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

   1 //===- InstCombineSelect.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 visitSelect function.
  11 //
  12 //===----------------------------------------------------------------------===//
  13
  14 #include "InstCombineInternal.h"
  15 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
  16 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
  17 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
  18 #include "llvm/IR/MDBuilder.h"
  19 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
  20 #include "llvm/Support/KnownBits.h"
  21 using namespace llvm;
  22 using namespace PatternMatch;
  23
  24 #define DEBUG_TYPE "instcombine"
  25
  26 static SelectPatternFlavor
  27 getInverseMinMaxSelectPattern(SelectPatternFlavor SPF) {
  28   switch (SPF) {
  29   default:
  30     llvm_unreachable("unhandled!");
  31
  32   case SPF_SMIN:
  33     return SPF_SMAX;
  34   case SPF_UMIN:
  35     return SPF_UMAX;
  36   case SPF_SMAX:
  37     return SPF_SMIN;
  38   case SPF_UMAX:
  39     return SPF_UMIN;
  40   }
  41 }
  42
  43 static CmpInst::Predicate getCmpPredicateForMinMax(SelectPatternFlavor SPF,
  44                                                    bool Ordered=false) {
  45   switch (SPF) {
  46   default:
  47     llvm_unreachable("unhandled!");
  48
  49   case SPF_SMIN:
  50     return ICmpInst::ICMP_SLT;
  51   case SPF_UMIN:
  52     return ICmpInst::ICMP_ULT;
  53   case SPF_SMAX:
  54     return ICmpInst::ICMP_SGT;
  55   case SPF_UMAX:
  56     return ICmpInst::ICMP_UGT;
  57   case SPF_FMINNUM:
  58     return Ordered ? FCmpInst::FCMP_OLT : FCmpInst::FCMP_ULT;
  59   case SPF_FMAXNUM:
  60     return Ordered ? FCmpInst::FCMP_OGT : FCmpInst::FCMP_UGT;
  61   }
  62 }
  63
  64 static Value *generateMinMaxSelectPattern(InstCombiner::BuilderTy *Builder,
  65                                           SelectPatternFlavor SPF, Value *A,
  66                                           Value *B) {
  67   CmpInst::Predicate Pred = getCmpPredicateForMinMax(SPF);
  68   assert(CmpInst::isIntPredicate(Pred));
  69   return Builder->CreateSelect(Builder->CreateICmp(Pred, A, B), A, B);
  70 }
  71
  72 /// We want to turn code that looks like this:
  73 ///   %C = or %A, %B
  74 ///   %D = select %cond, %C, %A
  75 /// into:
  76 ///   %C = select %cond, %B, 0
  77 ///   %D = or %A, %C
  78 ///
  79 /// Assuming that the specified instruction is an operand to the select, return
  80 /// a bitmask indicating which operands of this instruction are foldable if they
  81 /// equal the other incoming value of the select.
  82 ///
  83 static unsigned getSelectFoldableOperands(Instruction *I) {
  84   switch (I->getOpcode()) {
  85   case Instruction::Add:
  86   case Instruction::Mul:
  87   case Instruction::And:
  88   case Instruction::Or:
  89   case Instruction::Xor:
  90     return 3;              // Can fold through either operand.
  91   case Instruction::Sub:   // Can only fold on the amount subtracted.
  92   case Instruction::Shl:   // Can only fold on the shift amount.
  93   case Instruction::LShr:
  94   case Instruction::AShr:
  95     return 1;
  96   default:
  97     return 0;              // Cannot fold
  98   }
  99 }
 100
 101 /// For the same transformation as the previous function, return the identity
 102 /// constant that goes into the select.
 103 static Constant *getSelectFoldableConstant(Instruction *I) {
 104   switch (I->getOpcode()) {
 105   default: llvm_unreachable("This cannot happen!");
 106   case Instruction::Add:
 107   case Instruction::Sub:
 108   case Instruction::Or:
 109   case Instruction::Xor:
 110   case Instruction::Shl:
 111   case Instruction::LShr:
 112   case Instruction::AShr:
 113     return Constant::getNullValue(I->getType());
 114   case Instruction::And:
 115     return Constant::getAllOnesValue(I->getType());
 116   case Instruction::Mul:
 117     return ConstantInt::get(I->getType(), 1);
 118   }
 119 }
 120
 121 /// We have (select c, TI, FI), and we know that TI and FI have the same opcode.
 122 Instruction *InstCombiner::foldSelectOpOp(SelectInst &SI, Instruction *TI,
 123                                           Instruction *FI) {
 124   // Don't break up min/max patterns. The hasOneUse checks below prevent that
 125   // for most cases, but vector min/max with bitcasts can be transformed. If the
 126   // one-use restrictions are eased for other patterns, we still don't want to
 127   // obfuscate min/max.
 128   if ((match(&SI, m_SMin(m_Value(), m_Value())) ||
 129        match(&SI, m_SMax(m_Value(), m_Value())) ||
 130        match(&SI, m_UMin(m_Value(), m_Value())) ||
 131        match(&SI, m_UMax(m_Value(), m_Value()))))
 132     return nullptr;
 133
 134   // If this is a cast from the same type, merge.
 135   if (TI->getNumOperands() == 1 && TI->isCast()) {
 136     Type *FIOpndTy = FI->getOperand(0)->getType();
 137     if (TI->getOperand(0)->getType() != FIOpndTy)
 138       return nullptr;
 139
 140     // The select condition may be a vector. We may only change the operand
 141     // type if the vector width remains the same (and matches the condition).
 142     Type *CondTy = SI.getCondition()->getType();
 143     if (CondTy->isVectorTy()) {
 144       if (!FIOpndTy->isVectorTy())
 145         return nullptr;
 146       if (CondTy->getVectorNumElements() != FIOpndTy->getVectorNumElements())
 147         return nullptr;
 148
 149       // TODO: If the backend knew how to deal with casts better, we could
 150       // remove this limitation. For now, there's too much potential to create
 151       // worse codegen by promoting the select ahead of size-altering casts
 152       // (PR28160).
 153       //
 154       // Note that ValueTracking's matchSelectPattern() looks through casts
 155       // without checking 'hasOneUse' when it matches min/max patterns, so this
 156       // transform may end up happening anyway.
 157       if (TI->getOpcode() != Instruction::BitCast &&
 158           (!TI->hasOneUse() || !FI->hasOneUse()))
 159         return nullptr;
 160
 161     } else if (!TI->hasOneUse() || !FI->hasOneUse()) {
 162       // TODO: The one-use restrictions for a scalar select could be eased if
 163       // the fold of a select in visitLoadInst() was enhanced to match a pattern
 164       // that includes a cast.
 165       return nullptr;
 166     }
 167
 168     // Fold this by inserting a select from the input values.
 169     Value *NewSI =
 170         Builder->CreateSelect(SI.getCondition(), TI->getOperand(0),
 171                               FI->getOperand(0), SI.getName() + ".v", &SI);
 172     return CastInst::Create(Instruction::CastOps(TI->getOpcode()), NewSI,
 173                             TI->getType());
 174   }
 175
 176   // Only handle binary operators with one-use here. As with the cast case
 177   // above, it may be possible to relax the one-use constraint, but that needs
 178   // be examined carefully since it may not reduce the total number of
 179   // instructions.
 180   BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(TI);
 181   if (!BO || !TI->hasOneUse() || !FI->hasOneUse())
 182     return nullptr;
 183
 184   // Figure out if the operations have any operands in common.
 185   Value *MatchOp, *OtherOpT, *OtherOpF;
 186   bool MatchIsOpZero;
 187   if (TI->getOperand(0) == FI->getOperand(0)) {
 188     MatchOp  = TI->getOperand(0);
 189     OtherOpT = TI->getOperand(1);
 190     OtherOpF = FI->getOperand(1);
 191     MatchIsOpZero = true;
 192   } else if (TI->getOperand(1) == FI->getOperand(1)) {
 193     MatchOp  = TI->getOperand(1);
 194     OtherOpT = TI->getOperand(0);
 195     OtherOpF = FI->getOperand(0);
 196     MatchIsOpZero = false;
 197   } else if (!TI->isCommutative()) {
 198     return nullptr;
 199   } else if (TI->getOperand(0) == FI->getOperand(1)) {
 200     MatchOp  = TI->getOperand(0);
 201     OtherOpT = TI->getOperand(1);
 202     OtherOpF = FI->getOperand(0);
 203     MatchIsOpZero = true;
 204   } else if (TI->getOperand(1) == FI->getOperand(0)) {
 205     MatchOp  = TI->getOperand(1);
 206     OtherOpT = TI->getOperand(0);
 207     OtherOpF = FI->getOperand(1);
 208     MatchIsOpZero = true;
 209   } else {
 210     return nullptr;
 211   }
 212
 213   // If we reach here, they do have operations in common.
 214   Value *NewSI = Builder->CreateSelect(SI.getCondition(), OtherOpT, OtherOpF,
 215                                        SI.getName() + ".v", &SI);
 216   Value *Op0 = MatchIsOpZero ? MatchOp : NewSI;
 217   Value *Op1 = MatchIsOpZero ? NewSI : MatchOp;
 218   return BinaryOperator::Create(BO->getOpcode(), Op0, Op1);
 219 }
 220
 221 static bool isSelect01(Constant *C1, Constant *C2) {
 222   ConstantInt *C1I = dyn_cast<ConstantInt>(C1);
 223   if (!C1I)
 224     return false;
 225   ConstantInt *C2I = dyn_cast<ConstantInt>(C2);
 226   if (!C2I)
 227     return false;
 228   if (!C1I->isZero() && !C2I->isZero()) // One side must be zero.
 229     return false;
 230   return C1I->isOne() || C1I->isAllOnesValue() ||
 231          C2I->isOne() || C2I->isAllOnesValue();
 232 }
 233
 234 /// Try to fold the select into one of the operands to allow further
 235 /// optimization.
 236 Instruction *InstCombiner::foldSelectIntoOp(SelectInst &SI, Value *TrueVal,
 237                                             Value *FalseVal) {
 238   // See the comment above GetSelectFoldableOperands for a description of the
 239   // transformation we are doing here.
 240   if (Instruction *TVI = dyn_cast<Instruction>(TrueVal)) {
 241     if (TVI->hasOneUse() && TVI->getNumOperands() == 2 &&
 242         !isa<Constant>(FalseVal)) {
 243       if (unsigned SFO = getSelectFoldableOperands(TVI)) {
 244         unsigned OpToFold = 0;
 245         if ((SFO & 1) && FalseVal == TVI->getOperand(0)) {
 246           OpToFold = 1;
 247         } else if ((SFO & 2) && FalseVal == TVI->getOperand(1)) {
 248           OpToFold = 2;
 249         }
 250
 251         if (OpToFold) {
 252           Constant *C = getSelectFoldableConstant(TVI);
 253           Value *OOp = TVI->getOperand(2-OpToFold);
 254           // Avoid creating select between 2 constants unless it's selecting
 255           // between 0, 1 and -1.
 256           if (!isa<Constant>(OOp) || isSelect01(C, cast<Constant>(OOp))) {
 257             Value *NewSel = Builder->CreateSelect(SI.getCondition(), OOp, C);
 258             NewSel->takeName(TVI);
 259             BinaryOperator *TVI_BO = cast<BinaryOperator>(TVI);
 260             BinaryOperator *BO = BinaryOperator::Create(TVI_BO->getOpcode(),
 261                                                         FalseVal, NewSel);
 262             BO->copyIRFlags(TVI_BO);
 263             return BO;
 264           }
 265         }
 266       }
 267     }
 268   }
 269
 270   if (Instruction *FVI = dyn_cast<Instruction>(FalseVal)) {
 271     if (FVI->hasOneUse() && FVI->getNumOperands() == 2 &&
 272         !isa<Constant>(TrueVal)) {
 273       if (unsigned SFO = getSelectFoldableOperands(FVI)) {
 274         unsigned OpToFold = 0;
 275         if ((SFO & 1) && TrueVal == FVI->getOperand(0)) {
 276           OpToFold = 1;
 277         } else if ((SFO & 2) && TrueVal == FVI->getOperand(1)) {
 278           OpToFold = 2;
 279         }
 280
 281         if (OpToFold) {
 282           Constant *C = getSelectFoldableConstant(FVI);
 283           Value *OOp = FVI->getOperand(2-OpToFold);
 284           // Avoid creating select between 2 constants unless it's selecting
 285           // between 0, 1 and -1.
 286           if (!isa<Constant>(OOp) || isSelect01(C, cast<Constant>(OOp))) {
 287             Value *NewSel = Builder->CreateSelect(SI.getCondition(), C, OOp);
 288             NewSel->takeName(FVI);
 289             BinaryOperator *FVI_BO = cast<BinaryOperator>(FVI);
 290             BinaryOperator *BO = BinaryOperator::Create(FVI_BO->getOpcode(),
 291                                                         TrueVal, NewSel);
 292             BO->copyIRFlags(FVI_BO);
 293             return BO;
 294           }
 295         }
 296       }
 297     }
 298   }
 299
 300   return nullptr;
 301 }
 302
 303 /// We want to turn:
 304 ///   (select (icmp eq (and X, C1), 0), Y, (or Y, C2))
 305 /// into:
 306 ///   (or (shl (and X, C1), C3), y)
 307 /// iff:
 308 ///   C1 and C2 are both powers of 2
 309 /// where:
 310 ///   C3 = Log(C2) - Log(C1)
 311 ///
 312 /// This transform handles cases where:
 313 /// 1. The icmp predicate is inverted
 314 /// 2. The select operands are reversed
 315 /// 3. The magnitude of C2 and C1 are flipped
 316 static Value *foldSelectICmpAndOr(const SelectInst &SI, Value *TrueVal,
 317                                   Value *FalseVal,
 318                                   InstCombiner::BuilderTy *Builder) {
 319   const ICmpInst *IC = dyn_cast<ICmpInst>(SI.getCondition());
 320   if (!IC || !IC->isEquality() || !SI.getType()->isIntegerTy())
 321     return nullptr;
 322
 323   Value *CmpLHS = IC->getOperand(0);
 324   Value *CmpRHS = IC->getOperand(1);
 325
 326   if (!match(CmpRHS, m_Zero()))
 327     return nullptr;
 328
 329   Value *X;
 330   const APInt *C1;
 331   if (!match(CmpLHS, m_And(m_Value(X), m_Power2(C1))))
 332     return nullptr;
 333
 334   const APInt *C2;
 335   bool OrOnTrueVal = false;
 336   bool OrOnFalseVal = match(FalseVal, m_Or(m_Specific(TrueVal), m_Power2(C2)));
 337   if (!OrOnFalseVal)
 338     OrOnTrueVal = match(TrueVal, m_Or(m_Specific(FalseVal), m_Power2(C2)));
 339
 340   if (!OrOnFalseVal && !OrOnTrueVal)
 341     return nullptr;
 342
 343   Value *V = CmpLHS;
 344   Value *Y = OrOnFalseVal ? TrueVal : FalseVal;
 345
 346   unsigned C1Log = C1->logBase2();
 347   unsigned C2Log = C2->logBase2();
 348   if (C2Log > C1Log) {
 349     V = Builder->CreateZExtOrTrunc(V, Y->getType());
 350     V = Builder->CreateShl(V, C2Log - C1Log);
 351   } else if (C1Log > C2Log) {
 352     V = Builder->CreateLShr(V, C1Log - C2Log);
 353     V = Builder->CreateZExtOrTrunc(V, Y->getType());
 354   } else
 355     V = Builder->CreateZExtOrTrunc(V, Y->getType());
 356
 357   ICmpInst::Predicate Pred = IC->getPredicate();
 358   if ((Pred == ICmpInst::ICMP_NE && OrOnFalseVal) ||
 359       (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && OrOnTrueVal))
 360     V = Builder->CreateXor(V, *C2);
 361
 362   return Builder->CreateOr(V, Y);
 363 }
 364
 365 /// Attempt to fold a cttz/ctlz followed by a icmp plus select into a single
 366 /// call to cttz/ctlz with flag 'is_zero_undef' cleared.
 367 ///
 368 /// For example, we can fold the following code sequence:
 369 /// \code
 370 ///   %0 = tail call i32 @llvm.cttz.i32(i32 %x, i1 true)
 371 ///   %1 = icmp ne i32 %x, 0
 372 ///   %2 = select i1 %1, i32 %0, i32 32
 373 /// \code
 374 ///
 375 /// into:
 376 ///   %0 = tail call i32 @llvm.cttz.i32(i32 %x, i1 false)
 377 static Value *foldSelectCttzCtlz(ICmpInst *ICI, Value *TrueVal, Value *FalseVal,
 378                                  InstCombiner::BuilderTy *Builder) {
 379   ICmpInst::Predicate Pred = ICI->getPredicate();
 380   Value *CmpLHS = ICI->getOperand(0);
 381   Value *CmpRHS = ICI->getOperand(1);
 382
 383   // Check if the condition value compares a value for equality against zero.
 384   if (!ICI->isEquality() || !match(CmpRHS, m_Zero()))
 385     return nullptr;
 386
 387   Value *Count = FalseVal;
 388   Value *ValueOnZero = TrueVal;
 389   if (Pred == ICmpInst::ICMP_NE)
 390     std::swap(Count, ValueOnZero);
 391
 392   // Skip zero extend/truncate.
 393   Value *V = nullptr;
 394   if (match(Count, m_ZExt(m_Value(V))) ||
 395       match(Count, m_Trunc(m_Value(V))))
 396     Count = V;
 397
 398   // Check if the value propagated on zero is a constant number equal to the
 399   // sizeof in bits of 'Count'.
 400   unsigned SizeOfInBits = Count->getType()->getScalarSizeInBits();
 401   if (!match(ValueOnZero, m_SpecificInt(SizeOfInBits)))
 402     return nullptr;
 403
 404   // Check that 'Count' is a call to intrinsic cttz/ctlz. Also check that the
 405   // input to the cttz/ctlz is used as LHS for the compare instruction.
 406   if (match(Count, m_Intrinsic<Intrinsic::cttz>(m_Specific(CmpLHS))) ||
 407       match(Count, m_Intrinsic<Intrinsic::ctlz>(m_Specific(CmpLHS)))) {
 408     IntrinsicInst *II = cast<IntrinsicInst>(Count);
 409     // Explicitly clear the 'undef_on_zero' flag.
 410     IntrinsicInst *NewI = cast<IntrinsicInst>(II->clone());
 411     Type *Ty = NewI->getArgOperand(1)->getType();
 412     NewI->setArgOperand(1, Constant::getNullValue(Ty));
 413     Builder->Insert(NewI);
 414     return Builder->CreateZExtOrTrunc(NewI, ValueOnZero->getType());
 415   }
 416
 417   return nullptr;
 418 }
 419
 420 /// Return true if we find and adjust an icmp+select pattern where the compare
 421 /// is with a constant that can be incremented or decremented to match the
 422 /// minimum or maximum idiom.
 423 static bool adjustMinMax(SelectInst &Sel, ICmpInst &Cmp) {
 424   ICmpInst::Predicate Pred = Cmp.getPredicate();
 425   Value *CmpLHS = Cmp.getOperand(0);
 426   Value *CmpRHS = Cmp.getOperand(1);
 427   Value *TrueVal = Sel.getTrueValue();
 428   Value *FalseVal = Sel.getFalseValue();
 429
 430   // We may move or edit the compare, so make sure the select is the only user.
 431   const APInt *CmpC;
 432   if (!Cmp.hasOneUse() || !match(CmpRHS, m_APInt(CmpC)))
 433     return false;
 434
 435   // These transforms only work for selects of integers or vector selects of
 436   // integer vectors.
 437   Type *SelTy = Sel.getType();
 438   auto *SelEltTy = dyn_cast<IntegerType>(SelTy->getScalarType());
 439   if (!SelEltTy || SelTy->isVectorTy() != Cmp.getType()->isVectorTy())
 440     return false;
 441
 442   Constant *AdjustedRHS;
 443   if (Pred == ICmpInst::ICMP_UGT || Pred == ICmpInst::ICMP_SGT)
 444     AdjustedRHS = ConstantInt::get(CmpRHS->getType(), *CmpC + 1);
 445   else if (Pred == ICmpInst::ICMP_ULT || Pred == ICmpInst::ICMP_SLT)
 446     AdjustedRHS = ConstantInt::get(CmpRHS->getType(), *CmpC - 1);
 447   else
 448     return false;
 449
 450   // X > C ? X : C+1  -->  X < C+1 ? C+1 : X
 451   // X < C ? X : C-1  -->  X > C-1 ? C-1 : X
 452   if ((CmpLHS == TrueVal && AdjustedRHS == FalseVal) ||
 453       (CmpLHS == FalseVal && AdjustedRHS == TrueVal)) {
 454     ; // Nothing to do here. Values match without any sign/zero extension.
 455   }
 456   // Types do not match. Instead of calculating this with mixed types, promote
 457   // all to the larger type. This enables scalar evolution to analyze this
 458   // expression.
 459   else if (CmpRHS->getType()->getScalarSizeInBits() < SelEltTy->getBitWidth()) {
 460     Constant *SextRHS = ConstantExpr::getSExt(AdjustedRHS, SelTy);
 461
 462     // X = sext x; x >s c ? X : C+1 --> X = sext x; X <s C+1 ? C+1 : X
 463     // X = sext x; x <s c ? X : C-1 --> X = sext x; X >s C-1 ? C-1 : X
 464     // X = sext x; x >u c ? X : C+1 --> X = sext x; X <u C+1 ? C+1 : X
 465     // X = sext x; x <u c ? X : C-1 --> X = sext x; X >u C-1 ? C-1 : X
 466     if (match(TrueVal, m_SExt(m_Specific(CmpLHS))) && SextRHS == FalseVal) {
 467       CmpLHS = TrueVal;
 468       AdjustedRHS = SextRHS;
 469     } else if (match(FalseVal, m_SExt(m_Specific(CmpLHS))) &&
 470                SextRHS == TrueVal) {
 471       CmpLHS = FalseVal;
 472       AdjustedRHS = SextRHS;
 473     } else if (Cmp.isUnsigned()) {
 474       Constant *ZextRHS = ConstantExpr::getZExt(AdjustedRHS, SelTy);
 475       // X = zext x; x >u c ? X : C+1 --> X = zext x; X <u C+1 ? C+1 : X
 476       // X = zext x; x <u c ? X : C-1 --> X = zext x; X >u C-1 ? C-1 : X
 477       // zext + signed compare cannot be changed:
 478       //    0xff <s 0x00, but 0x00ff >s 0x0000
 479       if (match(TrueVal, m_ZExt(m_Specific(CmpLHS))) && ZextRHS == FalseVal) {
 480         CmpLHS = TrueVal;
 481         AdjustedRHS = ZextRHS;
 482       } else if (match(FalseVal, m_ZExt(m_Specific(CmpLHS))) &&
 483                  ZextRHS == TrueVal) {
 484         CmpLHS = FalseVal;
 485         AdjustedRHS = ZextRHS;
 486       } else {
 487         return false;
 488       }
 489     } else {
 490       return false;
 491     }
 492   } else {
 493     return false;
 494   }
 495
 496   Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
 497   CmpRHS = AdjustedRHS;
 498   std::swap(FalseVal, TrueVal);
 499   Cmp.setPredicate(Pred);
 500   Cmp.setOperand(0, CmpLHS);
 501   Cmp.setOperand(1, CmpRHS);
 502   Sel.setOperand(1, TrueVal);
 503   Sel.setOperand(2, FalseVal);
 504   Sel.swapProfMetadata();
 505
 506   // Move the compare instruction right before the select instruction. Otherwise
 507   // the sext/zext value may be defined after the compare instruction uses it.
 508   Cmp.moveBefore(&Sel);
 509
 510   return true;
 511 }
 512
 513 /// If this is an integer min/max (icmp + select) with a constant operand,
 514 /// create the canonical icmp for the min/max operation and canonicalize the
 515 /// constant to the 'false' operand of the select:
 516 /// select (icmp Pred X, C1), C2, X --> select (icmp Pred' X, C2), X, C2
 517 /// Note: if C1 != C2, this will change the icmp constant to the existing
 518 /// constant operand of the select.
 519 static Instruction *
 520 canonicalizeMinMaxWithConstant(SelectInst &Sel, ICmpInst &Cmp,
 521                                InstCombiner::BuilderTy &Builder) {
 522   if (!Cmp.hasOneUse() || !isa<Constant>(Cmp.getOperand(1)))
 523     return nullptr;
 524
 525   // Canonicalize the compare predicate based on whether we have min or max.
 526   Value *LHS, *RHS;
 527   ICmpInst::Predicate NewPred;
 528   SelectPatternResult SPR = matchSelectPattern(&Sel, LHS, RHS);
 529   switch (SPR.Flavor) {
 530   case SPF_SMIN: NewPred = ICmpInst::ICMP_SLT; break;
 531   case SPF_UMIN: NewPred = ICmpInst::ICMP_ULT; break;
 532   case SPF_SMAX: NewPred = ICmpInst::ICMP_SGT; break;
 533   case SPF_UMAX: NewPred = ICmpInst::ICMP_UGT; break;
 534   default: return nullptr;
 535   }
 536
 537   // Is this already canonical?
 538   if (Cmp.getOperand(0) == LHS && Cmp.getOperand(1) == RHS &&
 539       Cmp.getPredicate() == NewPred)
 540     return nullptr;
 541
 542   // Create the canonical compare and plug it into the select.
 543   Sel.setCondition(Builder.CreateICmp(NewPred, LHS, RHS));
 544
 545   // If the select operands did not change, we're done.
 546   if (Sel.getTrueValue() == LHS && Sel.getFalseValue() == RHS)
 547     return &Sel;
 548
 549   // If we are swapping the select operands, swap the metadata too.
 550   assert(Sel.getTrueValue() == RHS && Sel.getFalseValue() == LHS &&
 551          "Unexpected results from matchSelectPattern");
 552   Sel.setTrueValue(LHS);
 553   Sel.setFalseValue(RHS);
 554   Sel.swapProfMetadata();
 555   return &Sel;
 556 }
 557
 558 /// Visit a SelectInst that has an ICmpInst as its first operand.
 559 Instruction *InstCombiner::foldSelectInstWithICmp(SelectInst &SI,
 560                                                   ICmpInst *ICI) {
 561   if (Instruction *NewSel = canonicalizeMinMaxWithConstant(SI, *ICI, *Builder))
 562     return NewSel;
 563
 564   bool Changed = adjustMinMax(SI, *ICI);
 565
 566   ICmpInst::Predicate Pred = ICI->getPredicate();
 567   Value *CmpLHS = ICI->getOperand(0);
 568   Value *CmpRHS = ICI->getOperand(1);
 569   Value *TrueVal = SI.getTrueValue();
 570   Value *FalseVal = SI.getFalseValue();
 571
 572   // Transform (X >s -1) ? C1 : C2 --> ((X >>s 31) & (C2 - C1)) + C1
 573   // and       (X <s  0) ? C2 : C1 --> ((X >>s 31) & (C2 - C1)) + C1
 574   // FIXME: Type and constness constraints could be lifted, but we have to
 575   //        watch code size carefully. We should consider xor instead of
 576   //        sub/add when we decide to do that.
 577   if (IntegerType *Ty = dyn_cast<IntegerType>(CmpLHS->getType())) {
 578     if (TrueVal->getType() == Ty) {
 579       if (ConstantInt *Cmp = dyn_cast<ConstantInt>(CmpRHS)) {
 580         ConstantInt *C1 = nullptr, *C2 = nullptr;
 581         if (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT && Cmp->isAllOnesValue()) {
 582           C1 = dyn_cast<ConstantInt>(TrueVal);
 583           C2 = dyn_cast<ConstantInt>(FalseVal);
 584         } else if (Pred == ICmpInst::ICMP_SLT && Cmp->isNullValue()) {
 585           C1 = dyn_cast<ConstantInt>(FalseVal);
 586           C2 = dyn_cast<ConstantInt>(TrueVal);
 587         }
 588         if (C1 && C2) {
 589           // This shift results in either -1 or 0.
 590           Value *AShr = Builder->CreateAShr(CmpLHS, Ty->getBitWidth()-1);
 591
 592           // Check if we can express the operation with a single or.
 593           if (C2->isAllOnesValue())
 594             return replaceInstUsesWith(SI, Builder->CreateOr(AShr, C1));
 595
 596           Value *And = Builder->CreateAnd(AShr, C2->getValue()-C1->getValue());
 597           return replaceInstUsesWith(SI, Builder->CreateAdd(And, C1));
 598         }
 599       }
 600     }
 601   }
 602
 603   // NOTE: if we wanted to, this is where to detect integer MIN/MAX
 604
 605   if (CmpRHS != CmpLHS && isa<Constant>(CmpRHS)) {
 606     if (CmpLHS == TrueVal && Pred == ICmpInst::ICMP_EQ) {
 607       // Transform (X == C) ? X : Y -> (X == C) ? C : Y
 608       SI.setOperand(1, CmpRHS);
 609       Changed = true;
 610     } else if (CmpLHS == FalseVal && Pred == ICmpInst::ICMP_NE) {
 611       // Transform (X != C) ? Y : X -> (X != C) ? Y : C
 612       SI.setOperand(2, CmpRHS);
 613       Changed = true;
 614     }
 615   }
 616
 617   // FIXME: This code is nearly duplicated in InstSimplify. Using/refactoring
 618   // decomposeBitTestICmp() might help.
 619   {
 620     unsigned BitWidth =
 621         DL.getTypeSizeInBits(TrueVal->getType()->getScalarType());
 622     APInt MinSignedValue = APInt::getSignedMinValue(BitWidth);
 623     Value *X;
 624     const APInt *Y, *C;
 625     bool TrueWhenUnset;
 626     bool IsBitTest = false;
 627     if (ICmpInst::isEquality(Pred) &&
 628         match(CmpLHS, m_And(m_Value(X), m_Power2(Y))) &&
 629         match(CmpRHS, m_Zero())) {
 630       IsBitTest = true;
 631       TrueWhenUnset = Pred == ICmpInst::ICMP_EQ;
 632     } else if (Pred == ICmpInst::ICMP_SLT && match(CmpRHS, m_Zero())) {
 633       X = CmpLHS;
 634       Y = &MinSignedValue;
 635       IsBitTest = true;
 636       TrueWhenUnset = false;
 637     } else if (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT && match(CmpRHS, m_AllOnes())) {
 638       X = CmpLHS;
 639       Y = &MinSignedValue;
 640       IsBitTest = true;
 641       TrueWhenUnset = true;
 642     }
 643     if (IsBitTest) {
 644       Value *V = nullptr;
 645       // (X & Y) == 0 ? X : X ^ Y  --> X & ~Y
 646       if (TrueWhenUnset && TrueVal == X &&
 647           match(FalseVal, m_Xor(m_Specific(X), m_APInt(C))) && *Y == *C)
 648         V = Builder->CreateAnd(X, ~(*Y));
 649       // (X & Y) != 0 ? X ^ Y : X  --> X & ~Y
 650       else if (!TrueWhenUnset && FalseVal == X &&
 651                match(TrueVal, m_Xor(m_Specific(X), m_APInt(C))) && *Y == *C)
 652         V = Builder->CreateAnd(X, ~(*Y));
 653       // (X & Y) == 0 ? X ^ Y : X  --> X | Y
 654       else if (TrueWhenUnset && FalseVal == X &&
 655                match(TrueVal, m_Xor(m_Specific(X), m_APInt(C))) && *Y == *C)
 656         V = Builder->CreateOr(X, *Y);
 657       // (X & Y) != 0 ? X : X ^ Y  --> X | Y
 658       else if (!TrueWhenUnset && TrueVal == X &&
 659                match(FalseVal, m_Xor(m_Specific(X), m_APInt(C))) && *Y == *C)
 660         V = Builder->CreateOr(X, *Y);
 661
 662       if (V)
 663         return replaceInstUsesWith(SI, V);
 664     }
 665   }
 666
 667   if (Value *V = foldSelectICmpAndOr(SI, TrueVal, FalseVal, Builder))
 668     return replaceInstUsesWith(SI, V);
 669
 670   if (Value *V = foldSelectCttzCtlz(ICI, TrueVal, FalseVal, Builder))
 671     return replaceInstUsesWith(SI, V);
 672
 673   return Changed ? &SI : nullptr;
 674 }
 675
 676
 677 /// SI is a select whose condition is a PHI node (but the two may be in
 678 /// different blocks). See if the true/false values (V) are live in all of the
 679 /// predecessor blocks of the PHI. For example, cases like this can't be mapped:
 680 ///
 681 ///   X = phi [ C1, BB1], [C2, BB2]
 682 ///   Y = add
 683 ///   Z = select X, Y, 0
 684 ///
 685 /// because Y is not live in BB1/BB2.
 686 ///
 687 static bool canSelectOperandBeMappingIntoPredBlock(const Value *V,
 688                                                    const SelectInst &SI) {
 689   // If the value is a non-instruction value like a constant or argument, it
 690   // can always be mapped.
 691   const Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
 692   if (!I) return true;
 693
 694   // If V is a PHI node defined in the same block as the condition PHI, we can
 695   // map the arguments.
 696   const PHINode *CondPHI = cast<PHINode>(SI.getCondition());
 697
 698   if (const PHINode *VP = dyn_cast<PHINode>(I))
 699     if (VP->getParent() == CondPHI->getParent())
 700       return true;
 701
 702   // Otherwise, if the PHI and select are defined in the same block and if V is
 703   // defined in a different block, then we can transform it.
 704   if (SI.getParent() == CondPHI->getParent() &&
 705       I->getParent() != CondPHI->getParent())
 706     return true;
 707
 708   // Otherwise we have a 'hard' case and we can't tell without doing more
 709   // detailed dominator based analysis, punt.
 710   return false;
 711 }
 712
 713 /// We have an SPF (e.g. a min or max) of an SPF of the form:
 714 ///   SPF2(SPF1(A, B), C)
 715 Instruction *InstCombiner::foldSPFofSPF(Instruction *Inner,
 716                                         SelectPatternFlavor SPF1,
 717                                         Value *A, Value *B,
 718                                         Instruction &Outer,
 719                                         SelectPatternFlavor SPF2, Value *C) {
 720   if (Outer.getType() != Inner->getType())
 721     return nullptr;
 722
 723   if (C == A || C == B) {
 724     // MAX(MAX(A, B), B) -> MAX(A, B)
 725     // MIN(MIN(a, b), a) -> MIN(a, b)
 726     if (SPF1 == SPF2)
 727       return replaceInstUsesWith(Outer, Inner);
 728
 729     // MAX(MIN(a, b), a) -> a
 730     // MIN(MAX(a, b), a) -> a
 731     if ((SPF1 == SPF_SMIN && SPF2 == SPF_SMAX) ||
 732         (SPF1 == SPF_SMAX && SPF2 == SPF_SMIN) ||
 733         (SPF1 == SPF_UMIN && SPF2 == SPF_UMAX) ||
 734         (SPF1 == SPF_UMAX && SPF2 == SPF_UMIN))
 735       return replaceInstUsesWith(Outer, C);
 736   }
 737
 738   if (SPF1 == SPF2) {
 739     const APInt *CB, *CC;
 740     if (match(B, m_APInt(CB)) && match(C, m_APInt(CC))) {
 741       // MIN(MIN(A, 23), 97) -> MIN(A, 23)
 742       // MAX(MAX(A, 97), 23) -> MAX(A, 97)
 743       if ((SPF1 == SPF_UMIN && CB->ule(*CC)) ||
 744           (SPF1 == SPF_SMIN && CB->sle(*CC)) ||
 745           (SPF1 == SPF_UMAX && CB->uge(*CC)) ||
 746           (SPF1 == SPF_SMAX && CB->sge(*CC)))
 747         return replaceInstUsesWith(Outer, Inner);
 748
 749       // MIN(MIN(A, 97), 23) -> MIN(A, 23)
 750       // MAX(MAX(A, 23), 97) -> MAX(A, 97)
 751       if ((SPF1 == SPF_UMIN && CB->ugt(*CC)) ||
 752           (SPF1 == SPF_SMIN && CB->sgt(*CC)) ||
 753           (SPF1 == SPF_UMAX && CB->ult(*CC)) ||
 754           (SPF1 == SPF_SMAX && CB->slt(*CC))) {
 755         Outer.replaceUsesOfWith(Inner, A);
 756         return &Outer;
 757       }
 758     }
 759   }
 760
 761   // ABS(ABS(X)) -> ABS(X)
 762   // NABS(NABS(X)) -> NABS(X)
 763   if (SPF1 == SPF2 && (SPF1 == SPF_ABS || SPF1 == SPF_NABS)) {
 764     return replaceInstUsesWith(Outer, Inner);
 765   }
 766
 767   // ABS(NABS(X)) -> ABS(X)
 768   // NABS(ABS(X)) -> NABS(X)
 769   if ((SPF1 == SPF_ABS && SPF2 == SPF_NABS) ||
 770       (SPF1 == SPF_NABS && SPF2 == SPF_ABS)) {
 771     SelectInst *SI = cast<SelectInst>(Inner);
 772     Value *NewSI =
 773         Builder->CreateSelect(SI->getCondition(), SI->getFalseValue(),
 774                               SI->getTrueValue(), SI->getName(), SI);
 775     return replaceInstUsesWith(Outer, NewSI);
 776   }
 777
 778   auto IsFreeOrProfitableToInvert =
 779       [&](Value *V, Value *&NotV, bool &ElidesXor) {
 780     if (match(V, m_Not(m_Value(NotV)))) {
 781       // If V has at most 2 uses then we can get rid of the xor operation
 782       // entirely.
 783       ElidesXor |= !V->hasNUsesOrMore(3);
 784       return true;
 785     }
 786
 787     if (IsFreeToInvert(V, !V->hasNUsesOrMore(3))) {
 788       NotV = nullptr;
 789       return true;
 790     }
 791
 792     return false;
 793   };
 794
 795   Value *NotA, *NotB, *NotC;
 796   bool ElidesXor = false;
 797
 798   // MIN(MIN(~A, ~B), ~C) == ~MAX(MAX(A, B), C)
 799   // MIN(MAX(~A, ~B), ~C) == ~MAX(MIN(A, B), C)
 800   // MAX(MIN(~A, ~B), ~C) == ~MIN(MAX(A, B), C)
 801   // MAX(MAX(~A, ~B), ~C) == ~MIN(MIN(A, B), C)
 802   //
 803   // This transform is performance neutral if we can elide at least one xor from
 804   // the set of three operands, since we'll be tacking on an xor at the very
 805   // end.
 806   if (SelectPatternResult::isMinOrMax(SPF1) &&
 807       SelectPatternResult::isMinOrMax(SPF2) &&
 808       IsFreeOrProfitableToInvert(A, NotA, ElidesXor) &&
 809       IsFreeOrProfitableToInvert(B, NotB, ElidesXor) &&
 810       IsFreeOrProfitableToInvert(C, NotC, ElidesXor) && ElidesXor) {
 811     if (!NotA)
 812       NotA = Builder->CreateNot(A);
 813     if (!NotB)
 814       NotB = Builder->CreateNot(B);
 815     if (!NotC)
 816       NotC = Builder->CreateNot(C);
 817
 818     Value *NewInner = generateMinMaxSelectPattern(
 819         Builder, getInverseMinMaxSelectPattern(SPF1), NotA, NotB);
 820     Value *NewOuter = Builder->CreateNot(generateMinMaxSelectPattern(
 821         Builder, getInverseMinMaxSelectPattern(SPF2), NewInner, NotC));
 822     return replaceInstUsesWith(Outer, NewOuter);
 823   }
 824
 825   return nullptr;
 826 }
 827
 828 /// If one of the constants is zero (we know they can't both be) and we have an
 829 /// icmp instruction with zero, and we have an 'and' with the non-constant value
 830 /// and a power of two we can turn the select into a shift on the result of the
 831 /// 'and'.
 832 static Value *foldSelectICmpAnd(const SelectInst &SI, ConstantInt *TrueVal,
 833                                 ConstantInt *FalseVal,
 834                                 InstCombiner::BuilderTy *Builder) {
 835   const ICmpInst *IC = dyn_cast<ICmpInst>(SI.getCondition());
 836   if (!IC || !IC->isEquality() || !SI.getType()->isIntegerTy())
 837     return nullptr;
 838
 839   if (!match(IC->getOperand(1), m_Zero()))
 840     return nullptr;
 841
 842   ConstantInt *AndRHS;
 843   Value *LHS = IC->getOperand(0);
 844   if (!match(LHS, m_And(m_Value(), m_ConstantInt(AndRHS))))
 845     return nullptr;
 846
 847   // If both select arms are non-zero see if we have a select of the form
 848   // 'x ? 2^n + C : C'. Then we can offset both arms by C, use the logic
 849   // for 'x ? 2^n : 0' and fix the thing up at the end.
 850   ConstantInt *Offset = nullptr;
 851   if (!TrueVal->isZero() && !FalseVal->isZero()) {
 852     if ((TrueVal->getValue() - FalseVal->getValue()).isPowerOf2())
 853       Offset = FalseVal;
 854     else if ((FalseVal->getValue() - TrueVal->getValue()).isPowerOf2())
 855       Offset = TrueVal;
 856     else
 857       return nullptr;
 858
 859     // Adjust TrueVal and FalseVal to the offset.
 860     TrueVal = ConstantInt::get(Builder->getContext(),
 861                                TrueVal->getValue() - Offset->getValue());
 862     FalseVal = ConstantInt::get(Builder->getContext(),
 863                                 FalseVal->getValue() - Offset->getValue());
 864   }
 865
 866   // Make sure the mask in the 'and' and one of the select arms is a power of 2.
 867   if (!AndRHS->getValue().isPowerOf2() ||
 868       (!TrueVal->getValue().isPowerOf2() &&
 869        !FalseVal->getValue().isPowerOf2()))
 870     return nullptr;
 871
 872   // Determine which shift is needed to transform result of the 'and' into the
 873   // desired result.
 874   ConstantInt *ValC = !TrueVal->isZero() ? TrueVal : FalseVal;
 875   unsigned ValZeros = ValC->getValue().logBase2();
 876   unsigned AndZeros = AndRHS->getValue().logBase2();
 877
 878   // If types don't match we can still convert the select by introducing a zext
 879   // or a trunc of the 'and'. The trunc case requires that all of the truncated
 880   // bits are zero, we can figure that out by looking at the 'and' mask.
 881   if (AndZeros >= ValC->getBitWidth())
 882     return nullptr;
 883
 884   Value *V = Builder->CreateZExtOrTrunc(LHS, SI.getType());
 885   if (ValZeros > AndZeros)
 886     V = Builder->CreateShl(V, ValZeros - AndZeros);
 887   else if (ValZeros < AndZeros)
 888     V = Builder->CreateLShr(V, AndZeros - ValZeros);
 889
 890   // Okay, now we know that everything is set up, we just don't know whether we
 891   // have a icmp_ne or icmp_eq and whether the true or false val is the zero.
 892   bool ShouldNotVal = !TrueVal->isZero();
 893   ShouldNotVal ^= IC->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE;
 894   if (ShouldNotVal)
 895     V = Builder->CreateXor(V, ValC);
 896
 897   // Apply an offset if needed.
 898   if (Offset)
 899     V = Builder->CreateAdd(V, Offset);
 900   return V;
 901 }
 902
 903 /// Turn select C, (X + Y), (X - Y) --> (X + (select C, Y, (-Y))).
 904 /// This is even legal for FP.
 905 static Instruction *foldAddSubSelect(SelectInst &SI,
 906                                      InstCombiner::BuilderTy &Builder) {
 907   Value *CondVal = SI.getCondition();
 908   Value *TrueVal = SI.getTrueValue();
 909   Value *FalseVal = SI.getFalseValue();
 910   auto *TI = dyn_cast<Instruction>(TrueVal);
 911   auto *FI = dyn_cast<Instruction>(FalseVal);
 912   if (!TI || !FI || !TI->hasOneUse() || !FI->hasOneUse())
 913     return nullptr;
 914
 915   Instruction *AddOp = nullptr, *SubOp = nullptr;
 916   if ((TI->getOpcode() == Instruction::Sub &&
 917        FI->getOpcode() == Instruction::Add) ||
 918       (TI->getOpcode() == Instruction::FSub &&
 919        FI->getOpcode() == Instruction::FAdd)) {
 920     AddOp = FI;
 921     SubOp = TI;
 922   } else if ((FI->getOpcode() == Instruction::Sub &&
 923               TI->getOpcode() == Instruction::Add) ||
 924              (FI->getOpcode() == Instruction::FSub &&
 925               TI->getOpcode() == Instruction::FAdd)) {
 926     AddOp = TI;
 927     SubOp = FI;
 928   }
 929
 930   if (AddOp) {
 931     Value *OtherAddOp = nullptr;
 932     if (SubOp->getOperand(0) == AddOp->getOperand(0)) {
 933       OtherAddOp = AddOp->getOperand(1);
 934     } else if (SubOp->getOperand(0) == AddOp->getOperand(1)) {
 935       OtherAddOp = AddOp->getOperand(0);
 936     }
 937
 938     if (OtherAddOp) {
 939       // So at this point we know we have (Y -> OtherAddOp):
 940       //        select C, (add X, Y), (sub X, Z)
 941       Value *NegVal; // Compute -Z
 942       if (SI.getType()->isFPOrFPVectorTy()) {
 943         NegVal = Builder.CreateFNeg(SubOp->getOperand(1));
 944         if (Instruction *NegInst = dyn_cast<Instruction>(NegVal)) {
 945           FastMathFlags Flags = AddOp->getFastMathFlags();
 946           Flags &= SubOp->getFastMathFlags();
 947           NegInst->setFastMathFlags(Flags);
 948         }
 949       } else {
 950         NegVal = Builder.CreateNeg(SubOp->getOperand(1));
 951       }
 952
 953       Value *NewTrueOp = OtherAddOp;
 954       Value *NewFalseOp = NegVal;
 955       if (AddOp != TI)
 956         std::swap(NewTrueOp, NewFalseOp);
 957       Value *NewSel = Builder.CreateSelect(CondVal, NewTrueOp, NewFalseOp,
 958                                            SI.getName() + ".p", &SI);
 959
 960       if (SI.getType()->isFPOrFPVectorTy()) {
 961         Instruction *RI =
 962             BinaryOperator::CreateFAdd(SubOp->getOperand(0), NewSel);
 963
 964         FastMathFlags Flags = AddOp->getFastMathFlags();
 965         Flags &= SubOp->getFastMathFlags();
 966         RI->setFastMathFlags(Flags);
 967         return RI;
 968       } else
 969         return BinaryOperator::CreateAdd(SubOp->getOperand(0), NewSel);
 970     }
 971   }
 972   return nullptr;
 973 }
 974
 975 Instruction *InstCombiner::foldSelectExtConst(SelectInst &Sel) {
 976   Instruction *ExtInst;
 977   if (!match(Sel.getTrueValue(), m_Instruction(ExtInst)) &&
 978       !match(Sel.getFalseValue(), m_Instruction(ExtInst)))
 979     return nullptr;
 980
 981   auto ExtOpcode = ExtInst->getOpcode();
 982   if (ExtOpcode != Instruction::ZExt && ExtOpcode != Instruction::SExt)
 983     return nullptr;
 984
 985   // TODO: Handle larger types? That requires adjusting FoldOpIntoSelect too.
 986   Value *X = ExtInst->getOperand(0);
 987   Type *SmallType = X->getType();
 988   if (!SmallType->getScalarType()->isIntegerTy(1))
 989     return nullptr;
 990
 991   Constant *C;
 992   if (!match(Sel.getTrueValue(), m_Constant(C)) &&
 993       !match(Sel.getFalseValue(), m_Constant(C)))
 994     return nullptr;
 995
 996   // If the constant is the same after truncation to the smaller type and
 997   // extension to the original type, we can narrow the select.
 998   Value *Cond = Sel.getCondition();
 999   Type *SelType = Sel.getType();
1000   Constant *TruncC = ConstantExpr::getTrunc(C, SmallType);
1001   Constant *ExtC = ConstantExpr::getCast(ExtOpcode, TruncC, SelType);
1002   if (ExtC == C) {
1003     Value *TruncCVal = cast<Value>(TruncC);
1004     if (ExtInst == Sel.getFalseValue())
1005       std::swap(X, TruncCVal);
1006
1007     // select Cond, (ext X), C --> ext(select Cond, X, C')
1008     // select Cond, C, (ext X) --> ext(select Cond, C', X)
1009     Value *NewSel = Builder->CreateSelect(Cond, X, TruncCVal, "narrow", &Sel);
1010     return CastInst::Create(Instruction::CastOps(ExtOpcode), NewSel, SelType);
1011   }
1012
1013   // If one arm of the select is the extend of the condition, replace that arm
1014   // with the extension of the appropriate known bool value.
1015   if (Cond == X) {
1016     if (ExtInst == Sel.getTrueValue()) {
1017       // select X, (sext X), C --> select X, -1, C
1018       // select X, (zext X), C --> select X,  1, C
1019       Constant *One = ConstantInt::getTrue(SmallType);
1020       Constant *AllOnesOrOne = ConstantExpr::getCast(ExtOpcode, One, SelType);
1021       return SelectInst::Create(Cond, AllOnesOrOne, C, "", nullptr, &Sel);
1022     } else {
1023       // select X, C, (sext X) --> select X, C, 0
1024       // select X, C, (zext X) --> select X, C, 0
1025       Constant *Zero = ConstantInt::getNullValue(SelType);
1026       return SelectInst::Create(Cond, C, Zero, "", nullptr, &Sel);
1027     }
1028   }
1029
1030   return nullptr;
1031 }
1032
1033 /// Try to transform a vector select with a constant condition vector into a
1034 /// shuffle for easier combining with other shuffles and insert/extract.
1035 static Instruction *canonicalizeSelectToShuffle(SelectInst &SI) {
1036   Value *CondVal = SI.getCondition();
1037   Constant *CondC;
1038   if (!CondVal->getType()->isVectorTy() || !match(CondVal, m_Constant(CondC)))
1039     return nullptr;
1040
1041   unsigned NumElts = CondVal->getType()->getVectorNumElements();
1042   SmallVector<Constant *, 16> Mask;
1043   Mask.reserve(NumElts);
1044   Type *Int32Ty = Type::getInt32Ty(CondVal->getContext());
1045   for (unsigned i = 0; i != NumElts; ++i) {
1046     Constant *Elt = CondC->getAggregateElement(i);
1047     if (!Elt)
1048       return nullptr;
1049
1050     if (Elt->isOneValue()) {
1051       // If the select condition element is true, choose from the 1st vector.
1052       Mask.push_back(ConstantInt::get(Int32Ty, i));
1053     } else if (Elt->isNullValue()) {
1054       // If the select condition element is false, choose from the 2nd vector.
1055       Mask.push_back(ConstantInt::get(Int32Ty, i + NumElts));
1056     } else if (isa<UndefValue>(Elt)) {
1057       // Undef in a select condition (choose one of the operands) does not mean
1058       // the same thing as undef in a shuffle mask (any value is acceptable), so
1059       // give up.
1060       return nullptr;
1061     } else {
1062       // Bail out on a constant expression.
1063       return nullptr;
1064     }
1065   }
1066
1067   return new ShuffleVectorInst(SI.getTrueValue(), SI.getFalseValue(),
1068                                ConstantVector::get(Mask));
1069 }
1070
1071 /// Reuse bitcasted operands between a compare and select:
1072 /// select (cmp (bitcast C), (bitcast D)), (bitcast' C), (bitcast' D) -->
1073 /// bitcast (select (cmp (bitcast C), (bitcast D)), (bitcast C), (bitcast D))
1074 static Instruction *foldSelectCmpBitcasts(SelectInst &Sel,
1075                                           InstCombiner::BuilderTy &Builder) {
1076   Value *Cond = Sel.getCondition();
1077   Value *TVal = Sel.getTrueValue();
1078   Value *FVal = Sel.getFalseValue();
1079
1080   CmpInst::Predicate Pred;
1081   Value *A, *B;
1082   if (!match(Cond, m_Cmp(Pred, m_Value(A), m_Value(B))))
1083     return nullptr;
1084
1085   // The select condition is a compare instruction. If the select's true/false
1086   // values are already the same as the compare operands, there's nothing to do.
1087   if (TVal == A || TVal == B || FVal == A || FVal == B)
1088     return nullptr;
1089
1090   Value *C, *D;
1091   if (!match(A, m_BitCast(m_Value(C))) || !match(B, m_BitCast(m_Value(D))))
1092     return nullptr;
1093
1094   // select (cmp (bitcast C), (bitcast D)), (bitcast TSrc), (bitcast FSrc)
1095   Value *TSrc, *FSrc;
1096   if (!match(TVal, m_BitCast(m_Value(TSrc))) ||
1097       !match(FVal, m_BitCast(m_Value(FSrc))))
1098     return nullptr;
1099
1100   // If the select true/false values are *different bitcasts* of the same source
1101   // operands, make the select operands the same as the compare operands and
1102   // cast the result. This is the canonical select form for min/max.
1103   Value *NewSel;
1104   if (TSrc == C && FSrc == D) {
1105     // select (cmp (bitcast C), (bitcast D)), (bitcast' C), (bitcast' D) -->
1106     // bitcast (select (cmp A, B), A, B)
1107     NewSel = Builder.CreateSelect(Cond, A, B, "", &Sel);
1108   } else if (TSrc == D && FSrc == C) {
1109     // select (cmp (bitcast C), (bitcast D)), (bitcast' D), (bitcast' C) -->
1110     // bitcast (select (cmp A, B), B, A)
1111     NewSel = Builder.CreateSelect(Cond, B, A, "", &Sel);
1112   } else {
1113     return nullptr;
1114   }
1115   return CastInst::CreateBitOrPointerCast(NewSel, Sel.getType());
1116 }
1117
1118 Instruction *InstCombiner::visitSelectInst(SelectInst &SI) {
1119   Value *CondVal = SI.getCondition();
1120   Value *TrueVal = SI.getTrueValue();
1121   Value *FalseVal = SI.getFalseValue();
1122   Type *SelType = SI.getType();
1123
1124   if (Value *V = SimplifySelectInst(CondVal, TrueVal, FalseVal, SQ))
1125     return replaceInstUsesWith(SI, V);
1126
1127   if (Instruction *I = canonicalizeSelectToShuffle(SI))
1128     return I;
1129
1130   if (SelType->getScalarType()->isIntegerTy(1) &&
1131       TrueVal->getType() == CondVal->getType()) {
1132     if (match(TrueVal, m_One())) {
1133       // Change: A = select B, true, C --> A = or B, C
1134       return BinaryOperator::CreateOr(CondVal, FalseVal);
1135     }
1136     if (match(TrueVal, m_Zero())) {
1137       // Change: A = select B, false, C --> A = and !B, C
1138       Value *NotCond = Builder->CreateNot(CondVal, "not." + CondVal->getName());
1139       return BinaryOperator::CreateAnd(NotCond, FalseVal);
1140     }
1141     if (match(FalseVal, m_Zero())) {
1142       // Change: A = select B, C, false --> A = and B, C
1143       return BinaryOperator::CreateAnd(CondVal, TrueVal);
1144     }
1145     if (match(FalseVal, m_One())) {
1146       // Change: A = select B, C, true --> A = or !B, C
1147       Value *NotCond = Builder->CreateNot(CondVal, "not." + CondVal->getName());
1148       return BinaryOperator::CreateOr(NotCond, TrueVal);
1149     }
1150
1151     // select a, a, b  -> a | b
1152     // select a, b, a  -> a & b
1153     if (CondVal == TrueVal)
1154       return BinaryOperator::CreateOr(CondVal, FalseVal);
1155     if (CondVal == FalseVal)
1156       return BinaryOperator::CreateAnd(CondVal, TrueVal);
1157
1158     // select a, ~a, b -> (~a) & b
1159     // select a, b, ~a -> (~a) | b
1160     if (match(TrueVal, m_Not(m_Specific(CondVal))))
1161       return BinaryOperator::CreateAnd(TrueVal, FalseVal);
1162     if (match(FalseVal, m_Not(m_Specific(CondVal))))
1163       return BinaryOperator::CreateOr(TrueVal, FalseVal);
1164   }
1165
1166   // Selecting between two integer or vector splat integer constants?
1167   //
1168   // Note that we don't handle a scalar select of vectors:
1169   // select i1 %c, <2 x i8> <1, 1>, <2 x i8> <0, 0>
1170   // because that may need 3 instructions to splat the condition value:
1171   // extend, insertelement, shufflevector.
1172   if (CondVal->getType()->isVectorTy() == SelType->isVectorTy()) {
1173     // select C, 1, 0 -> zext C to int
1174     if (match(TrueVal, m_One()) && match(FalseVal, m_Zero()))
1175       return new ZExtInst(CondVal, SelType);
1176
1177     // select C, -1, 0 -> sext C to int
1178     if (match(TrueVal, m_AllOnes()) && match(FalseVal, m_Zero()))
1179       return new SExtInst(CondVal, SelType);
1180
1181     // select C, 0, 1 -> zext !C to int
1182     if (match(TrueVal, m_Zero()) && match(FalseVal, m_One())) {
1183       Value *NotCond = Builder->CreateNot(CondVal, "not." + CondVal->getName());
1184       return new ZExtInst(NotCond, SelType);
1185     }
1186
1187     // select C, 0, -1 -> sext !C to int
1188     if (match(TrueVal, m_Zero()) && match(FalseVal, m_AllOnes())) {
1189       Value *NotCond = Builder->CreateNot(CondVal, "not." + CondVal->getName());
1190       return new SExtInst(NotCond, SelType);
1191     }
1192   }
1193
1194   if (ConstantInt *TrueValC = dyn_cast<ConstantInt>(TrueVal))
1195     if (ConstantInt *FalseValC = dyn_cast<ConstantInt>(FalseVal))
1196       if (Value *V = foldSelectICmpAnd(SI, TrueValC, FalseValC, Builder))
1197         return replaceInstUsesWith(SI, V);
1198
1199   // See if we are selecting two values based on a comparison of the two values.
1200   if (FCmpInst *FCI = dyn_cast<FCmpInst>(CondVal)) {
1201     if (FCI->getOperand(0) == TrueVal && FCI->getOperand(1) == FalseVal) {
1202       // Transform (X == Y) ? X : Y  -> Y
1203       if (FCI->getPredicate() == FCmpInst::FCMP_OEQ) {
1204         // This is not safe in general for floating point:
1205         // consider X== -0, Y== +0.
1206         // It becomes safe if either operand is a nonzero constant.
1207         ConstantFP *CFPt, *CFPf;
1208         if (((CFPt = dyn_cast<ConstantFP>(TrueVal)) &&
1209               !CFPt->getValueAPF().isZero()) ||
1210             ((CFPf = dyn_cast<ConstantFP>(FalseVal)) &&
1211              !CFPf->getValueAPF().isZero()))
1212         return replaceInstUsesWith(SI, FalseVal);
1213       }
1214       // Transform (X une Y) ? X : Y  -> X
1215       if (FCI->getPredicate() == FCmpInst::FCMP_UNE) {
1216         // This is not safe in general for floating point:
1217         // consider X== -0, Y== +0.
1218         // It becomes safe if either operand is a nonzero constant.
1219         ConstantFP *CFPt, *CFPf;
1220         if (((CFPt = dyn_cast<ConstantFP>(TrueVal)) &&
1221               !CFPt->getValueAPF().isZero()) ||
1222             ((CFPf = dyn_cast<ConstantFP>(FalseVal)) &&
1223              !CFPf->getValueAPF().isZero()))
1224         return replaceInstUsesWith(SI, TrueVal);
1225       }
1226
1227       // Canonicalize to use ordered comparisons by swapping the select
1228       // operands.
1229       //
1230       // e.g.
1231       // (X ugt Y) ? X : Y -> (X ole Y) ? Y : X
1232       if (FCI->hasOneUse() && FCmpInst::isUnordered(FCI->getPredicate())) {
1233         FCmpInst::Predicate InvPred = FCI->getInversePredicate();
1234         IRBuilder<>::FastMathFlagGuard FMFG(*Builder);
1235         Builder->setFastMathFlags(FCI->getFastMathFlags());
1236         Value *NewCond = Builder->CreateFCmp(InvPred, TrueVal, FalseVal,
1237                                              FCI->getName() + ".inv");
1238
1239         return SelectInst::Create(NewCond, FalseVal, TrueVal,
1240                                   SI.getName() + ".p");
1241       }
1242
1243       // NOTE: if we wanted to, this is where to detect MIN/MAX
1244     } else if (FCI->getOperand(0) == FalseVal && FCI->getOperand(1) == TrueVal){
1245       // Transform (X == Y) ? Y : X  -> X
1246       if (FCI->getPredicate() == FCmpInst::FCMP_OEQ) {
1247         // This is not safe in general for floating point:
1248         // consider X== -0, Y== +0.
1249         // It becomes safe if either operand is a nonzero constant.
1250         ConstantFP *CFPt, *CFPf;
1251         if (((CFPt = dyn_cast<ConstantFP>(TrueVal)) &&
1252               !CFPt->getValueAPF().isZero()) ||
1253             ((CFPf = dyn_cast<ConstantFP>(FalseVal)) &&
1254              !CFPf->getValueAPF().isZero()))
1255           return replaceInstUsesWith(SI, FalseVal);
1256       }
1257       // Transform (X une Y) ? Y : X  -> Y
1258       if (FCI->getPredicate() == FCmpInst::FCMP_UNE) {
1259         // This is not safe in general for floating point:
1260         // consider X== -0, Y== +0.
1261         // It becomes safe if either operand is a nonzero constant.
1262         ConstantFP *CFPt, *CFPf;
1263         if (((CFPt = dyn_cast<ConstantFP>(TrueVal)) &&
1264               !CFPt->getValueAPF().isZero()) ||
1265             ((CFPf = dyn_cast<ConstantFP>(FalseVal)) &&
1266              !CFPf->getValueAPF().isZero()))
1267           return replaceInstUsesWith(SI, TrueVal);
1268       }
1269
1270       // Canonicalize to use ordered comparisons by swapping the select
1271       // operands.
1272       //
1273       // e.g.
1274       // (X ugt Y) ? X : Y -> (X ole Y) ? X : Y
1275       if (FCI->hasOneUse() && FCmpInst::isUnordered(FCI->getPredicate())) {
1276         FCmpInst::Predicate InvPred = FCI->getInversePredicate();
1277         IRBuilder<>::FastMathFlagGuard FMFG(*Builder);
1278         Builder->setFastMathFlags(FCI->getFastMathFlags());
1279         Value *NewCond = Builder->CreateFCmp(InvPred, FalseVal, TrueVal,
1280                                              FCI->getName() + ".inv");
1281
1282         return SelectInst::Create(NewCond, FalseVal, TrueVal,
1283                                   SI.getName() + ".p");
1284       }
1285
1286       // NOTE: if we wanted to, this is where to detect MIN/MAX
1287     }
1288     // NOTE: if we wanted to, this is where to detect ABS
1289   }
1290
1291   // See if we are selecting two values based on a comparison of the two values.
1292   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(CondVal))
1293     if (Instruction *Result = foldSelectInstWithICmp(SI, ICI))
1294       return Result;
1295
1296   if (Instruction *Add = foldAddSubSelect(SI, *Builder))
1297     return Add;
1298
1299   // Turn (select C, (op X, Y), (op X, Z)) -> (op X, (select C, Y, Z))
1300   auto *TI = dyn_cast<Instruction>(TrueVal);
1301   auto *FI = dyn_cast<Instruction>(FalseVal);
1302   if (TI && FI && TI->getOpcode() == FI->getOpcode())
1303     if (Instruction *IV = foldSelectOpOp(SI, TI, FI))
1304       return IV;
1305
1306   if (Instruction *I = foldSelectExtConst(SI))
1307     return I;
1308
1309   // See if we can fold the select into one of our operands.
1310   if (SelType->isIntOrIntVectorTy() || SelType->isFPOrFPVectorTy()) {
1311     if (Instruction *FoldI = foldSelectIntoOp(SI, TrueVal, FalseVal))
1312       return FoldI;
1313
1314     Value *LHS, *RHS, *LHS2, *RHS2;
1315     Instruction::CastOps CastOp;
1316     SelectPatternResult SPR = matchSelectPattern(&SI, LHS, RHS, &CastOp);
1317     auto SPF = SPR.Flavor;
1318
1319     if (SelectPatternResult::isMinOrMax(SPF)) {
1320       // Canonicalize so that type casts are outside select patterns.
1321       if (LHS->getType()->getPrimitiveSizeInBits() !=
1322           SelType->getPrimitiveSizeInBits()) {
1323         CmpInst::Predicate Pred = getCmpPredicateForMinMax(SPF, SPR.Ordered);
1324
1325         Value *Cmp;
1326         if (CmpInst::isIntPredicate(Pred)) {
1327           Cmp = Builder->CreateICmp(Pred, LHS, RHS);
1328         } else {
1329           IRBuilder<>::FastMathFlagGuard FMFG(*Builder);
1330           auto FMF = cast<FPMathOperator>(SI.getCondition())->getFastMathFlags();
1331           Builder->setFastMathFlags(FMF);
1332           Cmp = Builder->CreateFCmp(Pred, LHS, RHS);
1333         }
1334
1335         Value *NewSI = Builder->CreateCast(
1336             CastOp, Builder->CreateSelect(Cmp, LHS, RHS, SI.getName(), &SI),
1337             SelType);
1338         return replaceInstUsesWith(SI, NewSI);
1339       }
1340     }
1341
1342     if (SPF) {
1343       // MAX(MAX(a, b), a) -> MAX(a, b)
1344       // MIN(MIN(a, b), a) -> MIN(a, b)
1345       // MAX(MIN(a, b), a) -> a
1346       // MIN(MAX(a, b), a) -> a
1347       // ABS(ABS(a)) -> ABS(a)
1348       // NABS(NABS(a)) -> NABS(a)
1349       if (SelectPatternFlavor SPF2 = matchSelectPattern(LHS, LHS2, RHS2).Flavor)
1350         if (Instruction *R = foldSPFofSPF(cast<Instruction>(LHS),SPF2,LHS2,RHS2,
1351                                           SI, SPF, RHS))
1352           return R;
1353       if (SelectPatternFlavor SPF2 = matchSelectPattern(RHS, LHS2, RHS2).Flavor)
1354         if (Instruction *R = foldSPFofSPF(cast<Instruction>(RHS),SPF2,LHS2,RHS2,
1355                                           SI, SPF, LHS))
1356           return R;
1357     }
1358
1359     // MAX(~a, ~b) -> ~MIN(a, b)
1360     if ((SPF == SPF_SMAX || SPF == SPF_UMAX) &&
1361         IsFreeToInvert(LHS, LHS->hasNUses(2)) &&
1362         IsFreeToInvert(RHS, RHS->hasNUses(2))) {
1363       // For this transform to be profitable, we need to eliminate at least two
1364       // 'not' instructions if we're going to add one 'not' instruction.
1365       int NumberOfNots =
1366           (LHS->hasNUses(2) && match(LHS, m_Not(m_Value()))) +
1367           (RHS->hasNUses(2) && match(RHS, m_Not(m_Value()))) +
1368           (SI.hasOneUse() && match(*SI.user_begin(), m_Not(m_Value())));
1369
1370       if (NumberOfNots >= 2) {
1371         Value *NewLHS = Builder->CreateNot(LHS);
1372         Value *NewRHS = Builder->CreateNot(RHS);
1373         Value *NewCmp = SPF == SPF_SMAX
1374                             ? Builder->CreateICmpSLT(NewLHS, NewRHS)
1375                             : Builder->CreateICmpULT(NewLHS, NewRHS);
1376         Value *NewSI =
1377             Builder->CreateNot(Builder->CreateSelect(NewCmp, NewLHS, NewRHS));
1378         return replaceInstUsesWith(SI, NewSI);
1379       }
1380     }
1381
1382     // TODO.
1383     // ABS(-X) -> ABS(X)
1384   }
1385
1386   // See if we can fold the select into a phi node if the condition is a select.
1387   if (auto *PN = dyn_cast<PHINode>(SI.getCondition()))
1388     // The true/false values have to be live in the PHI predecessor's blocks.
1389     if (canSelectOperandBeMappingIntoPredBlock(TrueVal, SI) &&
1390         canSelectOperandBeMappingIntoPredBlock(FalseVal, SI))
1391       if (Instruction *NV = foldOpIntoPhi(SI, PN))
1392         return NV;
1393
1394   if (SelectInst *TrueSI = dyn_cast<SelectInst>(TrueVal)) {
1395     if (TrueSI->getCondition()->getType() == CondVal->getType()) {
1396       // select(C, select(C, a, b), c) -> select(C, a, c)
1397       if (TrueSI->getCondition() == CondVal) {
1398         if (SI.getTrueValue() == TrueSI->getTrueValue())
1399           return nullptr;
1400         SI.setOperand(1, TrueSI->getTrueValue());
1401         return &SI;
1402       }
1403       // select(C0, select(C1, a, b), b) -> select(C0&C1, a, b)
1404       // We choose this as normal form to enable folding on the And and shortening
1405       // paths for the values (this helps GetUnderlyingObjects() for example).
1406       if (TrueSI->getFalseValue() == FalseVal && TrueSI->hasOneUse()) {
1407         Value *And = Builder->CreateAnd(CondVal, TrueSI->getCondition());
1408         SI.setOperand(0, And);
1409         SI.setOperand(1, TrueSI->getTrueValue());
1410         return &SI;
1411       }
1412     }
1413   }
1414   if (SelectInst *FalseSI = dyn_cast<SelectInst>(FalseVal)) {
1415     if (FalseSI->getCondition()->getType() == CondVal->getType()) {
1416       // select(C, a, select(C, b, c)) -> select(C, a, c)
1417       if (FalseSI->getCondition() == CondVal) {
1418         if (SI.getFalseValue() == FalseSI->getFalseValue())
1419           return nullptr;
1420         SI.setOperand(2, FalseSI->getFalseValue());
1421         return &SI;
1422       }
1423       // select(C0, a, select(C1, a, b)) -> select(C0|C1, a, b)
1424       if (FalseSI->getTrueValue() == TrueVal && FalseSI->hasOneUse()) {
1425         Value *Or = Builder->CreateOr(CondVal, FalseSI->getCondition());
1426         SI.setOperand(0, Or);
1427         SI.setOperand(2, FalseSI->getFalseValue());
1428         return &SI;
1429       }
1430     }
1431   }
1432
1433   if (BinaryOperator::isNot(CondVal)) {
1434     SI.setOperand(0, BinaryOperator::getNotArgument(CondVal));
1435     SI.setOperand(1, FalseVal);
1436     SI.setOperand(2, TrueVal);
1437     return &SI;
1438   }
1439
1440   if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(SelType)) {
1441     unsigned VWidth = VecTy->getNumElements();
1442     APInt UndefElts(VWidth, 0);
1443     APInt AllOnesEltMask(APInt::getAllOnesValue(VWidth));
1444     if (Value *V = SimplifyDemandedVectorElts(&SI, AllOnesEltMask, UndefElts)) {
1445       if (V != &SI)
1446         return replaceInstUsesWith(SI, V);
1447       return &SI;
1448     }
1449
1450     if (isa<ConstantAggregateZero>(CondVal)) {
1451       return replaceInstUsesWith(SI, FalseVal);
1452     }
1453   }
1454
1455   // See if we can determine the result of this select based on a dominating
1456   // condition.
1457   BasicBlock *Parent = SI.getParent();
1458   if (BasicBlock *Dom = Parent->getSinglePredecessor()) {
1459     auto *PBI = dyn_cast_or_null<BranchInst>(Dom->getTerminator());
1460     if (PBI && PBI->isConditional() &&
1461         PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1) &&
1462         (PBI->getSuccessor(0) == Parent || PBI->getSuccessor(1) == Parent)) {
1463       bool CondIsFalse = PBI->getSuccessor(1) == Parent;
1464       Optional<bool> Implication = isImpliedCondition(
1465         PBI->getCondition(), SI.getCondition(), DL, CondIsFalse);
1466       if (Implication) {
1467         Value *V = *Implication ? TrueVal : FalseVal;
1468         return replaceInstUsesWith(SI, V);
1469       }
1470     }
1471   }
1472
1473   // If we can compute the condition, there's no need for a select.
1474   // Like the above fold, we are attempting to reduce compile-time cost by
1475   // putting this fold here with limitations rather than in InstSimplify.
1476   // The motivation for this call into value tracking is to take advantage of
1477   // the assumption cache, so make sure that is populated.
1478   if (!CondVal->getType()->isVectorTy() && !AC.assumptions().empty()) {
1479     KnownBits Known(1);
1480     computeKnownBits(CondVal, Known, 0, &SI);
1481     if (Known.One == 1)
1482       return replaceInstUsesWith(SI, TrueVal);
1483     if (Known.Zero == 1)
1484       return replaceInstUsesWith(SI, FalseVal);
1485   }
1486
1487   if (Instruction *BitCastSel = foldSelectCmpBitcasts(SI, *Builder))
1488     return BitCastSel;
1489
1490   return nullptr;
1491 }