
1551   // rather complicated. See PR17827 for details.
1552   unsigned ShiftOpcode = Shift->getOpcode();
1553   bool IsShl = ShiftOpcode == Instruction::Shl;
1554   const APInt *C3;
1555   if (match(Shift->getOperand(1), m_APInt(C3))) {
1556     bool CanFold = false;
1557     if (ShiftOpcode == Instruction::Shl) {
1558       // For a left shift, we can fold if the comparison is not signed. We can
1559       // also fold a signed comparison if the mask value and comparison value
1560       // are not negative. These constraints may not be obvious, but we can
1561       // prove that they are correct using an SMT solver.
1562       if (!Cmp.isSigned() || (!C2.isNegative() && !C1.isNegative()))
1563         CanFold = true;
1564     } else {
1565       bool IsAshr = ShiftOpcode == Instruction::AShr;
1566       // For a logical right shift, we can fold if the comparison is not signed.
1567       // We can also fold a signed comparison if the shifted mask value and the
1568       // shifted comparison value are not negative. These constraints may not be
1569       // obvious, but we can prove that they are correct using an SMT solver.
1570       // For an arithmetic shift right we can do the same, if we ensure
1571       // the And doesn't use any bits being shifted in. Normally these would
1572       // be turned into lshr by SimplifyDemandedBits, but not if there is an
1573       // additional user.
1574       if (!IsAshr || (C2.shl(*C3).lshr(*C3) == C2)) {
1575         if (!Cmp.isSigned() ||
1576             (!C2.shl(*C3).isNegative() && !C1.shl(*C3).isNegative()))
1577           CanFold = true;
1578       }
1579     }
1580
1581     if (CanFold) {
1582       APInt NewCst = IsShl ? C1.lshr(*C3) : C1.shl(*C3);
1583       APInt SameAsC1 = IsShl ? NewCst.shl(*C3) : NewCst.lshr(*C3);
1584       // Check to see if we are shifting out any of the bits being compared.
1585       if (SameAsC1 != C1) {
1586         // If we shifted bits out, the fold is not going to work out. As a
1587         // special case, check to see if this means that the result is always
1588         // true or false now.
1589         if (Cmp.getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
1590           return replaceInstUsesWith(Cmp, ConstantInt::getFalse(Cmp.getType()));
1591         if (Cmp.getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE)
1592           return replaceInstUsesWith(Cmp, ConstantInt::getTrue(Cmp.getType()));
1593       } else {
1594         Cmp.setOperand(1, ConstantInt::get(And->getType(), NewCst));
1595         APInt NewAndCst = IsShl ? C2.lshr(*C3) : C2.shl(*C3);
1596         And->setOperand(1, ConstantInt::get(And->getType(), NewAndCst));
1597         And->setOperand(0, Shift->getOperand(0));
1598         Worklist.Add(Shift); // Shift is dead.
1599         return &Cmp;
1600       }
1601     }
1602   }
1603
1604   // Turn ((X >> Y) & C2) == 0  into  (X & (C2 << Y)) == 0.  The latter is
1605   // preferable because it allows the C2 << Y expression to be hoisted out of a
1606   // loop if Y is invariant and X is not.
1607   if (Shift->hasOneUse() && C1.isNullValue() && Cmp.isEquality() &&
1608       !Shift->isArithmeticShift() && !isa<Constant>(Shift->getOperand(0))) {
1609     // Compute C2 << Y.
1610     Value *NewShift =
1611         IsShl ? Builder.CreateLShr(And->getOperand(1), Shift->getOperand(1))
1612               : Builder.CreateShl(And->getOperand(1), Shift->getOperand(1));
1613
1614     // Compute X & (C2 << Y).
1615     Value *NewAnd = Builder.CreateAnd(Shift->getOperand(0), NewShift);
1616     Cmp.setOperand(0, NewAnd);
1617     return &Cmp;
1618   }
1619
1620   return nullptr;
1621 }
1622
1623 /// Fold icmp (and X, C2), C1.
1624 Instruction *InstCombiner::foldICmpAndConstConst(ICmpInst &Cmp,
1625                                                  BinaryOperator *And,
1626                                                  const APInt &C1) {
1627   // For vectors: icmp ne (and X, 1), 0 --> trunc X to N x i1
1628   // TODO: We canonicalize to the longer form for scalars because we have
1629   // better analysis/folds for icmp, and codegen may be better with icmp.
1630   if (Cmp.getPredicate() == CmpInst::ICMP_NE && Cmp.getType()->isVectorTy() &&
1631       C1.isNullValue() && match(And->getOperand(1), m_One()))
1632     return new TruncInst(And->getOperand(0), Cmp.getType());
1633
1634   const APInt *C2;
1635   if (!match(And->getOperand(1), m_APInt(C2)))
1636     return nullptr;
1637
1638   if (!And->hasOneUse())
1639     return nullptr;
1640
1641   // If the LHS is an 'and' of a truncate and we can widen the and/compare to
1642   // the input width without changing the value produced, eliminate the cast:
1643   //
1644   // icmp (and (trunc W), C2), C1 -> icmp (and W, C2'), C1'
1645   //
1646   // We can do this transformation if the constants do not have their sign bits
1647   // set or if it is an equality comparison. Extending a relational comparison
1648   // when we're checking the sign bit would not work.
1649   Value *W;
1650   if (match(And->getOperand(0), m_OneUse(m_Trunc(m_Value(W)))) &&
1651       (Cmp.isEquality() || (!C1.isNegative() && !C2->isNegative()))) {
1652     // TODO: Is this a good transform for vectors? Wider types may reduce
1653     // throughput. Should this transform be limited (even for scalars) by using
1654     // shouldChangeType()?
1655     if (!Cmp.getType()->isVectorTy()) {
1656       Type *WideType = W->getType();
1657       unsigned WideScalarBits = WideType->getScalarSizeInBits();
1658       Constant *ZextC1 = ConstantInt::get(WideType, C1.zext(WideScalarBits));
1659       Constant *ZextC2 = ConstantInt::get(WideType, C2->zext(WideScalarBits));
1660       Value *NewAnd = Builder.CreateAnd(W, ZextC2, And->getName());
1661       return new ICmpInst(Cmp.getPredicate(), NewAnd, ZextC1);
1662     }
1663   }
1664
1665   if (Instruction *I = foldICmpAndShift(Cmp, And, C1, *C2))
1666     return I;
1667
1668   // (icmp pred (and (or (lshr A, B), A), 1), 0) -->
1669   // (icmp pred (and A, (or (shl 1, B), 1), 0))
1670   //
1671   // iff pred isn't signed
1672   if (!Cmp.isSigned() && C1.isNullValue() && And->getOperand(0)->hasOneUse() &&
1673       match(And->getOperand(1), m_One())) {
1674     Constant *One = cast<Constant>(And->getOperand(1));
1675     Value *Or = And->getOperand(0);
1676     Value *A, *B, *LShr;
1677     if (match(Or, m_Or(m_Value(LShr), m_Value(A))) &&
1678         match(LShr, m_LShr(m_Specific(A), m_Value(B)))) {
1679       unsigned UsesRemoved = 0;
1680       if (And->hasOneUse())
1681         ++UsesRemoved;
1682       if (Or->hasOneUse())
1683         ++UsesRemoved;
1684       if (LShr->hasOneUse())
1685         ++UsesRemoved;
1686
1687       // Compute A & ((1 << B) | 1)
1688       Value *NewOr = nullptr;
1689       if (auto *C = dyn_cast<Constant>(B)) {
1690         if (UsesRemoved >= 1)
1691           NewOr = ConstantExpr::getOr(ConstantExpr::getNUWShl(One, C), One);
1692       } else {
1693         if (UsesRemoved >= 3)
1694           NewOr = Builder.CreateOr(Builder.CreateShl(One, B, LShr->getName(),
1695                                                      /*HasNUW=*/true),
1696                                    One, Or->getName());
1697       }
1698       if (NewOr) {
1699         Value *NewAnd = Builder.CreateAnd(A, NewOr, And->getName());
1700         Cmp.setOperand(0, NewAnd);
1701         return &Cmp;
1702       }
1703     }
1704   }
1705
1706   return nullptr;
1707 }
1708
1709 /// Fold icmp (and X, Y), C.
1710 Instruction *InstCombiner::foldICmpAndConstant(ICmpInst &Cmp,
1711                                                BinaryOperator *And,
1712                                                const APInt &C) {
1713   if (Instruction *I = foldICmpAndConstConst(Cmp, And, C))
1714     return I;
1715
1716   // TODO: These all require that Y is constant too, so refactor with the above.
1717
1718   // Try to optimize things like "A[i] & 42 == 0" to index computations.
1719   Value *X = And->getOperand(0);
1720   Value *Y = And->getOperand(1);
1721   if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(X))
1722     if (auto *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(LI->getOperand(0)))
1723       if (auto *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0)))
1724         if (GV->isConstant() && GV->hasDefinitiveInitializer() &&
1725             !LI->isVolatile() && isa<ConstantInt>(Y)) {
1726           ConstantInt *C2 = cast<ConstantInt>(Y);
1727           if (Instruction *Res = foldCmpLoadFromIndexedGlobal(GEP, GV, Cmp, C2))
1728             return Res;
1729         }
1730
1731   if (!Cmp.isEquality())
1732     return nullptr;
1733
1734   // X & -C == -C -> X >  u ~C
1735   // X & -C != -C -> X <= u ~C
1736   //   iff C is a power of 2
1737   if (Cmp.getOperand(1) == Y && (-C).isPowerOf2()) {
1738     auto NewPred = Cmp.getPredicate() == CmpInst::ICMP_EQ ? CmpInst::ICMP_UGT
1739                                                           : CmpInst::ICMP_ULE;
1740     return new ICmpInst(NewPred, X, SubOne(cast<Constant>(Cmp.getOperand(1))));
1741   }
1742
1743   // (X & C2) == 0 -> (trunc X) >= 0
1744   // (X & C2) != 0 -> (trunc X) <  0
1745   //   iff C2 is a power of 2 and it masks the sign bit of a legal integer type.
1746   const APInt *C2;
1747   if (And->hasOneUse() && C.isNullValue() && match(Y, m_APInt(C2))) {
1748     int32_t ExactLogBase2 = C2->exactLogBase2();
1749     if (ExactLogBase2 != -1 && DL.isLegalInteger(ExactLogBase2 + 1)) {
1750       Type *NTy = IntegerType::get(Cmp.getContext(), ExactLogBase2 + 1);
1751       if (And->getType()->isVectorTy())
1752         NTy = VectorType::get(NTy, And->getType()->getVectorNumElements());
1753       Value *Trunc = Builder.CreateTrunc(X, NTy);
1754       auto NewPred = Cmp.getPredicate() == CmpInst::ICMP_EQ ? CmpInst::ICMP_SGE
1755                                                             : CmpInst::ICMP_SLT;
1756       return new ICmpInst(NewPred, Trunc, Constant::getNullValue(NTy));
1757     }
1758   }
1759
1760   return nullptr;
1761 }
1762
1763 /// Fold icmp (or X, Y), C.
1764 Instruction *InstCombiner::foldICmpOrConstant(ICmpInst &Cmp, BinaryOperator *Or,
1765                                               const APInt &C) {
1766   ICmpInst::Predicate Pred = Cmp.getPredicate();
1767   if (C.isOneValue()) {
1768     // icmp slt signum(V) 1 --> icmp slt V, 1
1769     Value *V = nullptr;
1770     if (Pred == ICmpInst::ICMP_SLT && match(Or, m_Signum(m_Value(V))))
1771       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SLT, V,
1772                           ConstantInt::get(V->getType(), 1));
1773   }
1774
1775   // X | C == C --> X <=u C
1776   // X | C != C --> X  >u C
1777   //   iff C+1 is a power of 2 (C is a bitmask of the low bits)
1778   if (Cmp.isEquality() && Cmp.getOperand(1) == Or->getOperand(1) &&
1779       (C + 1).isPowerOf2()) {
1780     Pred = (Pred == CmpInst::ICMP_EQ) ? CmpInst::ICMP_ULE : CmpInst::ICMP_UGT;
1781     return new ICmpInst(Pred, Or->getOperand(0), Or->getOperand(1));
1782   }
1783
1784   if (!Cmp.isEquality() || !C.isNullValue() || !Or->hasOneUse())
1785     return nullptr;
1786
1787   Value *P, *Q;
1788   if (match(Or, m_Or(m_PtrToInt(m_Value(P)), m_PtrToInt(m_Value(Q))))) {
1789     // Simplify icmp eq (or (ptrtoint P), (ptrtoint Q)), 0
1790     // -> and (icmp eq P, null), (icmp eq Q, null).
1791     Value *CmpP =
1792         Builder.CreateICmp(Pred, P, ConstantInt::getNullValue(P->getType()));
1793     Value *CmpQ =
1794         Builder.CreateICmp(Pred, Q, ConstantInt::getNullValue(Q->getType()));
1795     auto BOpc = Pred == CmpInst::ICMP_EQ ? Instruction::And : Instruction::Or;
1796     return BinaryOperator::Create(BOpc, CmpP, CmpQ);
1797   }
1798
1799   // Are we using xors to bitwise check for a pair of (in)equalities? Convert to
1800   // a shorter form that has more potential to be folded even further.
1801   Value *X1, *X2, *X3, *X4;
1802   if (match(Or->getOperand(0), m_OneUse(m_Xor(m_Value(X1), m_Value(X2)))) &&
1803       match(Or->getOperand(1), m_OneUse(m_Xor(m_Value(X3), m_Value(X4))))) {
1804     // ((X1 ^ X2) || (X3 ^ X4)) == 0 --> (X1 == X2) && (X3 == X4)
1805     // ((X1 ^ X2) || (X3 ^ X4)) != 0 --> (X1 != X2) || (X3 != X4)
1806     Value *Cmp12 = Builder.CreateICmp(Pred, X1, X2);
1807     Value *Cmp34 = Builder.CreateICmp(Pred, X3, X4);
1808     auto BOpc = Pred == CmpInst::ICMP_EQ ? Instruction::And : Instruction::Or;
1809     return BinaryOperator::Create(BOpc, Cmp12, Cmp34);
1810   }
1811
1812   return nullptr;
1813 }
1814
1815 /// Fold icmp (mul X, Y), C.
1816 Instruction *InstCombiner::foldICmpMulConstant(ICmpInst &Cmp,
1817                                                BinaryOperator *Mul,
1818                                                const APInt &C) {
1819   const APInt *MulC;
1820   if (!match(Mul->getOperand(1), m_APInt(MulC)))
1821     return nullptr;
1822
1823   // If this is a test of the sign bit and the multiply is sign-preserving with
1824   // a constant operand, use the multiply LHS operand instead.
1825   ICmpInst::Predicate Pred = Cmp.getPredicate();
1826   if (isSignTest(Pred, C) && Mul->hasNoSignedWrap()) {
1827     if (MulC->isNegative())
1828       Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
1829     return new ICmpInst(Pred, Mul->getOperand(0),
1830                         Constant::getNullValue(Mul->getType()));
1831   }
1832
1833   return nullptr;
1834 }
1835
1836 /// Fold icmp (shl 1, Y), C.
1837 static Instruction *foldICmpShlOne(ICmpInst &Cmp, Instruction *Shl,
1838                                    const APInt &C) {
1839   Value *Y;
1840   if (!match(Shl, m_Shl(m_One(), m_Value(Y))))
1841     return nullptr;
1842
1843   Type *ShiftType = Shl->getType();
1844   unsigned TypeBits = C.getBitWidth();
1845   bool CIsPowerOf2 = C.isPowerOf2();
1846   ICmpInst::Predicate Pred = Cmp.getPredicate();
1847   if (Cmp.isUnsigned()) {
1848     // (1 << Y) pred C -> Y pred Log2(C)
1849     if (!CIsPowerOf2) {
1850       // (1 << Y) <  30 -> Y <= 4
1851       // (1 << Y) <= 30 -> Y <= 4
1852       // (1 << Y) >= 30 -> Y >  4
1853       // (1 << Y) >  30 -> Y >  4
1854       if (Pred == ICmpInst::ICMP_ULT)
1855         Pred = ICmpInst::ICMP_ULE;
1856       else if (Pred == ICmpInst::ICMP_UGE)
1857         Pred = ICmpInst::ICMP_UGT;
1858     }
1859
1860     // (1 << Y) >= 2147483648 -> Y >= 31 -> Y == 31
1861     // (1 << Y) <  2147483648 -> Y <  31 -> Y != 31
1862     unsigned CLog2 = C.logBase2();
1863     if (CLog2 == TypeBits - 1) {
1864       if (Pred == ICmpInst::ICMP_UGE)
1865         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
1866       else if (Pred == ICmpInst::ICMP_ULT)
1867         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
1868     }
1869     return new ICmpInst(Pred, Y, ConstantInt::get(ShiftType, CLog2));
1870   } else if (Cmp.isSigned()) {
1871     Constant *BitWidthMinusOne = ConstantInt::get(ShiftType, TypeBits - 1);
1872     if (C.isAllOnesValue()) {
1873       // (1 << Y) <= -1 -> Y == 31
1874       if (Pred == ICmpInst::ICMP_SLE)
1875         return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_EQ, Y, BitWidthMinusOne);
1876
1877       // (1 << Y) >  -1 -> Y != 31
1878       if (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT)
1879         return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_NE, Y, BitWidthMinusOne);
1880     } else if (!C) {
1881       // (1 << Y) <  0 -> Y == 31
1882       // (1 << Y) <= 0 -> Y == 31
1883       if (Pred == ICmpInst::ICMP_SLT || Pred == ICmpInst::ICMP_SLE)
1884         return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_EQ, Y, BitWidthMinusOne);
1885
1886       // (1 << Y) >= 0 -> Y != 31
1887       // (1 << Y) >  0 -> Y != 31
1888       if (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT || Pred == ICmpInst::ICMP_SGE)
1889         return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_NE, Y, BitWidthMinusOne);
1890     }
1891   } else if (Cmp.isEquality() && CIsPowerOf2) {
1892     return new ICmpInst(Pred, Y, ConstantInt::get(ShiftType, C.logBase2()));
1893   }
1894
1895   return nullptr;
1896 }
1897
1898 /// Fold icmp (shl X, Y), C.
1899 Instruction *InstCombiner::foldICmpShlConstant(ICmpInst &Cmp,
1900                                                BinaryOperator *Shl,
1901                                                const APInt &C) {
1902   const APInt *ShiftVal;
1903   if (Cmp.isEquality() && match(Shl->getOperand(0), m_APInt(ShiftVal)))
1904     return foldICmpShlConstConst(Cmp, Shl->getOperand(1), C, *ShiftVal);
1905
1906   const APInt *ShiftAmt;
1907   if (!match(Shl->getOperand(1), m_APInt(ShiftAmt)))
1908     return foldICmpShlOne(Cmp, Shl, C);
1909
1910   // Check that the shift amount is in range. If not, don't perform undefined
1911   // shifts. When the shift is visited, it will be simplified.
1912   unsigned TypeBits = C.getBitWidth();
1913   if (ShiftAmt->uge(TypeBits))
1914     return nullptr;
1915
1916   ICmpInst::Predicate Pred = Cmp.getPredicate();
1917   Value *X = Shl->getOperand(0);
1918   Type *ShType = Shl->getType();
1919
1920   // NSW guarantees that we are only shifting out sign bits from the high bits,
1921   // so we can ASHR the compare constant without needing a mask and eliminate
1922   // the shift.
1923   if (Shl->hasNoSignedWrap()) {
1924     if (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT) {
1925       // icmp Pred (shl nsw X, ShiftAmt), C --> icmp Pred X, (C >>s ShiftAmt)
1926       APInt ShiftedC = C.ashr(*ShiftAmt);
1927       return new ICmpInst(Pred, X, ConstantInt::get(ShType, ShiftedC));
1928     }
1929     if ((Pred == ICmpInst::ICMP_EQ || Pred == ICmpInst::ICMP_NE) &&
1930         C.ashr(*ShiftAmt).shl(*ShiftAmt) == C) {
1931       APInt ShiftedC = C.ashr(*ShiftAmt);
1932       return new ICmpInst(Pred, X, ConstantInt::get(ShType, ShiftedC));
1933     }
1934     if (Pred == ICmpInst::ICMP_SLT) {
1935       // SLE is the same as above, but SLE is canonicalized to SLT, so convert:
1936       // (X << S) <=s C is equiv to X <=s (C >> S) for all C
1937       // (X << S) <s (C + 1) is equiv to X <s (C >> S) + 1 if C <s SMAX
1938       // (X << S) <s C is equiv to X <s ((C - 1) >> S) + 1 if C >s SMIN
1939       assert(!C.isMinSignedValue() && "Unexpected icmp slt");
1940       APInt ShiftedC = (C - 1).ashr(*ShiftAmt) + 1;
1941       return new ICmpInst(Pred, X, ConstantInt::get(ShType, ShiftedC));
1942     }
1943     // If this is a signed comparison to 0 and the shift is sign preserving,
1944     // use the shift LHS operand instead; isSignTest may change 'Pred', so only
1945     // do that if we're sure to not continue on in this function.
1946     if (isSignTest(Pred, C))
1947       return new ICmpInst(Pred, X, Constant::getNullValue(ShType));
1948   }
1949
1950   // NUW guarantees that we are only shifting out zero bits from the high bits,
1951   // so we can LSHR the compare constant without needing a mask and eliminate
1952   // the shift.
1953   if (Shl->hasNoUnsignedWrap()) {
1954     if (Pred == ICmpInst::ICMP_UGT) {
1955       // icmp Pred (shl nuw X, ShiftAmt), C --> icmp Pred X, (C >>u ShiftAmt)
1956       APInt ShiftedC = C.lshr(*ShiftAmt);
1957       return new ICmpInst(Pred, X, ConstantInt::get(ShType, ShiftedC));
1958     }
1959     if ((Pred == ICmpInst::ICMP_EQ || Pred == ICmpInst::ICMP_NE) &&
1960         C.lshr(*ShiftAmt).shl(*ShiftAmt) == C) {
1961       APInt ShiftedC = C.lshr(*ShiftAmt);
1962       return new ICmpInst(Pred, X, ConstantInt::get(ShType, ShiftedC));
1963     }
1964     if (Pred == ICmpInst::ICMP_ULT) {
1965       // ULE is the same as above, but ULE is canonicalized to ULT, so convert:
1966       // (X << S) <=u C is equiv to X <=u (C >> S) for all C
1967       // (X << S) <u (C + 1) is equiv to X <u (C >> S) + 1 if C <u ~0u
1968       // (X << S) <u C is equiv to X <u ((C - 1) >> S) + 1 if C >u 0
1969       assert(C.ugt(0) && "ult 0 should have been eliminated");
1970       APInt ShiftedC = (C - 1).lshr(*ShiftAmt) + 1;
1971       return new ICmpInst(Pred, X, ConstantInt::get(ShType, ShiftedC));
1972     }
1973   }
1974
1975   if (Cmp.isEquality() && Shl->hasOneUse()) {
1976     // Strength-reduce the shift into an 'and'.
1977     Constant *Mask = ConstantInt::get(
1978         ShType,
1979         APInt::getLowBitsSet(TypeBits, TypeBits - ShiftAmt->getZExtValue()));
1980     Value *And = Builder.CreateAnd(X, Mask, Shl->getName() + ".mask");
1981     Constant *LShrC = ConstantInt::get(ShType, C.lshr(*ShiftAmt));
1982     return new ICmpInst(Pred, And, LShrC);
1983   }
1984
1985   // Otherwise, if this is a comparison of the sign bit, simplify to and/test.
1986   bool TrueIfSigned = false;
1987   if (Shl->hasOneUse() && isSignBitCheck(Pred, C, TrueIfSigned)) {
1988     // (X << 31) <s 0  --> (X & 1) != 0
1989     Constant *Mask = ConstantInt::get(
1990         ShType,
1991         APInt::getOneBitSet(TypeBits, TypeBits - ShiftAmt->getZExtValue() - 1));
1992     Value *And = Builder.CreateAnd(X, Mask, Shl->getName() + ".mask");
1993     return new ICmpInst(TrueIfSigned ? ICmpInst::ICMP_NE : ICmpInst::ICMP_EQ,
1994                         And, Constant::getNullValue(ShType));
1995   }
1996
1997   // Transform (icmp pred iM (shl iM %v, N), C)
1998   // -> (icmp pred i(M-N) (trunc %v iM to i(M-N)), (trunc (C>>N))
1999   // Transform the shl to a trunc if (trunc (C>>N)) has no loss and M-N.
2000   // This enables us to get rid of the shift in favor of a trunc that may be
2001   // free on the target. It has the additional benefit of comparing to a
2002   // smaller constant that may be more target-friendly.
2003   unsigned Amt = ShiftAmt->getLimitedValue(TypeBits - 1);
2004   if (Shl->hasOneUse() && Amt != 0 && C.countTrailingZeros() >= Amt &&
2005       DL.isLegalInteger(TypeBits - Amt)) {
2006     Type *TruncTy = IntegerType::get(Cmp.getContext(), TypeBits - Amt);
2007     if (ShType->isVectorTy())
2008       TruncTy = VectorType::get(TruncTy, ShType->getVectorNumElements());
2009     Constant *NewC =
2010         ConstantInt::get(TruncTy, C.ashr(*ShiftAmt).trunc(TypeBits - Amt));
2011     return new ICmpInst(Pred, Builder.CreateTrunc(X, TruncTy), NewC);
2012   }
2013
2014   return nullptr;
2015 }
2016
2017 /// Fold icmp ({al}shr X, Y), C.
2018 Instruction *InstCombiner::foldICmpShrConstant(ICmpInst &Cmp,
2019                                                BinaryOperator *Shr,
2020                                                const APInt &C) {
2021   // An exact shr only shifts out zero bits, so:
2022   // icmp eq/ne (shr X, Y), 0 --> icmp eq/ne X, 0
2023   Value *X = Shr->getOperand(0);
2024   CmpInst::Predicate Pred = Cmp.getPredicate();
2025   if (Cmp.isEquality() && Shr->isExact() && Shr->hasOneUse() &&
2026       C.isNullValue())
2027     return new ICmpInst(Pred, X, Cmp.getOperand(1));
2028
2029   const APInt *ShiftVal;
2030   if (Cmp.isEquality() && match(Shr->getOperand(0), m_APInt(ShiftVal)))
2031     return foldICmpShrConstConst(Cmp, Shr->getOperand(1), C, *ShiftVal);
2032
2033   const APInt *ShiftAmt;
2034   if (!match(Shr->getOperand(1), m_APInt(ShiftAmt)))
2035     return nullptr;
2036
2037   // Check that the shift amount is in range. If not, don't perform undefined
2038   // shifts. When the shift is visited it will be simplified.
2039   unsigned TypeBits = C.getBitWidth();
2040   unsigned ShAmtVal = ShiftAmt->getLimitedValue(TypeBits);
2041   if (ShAmtVal >= TypeBits || ShAmtVal == 0)
2042     return nullptr;
2043
2044   bool IsAShr = Shr->getOpcode() == Instruction::AShr;
2045   bool IsExact = Shr->isExact();
2046   Type *ShrTy = Shr->getType();
2047   // TODO: If we could guarantee that InstSimplify would handle all of the
2048   // constant-value-based preconditions in the folds below, then we could assert
2049   // those conditions rather than checking them. This is difficult because of
2050   // undef/poison (PR34838).
2051   if (IsAShr) {
2052     if (Pred == CmpInst::ICMP_SLT || (Pred == CmpInst::ICMP_SGT && IsExact)) {
2053       // icmp slt (ashr X, ShAmtC), C --> icmp slt X, (C << ShAmtC)
2054       // icmp sgt (ashr exact X, ShAmtC), C --> icmp sgt X, (C << ShAmtC)
2055       APInt ShiftedC = C.shl(ShAmtVal);
2056       if (ShiftedC.ashr(ShAmtVal) == C)
2057         return new ICmpInst(Pred, X, ConstantInt::get(ShrTy, ShiftedC));
2058     }
2059     if (Pred == CmpInst::ICMP_SGT) {
2060       // icmp sgt (ashr X, ShAmtC), C --> icmp sgt X, ((C + 1) << ShAmtC) - 1
2061       APInt ShiftedC = (C + 1).shl(ShAmtVal) - 1;
2062       if (!C.isMaxSignedValue() && !(C + 1).shl(ShAmtVal).isMinSignedValue() &&
2063           (ShiftedC + 1).ashr(ShAmtVal) == (C + 1))
2064         return new ICmpInst(Pred, X, ConstantInt::get(ShrTy, ShiftedC));
2065     }
2066   } else {
2067     if (Pred == CmpInst::ICMP_ULT || (Pred == CmpInst::ICMP_UGT && IsExact)) {
2068       // icmp ult (lshr X, ShAmtC), C --> icmp ult X, (C << ShAmtC)
2069       // icmp ugt (lshr exact X, ShAmtC), C --> icmp ugt X, (C << ShAmtC)
2070       APInt ShiftedC = C.shl(ShAmtVal);
2071       if (ShiftedC.lshr(ShAmtVal) == C)
2072         return new ICmpInst(Pred, X, ConstantInt::get(ShrTy, ShiftedC));
2073     }
2074     if (Pred == CmpInst::ICMP_UGT) {
2075       // icmp ugt (lshr X, ShAmtC), C --> icmp ugt X, ((C + 1) << ShAmtC) - 1
2076       APInt ShiftedC = (C + 1).shl(ShAmtVal) - 1;
2077       if ((ShiftedC + 1).lshr(ShAmtVal) == (C + 1))
2078         return new ICmpInst(Pred, X, ConstantInt::get(ShrTy, ShiftedC));
2079     }
2080   }
2081
2082   if (!Cmp.isEquality())
2083     return nullptr;
2084
2085   // Handle equality comparisons of shift-by-constant.
2086
2087   // If the comparison constant changes with the shift, the comparison cannot
2088   // succeed (bits of the comparison constant cannot match the shifted value).
2089   // This should be known by InstSimplify and already be folded to true/false.
2090   assert(((IsAShr && C.shl(ShAmtVal).ashr(ShAmtVal) == C) ||
2091           (!IsAShr && C.shl(ShAmtVal).lshr(ShAmtVal) == C)) &&
2092          "Expected icmp+shr simplify did not occur.");
2093
2094   // If the bits shifted out are known zero, compare the unshifted value:
2095   //  (X & 4) >> 1 == 2  --> (X & 4) == 4.
2096   if (Shr->isExact())
2097     return new ICmpInst(Pred, X, ConstantInt::get(ShrTy, C << ShAmtVal));
2098
2099   if (Shr->hasOneUse()) {
2100     // Canonicalize the shift into an 'and':
2101     // icmp eq/ne (shr X, ShAmt), C --> icmp eq/ne (and X, HiMask), (C << ShAmt)
2102     APInt Val(APInt::getHighBitsSet(TypeBits, TypeBits - ShAmtVal));
2103     Constant *Mask = ConstantInt::get(ShrTy, Val);
2104     Value *And = Builder.CreateAnd(X, Mask, Shr->getName() + ".mask");
2105     return new ICmpInst(Pred, And, ConstantInt::get(ShrTy, C << ShAmtVal));
2106   }
2107
2108   return nullptr;
2109 }
2110
2111 /// Fold icmp (udiv X, Y), C.
2112 Instruction *InstCombiner::foldICmpUDivConstant(ICmpInst &Cmp,
2113                                                 BinaryOperator *UDiv,
2114                                                 const APInt &C) {
2115   const APInt *C2;
2116   if (!match(UDiv->getOperand(0), m_APInt(C2)))
2117     return nullptr;
2118
2119   assert(*C2 != 0 && "udiv 0, X should have been simplified already.");
2120
2121   // (icmp ugt (udiv C2, Y), C) -> (icmp ule Y, C2/(C+1))
2122   Value *Y = UDiv->getOperand(1);
2123   if (Cmp.getPredicate() == ICmpInst::ICMP_UGT) {
2124     assert(!C.isMaxValue() &&
2125            "icmp ugt X, UINT_MAX should have been simplified already.");
2126     return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_ULE, Y,
2127                         ConstantInt::get(Y->getType(), C2->udiv(C + 1)));
2128   }
2129
2130   // (icmp ult (udiv C2, Y), C) -> (icmp ugt Y, C2/C)
2131   if (Cmp.getPredicate() == ICmpInst::ICMP_ULT) {
2132     assert(C != 0 && "icmp ult X, 0 should have been simplified already.");
2133     return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_UGT, Y,
2134                         ConstantInt::get(Y->getType(), C2->udiv(C)));
2135   }
2136
2137   return nullptr;
2138 }
2139
2140 /// Fold icmp ({su}div X, Y), C.
2141 Instruction *InstCombiner::foldICmpDivConstant(ICmpInst &Cmp,
2142                                                BinaryOperator *Div,
2143                                                const APInt &C) {
2144   // Fold: icmp pred ([us]div X, C2), C -> range test
2145   // Fold this div into the comparison, producing a range check.
2146   // Determine, based on the divide type, what the range is being
2147   // checked.  If there is an overflow on the low or high side, remember
2148   // it, otherwise compute the range [low, hi) bounding the new value.
2149   // See: InsertRangeTest above for the kinds of replacements possible.
2150   const APInt *C2;
2151   if (!match(Div->getOperand(1), m_APInt(C2)))
2152     return nullptr;
2153
2154   // FIXME: If the operand types don't match the type of the divide
2155   // then don't attempt this transform. The code below doesn't have the
2156   // logic to deal with a signed divide and an unsigned compare (and
2157   // vice versa). This is because (x /s C2) <s C  produces different
2158   // results than (x /s C2) <u C or (x /u C2) <s C or even
2159   // (x /u C2) <u C.  Simply casting the operands and result won't
2160   // work. :(  The if statement below tests that condition and bails
2161   // if it finds it.
2162   bool DivIsSigned = Div->getOpcode() == Instruction::SDiv;
2163   if (!Cmp.isEquality() && DivIsSigned != Cmp.isSigned())
2164     return nullptr;
2165
2166   // The ProdOV computation fails on divide by 0 and divide by -1. Cases with
2167   // INT_MIN will also fail if the divisor is 1. Although folds of all these
2168   // division-by-constant cases should be present, we can not assert that they
2169   // have happened before we reach this icmp instruction.
2170   if (C2->isNullValue() || C2->isOneValue() ||
2171       (DivIsSigned && C2->isAllOnesValue()))
2172     return nullptr;
2173
2174   // Compute Prod = C * C2. We are essentially solving an equation of
2175   // form X / C2 = C. We solve for X by multiplying C2 and C.
2176   // By solving for X, we can turn this into a range check instead of computing
2177   // a divide.
2178   APInt Prod = C * *C2;
2179
2180   // Determine if the product overflows by seeing if the product is not equal to
2181   // the divide. Make sure we do the same kind of divide as in the LHS
2182   // instruction that we're folding.
2183   bool ProdOV = (DivIsSigned ? Prod.sdiv(*C2) : Prod.udiv(*C2)) != C;
2184
2185   ICmpInst::Predicate Pred = Cmp.getPredicate();
2186
2187   // If the division is known to be exact, then there is no remainder from the
2188   // divide, so the covered range size is unit, otherwise it is the divisor.
2189   APInt RangeSize = Div->isExact() ? APInt(C2->getBitWidth(), 1) : *C2;
2190
2191   // Figure out the interval that is being checked.  For example, a comparison
2192   // like "X /u 5 == 0" is really checking that X is in the interval [0, 5).
2193   // Compute this interval based on the constants involved and the signedness of
2194   // the compare/divide.  This computes a half-open interval, keeping track of
2195   // whether either value in the interval overflows.  After analysis each
2196   // overflow variable is set to 0 if it's corresponding bound variable is valid
2197   // -1 if overflowed off the bottom end, or +1 if overflowed off the top end.
2198   int LoOverflow = 0, HiOverflow = 0;
2199   APInt LoBound, HiBound;
2200
2201   if (!DivIsSigned) {  // udiv
2202     // e.g. X/5 op 3  --> [15, 20)
2203     LoBound = Prod;
2204     HiOverflow = LoOverflow = ProdOV;
2205     if (!HiOverflow) {
2206       // If this is not an exact divide, then many values in the range collapse
2207       // to the same result value.
2208       HiOverflow = addWithOverflow(HiBound, LoBound, RangeSize, false);
2209     }
2210   } else if (C2->isStrictlyPositive()) { // Divisor is > 0.
2211     if (C.isNullValue()) {       // (X / pos) op 0
2212       // Can't overflow.  e.g.  X/2 op 0 --> [-1, 2)
2213       LoBound = -(RangeSize - 1);
2214       HiBound = RangeSize;
2215     } else if (C.isStrictlyPositive()) {   // (X / pos) op pos
2216       LoBound = Prod;     // e.g.   X/5 op 3 --> [15, 20)
2217       HiOverflow = LoOverflow = ProdOV;
2218       if (!HiOverflow)
2219         HiOverflow = addWithOverflow(HiBound, Prod, RangeSize, true);
2220     } else {                       // (X / pos) op neg
2221       // e.g. X/5 op -3  --> [-15-4, -15+1) --> [-19, -14)
2222       HiBound = Prod + 1;
2223       LoOverflow = HiOverflow = ProdOV ? -1 : 0;
2224       if (!LoOverflow) {
2225         APInt DivNeg = -RangeSize;
2226         LoOverflow = addWithOverflow(LoBound, HiBound, DivNeg, true) ? -1 : 0;
2227       }
2228     }
2229   } else if (C2->isNegative()) { // Divisor is < 0.
2230     if (Div->isExact())
2231       RangeSize.negate();
2232     if (C.isNullValue()) { // (X / neg) op 0
2233       // e.g. X/-5 op 0  --> [-4, 5)
2234       LoBound = RangeSize + 1;
2235       HiBound = -RangeSize;
2236       if (HiBound == *C2) {        // -INTMIN = INTMIN
2237         HiOverflow = 1;            // [INTMIN+1, overflow)
2238         HiBound = APInt();         // e.g. X/INTMIN = 0 --> X > INTMIN
2239       }
2240     } else if (C.isStrictlyPositive()) {   // (X / neg) op pos
2241       // e.g. X/-5 op 3  --> [-19, -14)
2242       HiBound = Prod + 1;
2243       HiOverflow = LoOverflow = ProdOV ? -1 : 0;
2244       if (!LoOverflow)
2245         LoOverflow = addWithOverflow(LoBound, HiBound, RangeSize, true) ? -1:0;
2246     } else {                       // (X / neg) op neg
2247       LoBound = Prod;       // e.g. X/-5 op -3  --> [15, 20)
2248       LoOverflow = HiOverflow = ProdOV;
2249       if (!HiOverflow)
2250         HiOverflow = subWithOverflow(HiBound, Prod, RangeSize, true);
2251     }
2252
2253     // Dividing by a negative swaps the condition.  LT <-> GT
2254     Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
2255   }
2256
2257   Value *X = Div->getOperand(0);
2258   switch (Pred) {
2259     default: llvm_unreachable("Unhandled icmp opcode!");
2260     case ICmpInst::ICMP_EQ:
2261       if (LoOverflow && HiOverflow)
2262         return replaceInstUsesWith(Cmp, Builder.getFalse());
2263       if (HiOverflow)
2264         return new ICmpInst(DivIsSigned ? ICmpInst::ICMP_SGE :
2265                             ICmpInst::ICMP_UGE, X,
2266                             ConstantInt::get(Div->getType(), LoBound));
2267       if (LoOverflow)
2268         return new ICmpInst(DivIsSigned ? ICmpInst::ICMP_SLT :
2269                             ICmpInst::ICMP_ULT, X,
2270                             ConstantInt::get(Div->getType(), HiBound));
2271       return replaceInstUsesWith(
2272           Cmp, insertRangeTest(X, LoBound, HiBound, DivIsSigned, true));
2273     case ICmpInst::ICMP_NE:
2274       if (LoOverflow && HiOverflow)
2275         return replaceInstUsesWith(Cmp, Builder.getTrue());
2276       if (HiOverflow)
2277         return new ICmpInst(DivIsSigned ? ICmpInst::ICMP_SLT :
2278                             ICmpInst::ICMP_ULT, X,
2279                             ConstantInt::get(Div->getType(), LoBound));
2280       if (LoOverflow)
2281         return new ICmpInst(DivIsSigned ? ICmpInst::ICMP_SGE :
2282                             ICmpInst::ICMP_UGE, X,
2283                             ConstantInt::get(Div->getType(), HiBound));
2284       return replaceInstUsesWith(Cmp,
2285                                  insertRangeTest(X, LoBound, HiBound,
2286                                                  DivIsSigned, false));
2287     case ICmpInst::ICMP_ULT:
2288     case ICmpInst::ICMP_SLT:
2289       if (LoOverflow == +1)   // Low bound is greater than input range.
2290         return replaceInstUsesWith(Cmp, Builder.getTrue());
2291       if (LoOverflow == -1)   // Low bound is less than input range.
2292         return replaceInstUsesWith(Cmp, Builder.getFalse());
2293       return new ICmpInst(Pred, X, ConstantInt::get(Div->getType(), LoBound));
2294     case ICmpInst::ICMP_UGT:
2295     case ICmpInst::ICMP_SGT:
2296       if (HiOverflow == +1)       // High bound greater than input range.
2297         return replaceInstUsesWith(Cmp, Builder.getFalse());
2298       if (HiOverflow == -1)       // High bound less than input range.
2299         return replaceInstUsesWith(Cmp, Builder.getTrue());
2300       if (Pred == ICmpInst::ICMP_UGT)
2301         return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_UGE, X,
2302                             ConstantInt::get(Div->getType(), HiBound));
2303       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SGE, X,
2304                           ConstantInt::get(Div->getType(), HiBound));
2305   }
2306
2307   return nullptr;
2308 }
2309
2310 /// Fold icmp (sub X, Y), C.
2311 Instruction *InstCombiner::foldICmpSubConstant(ICmpInst &Cmp,
2312                                                BinaryOperator *Sub,
2313                                                const APInt &C) {
2314   Value *X = Sub->getOperand(0), *Y = Sub->getOperand(1);
2315   ICmpInst::Predicate Pred = Cmp.getPredicate();
2316
2317   // The following transforms are only worth it if the only user of the subtract
2318   // is the icmp.
2319   if (!Sub->hasOneUse())
2320     return nullptr;
2321
2322   if (Sub->hasNoSignedWrap()) {
2323     // (icmp sgt (sub nsw X, Y), -1) -> (icmp sge X, Y)
2324     if (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT && C.isAllOnesValue())
2325       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SGE, X, Y);
2326
2327     // (icmp sgt (sub nsw X, Y), 0) -> (icmp sgt X, Y)
2328     if (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT && C.isNullValue())
2329       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SGT, X, Y);
2330
2331     // (icmp slt (sub nsw X, Y), 0) -> (icmp slt X, Y)
2332     if (Pred == ICmpInst::ICMP_SLT && C.isNullValue())
2333       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SLT, X, Y);
2334
2335     // (icmp slt (sub nsw X, Y), 1) -> (icmp sle X, Y)
2336     if (Pred == ICmpInst::ICMP_SLT && C.isOneValue())
2337       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SLE, X, Y);
2338   }
2339
2340   const APInt *C2;
2341   if (!match(X, m_APInt(C2)))
2342     return nullptr;
2343
2344   // C2 - Y <u C -> (Y | (C - 1)) == C2
2345   //   iff (C2 & (C - 1)) == C - 1 and C is a power of 2
2346   if (Pred == ICmpInst::ICMP_ULT && C.isPowerOf2() &&
2347       (*C2 & (C - 1)) == (C - 1))
2348     return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_EQ, Builder.CreateOr(Y, C - 1), X);
2349
2350   // C2 - Y >u C -> (Y | C) != C2
2351   //   iff C2 & C == C and C + 1 is a power of 2
2352   if (Pred == ICmpInst::ICMP_UGT && (C + 1).isPowerOf2() && (*C2 & C) == C)
2353     return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_NE, Builder.CreateOr(Y, C), X);
2354
2355   return nullptr;
2356 }
2357
2358 /// Fold icmp (add X, Y), C.
2359 Instruction *InstCombiner::foldICmpAddConstant(ICmpInst &Cmp,
2360                                                BinaryOperator *Add,
2361                                                const APInt &C) {
2362   Value *Y = Add->getOperand(1);
2363   const APInt *C2;
2364   if (Cmp.isEquality() || !match(Y, m_APInt(C2)))
2365     return nullptr;
2366
2367   // Fold icmp pred (add X, C2), C.
2368   Value *X = Add->getOperand(0);
2369   Type *Ty = Add->getType();
2370   CmpInst::Predicate Pred = Cmp.getPredicate();
2371
2372   if (!Add->hasOneUse())
2373     return nullptr;
2374
2375   // If the add does not wrap, we can always adjust the compare by subtracting
2376   // the constants. Equality comparisons are handled elsewhere. SGE/SLE/UGE/ULE
2377   // are canonicalized to SGT/SLT/UGT/ULT.
2378   if ((Add->hasNoSignedWrap() &&
2379        (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT || Pred == ICmpInst::ICMP_SLT)) ||
2380       (Add->hasNoUnsignedWrap() &&
2381        (Pred == ICmpInst::ICMP_UGT || Pred == ICmpInst::ICMP_ULT))) {
2382     bool Overflow;
2383     APInt NewC =
2384         Cmp.isSigned() ? C.ssub_ov(*C2, Overflow) : C.usub_ov(*C2, Overflow);
2385     // If there is overflow, the result must be true or false.
2386     // TODO: Can we assert there is no overflow because InstSimplify always
2387     // handles those cases?
2388     if (!Overflow)
2389       // icmp Pred (add nsw X, C2), C --> icmp Pred X, (C - C2)
2390       return new ICmpInst(Pred, X, ConstantInt::get(Ty, NewC));
2391   }
2392
2393   auto CR = ConstantRange::makeExactICmpRegion(Pred, C).subtract(*C2);
2394   const APInt &Upper = CR.getUpper();
2395   const APInt &Lower = CR.getLower();
2396   if (Cmp.isSigned()) {
2397     if (Lower.isSignMask())
2398       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SLT, X, ConstantInt::get(Ty, Upper));
2399     if (Upper.isSignMask())
2400       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SGE, X, ConstantInt::get(Ty, Lower));
2401   } else {
2402     if (Lower.isMinValue())
2403       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_ULT, X, ConstantInt::get(Ty, Upper));
2404     if (Upper.isMinValue())
2405       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_UGE, X, ConstantInt::get(Ty, Lower));
2406   }
2407
2408   // X+C <u C2 -> (X & -C2) == C
2409   //   iff C & (C2-1) == 0
2410   //       C2 is a power of 2
2411   if (Pred == ICmpInst::ICMP_ULT && C.isPowerOf2() && (*C2 & (C - 1)) == 0)
2412     return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_EQ, Builder.CreateAnd(X, -C),
2413                         ConstantExpr::getNeg(cast<Constant>(Y)));
2414
2415   // X+C >u C2 -> (X & ~C2) != C
2416   //   iff C & C2 == 0
2417   //       C2+1 is a power of 2
2418   if (Pred == ICmpInst::ICMP_UGT && (C + 1).isPowerOf2() && (*C2 & C) == 0)
2419     return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_NE, Builder.CreateAnd(X, ~C),
2420                         ConstantExpr::getNeg(cast<Constant>(Y)));
2421
2422   return nullptr;
2423 }
2424
2425 bool InstCombiner::matchThreeWayIntCompare(SelectInst *SI, Value *&LHS,
2426                                            Value *&RHS, ConstantInt *&Less,
2427                                            ConstantInt *&Equal,
2428                                            ConstantInt *&Greater) {
2429   // TODO: Generalize this to work with other comparison idioms or ensure
2430   // they get canonicalized into this form.
2431
2432   // select i1 (a == b), i32 Equal, i32 (select i1 (a < b), i32 Less, i32
2433   // Greater), where Equal, Less and Greater are placeholders for any three
2434   // constants.
2435   ICmpInst::Predicate PredA, PredB;
2436   if (match(SI->getTrueValue(), m_ConstantInt(Equal)) &&
2437       match(SI->getCondition(), m_ICmp(PredA, m_Value(LHS), m_Value(RHS))) &&
2438       PredA == ICmpInst::ICMP_EQ &&
2439       match(SI->getFalseValue(),
2440             m_Select(m_ICmp(PredB, m_Specific(LHS), m_Specific(RHS)),
2441                      m_ConstantInt(Less), m_ConstantInt(Greater))) &&
2442       PredB == ICmpInst::ICMP_SLT) {
2443     return true;
2444   }
2445   return false;
2446 }
2447
2448 Instruction *InstCombiner::foldICmpSelectConstant(ICmpInst &Cmp,
2449                                                   SelectInst *Select,
2450                                                   ConstantInt *C) {
2451
2452   assert(C && "Cmp RHS should be a constant int!");
2453   // If we're testing a constant value against the result of a three way
2454   // comparison, the result can be expressed directly in terms of the
2455   // original values being compared.  Note: We could possibly be more
2456   // aggressive here and remove the hasOneUse test. The original select is
2457   // really likely to simplify or sink when we remove a test of the result.
2458   Value *OrigLHS, *OrigRHS;
2459   ConstantInt *C1LessThan, *C2Equal, *C3GreaterThan;
2460   if (Cmp.hasOneUse() &&
2461       matchThreeWayIntCompare(Select, OrigLHS, OrigRHS, C1LessThan, C2Equal,
2462                               C3GreaterThan)) {
2463     assert(C1LessThan && C2Equal && C3GreaterThan);
2464
2465     bool TrueWhenLessThan =
2466         ConstantExpr::getCompare(Cmp.getPredicate(), C1LessThan, C)
2467             ->isAllOnesValue();
2468     bool TrueWhenEqual =
2469         ConstantExpr::getCompare(Cmp.getPredicate(), C2Equal, C)
2470             ->isAllOnesValue();
2471     bool TrueWhenGreaterThan =
2472         ConstantExpr::getCompare(Cmp.getPredicate(), C3GreaterThan, C)
2473             ->isAllOnesValue();
2474
2475     // This generates the new instruction that will replace the original Cmp
2476     // Instruction. Instead of enumerating the various combinations when
2477     // TrueWhenLessThan, TrueWhenEqual and TrueWhenGreaterThan are true versus
2478     // false, we rely on chaining of ORs and future passes of InstCombine to
2479     // simplify the OR further (i.e. a s< b || a == b becomes a s<= b).
2480
2481     // When none of the three constants satisfy the predicate for the RHS (C),
2482     // the entire original Cmp can be simplified to a false.
2483     Value *Cond = Builder.getFalse();
2484     if (TrueWhenLessThan)
2485       Cond = Builder.CreateOr(Cond, Builder.CreateICmp(ICmpInst::ICMP_SLT, OrigLHS, OrigRHS));
2486     if (TrueWhenEqual)
2487       Cond = Builder.CreateOr(Cond, Builder.CreateICmp(ICmpInst::ICMP_EQ, OrigLHS, OrigRHS));
2488     if (TrueWhenGreaterThan)
2489       Cond = Builder.CreateOr(Cond, Builder.CreateICmp(ICmpInst::ICMP_SGT, OrigLHS, OrigRHS));
2490
2491     return replaceInstUsesWith(Cmp, Cond);
2492   }
2493   return nullptr;
2494 }
2495
2496 Instruction *InstCombiner::foldICmpBitCastConstant(ICmpInst &Cmp,
2497                                                    BitCastInst *Bitcast,
2498                                                    const APInt &C) {
2499   // Folding: icmp <pred> iN X, C
2500   //  where X = bitcast <M x iK> (shufflevector <M x iK> %vec, undef, SC)) to iN
2501   //    and C is a splat of a K-bit pattern
2502   //    and SC is a constant vector = <C', C', C', ..., C'>
2503   // Into:
2504   //   %E = extractelement <M x iK> %vec, i32 C'
2505   //   icmp <pred> iK %E, trunc(C)
2506   if (!Bitcast->getType()->isIntegerTy() ||
2507       !Bitcast->getSrcTy()->isIntOrIntVectorTy())
2508     return nullptr;
2509
2510   Value *BCIOp = Bitcast->getOperand(0);
2511   Value *Vec = nullptr;     // 1st vector arg of the shufflevector
2512   Constant *Mask = nullptr; // Mask arg of the shufflevector
2513   if (match(BCIOp,
2514             m_ShuffleVector(m_Value(Vec), m_Undef(), m_Constant(Mask)))) {
2515     // Check whether every element of Mask is the same constant
2516     if (auto *Elem = dyn_cast_or_null<ConstantInt>(Mask->getSplatValue())) {
2517       auto *VecTy = cast<VectorType>(BCIOp->getType());
2518       auto *EltTy = cast<IntegerType>(VecTy->getElementType());
2519       auto Pred = Cmp.getPredicate();
2520       if (C.isSplat(EltTy->getBitWidth())) {
2521         // Fold the icmp based on the value of C
2522         // If C is M copies of an iK sized bit pattern,
2523         // then:
2524         //   =>  %E = extractelement <N x iK> %vec, i32 Elem
2525         //       icmp <pred> iK %SplatVal, <pattern>
2526         Value *Extract = Builder.CreateExtractElement(Vec, Elem);
2527         Value *NewC = ConstantInt::get(EltTy, C.trunc(EltTy->getBitWidth()));
2528         return new ICmpInst(Pred, Extract, NewC);
2529       }
2530     }
2531   }
2532   return nullptr;
2533 }
2534
2535 /// Try to fold integer comparisons with a constant operand: icmp Pred X, C
2536 /// where X is some kind of instruction.
2537 Instruction *InstCombiner::foldICmpInstWithConstant(ICmpInst &Cmp) {
2538   const APInt *C;
2539   if (!match(Cmp.getOperand(1), m_APInt(C)))
2540     return nullptr;
2541
2542   if (auto *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Cmp.getOperand(0))) {
2543     switch (BO->getOpcode()) {
2544     case Instruction::Xor:
2545       if (Instruction *I = foldICmpXorConstant(Cmp, BO, *C))
2546         return I;
2547       break;
2548     case Instruction::And:
2549       if (Instruction *I = foldICmpAndConstant(Cmp, BO, *C))
2550         return I;
2551       break;
2552     case Instruction::Or:
2553       if (Instruction *I = foldICmpOrConstant(Cmp, BO, *C))
2554         return I;
2555       break;
2556     case Instruction::Mul:
2557       if (Instruction *I = foldICmpMulConstant(Cmp, BO, *C))
2558         return I;
2559       break;
2560     case Instruction::Shl:
2561       if (Instruction *I = foldICmpShlConstant(Cmp, BO, *C))
2562         return I;
2563       break;
2564     case Instruction::LShr:
2565     case Instruction::AShr:
2566       if (Instruction *I = foldICmpShrConstant(Cmp, BO, *C))
2567         return I;
2568       break;
2569     case Instruction::UDiv:
2570       if (Instruction *I = foldICmpUDivConstant(Cmp, BO, *C))
2571         return I;
2572       LLVM_FALLTHROUGH;
2573     case Instruction::SDiv:
2574       if (Instruction *I = foldICmpDivConstant(Cmp, BO, *C))
2575         return I;
2576       break;
2577     case Instruction::Sub:
2578       if (Instruction *I = foldICmpSubConstant(Cmp, BO, *C))
2579         return I;
2580       break;
2581     case Instruction::Add:
2582       if (Instruction *I = foldICmpAddConstant(Cmp, BO, *C))
2583         return I;
2584       break;
2585     default:
2586       break;
2587     }
2588     // TODO: These folds could be refactored to be part of the above calls.
2589     if (Instruction *I = foldICmpBinOpEqualityWithConstant(Cmp, BO, *C))
2590       return I;
2591   }
2592
2593   // Match against CmpInst LHS being instructions other than binary operators.
2594
2595   if (auto *SI = dyn_cast<SelectInst>(Cmp.getOperand(0))) {
2596     // For now, we only support constant integers while folding the
2597     // ICMP(SELECT)) pattern. We can extend this to support vector of integers
2598     // similar to the cases handled by binary ops above.
2599     if (ConstantInt *ConstRHS = dyn_cast<ConstantInt>(Cmp.getOperand(1)))
2600       if (Instruction *I = foldICmpSelectConstant(Cmp, SI, ConstRHS))
2601         return I;
2602   }
2603
2604   if (auto *TI = dyn_cast<TruncInst>(Cmp.getOperand(0))) {
2605     if (Instruction *I = foldICmpTruncConstant(Cmp, TI, *C))
2606       return I;
2607   }
2608
2609   if (auto *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(Cmp.getOperand(0))) {
2610     if (Instruction *I = foldICmpBitCastConstant(Cmp, BCI, *C))
2611       return I;
2612   }
2613
2614   if (Instruction *I = foldICmpIntrinsicWithConstant(Cmp, *C))
2615     return I;
2616
2617   return nullptr;
2618 }
2619
2620 /// Fold an icmp equality instruction with binary operator LHS and constant RHS:
2621 /// icmp eq/ne BO, C.
2622 Instruction *InstCombiner::foldICmpBinOpEqualityWithConstant(ICmpInst &Cmp,
2623                                                              BinaryOperator *BO,
2624                                                              const APInt &C) {
2625   // TODO: Some of these folds could work with arbitrary constants, but this
2626   // function is limited to scalar and vector splat constants.
2627   if (!Cmp.isEquality())
2628     return nullptr;
2629
2630   ICmpInst::Predicate Pred = Cmp.getPredicate();
2631   bool isICMP_NE = Pred == ICmpInst::ICMP_NE;
2632   Constant *RHS = cast<Constant>(Cmp.getOperand(1));
2633   Value *BOp0 = BO->getOperand(0), *BOp1 = BO->getOperand(1);
2634
2635   switch (BO->getOpcode()) {
2636   case Instruction::SRem:
2637     // If we have a signed (X % (2^c)) == 0, turn it into an unsigned one.
2638     if (C.isNullValue() && BO->hasOneUse()) {
2639       const APInt *BOC;
2640       if (match(BOp1, m_APInt(BOC)) && BOC->sgt(1) && BOC->isPowerOf2()) {
2641         Value *NewRem = Builder.CreateURem(BOp0, BOp1, BO->getName());
2642         return new ICmpInst(Pred, NewRem,
2643                             Constant::getNullValue(BO->getType()));
2644       }
2645     }
2646     break;
2647   case Instruction::Add: {
2648     // Replace ((add A, B) != C) with (A != C-B) if B & C are constants.
2649     const APInt *BOC;
2650     if (match(BOp1, m_APInt(BOC))) {
2651       if (BO->hasOneUse()) {
2652         Constant *SubC = ConstantExpr::getSub(RHS, cast<Constant>(BOp1));
2653         return new ICmpInst(Pred, BOp0, SubC);
2654       }
2655     } else if (C.isNullValue()) {
2656       // Replace ((add A, B) != 0) with (A != -B) if A or B is
2657       // efficiently invertible, or if the add has just this one use.
2658       if (Value *NegVal = dyn_castNegVal(BOp1))
2659         return new ICmpInst(Pred, BOp0, NegVal);
2660       if (Value *NegVal = dyn_castNegVal(BOp0))
2661         return new ICmpInst(Pred, NegVal, BOp1);
2662       if (BO->hasOneUse()) {
2663         Value *Neg = Builder.CreateNeg(BOp1);
2664         Neg->takeName(BO);
2665         return new ICmpInst(Pred, BOp0, Neg);
2666       }
2667     }
2668     break;
2669   }
2670   case Instruction::Xor:
2671     if (BO->hasOneUse()) {
2672       if (Constant *BOC = dyn_cast<Constant>(BOp1)) {
2673         // For the xor case, we can xor two constants together, eliminating
2674         // the explicit xor.
2675         return new ICmpInst(Pred, BOp0, ConstantExpr::getXor(RHS, BOC));
2676       } else if (C.isNullValue()) {
2677         // Replace ((xor A, B) != 0) with (A != B)
2678         return new ICmpInst(Pred, BOp0, BOp1);
2679       }
2680     }
2681     break;
2682   case Instruction::Sub:
2683     if (BO->hasOneUse()) {
2684       const APInt *BOC;
2685       if (match(BOp0, m_APInt(BOC))) {
2686         // Replace ((sub BOC, B) != C) with (B != BOC-C).
2687         Constant *SubC = ConstantExpr::getSub(cast<Constant>(BOp0), RHS);
2688         return new ICmpInst(Pred, BOp1, SubC);
2689       } else if (C.isNullValue()) {
2690         // Replace ((sub A, B) != 0) with (A != B).
2691         return new ICmpInst(Pred, BOp0, BOp1);
2692       }
2693     }
2694     break;
2695   case Instruction::Or: {
2696     const APInt *BOC;
2697     if (match(BOp1, m_APInt(BOC)) && BO->hasOneUse() && RHS->isAllOnesValue()) {
2698       // Comparing if all bits outside of a constant mask are set?
2699       // Replace (X | C) == -1 with (X & ~C) == ~C.
2700       // This removes the -1 constant.
2701       Constant *NotBOC = ConstantExpr::getNot(cast<Constant>(BOp1));
2702       Value *And = Builder.CreateAnd(BOp0, NotBOC);
2703       return new ICmpInst(Pred, And, NotBOC);
2704     }
2705     break;
2706   }
2707   case Instruction::And: {
2708     const APInt *BOC;
2709     if (match(BOp1, m_APInt(BOC))) {
2710       // If we have ((X & C) == C), turn it into ((X & C) != 0).
2711       if (C == *BOC && C.isPowerOf2())
2712         return new ICmpInst(isICMP_NE ? ICmpInst::ICMP_EQ : ICmpInst::ICMP_NE,
2713                             BO, Constant::getNullValue(RHS->getType()));
2714
2715       // Don't perform the following transforms if the AND has multiple uses
2716       if (!BO->hasOneUse())
2717         break;
2718
2719       // Replace (and X, (1 << size(X)-1) != 0) with x s< 0
2720       if (BOC->isSignMask()) {
2721         Constant *Zero = Constant::getNullValue(BOp0->getType());
2722         auto NewPred = isICMP_NE ? ICmpInst::ICMP_SLT : ICmpInst::ICMP_SGE;
2723         return new ICmpInst(NewPred, BOp0, Zero);
2724       }
2725
2726       // ((X & ~7) == 0) --> X < 8
2727       if (C.isNullValue() && (~(*BOC) + 1).isPowerOf2()) {
2728         Constant *NegBOC = ConstantExpr::getNeg(cast<Constant>(BOp1));
2729         auto NewPred = isICMP_NE ? ICmpInst::ICMP_UGE : ICmpInst::ICMP_ULT;
2730         return new ICmpInst(NewPred, BOp0, NegBOC);
2731       }
2732     }
2733     break;
2734   }
2735   case Instruction::Mul:
2736     if (C.isNullValue() && BO->hasNoSignedWrap()) {
2737       const APInt *BOC;
2738       if (match(BOp1, m_APInt(BOC)) && !BOC->isNullValue()) {
2739         // The trivial case (mul X, 0) is handled by InstSimplify.
2740         // General case : (mul X, C) != 0 iff X != 0
2741         //                (mul X, C) == 0 iff X == 0
2742         return new ICmpInst(Pred, BOp0, Constant::getNullValue(RHS->getType()));
2743       }
2744     }
2745     break;
2746   case Instruction::UDiv:
2747     if (C.isNullValue()) {
2748       // (icmp eq/ne (udiv A, B), 0) -> (icmp ugt/ule i32 B, A)
2749       auto NewPred = isICMP_NE ? ICmpInst::ICMP_ULE : ICmpInst::ICMP_UGT;
2750       return new ICmpInst(NewPred, BOp1, BOp0);
2751     }
2752     break;
2753   default:
2754     break;
2755   }
2756   return nullptr;
2757 }
2758
2759 /// Fold an icmp with LLVM intrinsic and constant operand: icmp Pred II, C.
2760 Instruction *InstCombiner::foldICmpIntrinsicWithConstant(ICmpInst &Cmp,
2761                                                          const APInt &C) {
2762   IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Cmp.getOperand(0));
2763   if (!II || !Cmp.isEquality())
2764     return nullptr;
2765
2766   // Handle icmp {eq|ne} <intrinsic>, Constant.
2767   Type *Ty = II->getType();
2768   unsigned BitWidth = C.getBitWidth();
2769   switch (II->getIntrinsicID()) {
2770   case Intrinsic::bswap:
2771     Worklist.Add(II);
2772     Cmp.setOperand(0, II->getArgOperand(0));
2773     Cmp.setOperand(1, ConstantInt::get(Ty, C.byteSwap()));
2774     return &Cmp;
2775
2776   case Intrinsic::ctlz:
2777   case Intrinsic::cttz: {
2778     // ctz(A) == bitwidth(A)  ->  A == 0 and likewise for !=
2779     if (C == BitWidth) {
2780       Worklist.Add(II);
2781       Cmp.setOperand(0, II->getArgOperand(0));
2782       Cmp.setOperand(1, ConstantInt::getNullValue(Ty));
2783       return &Cmp;
2784     }
2785
2786     // ctz(A) == C -> A & Mask1 == Mask2, where Mask2 only has bit C set
2787     // and Mask1 has bits 0..C+1 set. Similar for ctl, but for high bits.
2788     // Limit to one use to ensure we don't increase instruction count.
2789     unsigned Num = C.getLimitedValue(BitWidth);
2790     if (Num != BitWidth && II->hasOneUse()) {
2791       bool IsTrailing = II->getIntrinsicID() == Intrinsic::cttz;
2792       APInt Mask1 = IsTrailing ? APInt::getLowBitsSet(BitWidth, Num + 1)
2793                                : APInt::getHighBitsSet(BitWidth, Num + 1);
2794       APInt Mask2 = IsTrailing
2795         ? APInt::getOneBitSet(BitWidth, Num)
2796         : APInt::getOneBitSet(BitWidth, BitWidth - Num - 1);
2797       Cmp.setOperand(0, Builder.CreateAnd(II->getArgOperand(0), Mask1));
2798       Cmp.setOperand(1, ConstantInt::get(Ty, Mask2));
2799       Worklist.Add(II);
2800       return &Cmp;
2801     }
2802     break;
2803   }
2804
2805   case Intrinsic::ctpop: {
2806     // popcount(A) == 0  ->  A == 0 and likewise for !=
2807     // popcount(A) == bitwidth(A)  ->  A == -1 and likewise for !=
2808     bool IsZero = C.isNullValue();
2809     if (IsZero || C == BitWidth) {
2810       Worklist.Add(II);
2811       Cmp.setOperand(0, II->getArgOperand(0));
2812       auto *NewOp =
2813           IsZero ? Constant::getNullValue(Ty) : Constant::getAllOnesValue(Ty);
2814       Cmp.setOperand(1, NewOp);
2815       return &Cmp;
2816     }
2817     break;
2818   }
2819   default:
2820     break;
2821   }
2822
2823   return nullptr;
2824 }
2825
2826 /// Handle icmp with constant (but not simple integer constant) RHS.
2827 Instruction *InstCombiner::foldICmpInstWithConstantNotInt(ICmpInst &I) {
2828   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
2829   Constant *RHSC = dyn_cast<Constant>(Op1);
2830   Instruction *LHSI = dyn_cast<Instruction>(Op0);
2831   if (!RHSC || !LHSI)
2832     return nullptr;
2833
2834   switch (LHSI->getOpcode()) {
2835   case Instruction::GetElementPtr:
2836     // icmp pred GEP (P, int 0, int 0, int 0), null -> icmp pred P, null
2837     if (RHSC->isNullValue() &&
2838         cast<GetElementPtrInst>(LHSI)->hasAllZeroIndices())
2839       return new ICmpInst(
2840           I.getPredicate(), LHSI->getOperand(0),
2841           Constant::getNullValue(LHSI->getOperand(0)->getType()));
2842     break;
2843   case Instruction::PHI:
2844     // Only fold icmp into the PHI if the phi and icmp are in the same
2845     // block.  If in the same block, we're encouraging jump threading.  If
2846     // not, we are just pessimizing the code by making an i1 phi.
2847     if (LHSI->getParent() == I.getParent())
2848       if (Instruction *NV = foldOpIntoPhi(I, cast<PHINode>(LHSI)))
2849         return NV;
2850     break;
2851   case Instruction::Select: {
2852     // If either operand of the select is a constant, we can fold the
2853     // comparison into the select arms, which will cause one to be
2854     // constant folded and the select turned into a bitwise or.
2855     Value *Op1 = nullptr, *Op2 = nullptr;
2856     ConstantInt *CI = nullptr;
2857     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(LHSI->getOperand(1))) {
2858       Op1 = ConstantExpr::getICmp(I.getPredicate(), C, RHSC);
2859       CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op1);
2860     }
2861     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(LHSI->getOperand(2))) {
2862       Op2 = ConstantExpr::getICmp(I.getPredicate(), C, RHSC);
2863       CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op2);
2864     }
2865
2866     // We only want to perform this transformation if it will not lead to
2867     // additional code. This is true if either both sides of the select
2868     // fold to a constant (in which case the icmp is replaced with a select
2869     // which will usually simplify) or this is the only user of the
2870     // select (in which case we are trading a select+icmp for a simpler
2871     // select+icmp) or all uses of the select can be replaced based on
2872     // dominance information ("Global cases").
2873     bool Transform = false;
2874     if (Op1 && Op2)
2875       Transform = true;
2876     else if (Op1 || Op2) {
2877       // Local case
2878       if (LHSI->hasOneUse())
2879         Transform = true;
2880       // Global cases
2881       else if (CI && !CI->isZero())
2882         // When Op1 is constant try replacing select with second operand.
2883         // Otherwise Op2 is constant and try replacing select with first
2884         // operand.
2885         Transform =
2886             replacedSelectWithOperand(cast<SelectInst>(LHSI), &I, Op1 ? 2 : 1);
2887     }
2888     if (Transform) {
2889       if (!Op1)
2890         Op1 = Builder.CreateICmp(I.getPredicate(), LHSI->getOperand(1), RHSC,
2891                                  I.getName());
2892       if (!Op2)
2893         Op2 = Builder.CreateICmp(I.getPredicate(), LHSI->getOperand(2), RHSC,
2894                                  I.getName());
2895       return SelectInst::Create(LHSI->getOperand(0), Op1, Op2);
2896     }
2897     break;
2898   }
2899   case Instruction::IntToPtr:
2900     // icmp pred inttoptr(X), null -> icmp pred X, 0
2901     if (RHSC->isNullValue() &&
2902         DL.getIntPtrType(RHSC->getType()) == LHSI->getOperand(0)->getType())
2903       return new ICmpInst(
2904           I.getPredicate(), LHSI->getOperand(0),
2905           Constant::getNullValue(LHSI->getOperand(0)->getType()));
2906     break;
2907
2908   case Instruction::Load:
2909     // Try to optimize things like "A[i] > 4" to index computations.
2910     if (GetElementPtrInst *GEP =
2911             dyn_cast<GetElementPtrInst>(LHSI->getOperand(0))) {
2912       if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0)))
2913         if (GV->isConstant() && GV->hasDefinitiveInitializer() &&
2914             !cast<LoadInst>(LHSI)->isVolatile())
2915           if (Instruction *Res = foldCmpLoadFromIndexedGlobal(GEP, GV, I))
2916             return Res;
2917     }
2918     break;
2919   }
2920
2921   return nullptr;
2922 }
2923
2924 /// Some comparisons can be simplified.
2925 /// In this case, we are looking for comparisons that look like
2926 /// a check for a lossy truncation.
2927 /// Folds:
2928 ///   icmp SrcPred (x & Mask), x    to    icmp DstPred x, Mask
2929 /// Where Mask is some pattern that produces all-ones in low bits:
2930 ///    (-1 >> y)
2931 ///    ((-1 << y) >> y)     <- non-canonical, has extra uses
2932 ///   ~(-1 << y)
2933 ///    ((1 << y) + (-1))    <- non-canonical, has extra uses
2934 /// The Mask can be a constant, too.
2935 /// For some predicates, the operands are commutative.
2936 /// For others, x can only be on a specific side.
2937 static Value *foldICmpWithLowBitMaskedVal(ICmpInst &I,
2938                                           InstCombiner::BuilderTy &Builder) {
2939   ICmpInst::Predicate SrcPred;
2940   Value *X, *M, *Y;
2941   auto m_VariableMask = m_CombineOr(
2942       m_CombineOr(m_Not(m_Shl(m_AllOnes(), m_Value())),
2943                   m_Add(m_Shl(m_One(), m_Value()), m_AllOnes())),
2944       m_CombineOr(m_LShr(m_AllOnes(), m_Value()),
2945                   m_LShr(m_Shl(m_AllOnes(), m_Value(Y)), m_Deferred(Y))));
2946   auto m_Mask = m_CombineOr(m_VariableMask, m_LowBitMask());
2947   if (!match(&I, m_c_ICmp(SrcPred,
2948                           m_c_And(m_CombineAnd(m_Mask, m_Value(M)), m_Value(X)),
2949                           m_Deferred(X))))
2950     return nullptr;
2951
2952   ICmpInst::Predicate DstPred;
2953   switch (SrcPred) {
2954   case ICmpInst::Predicate::ICMP_EQ:
2955     //  x & (-1 >> y) == x    ->    x u<= (-1 >> y)
2956     DstPred = ICmpInst::Predicate::ICMP_ULE;
2957     break;
2958   case ICmpInst::Predicate::ICMP_NE:
2959     //  x & (-1 >> y) != x    ->    x u> (-1 >> y)
2960     DstPred = ICmpInst::Predicate::ICMP_UGT;
2961     break;
2962   case ICmpInst::Predicate::ICMP_UGT:
2963     //  x u> x & (-1 >> y)    ->    x u> (-1 >> y)
2964     assert(X == I.getOperand(0) && "instsimplify took care of commut. variant");
2965     DstPred = ICmpInst::Predicate::ICMP_UGT;
2966     break;
2967   case ICmpInst::Predicate::ICMP_UGE:
2968     //  x & (-1 >> y) u>= x    ->    x u<= (-1 >> y)
2969     assert(X == I.getOperand(1) && "instsimplify took care of commut. variant");
2970     DstPred = ICmpInst::Predicate::ICMP_ULE;
2971     break;
2972   case ICmpInst::Predicate::ICMP_ULT:
2973     //  x & (-1 >> y) u< x    ->    x u> (-1 >> y)
2974     assert(X == I.getOperand(1) && "instsimplify took care of commut. variant");
2975     DstPred = ICmpInst::Predicate::ICMP_UGT;
2976     break;
2977   case ICmpInst::Predicate::ICMP_ULE:
2978     //  x u<= x & (-1 >> y)    ->    x u<= (-1 >> y)
2979     assert(X == I.getOperand(0) && "instsimplify took care of commut. variant");
2980     DstPred = ICmpInst::Predicate::ICMP_ULE;
2981     break;
2982   case ICmpInst::Predicate::ICMP_SGT:
2983     //  x s> x & (-1 >> y)    ->    x s> (-1 >> y)
2984     if (X != I.getOperand(0)) // X must be on LHS of comparison!
2985       return nullptr;         // Ignore the other case.
2986     DstPred = ICmpInst::Predicate::ICMP_SGT;
2987     break;
2988   case ICmpInst::Predicate::ICMP_SGE:
2989     //  x & (-1 >> y) s>= x    ->    x s<= (-1 >> y)
2990     if (X != I.getOperand(1)) // X must be on RHS of comparison!
2991       return nullptr;         // Ignore the other case.
2992     if (!match(M, m_Constant())) // Can not do this fold with non-constant.
2993       return nullptr;
2994     if (!match(M, m_NonNegative())) // Must not have any -1 vector elements.
2995       return nullptr;
2996     DstPred = ICmpInst::Predicate::ICMP_SLE;
2997     break;
2998   case ICmpInst::Predicate::ICMP_SLT:
2999     //  x & (-1 >> y) s< x    ->    x s> (-1 >> y)
3000     if (X != I.getOperand(1)) // X must be on RHS of comparison!
3001       return nullptr;         // Ignore the other case.
3002     if (!match(M, m_Constant())) // Can not do this fold with non-constant.
3003       return nullptr;
3004     if (!match(M, m_NonNegative())) // Must not have any -1 vector elements.
3005       return nullptr;
3006     DstPred = ICmpInst::Predicate::ICMP_SGT;
3007     break;
3008   case ICmpInst::Predicate::ICMP_SLE:
3009     //  x s<= x & (-1 >> y)    ->    x s<= (-1 >> y)
3010     if (X != I.getOperand(0)) // X must be on LHS of comparison!
3011       return nullptr;         // Ignore the other case.
3012     DstPred = ICmpInst::Predicate::ICMP_SLE;
3013     break;
3014   default:
3015     llvm_unreachable("All possible folds are handled.");
3016   }
3017
3018   return Builder.CreateICmp(DstPred, X, M);
3019 }
3020
3021 /// Some comparisons can be simplified.
3022 /// In this case, we are looking for comparisons that look like
3023 /// a check for a lossy signed truncation.
3024 /// Folds:   (MaskedBits is a constant.)
3025 ///   ((%x << MaskedBits) a>> MaskedBits) SrcPred %x
3026 /// Into:
3027 ///   (add %x, (1 << (KeptBits-1))) DstPred (1 << KeptBits)
3028 /// Where  KeptBits = bitwidth(%x) - MaskedBits
3029 static Value *
3030 foldICmpWithTruncSignExtendedVal(ICmpInst &I,
3031                                  InstCombiner::BuilderTy &Builder) {
3032   ICmpInst::Predicate SrcPred;
3033   Value *X;
3034   const APInt *C0, *C1; // FIXME: non-splats, potentially with undef.
3035   // We are ok with 'shl' having multiple uses, but 'ashr' must be one-use.
3036   if (!match(&I, m_c_ICmp(SrcPred,
3037                           m_OneUse(m_AShr(m_Shl(m_Value(X), m_APInt(C0)),
3038                                           m_APInt(C1))),
3039                           m_Deferred(X))))
3040     return nullptr;
3041
3042   // Potential handling of non-splats: for each element:
3043   //  * if both are undef, replace with constant 0.
3044   //    Because (1<<0) is OK and is 1, and ((1<<0)>>1) is also OK and is 0.
3045   //  * if both are not undef, and are different, bailout.
3046   //  * else, only one is undef, then pick the non-undef one.
3047
3048   // The shift amount must be equal.
3049   if (*C0 != *C1)
3050     return nullptr;
3051   const APInt &MaskedBits = *C0;
3052   assert(MaskedBits != 0 && "shift by zero should be folded away already.");
3053
3054   ICmpInst::Predicate DstPred;
3055   switch (SrcPred) {
3056   case ICmpInst::Predicate::ICMP_EQ:
3057     // ((%x << MaskedBits) a>> MaskedBits) == %x
3058     //   =>
3059     // (add %x, (1 << (KeptBits-1))) u< (1 << KeptBits)
3060     DstPred = ICmpInst::Predicate::ICMP_ULT;
3061     break;
3062   case ICmpInst::Predicate::ICMP_NE:
3063     // ((%x << MaskedBits) a>> MaskedBits) != %x
3064     //   =>
3065     // (add %x, (1 << (KeptBits-1))) u>= (1 << KeptBits)
3066     DstPred = ICmpInst::Predicate::ICMP_UGE;
3067     break;
3068   // FIXME: are more folds possible?
3069   default:
3070     return nullptr;
3071   }
3072
3073   auto *XType = X->getType();
3074   const unsigned XBitWidth = XType->getScalarSizeInBits();
3075   const APInt BitWidth = APInt(XBitWidth, XBitWidth);
3076   assert(BitWidth.ugt(MaskedBits) && "shifts should leave some bits untouched");
3077
3078   // KeptBits = bitwidth(%x) - MaskedBits
3079   const APInt KeptBits = BitWidth - MaskedBits;
3080   assert(KeptBits.ugt(0) && KeptBits.ult(BitWidth) && "unreachable");
3081   // ICmpCst = (1 << KeptBits)
3082   const APInt ICmpCst = APInt(XBitWidth, 1).shl(KeptBits);
3083   assert(ICmpCst.isPowerOf2());
3084   // AddCst = (1 << (KeptBits-1))
3085   const APInt AddCst = ICmpCst.lshr(1);
3086   assert(AddCst.ult(ICmpCst) && AddCst.isPowerOf2());
3087
3088   // T0 = add %x, AddCst
3089   Value *T0 = Builder.CreateAdd(X, ConstantInt::get(XType, AddCst));
3090   // T1 = T0 DstPred ICmpCst
3091   Value *T1 = Builder.CreateICmp(DstPred, T0, ConstantInt::get(XType, ICmpCst));
3092
3093   return T1;
3094 }
3095
3096 /// Try to fold icmp (binop), X or icmp X, (binop).
3097 /// TODO: A large part of this logic is duplicated in InstSimplify's
3098 /// simplifyICmpWithBinOp(). We should be able to share that and avoid the code
3099 /// duplication.
3100 Instruction *InstCombiner::foldICmpBinOp(ICmpInst &I) {
3101   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
3102
3103   // Special logic for binary operators.
3104   BinaryOperator *BO0 = dyn_cast<BinaryOperator>(Op0);
3105   BinaryOperator *BO1 = dyn_cast<BinaryOperator>(Op1);
3106   if (!BO0 && !BO1)
3107     return nullptr;
3108
3109   const CmpInst::Predicate Pred = I.getPredicate();
3110   Value *X;
3111
3112   // Convert add-with-unsigned-overflow comparisons into a 'not' with compare.
3113   // (Op1 + X) <u Op1 --> ~Op1 <u X
3114   // Op0 >u (Op0 + X) --> X >u ~Op0
3115   if (match(Op0, m_OneUse(m_c_Add(m_Specific(Op1), m_Value(X)))) &&
3116       Pred == ICmpInst::ICMP_ULT)
3117     return new ICmpInst(Pred, Builder.CreateNot(Op1), X);
3118   if (match(Op1, m_OneUse(m_c_Add(m_Specific(Op0), m_Value(X)))) &&
3119       Pred == ICmpInst::ICMP_UGT)
3120     return new ICmpInst(Pred, X, Builder.CreateNot(Op0));
3121
3122   bool NoOp0WrapProblem = false, NoOp1WrapProblem = false;
3123   if (BO0 && isa<OverflowingBinaryOperator>(BO0))
3124     NoOp0WrapProblem =
3125         ICmpInst::isEquality(Pred) ||
3126         (CmpInst::isUnsigned(Pred) && BO0->hasNoUnsignedWrap()) ||
3127         (CmpInst::isSigned(Pred) && BO0->hasNoSignedWrap());
3128   if (BO1 && isa<OverflowingBinaryOperator>(BO1))
3129     NoOp1WrapProblem =
3130         ICmpInst::isEquality(Pred) ||
3131         (CmpInst::isUnsigned(Pred) && BO1->hasNoUnsignedWrap()) ||
3132         (CmpInst::isSigned(Pred) && BO1->hasNoSignedWrap());
3133
3134   // Analyze the case when either Op0 or Op1 is an add instruction.
3135   // Op0 = A + B (or A and B are null); Op1 = C + D (or C and D are null).
3136   Value *A = nullptr, *B = nullptr, *C = nullptr, *D = nullptr;
3137   if (BO0 && BO0->getOpcode() == Instruction::Add) {
3138     A = BO0->getOperand(0);
3139     B = BO0->getOperand(1);
3140   }
3141   if (BO1 && BO1->getOpcode() == Instruction::Add) {
3142     C = BO1->getOperand(0);
3143     D = BO1->getOperand(1);
3144   }
3145
3146   // icmp (X+Y), X -> icmp Y, 0 for equalities or if there is no overflow.
3147   if ((A == Op1 || B == Op1) && NoOp0WrapProblem)
3148     return new ICmpInst(Pred, A == Op1 ? B : A,
3149                         Constant::getNullValue(Op1->getType()));
3150
3151   // icmp X, (X+Y) -> icmp 0, Y for equalities or if there is no overflow.
3152   if ((C == Op0 || D == Op0) && NoOp1WrapProblem)
3153     return new ICmpInst(Pred, Constant::getNullValue(Op0->getType()),
3154                         C == Op0 ? D : C);
3155
3156   // icmp (X+Y), (X+Z) -> icmp Y, Z for equalities or if there is no overflow.
3157   if (A && C && (A == C || A == D || B == C || B == D) && NoOp0WrapProblem &&
3158       NoOp1WrapProblem &&
3159       // Try not to increase register pressure.
3160       BO0->hasOneUse() && BO1->hasOneUse()) {
3161     // Determine Y and Z in the form icmp (X+Y), (X+Z).
3162     Value *Y, *Z;
3163     if (A == C) {
3164       // C + B == C + D  ->  B == D
3165       Y = B;
3166       Z = D;
3167     } else if (A == D) {
3168       // D + B == C + D  ->  B == C
3169       Y = B;
3170       Z = C;
3171     } else if (B == C) {
3172       // A + C == C + D  ->  A == D
3173       Y = A;
3174       Z = D;
3175     } else {
3176       assert(B == D);
3177       // A + D == C + D  ->  A == C
3178       Y = A;
3179       Z = C;
3180     }
3181     return new ICmpInst(Pred, Y, Z);
3182   }
3183
3184   // icmp slt (X + -1), Y -> icmp sle X, Y
3185   if (A && NoOp0WrapProblem && Pred == CmpInst::ICMP_SLT &&
3186       match(B, m_AllOnes()))
3187     return new ICmpInst(CmpInst::ICMP_SLE, A, Op1);
3188
3189   // icmp sge (X + -1), Y -> icmp sgt X, Y
3190   if (A && NoOp0WrapProblem && Pred == CmpInst::ICMP_SGE &&
3191       match(B, m_AllOnes()))
3192     return new ICmpInst(CmpInst::ICMP_SGT, A, Op1);
3193
3194   // icmp sle (X + 1), Y -> icmp slt X, Y
3195   if (A && NoOp0WrapProblem && Pred == CmpInst::ICMP_SLE && match(B, m_One()))
3196     return new ICmpInst(CmpInst::ICMP_SLT, A, Op1);
3197
3198   // icmp sgt (X + 1), Y -> icmp sge X, Y
3199   if (A && NoOp0WrapProblem && Pred == CmpInst::ICMP_SGT && match(B, m_One()))
3200     return new ICmpInst(CmpInst::ICMP_SGE, A, Op1);
3201
3202   // icmp sgt X, (Y + -1) -> icmp sge X, Y
3203   if (C && NoOp1WrapProblem && Pred == CmpInst::ICMP_SGT &&
3204       match(D, m_AllOnes()))
3205     return new ICmpInst(CmpInst::ICMP_SGE, Op0, C);
3206
3207   // icmp sle X, (Y + -1) -> icmp slt X, Y
3208   if (C && NoOp1WrapProblem && Pred == CmpInst::ICMP_SLE &&
3209       match(D, m_AllOnes()))
3210     return new ICmpInst(CmpInst::ICMP_SLT, Op0, C);
3211
3212   // icmp sge X, (Y + 1) -> icmp sgt X, Y
3213   if (C && NoOp1WrapProblem && Pred == CmpInst::ICMP_SGE && match(D, m_One()))
3214     return new ICmpInst(CmpInst::ICMP_SGT, Op0, C);
3215
3216   // icmp slt X, (Y + 1) -> icmp sle X, Y
3217   if (C && NoOp1WrapProblem && Pred == CmpInst::ICMP_SLT && match(D, m_One()))
3218     return new ICmpInst(CmpInst::ICMP_SLE, Op0, C);
3219
3220   // TODO: The subtraction-related identities shown below also hold, but
3221   // canonicalization from (X -nuw 1) to (X + -1) means that the combinations
3222   // wouldn't happen even if they were implemented.
3223   //
3224   // icmp ult (X - 1), Y -> icmp ule X, Y
3225   // icmp uge (X - 1), Y -> icmp ugt X, Y
3226   // icmp ugt X, (Y - 1) -> icmp uge X, Y
3227   // icmp ule X, (Y - 1) -> icmp ult X, Y
3228
3229   // icmp ule (X + 1), Y -> icmp ult X, Y
3230   if (A && NoOp0WrapProblem && Pred == CmpInst::ICMP_ULE && match(B, m_One()))
3231     return new ICmpInst(CmpInst::ICMP_ULT, A, Op1);
3232
3233   // icmp ugt (X + 1), Y -> icmp uge X, Y
3234   if (A && NoOp0WrapProblem && Pred == CmpInst::ICMP_UGT && match(B, m_One()))
3235     return new ICmpInst(CmpInst::ICMP_UGE, A, Op1);
3236
3237   // icmp uge X, (Y + 1) -> icmp ugt X, Y
3238   if (C && NoOp1WrapProblem && Pred == CmpInst::ICMP_UGE && match(D, m_One()))
3239     return new ICmpInst(CmpInst::ICMP_UGT, Op0, C);
3240
3241   // icmp ult X, (Y + 1) -> icmp ule X, Y
3242   if (C && NoOp1WrapProblem && Pred == CmpInst::ICMP_ULT && match(D, m_One()))
3243     return new ICmpInst(CmpInst::ICMP_ULE, Op0, C);
3244
3245   // if C1 has greater magnitude than C2:
3246   //  icmp (X + C1), (Y + C2) -> icmp (X + C3), Y
3247   //  s.t. C3 = C1 - C2
3248   //
3249   // if C2 has greater magnitude than C1:
3250   //  icmp (X + C1), (Y + C2) -> icmp X, (Y + C3)
3251   //  s.t. C3 = C2 - C1
3252   if (A && C && NoOp0WrapProblem && NoOp1WrapProblem &&
3253       (BO0->hasOneUse() || BO1->hasOneUse()) && !I.isUnsigned())
3254     if (ConstantInt *C1 = dyn_cast<ConstantInt>(B))
3255       if (ConstantInt *C2 = dyn_cast<ConstantInt>(D)) {
3256         const APInt &AP1 = C1->getValue();
3257         const APInt &AP2 = C2->getValue();
3258         if (AP1.isNegative() == AP2.isNegative()) {
3259           APInt AP1Abs = C1->getValue().abs();
3260           APInt AP2Abs = C2->getValue().abs();
3261           if (AP1Abs.uge(AP2Abs)) {
3262             ConstantInt *C3 = Builder.getInt(AP1 - AP2);
3263             Value *NewAdd = Builder.CreateNSWAdd(A, C3);
3264             return new ICmpInst(Pred, NewAdd, C);
3265           } else {
3266             ConstantInt *C3 = Builder.getInt(AP2 - AP1);
3267             Value *NewAdd = Builder.CreateNSWAdd(C, C3);
3268             return new ICmpInst(Pred, A, NewAdd);
3269           }
3270         }
3271       }
3272
3273   // Analyze the case when either Op0 or Op1 is a sub instruction.
3274   // Op0 = A - B (or A and B are null); Op1 = C - D (or C and D are null).
3275   A = nullptr;
3276   B = nullptr;
3277   C = nullptr;
3278   D = nullptr;
3279   if (BO0 && BO0->getOpcode() == Instruction::Sub) {
3280     A = BO0->getOperand(0);
3281     B = BO0->getOperand(1);
3282   }
3283   if (BO1 && BO1->getOpcode() == Instruction::Sub) {
3284     C = BO1->getOperand(0);
3285     D = BO1->getOperand(1);
3286   }
3287
3288   // icmp (X-Y), X -> icmp 0, Y for equalities or if there is no overflow.
3289   if (A == Op1 && NoOp0WrapProblem)
3290     return new ICmpInst(Pred, Constant::getNullValue(Op1->getType()), B);
3291   // icmp X, (X-Y) -> icmp Y, 0 for equalities or if there is no overflow.
3292   if (C == Op0 && NoOp1WrapProblem)
3293     return new ICmpInst(Pred, D, Constant::getNullValue(Op0->getType()));
3294
3295   // (A - B) >u A --> A <u B
3296   if (A == Op1 && Pred == ICmpInst::ICMP_UGT)
3297     return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_ULT, A, B);
3298   // C <u (C - D) --> C <u D
3299   if (C == Op0 && Pred == ICmpInst::ICMP_ULT)
3300     return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_ULT, C, D);
3301
3302   // icmp (Y-X), (Z-X) -> icmp Y, Z for equalities or if there is no overflow.
3303   if (B && D && B == D && NoOp0WrapProblem && NoOp1WrapProblem &&
3304       // Try not to increase register pressure.
3305       BO0->hasOneUse() && BO1->hasOneUse())
3306     return new ICmpInst(Pred, A, C);
3307   // icmp (X-Y), (X-Z) -> icmp Z, Y for equalities or if there is no overflow.
3308   if (A && C && A == C && NoOp0WrapProblem && NoOp1WrapProblem &&
3309       // Try not to increase register pressure.
3310       BO0->hasOneUse() && BO1->hasOneUse())
3311     return new ICmpInst(Pred, D, B);
3312
3313   // icmp (0-X) < cst --> x > -cst
3314   if (NoOp0WrapProblem && ICmpInst::isSigned(Pred)) {
3315     Value *X;
3316     if (match(BO0, m_Neg(m_Value(X))))
3317       if (Constant *RHSC = dyn_cast<Constant>(Op1))
3318         if (RHSC->isNotMinSignedValue())
3319           return new ICmpInst(I.getSwappedPredicate(), X,
3320                               ConstantExpr::getNeg(RHSC));
3321   }
3322
3323   BinaryOperator *SRem = nullptr;
3324   // icmp (srem X, Y), Y
3325   if (BO0 && BO0->getOpcode() == Instruction::SRem && Op1 == BO0->getOperand(1))
3326     SRem = BO0;
3327   // icmp Y, (srem X, Y)
3328   else if (BO1 && BO1->getOpcode() == Instruction::SRem &&
3329            Op0 == BO1->getOperand(1))
3330     SRem = BO1;
3331   if (SRem) {
3332     // We don't check hasOneUse to avoid increasing register pressure because
3333     // the value we use is the same value this instruction was already using.
3334     switch (SRem == BO0 ? ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred) : Pred) {
3335     default:
3336       break;
3337     case ICmpInst::ICMP_EQ:
3338       return replaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getFalse(I.getType()));
3339     case ICmpInst::ICMP_NE:
3340       return replaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getTrue(I.getType()));
3341     case ICmpInst::ICMP_SGT:
3342     case ICmpInst::ICMP_SGE:
3343       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SGT, SRem->getOperand(1),
3344                           Constant::getAllOnesValue(SRem->getType()));
3345     case ICmpInst::ICMP_SLT:
3346     case ICmpInst::ICMP_SLE:
3347       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SLT, SRem->getOperand(1),
3348                           Constant::getNullValue(SRem->getType()));
3349     }
3350   }
3351
3352   if (BO0 && BO1 && BO0->getOpcode() == BO1->getOpcode() && BO0->hasOneUse() &&
3353       BO1->hasOneUse() && BO0->getOperand(1) == BO1->getOperand(1)) {
3354     switch (BO0->getOpcode()) {
3355     default:
3356       break;
3357     case Instruction::Add:
3358     case Instruction::Sub:
3359     case Instruction::Xor: {
3360       if (I.isEquality()) // a+x icmp eq/ne b+x --> a icmp b
3361         return new ICmpInst(Pred, BO0->getOperand(0), BO1->getOperand(0));
3362
3363       const APInt *C;
3364       if (match(BO0->getOperand(1), m_APInt(C))) {
3365         // icmp u/s (a ^ signmask), (b ^ signmask) --> icmp s/u a, b
3366         if (C->isSignMask()) {
3367           ICmpInst::Predicate NewPred =
3368               I.isSigned() ? I.getUnsignedPredicate() : I.getSignedPredicate();
3369           return new ICmpInst(NewPred, BO0->getOperand(0), BO1->getOperand(0));
3370         }
3371
3372         // icmp u/s (a ^ maxsignval), (b ^ maxsignval) --> icmp s/u' a, b
3373         if (BO0->getOpcode() == Instruction::Xor && C->isMaxSignedValue()) {
3374           ICmpInst::Predicate NewPred =
3375               I.isSigned() ? I.getUnsignedPredicate() : I.getSignedPredicate();
3376           NewPred = I.getSwappedPredicate(NewPred);
3377           return new ICmpInst(NewPred, BO0->getOperand(0), BO1->getOperand(0));
3378         }
3379       }
3380       break;
3381     }
3382     case Instruction::Mul: {
3383       if (!I.isEquality())
3384         break;
3385
3386       const APInt *C;
3387       if (match(BO0->getOperand(1), m_APInt(C)) && !C->isNullValue() &&
3388           !C->isOneValue()) {
3389         // icmp eq/ne (X * C), (Y * C) --> icmp (X & Mask), (Y & Mask)
3390         // Mask = -1 >> count-trailing-zeros(C).
3391         if (unsigned TZs = C->countTrailingZeros()) {
3392           Constant *Mask = ConstantInt::get(
3393               BO0->getType(),
3394               APInt::getLowBitsSet(C->getBitWidth(), C->getBitWidth() - TZs));
3395           Value *And1 = Builder.CreateAnd(BO0->getOperand(0), Mask);
3396           Value *And2 = Builder.CreateAnd(BO1->getOperand(0), Mask);
3397           return new ICmpInst(Pred, And1, And2);
3398         }
3399         // If there are no trailing zeros in the multiplier, just eliminate
3400         // the multiplies (no masking is needed):
3401         // icmp eq/ne (X * C), (Y * C) --> icmp eq/ne X, Y
3402         return new ICmpInst(Pred, BO0->getOperand(0), BO1->getOperand(0));
3403       }
3404       break;
3405     }
3406     case Instruction::UDiv:
3407     case Instruction::LShr:
3408       if (I.isSigned() || !BO0->isExact() || !BO1->isExact())
3409         break;
3410       return new ICmpInst(Pred, BO0->getOperand(0), BO1->getOperand(0));
3411
3412     case Instruction::SDiv:
3413       if (!I.isEquality() || !BO0->isExact() || !BO1->isExact())
3414         break;
3415       return new ICmpInst(Pred, BO0->getOperand(0), BO1->getOperand(0));
3416
3417     case Instruction::AShr:
3418       if (!BO0->isExact() || !BO1->isExact())
3419         break;
3420       return new ICmpInst(Pred, BO0->getOperand(0), BO1->getOperand(0));
3421
3422     case Instruction::Shl: {
3423       bool NUW = BO0->hasNoUnsignedWrap() && BO1->hasNoUnsignedWrap();
3424       bool NSW = BO0->hasNoSignedWrap() && BO1->hasNoSignedWrap();
3425       if (!NUW && !NSW)
3426         break;
3427       if (!NSW && I.isSigned())
3428         break;
3429       return new ICmpInst(Pred, BO0->getOperand(0), BO1->getOperand(0));
3430     }
3431     }
3432   }
3433
3434   if (BO0) {
3435     // Transform  A & (L - 1) `ult` L --> L != 0
3436     auto LSubOne = m_Add(m_Specific(Op1), m_AllOnes());
3437     auto BitwiseAnd = m_c_And(m_Value(), LSubOne);
3438
3439     if (match(BO0, BitwiseAnd) && Pred == ICmpInst::ICMP_ULT) {
3440       auto *Zero = Constant::getNullValue(BO0->getType());
3441       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_NE, Op1, Zero);
3442     }
3443   }
3444
3445   if (Value *V = foldICmpWithLowBitMaskedVal(I, Builder))
3446     return replaceInstUsesWith(I, V);
3447
3448   if (Value *V = foldICmpWithTruncSignExtendedVal(I, Builder))
3449     return replaceInstUsesWith(I, V);
3450
3451   return nullptr;
3452 }
3453
3454 /// Fold icmp Pred min|max(X, Y), X.
3455 static Instruction *foldICmpWithMinMax(ICmpInst &Cmp) {
3456   ICmpInst::Predicate Pred = Cmp.getPredicate();
3457   Value *Op0 = Cmp.getOperand(0);
3458   Value *X = Cmp.getOperand(1);
3459
3460   // Canonicalize minimum or maximum operand to LHS of the icmp.
3461   if (match(X, m_c_SMin(m_Specific(Op0), m_Value())) ||
3462       match(X, m_c_SMax(m_Specific(Op0), m_Value())) ||
3463       match(X, m_c_UMin(m_Specific(Op0), m_Value())) ||
3464       match(X, m_c_UMax(m_Specific(Op0), m_Value()))) {
3465     std::swap(Op0, X);
3466     Pred = Cmp.getSwappedPredicate();
3467   }
3468
3469   Value *Y;
3470   if (match(Op0, m_c_SMin(m_Specific(X), m_Value(Y)))) {
3471     // smin(X, Y)  == X --> X s<= Y
3472     // smin(X, Y) s>= X --> X s<= Y
3473     if (Pred == CmpInst::ICMP_EQ || Pred == CmpInst::ICMP_SGE)
3474       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SLE, X, Y);
3475
3476     // smin(X, Y) != X --> X s> Y
3477     // smin(X, Y) s< X --> X s> Y
3478     if (Pred == CmpInst::ICMP_NE || Pred == CmpInst::ICMP_SLT)
3479       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SGT, X, Y);
3480
3481     // These cases should be handled in InstSimplify:
3482     // smin(X, Y) s<= X --> true
3483     // smin(X, Y) s> X --> false
3484     return nullptr;
3485   }
3486
3487   if (match(Op0, m_c_SMax(m_Specific(X), m_Value(Y)))) {
3488     // smax(X, Y)  == X --> X s>= Y
3489     // smax(X, Y) s<= X --> X s>= Y
3490     if (Pred == CmpInst::ICMP_EQ || Pred == CmpInst::ICMP_SLE)
3491       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SGE, X, Y);
3492
3493     // smax(X, Y) != X --> X s< Y
3494     // smax(X, Y) s> X --> X s< Y
3495     if (Pred == CmpInst::ICMP_NE || Pred == CmpInst::ICMP_SGT)
3496       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SLT, X, Y);
3497
3498     // These cases should be handled in InstSimplify:
3499     // smax(X, Y) s>= X --> true
3500     // smax(X, Y) s< X --> false
3501     return nullptr;
3502   }
3503
3504   if (match(Op0, m_c_UMin(m_Specific(X), m_Value(Y)))) {
3505     // umin(X, Y)  == X --> X u<= Y
3506     // umin(X, Y) u>= X --> X u<= Y
3507     if (Pred == CmpInst::ICMP_EQ || Pred == CmpInst::ICMP_UGE)
3508       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_ULE, X, Y);
3509
3510     // umin(X, Y) != X --> X u> Y
3511     // umin(X, Y) u< X --> X u> Y
3512     if (Pred == CmpInst::ICMP_NE || Pred == CmpInst::ICMP_ULT)
3513       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_UGT, X, Y);
3514
3515     // These cases should be handled in InstSimplify:
3516     // umin(X, Y) u<= X --> true
3517     // umin(X, Y) u> X --> false
3518     return nullptr;
3519   }
3520
3521   if (match(Op0, m_c_UMax(m_Specific(X), m_Value(Y)))) {
3522     // umax(X, Y)  == X --> X u>= Y
3523     // umax(X, Y) u<= X --> X u>= Y
3524     if (Pred == CmpInst::ICMP_EQ || Pred == CmpInst::ICMP_ULE)
3525       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_UGE, X, Y);
3526
3527     // umax(X, Y) != X --> X u< Y
3528     // umax(X, Y) u> X --> X u< Y
3529     if (Pred == CmpInst::ICMP_NE || Pred == CmpInst::ICMP_UGT)
3530       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_ULT, X, Y);
3531
3532     // These cases should be handled in InstSimplify:
3533     // umax(X, Y) u>= X --> true
3534     // umax(X, Y) u< X --> false
3535     return nullptr;
3536   }
3537
3538   return nullptr;
3539 }
3540
3541 Instruction *InstCombiner::foldICmpEquality(ICmpInst &I) {
3542   if (!I.isEquality())
3543     return nullptr;
3544
3545   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
3546   const CmpInst::Predicate Pred = I.getPredicate();
3547   Value *A, *B, *C, *D;
3548   if (match(Op0, m_Xor(m_Value(A), m_Value(B)))) {
3549     if (A == Op1 || B == Op1) { // (A^B) == A  ->  B == 0
3550       Value *OtherVal = A == Op1 ? B : A;
3551       return new ICmpInst(Pred, OtherVal, Constant::getNullValue(A->getType()));
3552     }
3553
3554     if (match(Op1, m_Xor(m_Value(C), m_Value(D)))) {
3555       // A^c1 == C^c2 --> A == C^(c1^c2)
3556       ConstantInt *C1, *C2;
3557       if (match(B, m_ConstantInt(C1)) && match(D, m_ConstantInt(C2)) &&
3558           Op1->hasOneUse()) {
3559         Constant *NC = Builder.getInt(C1->getValue() ^ C2->getValue());
3560         Value *Xor = Builder.CreateXor(C, NC);
3561         return new ICmpInst(Pred, A, Xor);
3562       }
3563
3564       // A^B == A^D -> B == D
3565       if (A == C)
3566         return new ICmpInst(Pred, B, D);
3567       if (A == D)
3568         return new ICmpInst(Pred, B, C);
3569       if (B == C)
3570         return new ICmpInst(Pred, A, D);
3571       if (B == D)
3572         return new ICmpInst(Pred, A, C);
3573     }
3574   }
3575
3576   if (match(Op1, m_Xor(m_Value(A), m_Value(B))) && (A == Op0 || B == Op0)) {
3577     // A == (A^B)  ->  B == 0
3578     Value *OtherVal = A == Op0 ? B : A;
3579     return new ICmpInst(Pred, OtherVal, Constant::getNullValue(A->getType()));
3580   }
3581
3582   // (X&Z) == (Y&Z) -> (X^Y) & Z == 0
3583   if (match(Op0, m_OneUse(m_And(m_Value(A), m_Value(B)))) &&
3584       match(Op1, m_OneUse(m_And(m_Value(C), m_Value(D))))) {
3585     Value *X = nullptr, *Y = nullptr, *Z = nullptr;
3586
3587     if (A == C) {
3588       X = B;
3589       Y = D;
3590       Z = A;
3591     } else if (A == D) {
3592       X = B;
3593       Y = C;
3594       Z = A;
3595     } else if (B == C) {
3596       X = A;
3597       Y = D;
3598       Z = B;
3599     } else if (B == D) {
3600       X = A;
3601       Y = C;
3602       Z = B;
3603     }
3604
3605     if (X) { // Build (X^Y) & Z
3606       Op1 = Builder.CreateXor(X, Y);
3607       Op1 = Builder.CreateAnd(Op1, Z);
3608       I.setOperand(0, Op1);
3609       I.setOperand(1, Constant::getNullValue(Op1->getType()));
3610       return &I;
3611     }
3612   }
3613
3614   // Transform (zext A) == (B & (1<<X)-1) --> A == (trunc B)
3615   // and       (B & (1<<X)-1) == (zext A) --> A == (trunc B)
3616   ConstantInt *Cst1;
3617   if ((Op0->hasOneUse() && match(Op0, m_ZExt(m_Value(A))) &&
3618        match(Op1, m_And(m_Value(B), m_ConstantInt(Cst1)))) ||
3619       (Op1->hasOneUse() && match(Op0, m_And(m_Value(B), m_ConstantInt(Cst1))) &&
3620        match(Op1, m_ZExt(m_Value(A))))) {
3621     APInt Pow2 = Cst1->getValue() + 1;
3622     if (Pow2.isPowerOf2() && isa<IntegerType>(A->getType()) &&
3623         Pow2.logBase2() == cast<IntegerType>(A->getType())->getBitWidth())
3624       return new ICmpInst(Pred, A, Builder.CreateTrunc(B, A->getType()));
3625   }
3626
3627   // (A >> C) == (B >> C) --> (A^B) u< (1 << C)
3628   // For lshr and ashr pairs.
3629   if ((match(Op0, m_OneUse(m_LShr(m_Value(A), m_ConstantInt(Cst1)))) &&
3630        match(Op1, m_OneUse(m_LShr(m_Value(B), m_Specific(Cst1))))) ||
3631       (match(Op0, m_OneUse(m_AShr(m_Value(A), m_ConstantInt(Cst1)))) &&
3632        match(Op1, m_OneUse(m_AShr(m_Value(B), m_Specific(Cst1)))))) {
3633     unsigned TypeBits = Cst1->getBitWidth();
3634     unsigned ShAmt = (unsigned)Cst1->getLimitedValue(TypeBits);
3635     if (ShAmt < TypeBits && ShAmt != 0) {
3636       ICmpInst::Predicate NewPred =
3637           Pred == ICmpInst::ICMP_NE ? ICmpInst::ICMP_UGE : ICmpInst::ICMP_ULT;
3638       Value *Xor = Builder.CreateXor(A, B, I.getName() + ".unshifted");
3639       APInt CmpVal = APInt::getOneBitSet(TypeBits, ShAmt);
3640       return new ICmpInst(NewPred, Xor, Builder.getInt(CmpVal));
3641     }
3642   }
3643
3644   // (A << C) == (B << C) --> ((A^B) & (~0U >> C)) == 0
3645   if (match(Op0, m_OneUse(m_Shl(m_Value(A), m_ConstantInt(Cst1)))) &&
3646       match(Op1, m_OneUse(m_Shl(m_Value(B), m_Specific(Cst1))))) {
3647     unsigned TypeBits = Cst1->getBitWidth();
3648     unsigned ShAmt = (unsigned)Cst1->getLimitedValue(TypeBits);
3649     if (ShAmt < TypeBits && ShAmt != 0) {
3650       Value *Xor = Builder.CreateXor(A, B, I.getName() + ".unshifted");
3651       APInt AndVal = APInt::getLowBitsSet(TypeBits, TypeBits - ShAmt);
3652       Value *And = Builder.CreateAnd(Xor, Builder.getInt(AndVal),
3653                                       I.getName() + ".mask");
3654       return new ICmpInst(Pred, And, Constant::getNullValue(Cst1->getType()));
3655     }
3656   }
3657
3658   // Transform "icmp eq (trunc (lshr(X, cst1)), cst" to
3659   // "icmp (and X, mask), cst"
3660   uint64_t ShAmt = 0;
3661   if (Op0->hasOneUse() &&
3662       match(Op0, m_Trunc(m_OneUse(m_LShr(m_Value(A), m_ConstantInt(ShAmt))))) &&
3663       match(Op1, m_ConstantInt(Cst1)) &&
3664       // Only do this when A has multiple uses.  This is most important to do
3665       // when it exposes other optimizations.
3666       !A->hasOneUse()) {
3667     unsigned ASize = cast<IntegerType>(A->getType())->getPrimitiveSizeInBits();
3668
3669     if (ShAmt < ASize) {
3670       APInt MaskV =
3671           APInt::getLowBitsSet(ASize, Op0->getType()->getPrimitiveSizeInBits());
3672       MaskV <<= ShAmt;
3673
3674       APInt CmpV = Cst1->getValue().zext(ASize);
3675       CmpV <<= ShAmt;
3676
3677       Value *Mask = Builder.CreateAnd(A, Builder.getInt(MaskV));
3678       return new ICmpInst(Pred, Mask, Builder.getInt(CmpV));
3679     }
3680   }
3681
3682   // If both operands are byte-swapped or bit-reversed, just compare the
3683   // original values.
3684   // TODO: Move this to a function similar to foldICmpIntrinsicWithConstant()
3685   // and handle more intrinsics.
3686   if ((match(Op0, m_BSwap(m_Value(A))) && match(Op1, m_BSwap(m_Value(B)))) ||
3687       (match(Op0, m_BitReverse(m_Value(A))) &&
3688        match(Op1, m_BitReverse(m_Value(B)))))
3689     return new ICmpInst(Pred, A, B);
3690
3691   return nullptr;
3692 }
3693
3694 /// Handle icmp (cast x to y), (cast/cst). We only handle extending casts so
3695 /// far.
3696 Instruction *InstCombiner::foldICmpWithCastAndCast(ICmpInst &ICmp) {
3697   const CastInst *LHSCI = cast<CastInst>(ICmp.getOperand(0));
3698   Value *LHSCIOp        = LHSCI->getOperand(0);
3699   Type *SrcTy     = LHSCIOp->getType();
3700   Type *DestTy    = LHSCI->getType();
3701   Value *RHSCIOp;
3702
3703   // Turn icmp (ptrtoint x), (ptrtoint/c) into a compare of the input if the
3704   // integer type is the same size as the pointer type.
3705   const auto& CompatibleSizes = [&](Type* SrcTy, Type* DestTy) -> bool {
3706     if (isa<VectorType>(SrcTy)) {
3707       SrcTy = cast<VectorType>(SrcTy)->getElementType();
3708       DestTy = cast<VectorType>(DestTy)->getElementType();
3709     }
3710     return DL.getPointerTypeSizeInBits(SrcTy) == DestTy->getIntegerBitWidth();
3711   };
3712   if (LHSCI->getOpcode() == Instruction::PtrToInt &&
3713       CompatibleSizes(SrcTy, DestTy)) {
3714     Value *RHSOp = nullptr;
3715     if (auto *RHSC = dyn_cast<PtrToIntOperator>(ICmp.getOperand(1))) {
3716       Value *RHSCIOp = RHSC->getOperand(0);
3717       if (RHSCIOp->getType()->getPointerAddressSpace() ==
3718           LHSCIOp->getType()->getPointerAddressSpace()) {
3719         RHSOp = RHSC->getOperand(0);
3720         // If the pointer types don't match, insert a bitcast.
3721         if (LHSCIOp->getType() != RHSOp->getType())
3722           RHSOp = Builder.CreateBitCast(RHSOp, LHSCIOp->getType());
3723       }
3724     } else if (auto *RHSC = dyn_cast<Constant>(ICmp.getOperand(1))) {
3725       RHSOp = ConstantExpr::getIntToPtr(RHSC, SrcTy);
3726     }
3727
3728     if (RHSOp)
3729       return new ICmpInst(ICmp.getPredicate(), LHSCIOp, RHSOp);
3730   }
3731
3732   // The code below only handles extension cast instructions, so far.
3733   // Enforce this.
3734   if (LHSCI->getOpcode() != Instruction::ZExt &&
3735       LHSCI->getOpcode() != Instruction::SExt)
3736     return nullptr;
3737
3738   bool isSignedExt = LHSCI->getOpcode() == Instruction::SExt;
3739   bool isSignedCmp = ICmp.isSigned();
3740
3741   if (auto *CI = dyn_cast<CastInst>(ICmp.getOperand(1))) {
3742     // Not an extension from the same type?
3743     RHSCIOp = CI->getOperand(0);
3744     if (RHSCIOp->getType() != LHSCIOp->getType())
3745       return nullptr;
3746
3747     // If the signedness of the two casts doesn't agree (i.e. one is a sext
3748     // and the other is a zext), then we can't handle this.
3749     if (CI->getOpcode() != LHSCI->getOpcode())
3750       return nullptr;
3751
3752     // Deal with equality cases early.
3753     if (ICmp.isEquality())
3754       return new ICmpInst(ICmp.getPredicate(), LHSCIOp, RHSCIOp);
3755
3756     // A signed comparison of sign extended values simplifies into a
3757     // signed comparison.
3758     if (isSignedCmp && isSignedExt)
3759       return new ICmpInst(ICmp.getPredicate(), LHSCIOp, RHSCIOp);
3760
3761     // The other three cases all fold into an unsigned comparison.
3762     return new ICmpInst(ICmp.getUnsignedPredicate(), LHSCIOp, RHSCIOp);
3763   }
3764
3765   // If we aren't dealing with a constant on the RHS, exit early.
3766   auto *C = dyn_cast<Constant>(ICmp.getOperand(1));
3767   if (!C)
3768     return nullptr;
3769
3770   // Compute the constant that would happen if we truncated to SrcTy then
3771   // re-extended to DestTy.
3772   Constant *Res1 = ConstantExpr::getTrunc(C, SrcTy);
3773   Constant *Res2 = ConstantExpr::getCast(LHSCI->getOpcode(), Res1, DestTy);
3774
3775   // If the re-extended constant didn't change...
3776   if (Res2 == C) {
3777     // Deal with equality cases early.
3778     if (ICmp.isEquality())
3779       return new ICmpInst(ICmp.getPredicate(), LHSCIOp, Res1);
3780
3781     // A signed comparison of sign extended values simplifies into a
3782     // signed comparison.
3783     if (isSignedExt && isSignedCmp)
3784       return new ICmpInst(ICmp.getPredicate(), LHSCIOp, Res1);
3785
3786     // The other three cases all fold into an unsigned comparison.
3787     return new ICmpInst(ICmp.getUnsignedPredicate(), LHSCIOp, Res1);
3788   }
3789
3790   // The re-extended constant changed, partly changed (in the case of a vector),
3791   // or could not be determined to be equal (in the case of a constant
3792   // expression), so the constant cannot be represented in the shorter type.
3793   // Consequently, we cannot emit a simple comparison.
3794   // All the cases that fold to true or false will have already been handled
3795   // by SimplifyICmpInst, so only deal with the tricky case.
3796
3797   if (isSignedCmp || !isSignedExt || !isa<ConstantInt>(C))
3798     return nullptr;
3799
3800   // Evaluate the comparison for LT (we invert for GT below). LE and GE cases
3801   // should have been folded away previously and not enter in here.
3802
3803   // We're performing an unsigned comp with a sign extended value.
3804   // This is true if the input is >= 0. [aka >s -1]
3805   Constant *NegOne = Constant::getAllOnesValue(SrcTy);
3806   Value *Result = Builder.CreateICmpSGT(LHSCIOp, NegOne, ICmp.getName());
3807
3808   // Finally, return the value computed.
3809   if (ICmp.getPredicate() == ICmpInst::ICMP_ULT)
3810     return replaceInstUsesWith(ICmp, Result);
3811
3812   assert(ICmp.getPredicate() == ICmpInst::ICMP_UGT && "ICmp should be folded!");
3813   return BinaryOperator::CreateNot(Result);
3814 }
3815
3816 bool InstCombiner::OptimizeOverflowCheck(OverflowCheckFlavor OCF, Value *LHS,
3817                                          Value *RHS, Instruction &OrigI,
3818                                          Value *&Result, Constant *&Overflow) {
3819   if (OrigI.isCommutative() && isa<Constant>(LHS) && !isa<Constant>(RHS))
3820     std::swap(LHS, RHS);
3821
3822   auto SetResult = [&](Value *OpResult, Constant *OverflowVal, bool ReuseName) {
3823     Result = OpResult;
3824     Overflow = OverflowVal;
3825     if (ReuseName)
3826       Result->takeName(&OrigI);
3827     return true;
3828   };
3829
3830   // If the overflow check was an add followed by a compare, the insertion point
3831   // may be pointing to the compare.  We want to insert the new instructions
3832   // before the add in case there are uses of the add between the add and the
3833   // compare.
3834   Builder.SetInsertPoint(&OrigI);
3835
3836   switch (OCF) {
3837   case OCF_INVALID:
3838     llvm_unreachable("bad overflow check kind!");
3839
3840   case OCF_UNSIGNED_ADD: {
3841     OverflowResult OR = computeOverflowForUnsignedAdd(LHS, RHS, &OrigI);
3842     if (OR == OverflowResult::NeverOverflows)
3843       return SetResult(Builder.CreateNUWAdd(LHS, RHS), Builder.getFalse(),
3844                        true);
3845
3846     if (OR == OverflowResult::AlwaysOverflows)
3847       return SetResult(Builder.CreateAdd(LHS, RHS), Builder.getTrue(), true);
3848
3849     // Fall through uadd into sadd
3850     LLVM_FALLTHROUGH;
3851   }
3852   case OCF_SIGNED_ADD: {
3853     // X + 0 -> {X, false}
3854     if (match(RHS, m_Zero()))
3855       return SetResult(LHS, Builder.getFalse(), false);
3856
3857     // We can strength reduce this signed add into a regular add if we can prove
3858     // that it will never overflow.
3859     if (OCF == OCF_SIGNED_ADD)
3860       if (willNotOverflowSignedAdd(LHS, RHS, OrigI))
3861         return SetResult(Builder.CreateNSWAdd(LHS, RHS), Builder.getFalse(),
3862                          true);
3863     break;
3864   }
3865
3866   case OCF_UNSIGNED_SUB:
3867   case OCF_SIGNED_SUB: {
3868     // X - 0 -> {X, false}
3869     if (match(RHS, m_Zero()))
3870       return SetResult(LHS, Builder.getFalse(), false);
3871
3872     if (OCF == OCF_SIGNED_SUB) {
3873       if (willNotOverflowSignedSub(LHS, RHS, OrigI))
3874         return SetResult(Builder.CreateNSWSub(LHS, RHS), Builder.getFalse(),
3875                          true);
3876     } else {
3877       if (willNotOverflowUnsignedSub(LHS, RHS, OrigI))
3878         return SetResult(Builder.CreateNUWSub(LHS, RHS), Builder.getFalse(),
3879                          true);
3880     }
3881     break;
3882   }
3883
3884   case OCF_UNSIGNED_MUL: {
3885     OverflowResult OR = computeOverflowForUnsignedMul(LHS, RHS, &OrigI);
3886     if (OR == OverflowResult::NeverOverflows)
3887       return SetResult(Builder.CreateNUWMul(LHS, RHS), Builder.getFalse(),
3888                        true);
3889     if (OR == OverflowResult::AlwaysOverflows)
3890       return SetResult(Builder.CreateMul(LHS, RHS), Builder.getTrue(), true);
3891     LLVM_FALLTHROUGH;
3892   }
3893   case OCF_SIGNED_MUL:
3894     // X * undef -> undef
3895     if (isa<UndefValue>(RHS))
3896       return SetResult(RHS, UndefValue::get(Builder.getInt1Ty()), false);
3897
3898     // X * 0 -> {0, false}
3899     if (match(RHS, m_Zero()))
3900       return SetResult(RHS, Builder.getFalse(), false);
3901
3902     // X * 1 -> {X, false}
3903     if (match(RHS, m_One()))
3904       return SetResult(LHS, Builder.getFalse(), false);
3905
3906     if (OCF == OCF_SIGNED_MUL)
3907       if (willNotOverflowSignedMul(LHS, RHS, OrigI))
3908         return SetResult(Builder.CreateNSWMul(LHS, RHS), Builder.getFalse(),
3909                          true);
3910     break;
3911   }
3912
3913   return false;
3914 }
3915
3916 /// Recognize and process idiom involving test for multiplication
3917 /// overflow.
3918 ///
3919 /// The caller has matched a pattern of the form:
3920 ///   I = cmp u (mul(zext A, zext B), V
3921 /// The function checks if this is a test for overflow and if so replaces
3922 /// multiplication with call to 'mul.with.overflow' intrinsic.
3923 ///
3924 /// \param I Compare instruction.
3925 /// \param MulVal Result of 'mult' instruction.  It is one of the arguments of
3926 ///               the compare instruction.  Must be of integer type.
3927 /// \param OtherVal The other argument of compare instruction.
3928 /// \returns Instruction which must replace the compare instruction, NULL if no
3929 ///          replacement required.
3930 static Instruction *processUMulZExtIdiom(ICmpInst &I, Value *MulVal,
3931                                          Value *OtherVal, InstCombiner &IC) {
3932   // Don't bother doing this transformation for pointers, don't do it for
3933   // vectors.
3934   if (!isa<IntegerType>(MulVal->getType()))
3935     return nullptr;
3936
3937   assert(I.getOperand(0) == MulVal || I.getOperand(1) == MulVal);
3938   assert(I.getOperand(0) == OtherVal || I.getOperand(1) == OtherVal);
3939   auto *MulInstr = dyn_cast<Instruction>(MulVal);
3940   if (!MulInstr)
3941     return nullptr;
3942   assert(MulInstr->getOpcode() == Instruction::Mul);
3943
3944   auto *LHS = cast<ZExtOperator>(MulInstr->getOperand(0)),
3945        *RHS = cast<ZExtOperator>(MulInstr->getOperand(1));
3946   assert(LHS->getOpcode() == Instruction::ZExt);
3947   assert(RHS->getOpcode() == Instruction::ZExt);
3948   Value *A = LHS->getOperand(0), *B = RHS->getOperand(0);
3949
3950   // Calculate type and width of the result produced by mul.with.overflow.
3951   Type *TyA = A->getType(), *TyB = B->getType();
3952   unsigned WidthA = TyA->getPrimitiveSizeInBits(),
3953            WidthB = TyB->getPrimitiveSizeInBits();
3954   unsigned MulWidth;
3955   Type *MulType;
3956   if (WidthB > WidthA) {
3957     MulWidth = WidthB;
3958     MulType = TyB;
3959   } else {
3960     MulWidth = WidthA;
3961     MulType = TyA;
3962   }
3963
3964   // In order to replace the original mul with a narrower mul.with.overflow,
3965   // all uses must ignore upper bits of the product.  The number of used low
3966   // bits must be not greater than the width of mul.with.overflow.
3967   if (MulVal->hasNUsesOrMore(2))
3968     for (User *U : MulVal->users()) {
3969       if (U == &I)
3970         continue;
3971       if (TruncInst *TI = dyn_cast<TruncInst>(U)) {
3972         // Check if truncation ignores bits above MulWidth.
3973         unsigned TruncWidth = TI->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
3974         if (TruncWidth > MulWidth)
3975           return nullptr;
3976       } else if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(U)) {
3977         // Check if AND ignores bits above MulWidth.
3978         if (BO->getOpcode() != Instruction::And)
3979           return nullptr;
3980         if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1))) {
3981           const APInt &CVal = CI->getValue();
3982           if (CVal.getBitWidth() - CVal.countLeadingZeros() > MulWidth)
3983             return nullptr;
3984         } else {
3985           // In this case we could have the operand of the binary operation
3986           // being defined in another block, and performing the replacement
3987           // could break the dominance relation.
3988           return nullptr;
3989         }
3990       } else {
3991         // Other uses prohibit this transformation.
3992         return nullptr;
3993       }
3994     }
3995
3996   // Recognize patterns
3997   switch (I.getPredicate()) {
3998   case ICmpInst::ICMP_EQ:
3999   case ICmpInst::ICMP_NE:
4000     // Recognize pattern:
4001     //   mulval = mul(zext A, zext B)
4002     //   cmp eq/neq mulval, zext trunc mulval
4003     if (ZExtInst *Zext = dyn_cast<ZExtInst>(OtherVal))
4004       if (Zext->hasOneUse()) {
4005         Value *ZextArg = Zext->getOperand(0);
4006         if (TruncInst *Trunc = dyn_cast<TruncInst>(ZextArg))
4007           if (Trunc->getType()->getPrimitiveSizeInBits() == MulWidth)
4008             break; //Recognized
4009       }
4010
4011     // Recognize pattern:
4012     //   mulval = mul(zext A, zext B)
4013     //   cmp eq/neq mulval, and(mulval, mask), mask selects low MulWidth bits.
4014     ConstantInt *CI;
4015     Value *ValToMask;
4016     if (match(OtherVal, m_And(m_Value(ValToMask), m_ConstantInt(CI)))) {
4017       if (ValToMask != MulVal)
4018         return nullptr;
4019       const APInt &CVal = CI->getValue() + 1;
4020       if (CVal.isPowerOf2()) {
4021         unsigned MaskWidth = CVal.logBase2();
4022         if (MaskWidth == MulWidth)
4023           break; // Recognized
4024       }
4025     }
4026     return nullptr;
4027
4028   case ICmpInst::ICMP_UGT:
4029     // Recognize pattern:
4030     //   mulval = mul(zext A, zext B)
4031     //   cmp ugt mulval, max
4032     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(OtherVal)) {
4033       APInt MaxVal = APInt::getMaxValue(MulWidth);
4034       MaxVal = MaxVal.zext(CI->getBitWidth());
4035       if (MaxVal.eq(CI->getValue()))
4036         break; // Recognized
4037     }
4038     return nullptr;
4039
4040   case ICmpInst::ICMP_UGE:
4041     // Recognize pattern:
4042     //   mulval = mul(zext A, zext B)
4043     //   cmp uge mulval, max+1
4044     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(OtherVal)) {
4045       APInt MaxVal = APInt::getOneBitSet(CI->getBitWidth(), MulWidth);
4046       if (MaxVal.eq(CI->getValue()))
4047         break; // Recognized
4048     }
4049     return nullptr;
4050
4051   case ICmpInst::ICMP_ULE:
4052     // Recognize pattern:
4053     //   mulval = mul(zext A, zext B)
4054     //   cmp ule mulval, max
4055     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(OtherVal)) {
4056       APInt MaxVal = APInt::getMaxValue(MulWidth);
4057       MaxVal = MaxVal.zext(CI->getBitWidth());
4058       if (MaxVal.eq(CI->getValue()))
4059         break; // Recognized
4060     }
4061     return nullptr;
4062
4063   case ICmpInst::ICMP_ULT:
4064     // Recognize pattern:
4065     //   mulval = mul(zext A, zext B)
4066     //   cmp ule mulval, max + 1
4067     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(OtherVal)) {
4068       APInt MaxVal = APInt::getOneBitSet(CI->getBitWidth(), MulWidth);
4069       if (MaxVal.eq(CI->getValue()))
4070         break; // Recognized
4071     }
4072     return nullptr;
4073
4074   default:
4075     return nullptr;
4076   }
4077
4078   InstCombiner::BuilderTy &Builder = IC.Builder;
4079   Builder.SetInsertPoint(MulInstr);
4080
4081   // Replace: mul(zext A, zext B) --> mul.with.overflow(A, B)
4082   Value *MulA = A, *MulB = B;
4083   if (WidthA < MulWidth)
4084     MulA = Builder.CreateZExt(A, MulType);
4085   if (WidthB < MulWidth)
4086     MulB = Builder.CreateZExt(B, MulType);
4087   Value *F = Intrinsic::getDeclaration(I.getModule(),
4088                                        Intrinsic::umul_with_overflow, MulType);
4089   CallInst *Call = Builder.CreateCall(F, {MulA, MulB}, "umul");
4090   IC.Worklist.Add(MulInstr);
4091
4092   // If there are uses of mul result other than the comparison, we know that
4093   // they are truncation or binary AND. Change them to use result of
4094   // mul.with.overflow and adjust properly mask/size.
4095   if (MulVal->hasNUsesOrMore(2)) {
4096     Value *Mul = Builder.CreateExtractValue(Call, 0, "umul.value");
4097     for (auto UI = MulVal->user_begin(), UE = MulVal->user_end(); UI != UE;) {
4098       User *U = *UI++;
4099       if (U == &I || U == OtherVal)
4100         continue;
4101       if (TruncInst *TI = dyn_cast<TruncInst>(U)) {
4102         if (TI->getType()->getPrimitiveSizeInBits() == MulWidth)
4103           IC.replaceInstUsesWith(*TI, Mul);
4104         else
4105           TI->setOperand(0, Mul);
4106       } else if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(U)) {
4107         assert(BO->getOpcode() == Instruction::And);
4108         // Replace (mul & mask) --> zext (mul.with.overflow & short_mask)
4109         ConstantInt *CI = cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1));
4110         APInt ShortMask = CI->getValue().trunc(MulWidth);
4111         Value *ShortAnd = Builder.CreateAnd(Mul, ShortMask);
4112         Instruction *Zext =
4113             cast<Instruction>(Builder.CreateZExt(ShortAnd, BO->getType()));
4114         IC.Worklist.Add(Zext);
4115         IC.replaceInstUsesWith(*BO, Zext);
4116       } else {
4117         llvm_unreachable("Unexpected Binary operation");
4118       }
4119       IC.Worklist.Add(cast<Instruction>(U));
4120     }
4121   }
4122   if (isa<Instruction>(OtherVal))
4123     IC.Worklist.Add(cast<Instruction>(OtherVal));
4124
4125   // The original icmp gets replaced with the overflow value, maybe inverted
4126   // depending on predicate.
4127   bool Inverse = false;
4128   switch (I.getPredicate()) {
4129   case ICmpInst::ICMP_NE:
4130     break;
4131   case ICmpInst::ICMP_EQ:
4132     Inverse = true;
4133     break;
4134   case ICmpInst::ICMP_UGT:
4135   case ICmpInst::ICMP_UGE:
4136     if (I.getOperand(0) == MulVal)
4137       break;
4138     Inverse = true;
4139     break;
4140   case ICmpInst::ICMP_ULT:
4141   case ICmpInst::ICMP_ULE:
4142     if (I.getOperand(1) == MulVal)
4143       break;
4144     Inverse = true;
4145     break;
4146   default:
4147     llvm_unreachable("Unexpected predicate");
4148   }
4149   if (Inverse) {
4150     Value *Res = Builder.CreateExtractValue(Call, 1);
4151     return BinaryOperator::CreateNot(Res);
4152   }
4153
4154   return ExtractValueInst::Create(Call, 1);
4155 }
4156
4157 /// When performing a comparison against a constant, it is possible that not all
4158 /// the bits in the LHS are demanded. This helper method computes the mask that
4159 /// IS demanded.
4160 static APInt getDemandedBitsLHSMask(ICmpInst &I, unsigned BitWidth) {
4161   const APInt *RHS;
4162   if (!match(I.getOperand(1), m_APInt(RHS)))
4163     return APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
4164
4165   // If this is a normal comparison, it demands all bits. If it is a sign bit
4166   // comparison, it only demands the sign bit.
4167   bool UnusedBit;
4168   if (isSignBitCheck(I.getPredicate(), *RHS, UnusedBit))
4169     return APInt::getSignMask(BitWidth);
4170
4171   switch (I.getPredicate()) {
4172   // For a UGT comparison, we don't care about any bits that
4173   // correspond to the trailing ones of the comparand.  The value of these
4174   // bits doesn't impact the outcome of the comparison, because any value
4175   // greater than the RHS must differ in a bit higher than these due to carry.
4176   case ICmpInst::ICMP_UGT:
4177     return APInt::getBitsSetFrom(BitWidth, RHS->countTrailingOnes());
4178
4179   // Similarly, for a ULT comparison, we don't care about the trailing zeros.
4180   // Any value less than the RHS must differ in a higher bit because of carries.
4181   case ICmpInst::ICMP_ULT:
4182     return APInt::getBitsSetFrom(BitWidth, RHS->countTrailingZeros());
4183
4184   default:
4185     return APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
4186   }
4187 }
4188
4189 /// Check if the order of \p Op0 and \p Op1 as operands in an ICmpInst
4190 /// should be swapped.
4191 /// The decision is based on how many times these two operands are reused
4192 /// as subtract operands and their positions in those instructions.
4193 /// The rationale is that several architectures use the same instruction for
4194 /// both subtract and cmp. Thus, it is better if the order of those operands
4195 /// match.
4196 /// \return true if Op0 and Op1 should be swapped.
4197 static bool swapMayExposeCSEOpportunities(const Value *Op0, const Value *Op1) {
4198   // Filter out pointer values as those cannot appear directly in subtract.
4199   // FIXME: we may want to go through inttoptrs or bitcasts.
4200   if (Op0->getType()->isPointerTy())
4201     return false;
4202   // If a subtract already has the same operands as a compare, swapping would be
4203   // bad. If a subtract has the same operands as a compare but in reverse order,
4204   // then swapping is good.
4205   int GoodToSwap = 0;
4206   for (const User *U : Op0->users()) {
4207     if (match(U, m_Sub(m_Specific(Op1), m_Specific(Op0))))
4208       GoodToSwap++;
4209     else if (match(U, m_Sub(m_Specific(Op0), m_Specific(Op1))))
4210       GoodToSwap--;
4211   }
4212   return GoodToSwap > 0;
4213 }
4214
4215 /// Check that one use is in the same block as the definition and all
4216 /// other uses are in blocks dominated by a given block.
4217 ///
4218 /// \param DI Definition
4219 /// \param UI Use
4220 /// \param DB Block that must dominate all uses of \p DI outside
4221 ///           the parent block
4222 /// \return true when \p UI is the only use of \p DI in the parent block
4223 /// and all other uses of \p DI are in blocks dominated by \p DB.
4224 ///
4225 bool InstCombiner::dominatesAllUses(const Instruction *DI,
4226                                     const Instruction *UI,
4227                                     const BasicBlock *DB) const {
4228   assert(DI && UI && "Instruction not defined\n");
4229   // Ignore incomplete definitions.
4230   if (!DI->getParent())
4231     return false;
4232   // DI and UI must be in the same block.
4233   if (DI->getParent() != UI->getParent())
4234     return false;
4235   // Protect from self-referencing blocks.
4236   if (DI->getParent() == DB)
4237     return false;
4238   for (const User *U : DI->users()) {
4239     auto *Usr = cast<Instruction>(U);
4240     if (Usr != UI && !DT.dominates(DB, Usr->getParent()))
4241       return false;
4242   }
4243   return true;
4244 }
4245
4246 /// Return true when the instruction sequence within a block is select-cmp-br.
4247 static bool isChainSelectCmpBranch(const SelectInst *SI) {
4248   const BasicBlock *BB = SI->getParent();
4249   if (!BB)
4250     return false;
4251   auto *BI = dyn_cast_or_null<BranchInst>(BB->getTerminator());
4252   if (!BI || BI->getNumSuccessors() != 2)
4253     return false;
4254   auto *IC = dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
4255   if (!IC || (IC->getOperand(0) != SI && IC->getOperand(1) != SI))
4256     return false;
4257   return true;
4258 }
4259
4260 /// True when a select result is replaced by one of its operands
4261 /// in select-icmp sequence. This will eventually result in the elimination
4262 /// of the select.
4263 ///
4264 /// \param SI    Select instruction
4265 /// \param Icmp  Compare instruction
4266 /// \param SIOpd Operand that replaces the select
4267 ///
4268 /// Notes:
4269 /// - The replacement is global and requires dominator information
4270 /// - The caller is responsible for the actual replacement
4271 ///
4272 /// Example:
4273 ///
4274 /// entry:
4275 ///  %4 = select i1 %3, %C* %0, %C* null
4276 ///  %5 = icmp eq %C* %4, null
4277 ///  br i1 %5, label %9, label %7
4278 ///  ...
4279 ///  ; <label>:7                                       ; preds = %entry
4280 ///  %8 = getelementptr inbounds %C* %4, i64 0, i32 0
4281 ///  ...
4282 ///
4283 /// can be transformed to
4284 ///
4285 ///  %5 = icmp eq %C* %0, null
4286 ///  %6 = select i1 %3, i1 %5, i1 true
4287 ///  br i1 %6, label %9, label %7
4288 ///  ...
4289 ///  ; <label>:7                                       ; preds = %entry
4290 ///  %8 = getelementptr inbounds %C* %0, i64 0, i32 0  // replace by %0!
4291 ///
4292 /// Similar when the first operand of the select is a constant or/and
4293 /// the compare is for not equal rather than equal.
4294 ///
4295 /// NOTE: The function is only called when the select and compare constants
4296 /// are equal, the optimization can work only for EQ predicates. This is not a
4297 /// major restriction since a NE compare should be 'normalized' to an equal
4298 /// compare, which usually happens in the combiner and test case
4299 /// select-cmp-br.ll checks for it.
4300 bool InstCombiner::replacedSelectWithOperand(SelectInst *SI,
4301                                              const ICmpInst *Icmp,
4302                                              const unsigned SIOpd) {
4303   assert((SIOpd == 1 || SIOpd == 2) && "Invalid select operand!");
4304   if (isChainSelectCmpBranch(SI) && Icmp->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ) {
4305     BasicBlock *Succ = SI->getParent()->getTerminator()->getSuccessor(1);
4306     // The check for the single predecessor is not the best that can be
4307     // done. But it protects efficiently against cases like when SI's
4308     // home block has two successors, Succ and Succ1, and Succ1 predecessor
4309     // of Succ. Then SI can't be replaced by SIOpd because the use that gets
4310     // replaced can be reached on either path. So the uniqueness check
4311     // guarantees that the path all uses of SI (outside SI's parent) are on
4312     // is disjoint from all other paths out of SI. But that information
4313     // is more expensive to compute, and the trade-off here is in favor
4314     // of compile-time. It should also be noticed that we check for a single
4315     // predecessor and not only uniqueness. This to handle the situation when
4316     // Succ and Succ1 points to the same basic block.
4317     if (Succ->getSinglePredecessor() && dominatesAllUses(SI, Icmp, Succ)) {
4318       NumSel++;
4319       SI->replaceUsesOutsideBlock(SI->getOperand(SIOpd), SI->getParent());
4320       return true;
4321     }
4322   }
4323   return false;
4324 }
4325
4326 /// Try to fold the comparison based on range information we can get by checking
4327 /// whether bits are known to be zero or one in the inputs.
4328 Instruction *InstCombiner::foldICmpUsingKnownBits(ICmpInst &I) {
4329   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
4330   Type *Ty = Op0->getType();
4331   ICmpInst::Predicate Pred = I.getPredicate();
4332
4333   // Get scalar or pointer size.
4334   unsigned BitWidth = Ty->isIntOrIntVectorTy()
4335                           ? Ty->getScalarSizeInBits()
4336                           : DL.getIndexTypeSizeInBits(Ty->getScalarType());
4337
4338   if (!BitWidth)
4339     return nullptr;
4340
4341   KnownBits Op0Known(BitWidth);
4342   KnownBits Op1Known(BitWidth);
4343
4344   if (SimplifyDemandedBits(&I, 0,
4345                            getDemandedBitsLHSMask(I, BitWidth),
4346                            Op0Known, 0))
4347     return &I;
4348
4349   if (SimplifyDemandedBits(&I, 1, APInt::getAllOnesValue(BitWidth),
4350                            Op1Known, 0))
4351     return &I;
4352
4353   // Given the known and unknown bits, compute a range that the LHS could be
4354   // in.  Compute the Min, Max and RHS values based on the known bits. For the
4355   // EQ and NE we use unsigned values.
4356   APInt Op0Min(BitWidth, 0), Op0Max(BitWidth, 0);
4357   APInt Op1Min(BitWidth, 0), Op1Max(BitWidth, 0);
4358   if (I.isSigned()) {
4359     computeSignedMinMaxValuesFromKnownBits(Op0Known, Op0Min, Op0Max);
4360     computeSignedMinMaxValuesFromKnownBits(Op1Known, Op1Min, Op1Max);
4361   } else {
4362     computeUnsignedMinMaxValuesFromKnownBits(Op0Known, Op0Min, Op0Max);
4363     computeUnsignedMinMaxValuesFromKnownBits(Op1Known, Op1Min, Op1Max);
4364   }
4365
4366   // If Min and Max are known to be the same, then SimplifyDemandedBits figured
4367   // out that the LHS or RHS is a constant. Constant fold this now, so that
4368   // code below can assume that Min != Max.
4369   if (!isa<Constant>(Op0) && Op0Min == Op0Max)
4370     return new ICmpInst(Pred, ConstantExpr::getIntegerValue(Ty, Op0Min), Op1);
4371   if (!isa<Constant>(Op1) && Op1Min == Op1Max)
4372     return new ICmpInst(Pred, Op0, ConstantExpr::getIntegerValue(Ty, Op1Min));
4373
4374   // Based on the range information we know about the LHS, see if we can
4375   // simplify this comparison.  For example, (x&4) < 8 is always true.
4376   switch (Pred) {
4377   default:
4378     llvm_unreachable("Unknown icmp opcode!");
4379   case ICmpInst::ICMP_EQ:
4380   case ICmpInst::ICMP_NE: {
4381     if (Op0Max.ult(Op1Min) || Op0Min.ugt(Op1Max)) {
4382       return Pred == CmpInst::ICMP_EQ
4383                  ? replaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getFalse(I.getType()))
4384                  : replaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getTrue(I.getType()));
4385     }
4386
4387     // If all bits are known zero except for one, then we know at most one bit
4388     // is set. If the comparison is against zero, then this is a check to see if
4389     // *that* bit is set.
4390     APInt Op0KnownZeroInverted = ~Op0Known.Zero;
4391     if (Op1Known.isZero()) {
4392       // If the LHS is an AND with the same constant, look through it.
4393       Value *LHS = nullptr;
4394       const APInt *LHSC;
4395       if (!match(Op0, m_And(m_Value(LHS), m_APInt(LHSC))) ||
4396           *LHSC != Op0KnownZeroInverted)
4397         LHS = Op0;
4398
4399       Value *X;
4400       if (match(LHS, m_Shl(m_One(), m_Value(X)))) {
4401         APInt ValToCheck = Op0KnownZeroInverted;
4402         Type *XTy = X->getType();
4403         if (ValToCheck.isPowerOf2()) {
4404           // ((1 << X) & 8) == 0 -> X != 3
4405           // ((1 << X) & 8) != 0 -> X == 3
4406           auto *CmpC = ConstantInt::get(XTy, ValToCheck.countTrailingZeros());
4407           auto NewPred = ICmpInst::getInversePredicate(Pred);
4408           return new ICmpInst(NewPred, X, CmpC);
4409         } else if ((++ValToCheck).isPowerOf2()) {
4410           // ((1 << X) & 7) == 0 -> X >= 3
4411           // ((1 << X) & 7) != 0 -> X  < 3
4412           auto *CmpC = ConstantInt::get(XTy, ValToCheck.countTrailingZeros());
4413           auto NewPred =
4414               Pred == CmpInst::ICMP_EQ ? CmpInst::ICMP_UGE : CmpInst::ICMP_ULT;
4415           return new ICmpInst(NewPred, X, CmpC);
4416         }
4417       }
4418
4419       // Check if the LHS is 8 >>u x and the result is a power of 2 like 1.
4420       const APInt *CI;
4421       if (Op0KnownZeroInverted.isOneValue() &&
4422           match(LHS, m_LShr(m_Power2(CI), m_Value(X)))) {
4423         // ((8 >>u X) & 1) == 0 -> X != 3
4424         // ((8 >>u X) & 1) != 0 -> X == 3
4425         unsigned CmpVal = CI->countTrailingZeros();
4426         auto NewPred = ICmpInst::getInversePredicate(Pred);
4427         return new ICmpInst(NewPred, X, ConstantInt::get(X->getType(), CmpVal));
4428       }
4429     }
4430     break;
4431   }
4432   case ICmpInst::ICMP_ULT: {
4433     if (Op0Max.ult(Op1Min)) // A <u B -> true if max(A) < min(B)
4434       return replaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getTrue(I.getType()));
4435     if (Op0Min.uge(Op1Max)) // A <u B -> false if min(A) >= max(B)
4436       return replaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getFalse(I.getType()));
4437     if (Op1Min == Op0Max) // A <u B -> A != B if max(A) == min(B)
4438       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_NE, Op0, Op1);
4439
4440     const APInt *CmpC;
4441     if (match(Op1, m_APInt(CmpC))) {
4442       // A <u C -> A == C-1 if min(A)+1 == C
4443       if (*CmpC == Op0Min + 1)
4444         return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_EQ, Op0,
4445                             ConstantInt::get(Op1->getType(), *CmpC - 1));
4446       // X <u C --> X == 0, if the number of zero bits in the bottom of X
4447       // exceeds the log2 of C.
4448       if (Op0Known.countMinTrailingZeros() >= CmpC->ceilLogBase2())
4449         return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_EQ, Op0,
4450                             Constant::getNullValue(Op1->getType()));
4451     }
4452     break;
4453   }
4454   case ICmpInst::ICMP_UGT: {
4455     if (Op0Min.ugt(Op1Max)) // A >u B -> true if min(A) > max(B)
4456       return replaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getTrue(I.getType()));
4457     if (Op0Max.ule(Op1Min)) // A >u B -> false if max(A) <= max(B)
4458       return replaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getFalse(I.getType()));
4459     if (Op1Max == Op0Min) // A >u B -> A != B if min(A) == max(B)
4460       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_NE, Op0, Op1);
4461
4462     const APInt *CmpC;
4463     if (match(Op1, m_APInt(CmpC))) {
4464       // A >u C -> A == C+1 if max(a)-1 == C
4465       if (*CmpC == Op0Max - 1)
4466         return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_EQ, Op0,
4467                             ConstantInt::get(Op1->getType(), *CmpC + 1));
4468       // X >u C --> X != 0, if the number of zero bits in the bottom of X
4469       // exceeds the log2 of C.
4470       if (Op0Known.countMinTrailingZeros() >= CmpC->getActiveBits())
4471         return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_NE, Op0,
4472                             Constant::getNullValue(Op1->getType()));
4473     }
4474     break;
4475   }
4476   case ICmpInst::ICMP_SLT: {
4477     if (Op0Max.slt(Op1Min)) // A <s B -> true if max(A) < min(C)
4478       return replaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getTrue(I.getType()));
4479     if (Op0Min.sge(Op1Max)) // A <s B -> false if min(A) >= max(C)
4480       return replaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getFalse(I.getType()));
4481     if (Op1Min == Op0Max) // A <s B -> A != B if max(A) == min(B)
4482       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_NE, Op0, Op1);
4483     const APInt *CmpC;
4484     if (match(Op1, m_APInt(CmpC))) {
4485       if (*CmpC == Op0Min + 1) // A <s C -> A == C-1 if min(A)+1 == C
4486         return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_EQ, Op0,
4487                             ConstantInt::get(Op1->getType(), *CmpC - 1));
4488     }
4489     break;
4490   }
4491   case ICmpInst::ICMP_SGT: {
4492     if (Op0Min.sgt(Op1Max)) // A >s B -> true if min(A) > max(B)
4493       return replaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getTrue(I.getType()));
4494     if (Op0Max.sle(Op1Min)) // A >s B -> false if max(A) <= min(B)
4495       return replaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getFalse(I.getType()));
4496     if (Op1Max == Op0Min) // A >s B -> A != B if min(A) == max(B)
4497       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_NE, Op0, Op1);
4498     const APInt *CmpC;
4499     if (match(Op1, m_APInt(CmpC))) {
4500       if (*CmpC == Op0Max - 1) // A >s C -> A == C+1 if max(A)-1 == C
4501         return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_EQ, Op0,
4502                             ConstantInt::get(Op1->getType(), *CmpC + 1));
4503     }
4504     break;
4505   }
4506   case ICmpInst::ICMP_SGE:
4507     assert(!isa<ConstantInt>(Op1) && "ICMP_SGE with ConstantInt not folded!");
4508     if (Op0Min.sge(Op1Max)) // A >=s B -> true if min(A) >= max(B)
4509       return replaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getTrue(I.getType()));
4510     if (Op0Max.slt(Op1Min)) // A >=s B -> false if max(A) < min(B)
4511       return replaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getFalse(I.getType()));
4512     if (Op1Min == Op0Max) // A >=s B -> A == B if max(A) == min(B)
4513       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_EQ, Op0, Op1);
4514     break;
4515   case ICmpInst::ICMP_SLE:
4516     assert(!isa<ConstantInt>(Op1) && "ICMP_SLE with ConstantInt not folded!");
4517     if (Op0Max.sle(Op1Min)) // A <=s B -> true if max(A) <= min(B)
4518       return replaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getTrue(I.getType()));
4519     if (Op0Min.sgt(Op1Max)) // A <=s B -> false if min(A) > max(B)
4520       return replaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getFalse(I.getType()));
4521     if (Op1Max == Op0Min) // A <=s B -> A == B if min(A) == max(B)
4522       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_EQ, Op0, Op1);
4523     break;
4524   case ICmpInst::ICMP_UGE:
4525     assert(!isa<ConstantInt>(Op1) && "ICMP_UGE with ConstantInt not folded!");
4526     if (Op0Min.uge(Op1Max)) // A >=u B -> true if min(A) >= max(B)
4527       return replaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getTrue(I.getType()));
4528     if (Op0Max.ult(Op1Min)) // A >=u B -> false if max(A) < min(B)
4529       return replaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getFalse(I.getType()));
4530     if (Op1Min == Op0Max) // A >=u B -> A == B if max(A) == min(B)
4531       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_EQ, Op0, Op1);
4532     break;
4533   case ICmpInst::ICMP_ULE:
4534     assert(!isa<ConstantInt>(Op1) && "ICMP_ULE with ConstantInt not folded!");
4535     if (Op0Max.ule(Op1Min)) // A <=u B -> true if max(A) <= min(B)
4536       return replaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getTrue(I.getType()));
4537     if (Op0Min.ugt(Op1Max)) // A <=u B -> false if min(A) > max(B)
4538       return replaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getFalse(I.getType()));
4539     if (Op1Max == Op0Min) // A <=u B -> A == B if min(A) == max(B)
4540       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_EQ, Op0, Op1);
4541     break;
4542   }
4543
4544   // Turn a signed comparison into an unsigned one if both operands are known to
4545   // have the same sign.
4546   if (I.isSigned() &&
4547       ((Op0Known.Zero.isNegative() && Op1Known.Zero.isNegative()) ||
4548        (Op0Known.One.isNegative() && Op1Known.One.isNegative())))
4549     return new ICmpInst(I.getUnsignedPredicate(), Op0, Op1);
4550
4551   return nullptr;
4552 }
4553
4554 /// If we have an icmp le or icmp ge instruction with a constant operand, turn
4555 /// it into the appropriate icmp lt or icmp gt instruction. This transform
4556 /// allows them to be folded in visitICmpInst.
4557 static ICmpInst *canonicalizeCmpWithConstant(ICmpInst &I) {
4558   ICmpInst::Predicate Pred = I.getPredicate();
4559   if (Pred != ICmpInst::ICMP_SLE && Pred != ICmpInst::ICMP_SGE &&
4560       Pred != ICmpInst::ICMP_ULE && Pred != ICmpInst::ICMP_UGE)
4561     return nullptr;
4562
4563   Value *Op0 = I.getOperand(0);
4564   Value *Op1 = I.getOperand(1);
4565   auto *Op1C = dyn_cast<Constant>(Op1);
4566   if (!Op1C)
4567     return nullptr;
4568
4569   // Check if the constant operand can be safely incremented/decremented without
4570   // overflowing/underflowing. For scalars, SimplifyICmpInst has already handled
4571   // the edge cases for us, so we just assert on them. For vectors, we must
4572   // handle the edge cases.
4573   Type *Op1Type = Op1->getType();
4574   bool IsSigned = I.isSigned();
4575   bool IsLE = (Pred == ICmpInst::ICMP_SLE || Pred == ICmpInst::ICMP_ULE);
4576   auto *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op1C);
4577   if (CI) {
4578     // A <= MAX -> TRUE ; A >= MIN -> TRUE
4579     assert(IsLE ? !CI->isMaxValue(IsSigned) : !CI->isMinValue(IsSigned));
4580   } else if (Op1Type->isVectorTy()) {
4581     // TODO? If the edge cases for vectors were guaranteed to be handled as they
4582     // are for scalar, we could remove the min/max checks. However, to do that,
4583     // we would have to use insertelement/shufflevector to replace edge values.
4584     unsigned NumElts = Op1Type->getVectorNumElements();
4585     for (unsigned i = 0; i != NumElts; ++i) {
4586       Constant *Elt = Op1C->getAggregateElement(i);
4587       if (!Elt)
4588         return nullptr;
4589
4590       if (isa<UndefValue>(Elt))
4591         continue;
4592
4593       // Bail out if we can't determine if this constant is min/max or if we
4594       // know that this constant is min/max.
4595       auto *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Elt);
4596       if (!CI || (IsLE ? CI->isMaxValue(IsSigned) : CI->isMinValue(IsSigned)))
4597         return nullptr;
4598     }
4599   } else {
4600     // ConstantExpr?
4601     return nullptr;
4602   }
4603
4604   // Increment or decrement the constant and set the new comparison predicate:
4605   // ULE -> ULT ; UGE -> UGT ; SLE -> SLT ; SGE -> SGT
4606   Constant *OneOrNegOne = ConstantInt::get(Op1Type, IsLE ? 1 : -1, true);
4607   CmpInst::Predicate NewPred = IsLE ? ICmpInst::ICMP_ULT: ICmpInst::ICMP_UGT;
4608   NewPred = IsSigned ? ICmpInst::getSignedPredicate(NewPred) : NewPred;
4609   return new ICmpInst(NewPred, Op0, ConstantExpr::getAdd(Op1C, OneOrNegOne));
4610 }
4611
4612 /// Integer compare with boolean values can always be turned into bitwise ops.
4613 static Instruction *canonicalizeICmpBool(ICmpInst &I,
4614                                          InstCombiner::BuilderTy &Builder) {
4615   Value *A = I.getOperand(0), *B = I.getOperand(1);
4616   assert(A->getType()->isIntOrIntVectorTy(1) && "Bools only");
4617
4618   // A boolean compared to true/false can be simplified to Op0/true/false in
4619   // 14 out of the 20 (10 predicates * 2 constants) possible combinations.
4620   // Cases not handled by InstSimplify are always 'not' of Op0.
4621   if (match(B, m_Zero())) {
4622     switch (I.getPredicate()) {
4623       case CmpInst::ICMP_EQ:  // A ==   0 -> !A
4624       case CmpInst::ICMP_ULE: // A <=u  0 -> !A
4625       case CmpInst::ICMP_SGE: // A >=s  0 -> !A
4626         return BinaryOperator::CreateNot(A);
4627       default:
4628         llvm_unreachable("ICmp i1 X, C not simplified as expected.");
4629     }
4630   } else if (match(B, m_One())) {
4631     switch (I.getPredicate()) {
4632       case CmpInst::ICMP_NE:  // A !=  1 -> !A
4633       case CmpInst::ICMP_ULT: // A <u  1 -> !A
4634       case CmpInst::ICMP_SGT: // A >s -1 -> !A
4635         return BinaryOperator::CreateNot(A);
4636       default:
4637         llvm_unreachable("ICmp i1 X, C not simplified as expected.");
4638     }
4639   }
4640
4641   switch (I.getPredicate()) {
4642   default:
4643     llvm_unreachable("Invalid icmp instruction!");
4644   case ICmpInst::ICMP_EQ:
4645     // icmp eq i1 A, B -> ~(A ^ B)
4646     return BinaryOperator::CreateNot(Builder.CreateXor(A, B));
4647
4648   case ICmpInst::ICMP_NE:
4649     // icmp ne i1 A, B -> A ^ B
4650     return BinaryOperator::CreateXor(A, B);
4651
4652   case ICmpInst::ICMP_UGT:
4653     // icmp ugt -> icmp ult
4654     std::swap(A, B);
4655     LLVM_FALLTHROUGH;
4656   case ICmpInst::ICMP_ULT:
4657     // icmp ult i1 A, B -> ~A & B
4658     return BinaryOperator::CreateAnd(Builder.CreateNot(A), B);
4659
4660   case ICmpInst::ICMP_SGT:
4661     // icmp sgt -> icmp slt
4662     std::swap(A, B);
4663     LLVM_FALLTHROUGH;
4664   case ICmpInst::ICMP_SLT:
4665     // icmp slt i1 A, B -> A & ~B
4666     return BinaryOperator::CreateAnd(Builder.CreateNot(B), A);
4667
4668   case ICmpInst::ICMP_UGE:
4669     // icmp uge -> icmp ule
4670     std::swap(A, B);
4671     LLVM_FALLTHROUGH;
4672   case ICmpInst::ICMP_ULE:
4673     // icmp ule i1 A, B -> ~A | B
4674     return BinaryOperator::CreateOr(Builder.CreateNot(A), B);
4675
4676   case ICmpInst::ICMP_SGE:
4677     // icmp sge -> icmp sle
4678     std::swap(A, B);
4679     LLVM_FALLTHROUGH;
4680   case ICmpInst::ICMP_SLE:
4681     // icmp sle i1 A, B -> A | ~B
4682     return BinaryOperator::CreateOr(Builder.CreateNot(B), A);
4683   }
4684 }
4685
4686 // Transform pattern like:
4687 //   (1 << Y) u<= X  or  ~(-1 << Y) u<  X  or  ((1 << Y)+(-1)) u<  X
4688 //   (1 << Y) u>  X  or  ~(-1 << Y) u>= X  or  ((1 << Y)+(-1)) u>= X
4689 // Into:
4690 //   (X l>> Y) != 0
4691 //   (X l>> Y) == 0
4692 static Instruction *foldICmpWithHighBitMask(ICmpInst &Cmp,
4693                                             InstCombiner::BuilderTy &Builder) {
4694   ICmpInst::Predicate Pred, NewPred;
4695   Value *X, *Y;
4696   if (match(&Cmp,
4697             m_c_ICmp(Pred, m_OneUse(m_Shl(m_One(), m_Value(Y))), m_Value(X)))) {
4698     // We want X to be the icmp's second operand, so swap predicate if it isn't.
4699     if (Cmp.getOperand(0) == X)
4700       Pred = Cmp.getSwappedPredicate();
4701
4702     switch (Pred) {
4703     case ICmpInst::ICMP_ULE:
4704       NewPred = ICmpInst::ICMP_NE;
4705       break;
4706     case ICmpInst::ICMP_UGT:
4707       NewPred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4708       break;
4709     default:
4710       return nullptr;
4711     }
4712   } else if (match(&Cmp, m_c_ICmp(Pred,
4713                                   m_OneUse(m_CombineOr(
4714                                       m_Not(m_Shl(m_AllOnes(), m_Value(Y))),
4715                                       m_Add(m_Shl(m_One(), m_Value(Y)),
4716                                             m_AllOnes()))),
4717                                   m_Value(X)))) {
4718     // The variant with 'add' is not canonical, (the variant with 'not' is)
4719     // we only get it because it has extra uses, and can't be canonicalized,
4720
4721     // We want X to be the icmp's second operand, so swap predicate if it isn't.
4722     if (Cmp.getOperand(0) == X)
4723       Pred = Cmp.getSwappedPredicate();
4724
4725     switch (Pred) {
4726     case ICmpInst::ICMP_ULT:
4727       NewPred = ICmpInst::ICMP_NE;
4728       break;
4729     case ICmpInst::ICMP_UGE:
4730       NewPred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4731       break;
4732     default:
4733       return nullptr;
4734     }
4735   } else
4736     return nullptr;
4737
4738   Value *NewX = Builder.CreateLShr(X, Y, X->getName() + ".highbits");
4739   Constant *Zero = Constant::getNullValue(NewX->getType());
4740   return CmpInst::Create(Instruction::ICmp, NewPred, NewX, Zero);
4741 }
4742
4743 static Instruction *foldVectorCmp(CmpInst &Cmp,
4744                                   InstCombiner::BuilderTy &Builder) {
4745   // If both arguments of the cmp are shuffles that use the same mask and
4746   // shuffle within a single vector, move the shuffle after the cmp.
4747   Value *LHS = Cmp.getOperand(0), *RHS = Cmp.getOperand(1);
4748   Value *V1, *V2;
4749   Constant *M;
4750   if (match(LHS, m_ShuffleVector(m_Value(V1), m_Undef(), m_Constant(M))) &&
4751       match(RHS, m_ShuffleVector(m_Value(V2), m_Undef(), m_Specific(M))) &&
4752       V1->getType() == V2->getType() &&
4753       (LHS->hasOneUse() || RHS->hasOneUse())) {
4754     // cmp (shuffle V1, M), (shuffle V2, M) --> shuffle (cmp V1, V2), M
4755     CmpInst::Predicate P = Cmp.getPredicate();
4756     Value *NewCmp = isa<ICmpInst>(Cmp) ? Builder.CreateICmp(P, V1, V2)
4757                                        : Builder.CreateFCmp(P, V1, V2);
4758     return new ShuffleVectorInst(NewCmp, UndefValue::get(NewCmp->getType()), M);
4759   }
4760   return nullptr;
4761 }
4762
4763 Instruction *InstCombiner::visitICmpInst(ICmpInst &I) {
4764   bool Changed = false;
4765   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
4766   unsigned Op0Cplxity = getComplexity(Op0);
4767   unsigned Op1Cplxity = getComplexity(Op1);
4768
4769   /// Orders the operands of the compare so that they are listed from most
4770   /// complex to least complex.  This puts constants before unary operators,
4771   /// before binary operators.
4772   if (Op0Cplxity < Op1Cplxity ||
4773       (Op0Cplxity == Op1Cplxity && swapMayExposeCSEOpportunities(Op0, Op1))) {
4774     I.swapOperands();
4775     std::swap(Op0, Op1);
4776     Changed = true;
4777   }
4778
4779   if (Value *V = SimplifyICmpInst(I.getPredicate(), Op0, Op1,
4780                                   SQ.getWithInstruction(&I)))
4781     return replaceInstUsesWith(I, V);
4782
4783   // Comparing -val or val with non-zero is the same as just comparing val
4784   // ie, abs(val) != 0 -> val != 0
4785   if (I.getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE && match(Op1, m_Zero())) {
4786     Value *Cond, *SelectTrue, *SelectFalse;
4787     if (match(Op0, m_Select(m_Value(Cond), m_Value(SelectTrue),
4788                             m_Value(SelectFalse)))) {
4789       if (Value *V = dyn_castNegVal(SelectTrue)) {
4790         if (V == SelectFalse)
4791           return CmpInst::Create(Instruction::ICmp, I.getPredicate(), V, Op1);
4792       }
4793       else if (Value *V = dyn_castNegVal(SelectFalse)) {
4794         if (V == SelectTrue)
4795           return CmpInst::Create(Instruction::ICmp, I.getPredicate(), V, Op1);
4796       }
4797     }
4798   }
4799
4800   if (Op0->getType()->isIntOrIntVectorTy(1))
4801     if (Instruction *Res = canonicalizeICmpBool(I, Builder))
4802       return Res;
4803
4804   if (ICmpInst *NewICmp = canonicalizeCmpWithConstant(I))
4805     return NewICmp;
4806
4807   if (Instruction *Res = foldICmpWithConstant(I))
4808     return Res;
4809
4810   if (Instruction *Res = foldICmpWithDominatingICmp(I))
4811     return Res;
4812
4813   if (Instruction *Res = foldICmpUsingKnownBits(I))
4814     return Res;
4815
4816   // Test if the ICmpInst instruction is used exclusively by a select as
4817   // part of a minimum or maximum operation. If so, refrain from doing
4818   // any other folding. This helps out other analyses which understand
4819   // non-obfuscated minimum and maximum idioms, such as ScalarEvolution
4820   // and CodeGen. And in this case, at least one of the comparison
4821   // operands has at least one user besides the compare (the select),
4822   // which would often largely negate the benefit of folding anyway.
4823   //
4824   // Do the same for the other patterns recognized by matchSelectPattern.
4825   if (I.hasOneUse())
4826     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(I.user_back())) {
4827       Value *A, *B;
4828       SelectPatternResult SPR = matchSelectPattern(SI, A, B);
4829       if (SPR.Flavor != SPF_UNKNOWN)
4830         return nullptr;
4831     }
4832
4833   // Do this after checking for min/max to prevent infinite looping.
4834   if (Instruction *Res = foldICmpWithZero(I))
4835     return Res;
4836
4837   // FIXME: We only do this after checking for min/max to prevent infinite
4838   // looping caused by a reverse canonicalization of these patterns for min/max.
4839   // FIXME: The organization of folds is a mess. These would naturally go into
4840   // canonicalizeCmpWithConstant(), but we can't move all of the above folds
4841   // down here after the min/max restriction.
4842   ICmpInst::Predicate Pred = I.getPredicate();
4843   const APInt *C;
4844   if (match(Op1, m_APInt(C))) {
4845     // For i32: x >u 2147483647 -> x <s 0  -> true if sign bit set
4846     if (Pred == ICmpInst::ICMP_UGT && C->isMaxSignedValue()) {
4847       Constant *Zero = Constant::getNullValue(Op0->getType());
4848       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SLT, Op0, Zero);
4849     }
4850
4851     // For i32: x <u 2147483648 -> x >s -1  -> true if sign bit clear
4852     if (Pred == ICmpInst::ICMP_ULT && C->isMinSignedValue()) {
4853       Constant *AllOnes = Constant::getAllOnesValue(Op0->getType());
4854       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SGT, Op0, AllOnes);
4855     }
4856   }
4857
4858   if (Instruction *Res = foldICmpInstWithConstant(I))
4859     return Res;
4860
4861   if (Instruction *Res = foldICmpInstWithConstantNotInt(I))
4862     return Res;
4863
4864   // If we can optimize a 'icmp GEP, P' or 'icmp P, GEP', do so now.
4865   if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Op0))
4866     if (Instruction *NI = foldGEPICmp(GEP, Op1, I.getPredicate(), I))
4867       return NI;
4868   if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Op1))
4869     if (Instruction *NI = foldGEPICmp(GEP, Op0,
4870                            ICmpInst::getSwappedPredicate(I.getPredicate()), I))
4871       return NI;
4872
4873   // Try to optimize equality comparisons against alloca-based pointers.
4874   if (Op0->getType()->isPointerTy() && I.isEquality()) {
4875     assert(Op1->getType()->isPointerTy() && "Comparing pointer with non-pointer?");
4876     if (auto *Alloca = dyn_cast<AllocaInst>(GetUnderlyingObject(Op0, DL)))
4877       if (Instruction *New = foldAllocaCmp(I, Alloca, Op1))
4878         return New;
4879     if (auto *Alloca = dyn_cast<AllocaInst>(GetUnderlyingObject(Op1, DL)))
4880       if (Instruction *New = foldAllocaCmp(I, Alloca, Op0))
4881         return New;
4882   }
4883
4884   // Zero-equality and sign-bit checks are preserved through sitofp + bitcast.
4885   Value *X;
4886   if (match(Op0, m_BitCast(m_SIToFP(m_Value(X))))) {
4887     // icmp  eq (bitcast (sitofp X)), 0 --> icmp  eq X, 0
4888     // icmp  ne (bitcast (sitofp X)), 0 --> icmp  ne X, 0
4889     // icmp slt (bitcast (sitofp X)), 0 --> icmp slt X, 0
4890     // icmp sgt (bitcast (sitofp X)), 0 --> icmp sgt X, 0
4891     if ((Pred == ICmpInst::ICMP_EQ || Pred == ICmpInst::ICMP_SLT ||
4892          Pred == ICmpInst::ICMP_NE || Pred == ICmpInst::ICMP_SGT) &&
4893         match(Op1, m_Zero()))
4894       return new ICmpInst(Pred, X, ConstantInt::getNullValue(X->getType()));
4895
4896     // icmp slt (bitcast (sitofp X)), 1 --> icmp slt X, 1
4897     if (Pred == ICmpInst::ICMP_SLT && match(Op1, m_One()))
4898       return new ICmpInst(Pred, X, ConstantInt::get(X->getType(), 1));
4899
4900     // icmp sgt (bitcast (sitofp X)), -1 --> icmp sgt X, -1
4901     if (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT && match(Op1, m_AllOnes()))
4902       return new ICmpInst(Pred, X, ConstantInt::getAllOnesValue(X->getType()));
4903   }
4904
4905   // Zero-equality checks are preserved through unsigned floating-point casts:
4906   // icmp eq (bitcast (uitofp X)), 0 --> icmp eq X, 0
4907   // icmp ne (bitcast (uitofp X)), 0 --> icmp ne X, 0
4908   if (match(Op0, m_BitCast(m_UIToFP(m_Value(X)))))
4909     if (I.isEquality() && match(Op1, m_Zero()))
4910       return new ICmpInst(Pred, X, ConstantInt::getNullValue(X->getType()));
4911
4912   // Test to see if the operands of the icmp are casted versions of other
4913   // values.  If the ptr->ptr cast can be stripped off both arguments, we do so
4914   // now.
4915   if (BitCastInst *CI = dyn_cast<BitCastInst>(Op0)) {
4916     if (Op0->getType()->isPointerTy() &&
4917         (isa<Constant>(Op1) || isa<BitCastInst>(Op1))) {
4918       // We keep moving the cast from the left operand over to the right
4919       // operand, where it can often be eliminated completely.
4920       Op0 = CI->getOperand(0);
4921
4922       // If operand #1 is a bitcast instruction, it must also be a ptr->ptr cast
4923       // so eliminate it as well.
4924       if (BitCastInst *CI2 = dyn_cast<BitCastInst>(Op1))
4925         Op1 = CI2->getOperand(0);
4926
4927       // If Op1 is a constant, we can fold the cast into the constant.
4928       if (Op0->getType() != Op1->getType()) {
4929         if (Constant *Op1C = dyn_cast<Constant>(Op1)) {
4930           Op1 = ConstantExpr::getBitCast(Op1C, Op0->getType());
4931         } else {
4932           // Otherwise, cast the RHS right before the icmp
4933           Op1 = Builder.CreateBitCast(Op1, Op0->getType());
4934         }
4935       }
4936       return new ICmpInst(I.getPredicate(), Op0, Op1);
4937     }
4938   }
4939
4940   if (isa<CastInst>(Op0)) {
4941     // Handle the special case of: icmp (cast bool to X), <cst>
4942     // This comes up when you have code like
4943     //   int X = A < B;
4944     //   if (X) ...
4945     // For generality, we handle any zero-extension of any operand comparison
4946     // with a constant or another cast from the same type.
4947     if (isa<Constant>(Op1) || isa<CastInst>(Op1))
4948       if (Instruction *R = foldICmpWithCastAndCast(I))
4949         return R;
4950   }
4951
4952   if (Instruction *Res = foldICmpBinOp(I))
4953     return Res;
4954
4955   if (Instruction *Res = foldICmpWithMinMax(I))
4956     return Res;
4957
4958   {
4959     Value *A, *B;
4960     // Transform (A & ~B) == 0 --> (A & B) != 0
4961     // and       (A & ~B) != 0 --> (A & B) == 0
4962     // if A is a power of 2.
4963     if (match(Op0, m_And(m_Value(A), m_Not(m_Value(B)))) &&
4964         match(Op1, m_Zero()) &&
4965         isKnownToBeAPowerOfTwo(A, false, 0, &I) && I.isEquality())
4966       return new ICmpInst(I.getInversePredicate(), Builder.CreateAnd(A, B),
4967                           Op1);
4968
4969     // ~X < ~Y --> Y < X
4970     // ~X < C -->  X > ~C
4971     if (match(Op0, m_Not(m_Value(A)))) {
4972       if (match(Op1, m_Not(m_Value(B))))
4973         return new ICmpInst(I.getPredicate(), B, A);
4974
4975       const APInt *C;
4976       if (match(Op1, m_APInt(C)))
4977         return new ICmpInst(I.getSwappedPredicate(), A,
4978                             ConstantInt::get(Op1->getType(), ~(*C)));
4979     }
4980
4981     Instruction *AddI = nullptr;
4982     if (match(&I, m_UAddWithOverflow(m_Value(A), m_Value(B),
4983                                      m_Instruction(AddI))) &&
4984         isa<IntegerType>(A->getType())) {
4985       Value *Result;
4986       Constant *Overflow;
4987       if (OptimizeOverflowCheck(OCF_UNSIGNED_ADD, A, B, *AddI, Result,
4988                                 Overflow)) {
4989         replaceInstUsesWith(*AddI, Result);
4990         return replaceInstUsesWith(I, Overflow);
4991       }
4992     }
4993
4994     // (zext a) * (zext b)  --> llvm.umul.with.overflow.
4995     if (match(Op0, m_Mul(m_ZExt(m_Value(A)), m_ZExt(m_Value(B))))) {
4996       if (Instruction *R = processUMulZExtIdiom(I, Op0, Op1, *this))
4997         return R;
4998     }
4999     if (match(Op1, m_Mul(m_ZExt(m_Value(A)), m_ZExt(m_Value(B))))) {
5000       if (Instruction *R = processUMulZExtIdiom(I, Op1, Op0, *this))
5001         return R;
5002     }
5003   }
5004
5005   if (Instruction *Res = foldICmpEquality(I))
5006     return Res;
5007
5008   // The 'cmpxchg' instruction returns an aggregate containing the old value and
5009   // an i1 which indicates whether or not we successfully did the swap.
5010   //
5011   // Replace comparisons between the old value and the expected value with the
5012   // indicator that 'cmpxchg' returns.
5013   //
5014   // N.B.  This transform is only valid when the 'cmpxchg' is not permitted to
5015   // spuriously fail.  In those cases, the old value may equal the expected
5016   // value but it is possible for the swap to not occur.
5017   if (I.getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
5018     if (auto *EVI = dyn_cast<ExtractValueInst>(Op0))
5019       if (auto *ACXI = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(EVI->getAggregateOperand()))
5020         if (EVI->getIndices()[0] == 0 && ACXI->getCompareOperand() == Op1 &&
5021             !ACXI->isWeak())
5022           return ExtractValueInst::Create(ACXI, 1);
5023
5024   {
5025     Value *X;
5026     const APInt *C;
5027     // icmp X+Cst, X
5028     if (match(Op0, m_Add(m_Value(X), m_APInt(C))) && Op1 == X)
5029       return foldICmpAddOpConst(X, *C, I.getPredicate());
5030
5031     // icmp X, X+Cst
5032     if (match(Op1, m_Add(m_Value(X), m_APInt(C))) && Op0 == X)
5033       return foldICmpAddOpConst(X, *C, I.getSwappedPredicate());
5034   }
5035
5036   if (Instruction *Res = foldICmpWithHighBitMask(I, Builder))
5037     return Res;
5038
5039   if (I.getType()->isVectorTy())
5040     if (Instruction *Res = foldVectorCmp(I, Builder))
5041       return Res;
5042
5043   return Changed ? &I : nullptr;
5044 }
5045
5046 /// Fold fcmp ([us]itofp x, cst) if possible.
5047 Instruction *InstCombiner::foldFCmpIntToFPConst(FCmpInst &I, Instruction *LHSI,
5048                                                 Constant *RHSC) {
5049   if (!isa<ConstantFP>(RHSC)) return nullptr;
5050   const APFloat &RHS = cast<ConstantFP>(RHSC)->getValueAPF();
5051
5052   // Get the width of the mantissa.  We don't want to hack on conversions that
5053   // might lose information from the integer, e.g. "i64 -> float"
5054   int MantissaWidth = LHSI->getType()->getFPMantissaWidth();
5055   if (MantissaWidth == -1) return nullptr;  // Unknown.
5056
5057   IntegerType *IntTy = cast<IntegerType>(LHSI->getOperand(0)->getType());
5058
5059   bool LHSUnsigned = isa<UIToFPInst>(LHSI);
5060
5061   if (I.isEquality()) {
5062     FCmpInst::Predicate P = I.getPredicate();
5063     bool IsExact = false;
5064     APSInt RHSCvt(IntTy->getBitWidth(), LHSUnsigned);
5065     RHS.convertToInteger(RHSCvt, APFloat::rmNearestTiesToEven, &IsExact);
5066
5067     // If the floating point constant isn't an integer value, we know if we will
5068     // ever compare equal / not equal to it.
5069     if (!IsExact) {
5070       // TODO: Can never be -0.0 and other non-representable values
5071       APFloat RHSRoundInt(RHS);
5072       RHSRoundInt.roundToIntegral(APFloat::rmNearestTiesToEven);
5073       if (RHS.compare(RHSRoundInt) != APFloat::cmpEqual) {
5074         if (P == FCmpInst::FCMP_OEQ || P == FCmpInst::FCMP_UEQ)
5075           return replaceInstUsesWith(I, Builder.getFalse());
5076
5077         assert(P == FCmpInst::FCMP_ONE || P == FCmpInst::FCMP_UNE);
5078         return replaceInstUsesWith(I, Builder.getTrue());
5079       }
5080     }
5081
5082     // TODO: If the constant is exactly representable, is it always OK to do
5083     // equality compares as integer?
5084   }
5085
5086   // Check to see that the input is converted from an integer type that is small
5087   // enough that preserves all bits.  TODO: check here for "known" sign bits.
5088   // This would allow us to handle (fptosi (x >>s 62) to float) if x is i64 f.e.
5089   unsigned InputSize = IntTy->getScalarSizeInBits();
5090
5091   // Following test does NOT adjust InputSize downwards for signed inputs,
5092   // because the most negative value still requires all the mantissa bits
5093   // to distinguish it from one less than that value.
5094   if ((int)InputSize > MantissaWidth) {
5095     // Conversion would lose accuracy. Check if loss can impact comparison.
5096     int Exp = ilogb(RHS);
5097     if (Exp == APFloat::IEK_Inf) {
5098       int MaxExponent = ilogb(APFloat::getLargest(RHS.getSemantics()));
5099       if (MaxExponent < (int)InputSize - !LHSUnsigned)
5100         // Conversion could create infinity.
5101         return nullptr;
5102     } else {
5103       // Note that if RHS is zero or NaN, then Exp is negative
5104       // and first condition is trivially false.
5105       if (MantissaWidth <= Exp && Exp <= (int)InputSize - !LHSUnsigned)
5106         // Conversion could affect comparison.
5107         return nullptr;
5108     }
5109   }
5110
5111   // Otherwise, we can potentially simplify the comparison.  We know that it
5112   // will always come through as an integer value and we know the constant is
5113   // not a NAN (it would have been previously simplified).
5114   assert(!RHS.isNaN() && "NaN comparison not already folded!");
5115
5116   ICmpInst::Predicate Pred;
5117   switch (I.getPredicate()) {
5118   default: llvm_unreachable("Unexpected predicate!");
5119   case FCmpInst::FCMP_UEQ:
5120   case FCmpInst::FCMP_OEQ:
5121     Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
5122     break;
5123   case FCmpInst::FCMP_UGT:
5124   case FCmpInst::FCMP_OGT:
5125     Pred = LHSUnsigned ? ICmpInst::ICMP_UGT : ICmpInst::ICMP_SGT;
5126     break;
5127   case FCmpInst::FCMP_UGE:
5128   case FCmpInst::FCMP_OGE:
5129     Pred = LHSUnsigned ? ICmpInst::ICMP_UGE : ICmpInst::ICMP_SGE;
5130     break;
5131   case FCmpInst::FCMP_ULT:
5132   case FCmpInst::FCMP_OLT:
5133     Pred = LHSUnsigned ? ICmpInst::ICMP_ULT : ICmpInst::ICMP_SLT;
5134     break;
5135   case FCmpInst::FCMP_ULE:
5136   case FCmpInst::FCMP_OLE:
5137     Pred = LHSUnsigned ? ICmpInst::ICMP_ULE : ICmpInst::ICMP_SLE;
5138     break;
5139   case FCmpInst::FCMP_UNE:
5140   case FCmpInst::FCMP_ONE:
5141     Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
5142     break;
5143   case FCmpInst::FCMP_ORD:
5144     return replaceInstUsesWith(I, Builder.getTrue());
5145   case FCmpInst::FCMP_UNO:
5146     return replaceInstUsesWith(I, Builder.getFalse());
5147   }
5148
5149   // Now we know that the APFloat is a normal number, zero or inf.
5150
5151   // See if the FP constant is too large for the integer.  For example,
5152   // comparing an i8 to 300.0.
5153   unsigned IntWidth = IntTy->getScalarSizeInBits();
5154
5155   if (!LHSUnsigned) {
5156     // If the RHS value is > SignedMax, fold the comparison.  This handles +INF
5157     // and large values.
5158     APFloat SMax(RHS.getSemantics());
5159     SMax.convertFromAPInt(APInt::getSignedMaxValue(IntWidth), true,
5160                           APFloat::rmNearestTiesToEven);
5161     if (SMax.compare(RHS) == APFloat::cmpLessThan) {  // smax < 13123.0
5162       if (Pred == ICmpInst::ICMP_NE  || Pred == ICmpInst::ICMP_SLT ||
5163           Pred == ICmpInst::ICMP_SLE)
5164         return replaceInstUsesWith(I, Builder.getTrue());
5165       return replaceInstUsesWith(I, Builder.getFalse());
5166     }
5167   } else {
5168     // If the RHS value is > UnsignedMax, fold the comparison. This handles
5169     // +INF and large values.
5170     APFloat UMax(RHS.getSemantics());
5171     UMax.convertFromAPInt(APInt::getMaxValue(IntWidth), false,
5172                           APFloat::rmNearestTiesToEven);
5173     if (UMax.compare(RHS) == APFloat::cmpLessThan) {  // umax < 13123.0
5174       if (Pred == ICmpInst::ICMP_NE  || Pred == ICmpInst::ICMP_ULT ||
5175           Pred == ICmpInst::ICMP_ULE)
5176         return replaceInstUsesWith(I, Builder.getTrue());
5177       return replaceInstUsesWith(I, Builder.getFalse());
5178     }
5179   }
5180
5181   if (!LHSUnsigned) {
5182     // See if the RHS value is < SignedMin.
5183     APFloat SMin(RHS.getSemantics());
5184     SMin.convertFromAPInt(APInt::getSignedMinValue(IntWidth), true,
5185                           APFloat::rmNearestTiesToEven);
5186     if (SMin.compare(RHS) == APFloat::cmpGreaterThan) { // smin > 12312.0
5187       if (Pred == ICmpInst::ICMP_NE || Pred == ICmpInst::ICMP_SGT ||
5188           Pred == ICmpInst::ICMP_SGE)
5189         return replaceInstUsesWith(I, Builder.getTrue());
5190       return replaceInstUsesWith(I, Builder.getFalse());
5191     }
5192   } else {
5193     // See if the RHS value is < UnsignedMin.
5194     APFloat SMin(RHS.getSemantics());
5195     SMin.convertFromAPInt(APInt::getMinValue(IntWidth), true,
5196                           APFloat::rmNearestTiesToEven);
5197     if (SMin.compare(RHS) == APFloat::cmpGreaterThan) { // umin > 12312.0
5198       if (Pred == ICmpInst::ICMP_NE || Pred == ICmpInst::ICMP_UGT ||
5199           Pred == ICmpInst::ICMP_UGE)
5200         return replaceInstUsesWith(I, Builder.getTrue());
5201       return replaceInstUsesWith(I, Builder.getFalse());
5202     }
5203   }
5204
5205   // Okay, now we know that the FP constant fits in the range [SMIN, SMAX] or
5206   // [0, UMAX], but it may still be fractional.  See if it is fractional by
5207   // casting the FP value to the integer value and back, checking for equality.
5208   // Don't do this for zero, because -0.0 is not fractional.
5209   Constant *RHSInt = LHSUnsigned
5210     ? ConstantExpr::getFPToUI(RHSC, IntTy)
5211     : ConstantExpr::getFPToSI(RHSC, IntTy);
5212   if (!RHS.isZero()) {
5213     bool Equal = LHSUnsigned
5214       ? ConstantExpr::getUIToFP(RHSInt, RHSC->getType()) == RHSC
5215       : ConstantExpr::getSIToFP(RHSInt, RHSC->getType()) == RHSC;
5216     if (!Equal) {
5217       // If we had a comparison against a fractional value, we have to adjust
5218       // the compare predicate and sometimes the value.  RHSC is rounded towards
5219       // zero at this point.
5220       switch (Pred) {
5221       default: llvm_unreachable("Unexpected integer comparison!");
5222       case ICmpInst::ICMP_NE:  // (float)int != 4.4   --> true
5223         return replaceInstUsesWith(I, Builder.getTrue());
5224       case ICmpInst::ICMP_EQ:  // (float)int == 4.4   --> false
5225         return replaceInstUsesWith(I, Builder.getFalse());
5226       case ICmpInst::ICMP_ULE:
5227         // (float)int <= 4.4   --> int <= 4
5228         // (float)int <= -4.4  --> false
5229         if (RHS.isNegative())
5230           return replaceInstUsesWith(I, Builder.getFalse());
5231         break;
5232       case ICmpInst::ICMP_SLE:
5233         // (float)int <= 4.4   --> int <= 4
5234         // (float)int <= -4.4  --> int < -4
5235         if (RHS.isNegative())
5236           Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
5237         break;
5238       case ICmpInst::ICMP_ULT:
5239         // (float)int < -4.4   --> false
5240         // (float)int < 4.4    --> int <= 4
5241         if (RHS.isNegative())
5242           return replaceInstUsesWith(I, Builder.getFalse());
5243         Pred = ICmpInst::ICMP_ULE;
5244         break;
5245       case ICmpInst::ICMP_SLT:
5246         // (float)int < -4.4   --> int < -4
5247         // (float)int < 4.4    --> int <= 4
5248         if (!RHS.isNegative())
5249           Pred = ICmpInst::ICMP_SLE;
5250         break;
5251       case ICmpInst::ICMP_UGT:
5252         // (float)int > 4.4    --> int > 4
5253         // (float)int > -4.4   --> true
5254         if (RHS.isNegative())
5255           return replaceInstUsesWith(I, Builder.getTrue());
5256         break;
5257       case ICmpInst::ICMP_SGT:
5258         // (float)int > 4.4    --> int > 4
5259         // (float)int > -4.4   --> int >= -4
5260         if (RHS.isNegative())
5261           Pred = ICmpInst::ICMP_SGE;
5262         break;
5263       case ICmpInst::ICMP_UGE:
5264         // (float)int >= -4.4   --> true
5265         // (float)int >= 4.4    --> int > 4
5266         if (RHS.isNegative())
5267           return replaceInstUsesWith(I, Builder.getTrue());
5268         Pred = ICmpInst::ICMP_UGT;
5269         break;
5270       case ICmpInst::ICMP_SGE:
5271         // (float)int >= -4.4   --> int >= -4
5272         // (float)int >= 4.4    --> int > 4
5273         if (!RHS.isNegative())
5274           Pred = ICmpInst::ICMP_SGT;
5275         break;
5276       }
5277     }
5278   }
5279
5280   // Lower this FP comparison into an appropriate integer version of the
5281   // comparison.
5282   return new ICmpInst(Pred, LHSI->getOperand(0), RHSInt);
5283 }
5284
5285 /// Fold (C / X) < 0.0 --> X < 0.0 if possible. Swap predicate if necessary.
5286 static Instruction *foldFCmpReciprocalAndZero(FCmpInst &I, Instruction *LHSI,
5287                                               Constant *RHSC) {
5288   // When C is not 0.0 and infinities are not allowed:
5289   // (C / X) < 0.0 is a sign-bit test of X
5290   // (C / X) < 0.0 --> X < 0.0 (if C is positive)
5291   // (C / X) < 0.0 --> X > 0.0 (if C is negative, swap the predicate)
5292   //
5293   // Proof:
5294   // Multiply (C / X) < 0.0 by X * X / C.
5295   // - X is non zero, if it is the flag 'ninf' is violated.
5296   // - C defines the sign of X * X * C. Thus it also defines whether to swap
5297   //   the predicate. C is also non zero by definition.
5298   //
5299   // Thus X * X / C is non zero and the transformation is valid. [qed]
5300
5301   FCmpInst::Predicate Pred = I.getPredicate();
5302
5303   // Check that predicates are valid.
5304   if ((Pred != FCmpInst::FCMP_OGT) && (Pred != FCmpInst::FCMP_OLT) &&
5305       (Pred != FCmpInst::FCMP_OGE) && (Pred != FCmpInst::FCMP_OLE))
5306     return nullptr;
5307
5308   // Check that RHS operand is zero.
5309   if (!match(RHSC, m_AnyZeroFP()))
5310     return nullptr;
5311
5312   // Check fastmath flags ('ninf').
5313   if (!LHSI->hasNoInfs() || !I.hasNoInfs())
5314     return nullptr;
5315
5316   // Check the properties of the dividend. It must not be zero to avoid a
5317   // division by zero (see Proof).
5318   const APFloat *C;
5319   if (!match(LHSI->getOperand(0), m_APFloat(C)))
5320     return nullptr;
5321
5322   if (C->isZero())
5323     return nullptr;
5324
5325   // Get swapped predicate if necessary.
5326   if (C->isNegative())
5327     Pred = I.getSwappedPredicate();
5328
5329   return new FCmpInst(Pred, LHSI->getOperand(1), RHSC, "", &I);
5330 }
5331
5332 /// Optimize fabs(X) compared with zero.
5333 static Instruction *foldFabsWithFcmpZero(FCmpInst &I) {
5334   Value *X;
5335   if (!match(I.getOperand(0), m_Intrinsic<Intrinsic::fabs>(m_Value(X))) ||
5336       !match(I.getOperand(1), m_PosZeroFP()))
5337     return nullptr;
5338
5339   auto replacePredAndOp0 = [](FCmpInst *I, FCmpInst::Predicate P, Value *X) {
5340     I->setPredicate(P);
5341     I->setOperand(0, X);
5342     return I;
5343   };
5344
5345   switch (I.getPredicate()) {
5346   case FCmpInst::FCMP_UGE:
5347   case FCmpInst::FCMP_OLT:
5348     // fabs(X) >= 0.0 --> true
5349     // fabs(X) <  0.0 --> false
5350     llvm_unreachable("fcmp should have simplified");
5351
5352   case FCmpInst::FCMP_OGT:
5353     // fabs(X) > 0.0 --> X != 0.0
5354     return replacePredAndOp0(&I, FCmpInst::FCMP_ONE, X);
5355
5356   case FCmpInst::FCMP_UGT:
5357     // fabs(X) u> 0.0 --> X u!= 0.0
5358     return replacePredAndOp0(&I, FCmpInst::FCMP_UNE, X);
5359
5360   case FCmpInst::FCMP_OLE:
5361     // fabs(X) <= 0.0 --> X == 0.0
5362     return replacePredAndOp0(&I, FCmpInst::FCMP_OEQ, X);
5363
5364   case FCmpInst::FCMP_ULE:
5365     // fabs(X) u<= 0.0 --> X u== 0.0
5366     return replacePredAndOp0(&I, FCmpInst::FCMP_UEQ, X);
5367
5368   case FCmpInst::FCMP_OGE:
5369     // fabs(X) >= 0.0 --> !isnan(X)
5370     assert(!I.hasNoNaNs() && "fcmp should have simplified");
5371     return replacePredAndOp0(&I, FCmpInst::FCMP_ORD, X);
5372
5373   case FCmpInst::FCMP_ULT:
5374     // fabs(X) u< 0.0 --> isnan(X)
5375     assert(!I.hasNoNaNs() && "fcmp should have simplified");
5376     return replacePredAndOp0(&I, FCmpInst::FCMP_UNO, X);
5377
5378   case FCmpInst::FCMP_OEQ:
5379   case FCmpInst::FCMP_UEQ:
5380   case FCmpInst::FCMP_ONE:
5381   case FCmpInst::FCMP_UNE:
5382   case FCmpInst::FCMP_ORD:
5383   case FCmpInst::FCMP_UNO:
5384     // Look through the fabs() because it doesn't change anything but the sign.
5385     // fabs(X) == 0.0 --> X == 0.0,
5386     // fabs(X) != 0.0 --> X != 0.0
5387     // isnan(fabs(X)) --> isnan(X)
5388     // !isnan(fabs(X) --> !isnan(X)
5389     return replacePredAndOp0(&I, I.getPredicate(), X);
5390
5391   default:
5392     return nullptr;
5393   }
5394 }
5395
5396 Instruction *InstCombiner::visitFCmpInst(FCmpInst &I) {
5397   bool Changed = false;
5398
5399   /// Orders the operands of the compare so that they are listed from most
5400   /// complex to least complex.  This puts constants before unary operators,
5401   /// before binary operators.
5402   if (getComplexity(I.getOperand(0)) < getComplexity(I.getOperand(1))) {
5403     I.swapOperands();
5404     Changed = true;
5405   }
5406
5407   const CmpInst::Predicate Pred = I.getPredicate();
5408   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
5409   if (Value *V = SimplifyFCmpInst(Pred, Op0, Op1, I.getFastMathFlags(),
5410                                   SQ.getWithInstruction(&I)))
5411     return replaceInstUsesWith(I, V);
5412
5413   // Simplify 'fcmp pred X, X'
5414   if (Op0 == Op1) {
5415     switch (Pred) {
5416       default: break;
5417     case FCmpInst::FCMP_UNO:    // True if unordered: isnan(X) | isnan(Y)
5418     case FCmpInst::FCMP_ULT:    // True if unordered or less than
5419     case FCmpInst::FCMP_UGT:    // True if unordered or greater than
5420     case FCmpInst::FCMP_UNE:    // True if unordered or not equal
5421       // Canonicalize these to be 'fcmp uno %X, 0.0'.
5422       I.setPredicate(FCmpInst::FCMP_UNO);
5423       I.setOperand(1, Constant::getNullValue(Op0->getType()));
5424       return &I;
5425
5426     case FCmpInst::FCMP_ORD:    // True if ordered (no nans)
5427     case FCmpInst::FCMP_OEQ:    // True if ordered and equal
5428     case FCmpInst::FCMP_OGE:    // True if ordered and greater than or equal
5429     case FCmpInst::FCMP_OLE:    // True if ordered and less than or equal
5430       // Canonicalize these to be 'fcmp ord %X, 0.0'.
5431       I.setPredicate(FCmpInst::FCMP_ORD);
5432       I.setOperand(1, Constant::getNullValue(Op0->getType()));
5433       return &I;
5434     }
5435   }
5436
5437   // If we're just checking for a NaN (ORD/UNO) and have a non-NaN operand,
5438   // then canonicalize the operand to 0.0.
5439   if (Pred == CmpInst::FCMP_ORD || Pred == CmpInst::FCMP_UNO) {
5440     if (!match(Op0, m_PosZeroFP()) && isKnownNeverNaN(Op0, &TLI)) {
5441       I.setOperand(0, ConstantFP::getNullValue(Op0->getType()));
5442       return &I;
5443     }
5444     if (!match(Op1, m_PosZeroFP()) && isKnownNeverNaN(Op1, &TLI)) {
5445       I.setOperand(1, ConstantFP::getNullValue(Op0->getType()));
5446       return &I;
5447     }
5448   }
5449
5450   // Test if the FCmpInst instruction is used exclusively by a select as
5451   // part of a minimum or maximum operation. If so, refrain from doing
5452   // any other folding. This helps out other analyses which understand
5453   // non-obfuscated minimum and maximum idioms, such as ScalarEvolution
5454   // and CodeGen. And in this case, at least one of the comparison
5455   // operands has at least one user besides the compare (the select),
5456   // which would often largely negate the benefit of folding anyway.
5457   if (I.hasOneUse())
5458     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(I.user_back())) {
5459       Value *A, *B;
5460       SelectPatternResult SPR = matchSelectPattern(SI, A, B);
5461       if (SPR.Flavor != SPF_UNKNOWN)
5462         return nullptr;
5463     }
5464
5465   // The sign of 0.0 is ignored by fcmp, so canonicalize to +0.0:
5466   // fcmp Pred X, -0.0 --> fcmp Pred X, 0.0
5467   if (match(Op1, m_AnyZeroFP()) && !match(Op1, m_PosZeroFP())) {
5468     I.setOperand(1, ConstantFP::getNullValue(Op1->getType()));
5469     return &I;
5470   }
5471
5472   // Handle fcmp with instruction LHS and constant RHS.
5473   Instruction *LHSI;
5474   Constant *RHSC;
5475   if (match(Op0, m_Instruction(LHSI)) && match(Op1, m_Constant(RHSC))) {
5476     switch (LHSI->getOpcode()) {
5477     case Instruction::PHI:
5478       // Only fold fcmp into the PHI if the phi and fcmp are in the same
5479       // block.  If in the same block, we're encouraging jump threading.  If
5480       // not, we are just pessimizing the code by making an i1 phi.
5481       if (LHSI->getParent() == I.getParent())
5482         if (Instruction *NV = foldOpIntoPhi(I, cast<PHINode>(LHSI)))
5483           return NV;
5484       break;
5485     case Instruction::SIToFP:
5486     case Instruction::UIToFP:
5487       if (Instruction *NV = foldFCmpIntToFPConst(I, LHSI, RHSC))
5488         return NV;
5489       break;
5490     case Instruction::FDiv:
5491       if (Instruction *NV = foldFCmpReciprocalAndZero(I, LHSI, RHSC))
5492         return NV;
5493       break;
5494     case Instruction::Load:
5495       if (auto *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(LHSI->getOperand(0)))
5496         if (auto *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0)))
5497           if (GV->isConstant() && GV->hasDefinitiveInitializer() &&
5498               !cast<LoadInst>(LHSI)->isVolatile())
5499             if (Instruction *Res = foldCmpLoadFromIndexedGlobal(GEP, GV, I))
5500               return Res;
5501       break;
5502   }
5503   }
5504
5505   if (Instruction *R = foldFabsWithFcmpZero(I))
5506     return R;
5507
5508   Value *X, *Y;
5509   if (match(Op0, m_FNeg(m_Value(X)))) {
5510     // fcmp pred (fneg X), (fneg Y) -> fcmp swap(pred) X, Y
5511     if (match(Op1, m_FNeg(m_Value(Y))))
5512       return new FCmpInst(I.getSwappedPredicate(), X, Y, "", &I);
5513
5514     // fcmp pred (fneg X), C --> fcmp swap(pred) X, -C
5515     Constant *C;
5516     if (match(Op1, m_Constant(C))) {
5517       Constant *NegC = ConstantExpr::getFNeg(C);
5518       return new FCmpInst(I.getSwappedPredicate(), X, NegC, "", &I);
5519     }
5520   }
5521
5522   if (match(Op0, m_FPExt(m_Value(X)))) {
5523     // fcmp (fpext X), (fpext Y) -> fcmp X, Y
5524     if (match(Op1, m_FPExt(m_Value(Y))) && X->getType() == Y->getType())
5525       return new FCmpInst(Pred, X, Y, "", &I);
5526
5527     // fcmp (fpext X), C -> fcmp X, (fptrunc C) if fptrunc is lossless
5528     const APFloat *C;
5529     if (match(Op1, m_APFloat(C))) {
5530       const fltSemantics &FPSem =
5531           X->getType()->getScalarType()->getFltSemantics();
5532       bool Lossy;
5533       APFloat TruncC = *C;
5534       TruncC.convert(FPSem, APFloat::rmNearestTiesToEven, &Lossy);
5535
5536       // Avoid lossy conversions and denormals.
5537       // Zero is a special case that's OK to convert.
5538       APFloat Fabs = TruncC;
5539       Fabs.clearSign();
5540       if (!Lossy &&
5541           ((Fabs.compare(APFloat::getSmallestNormalized(FPSem)) !=
5542             APFloat::cmpLessThan) || Fabs.isZero())) {
5543         Constant *NewC = ConstantFP::get(X->getType(), TruncC);
5544         return new FCmpInst(Pred, X, NewC, "", &I);
5545       }
5546     }
5547   }
5548
5549   if (I.getType()->isVectorTy())
5550     if (Instruction *Res = foldVectorCmp(I, Builder))
5551       return Res;
5552
5553   return Changed ? &I : nullptr;
5554 }