]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/Transforms/InstCombine/InstructionCombining.cpp
MFC r335799:
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm / lib / Transforms / InstCombine / InstructionCombining.cpp
1 //===- InstructionCombining.cpp - Combine multiple instructions -----------===//
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 // InstructionCombining - Combine instructions to form fewer, simple
11 // instructions.  This pass does not modify the CFG.  This pass is where
12 // algebraic simplification happens.
13 //
14 // This pass combines things like:
15 //    %Y = add i32 %X, 1
16 //    %Z = add i32 %Y, 1
17 // into:
18 //    %Z = add i32 %X, 2
19 //
20 // This is a simple worklist driven algorithm.
21 //
22 // This pass guarantees that the following canonicalizations are performed on
23 // the program:
24 //    1. If a binary operator has a constant operand, it is moved to the RHS
25 //    2. Bitwise operators with constant operands are always grouped so that
26 //       shifts are performed first, then or's, then and's, then xor's.
27 //    3. Compare instructions are converted from <,>,<=,>= to ==,!= if possible
28 //    4. All cmp instructions on boolean values are replaced with logical ops
29 //    5. add X, X is represented as (X*2) => (X << 1)
30 //    6. Multiplies with a power-of-two constant argument are transformed into
31 //       shifts.
32 //   ... etc.
33 //
34 //===----------------------------------------------------------------------===//
35
36 #include "InstCombineInternal.h"
37 #include "llvm-c/Initialization.h"
38 #include "llvm/ADT/APInt.h"
39 #include "llvm/ADT/ArrayRef.h"
40 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
41 #include "llvm/ADT/None.h"
42 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
43 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
44 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
45 #include "llvm/ADT/TinyPtrVector.h"
46 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
47 #include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
48 #include "llvm/Analysis/BasicAliasAnalysis.h"
49 #include "llvm/Analysis/CFG.h"
50 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
51 #include "llvm/Analysis/EHPersonalities.h"
52 #include "llvm/Analysis/GlobalsModRef.h"
53 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
54 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
55 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
56 #include "llvm/Analysis/OptimizationRemarkEmitter.h"
57 #include "llvm/Analysis/TargetFolder.h"
58 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
59 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
60 #include "llvm/IR/BasicBlock.h"
61 #include "llvm/IR/CFG.h"
62 #include "llvm/IR/Constant.h"
63 #include "llvm/IR/Constants.h"
64 #include "llvm/IR/DIBuilder.h"
65 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
66 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
67 #include "llvm/IR/Dominators.h"
68 #include "llvm/IR/Function.h"
69 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
70 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
71 #include "llvm/IR/InstrTypes.h"
72 #include "llvm/IR/Instruction.h"
73 #include "llvm/IR/Instructions.h"
74 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
75 #include "llvm/IR/Intrinsics.h"
76 #include "llvm/IR/Metadata.h"
77 #include "llvm/IR/Operator.h"
78 #include "llvm/IR/PassManager.h"
79 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
80 #include "llvm/IR/Type.h"
81 #include "llvm/IR/Use.h"
82 #include "llvm/IR/User.h"
83 #include "llvm/IR/Value.h"
84 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
85 #include "llvm/Pass.h"
86 #include "llvm/Support/CBindingWrapping.h"
87 #include "llvm/Support/Casting.h"
88 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
89 #include "llvm/Support/Compiler.h"
90 #include "llvm/Support/Debug.h"
91 #include "llvm/Support/DebugCounter.h"
92 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
93 #include "llvm/Support/KnownBits.h"
94 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
95 #include "llvm/Transforms/InstCombine/InstCombine.h"
96 #include "llvm/Transforms/InstCombine/InstCombineWorklist.h"
97 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
98 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
99 #include <algorithm>
100 #include <cassert>
101 #include <cstdint>
102 #include <memory>
103 #include <string>
104 #include <utility>
105
106 using namespace llvm;
107 using namespace llvm::PatternMatch;
108
109 #define DEBUG_TYPE "instcombine"
110
111 STATISTIC(NumCombined , "Number of insts combined");
112 STATISTIC(NumConstProp, "Number of constant folds");
113 STATISTIC(NumDeadInst , "Number of dead inst eliminated");
114 STATISTIC(NumSunkInst , "Number of instructions sunk");
115 STATISTIC(NumExpand,    "Number of expansions");
116 STATISTIC(NumFactor   , "Number of factorizations");
117 STATISTIC(NumReassoc  , "Number of reassociations");
118 DEBUG_COUNTER(VisitCounter, "instcombine-visit",
119               "Controls which instructions are visited");
120
121 static cl::opt<bool>
122 EnableExpensiveCombines("expensive-combines",
123                         cl::desc("Enable expensive instruction combines"));
124
125 static cl::opt<unsigned>
126 MaxArraySize("instcombine-maxarray-size", cl::init(1024),
127              cl::desc("Maximum array size considered when doing a combine"));
128
129 // FIXME: Remove this flag when it is no longer necessary to convert
130 // llvm.dbg.declare to avoid inaccurate debug info. Setting this to false
131 // increases variable availability at the cost of accuracy. Variables that
132 // cannot be promoted by mem2reg or SROA will be described as living in memory
133 // for their entire lifetime. However, passes like DSE and instcombine can
134 // delete stores to the alloca, leading to misleading and inaccurate debug
135 // information. This flag can be removed when those passes are fixed.
136 static cl::opt<unsigned> ShouldLowerDbgDeclare("instcombine-lower-dbg-declare",
137                                                cl::Hidden, cl::init(true));
138
139 Value *InstCombiner::EmitGEPOffset(User *GEP) {
140   return llvm::EmitGEPOffset(&Builder, DL, GEP);
141 }
142
143 /// Return true if it is desirable to convert an integer computation from a
144 /// given bit width to a new bit width.
145 /// We don't want to convert from a legal to an illegal type or from a smaller
146 /// to a larger illegal type. A width of '1' is always treated as a legal type
147 /// because i1 is a fundamental type in IR, and there are many specialized
148 /// optimizations for i1 types.
149 bool InstCombiner::shouldChangeType(unsigned FromWidth,
150                                     unsigned ToWidth) const {
151   bool FromLegal = FromWidth == 1 || DL.isLegalInteger(FromWidth);
152   bool ToLegal = ToWidth == 1 || DL.isLegalInteger(ToWidth);
153
154   // If this is a legal integer from type, and the result would be an illegal
155   // type, don't do the transformation.
156   if (FromLegal && !ToLegal)
157     return false;
158
159   // Otherwise, if both are illegal, do not increase the size of the result. We
160   // do allow things like i160 -> i64, but not i64 -> i160.
161   if (!FromLegal && !ToLegal && ToWidth > FromWidth)
162     return false;
163
164   return true;
165 }
166
167 /// Return true if it is desirable to convert a computation from 'From' to 'To'.
168 /// We don't want to convert from a legal to an illegal type or from a smaller
169 /// to a larger illegal type. i1 is always treated as a legal type because it is
170 /// a fundamental type in IR, and there are many specialized optimizations for
171 /// i1 types.
172 bool InstCombiner::shouldChangeType(Type *From, Type *To) const {
173   assert(From->isIntegerTy() && To->isIntegerTy());
174
175   unsigned FromWidth = From->getPrimitiveSizeInBits();
176   unsigned ToWidth = To->getPrimitiveSizeInBits();
177   return shouldChangeType(FromWidth, ToWidth);
178 }
179
180 // Return true, if No Signed Wrap should be maintained for I.
181 // The No Signed Wrap flag can be kept if the operation "B (I.getOpcode) C",
182 // where both B and C should be ConstantInts, results in a constant that does
183 // not overflow. This function only handles the Add and Sub opcodes. For
184 // all other opcodes, the function conservatively returns false.
185 static bool MaintainNoSignedWrap(BinaryOperator &I, Value *B, Value *C) {
186   OverflowingBinaryOperator *OBO = dyn_cast<OverflowingBinaryOperator>(&I);
187   if (!OBO || !OBO->hasNoSignedWrap())
188     return false;
189
190   // We reason about Add and Sub Only.
191   Instruction::BinaryOps Opcode = I.getOpcode();
192   if (Opcode != Instruction::Add && Opcode != Instruction::Sub)
193     return false;
194
195   const APInt *BVal, *CVal;
196   if (!match(B, m_APInt(BVal)) || !match(C, m_APInt(CVal)))
197     return false;
198
199   bool Overflow = false;
200   if (Opcode == Instruction::Add)
201     (void)BVal->sadd_ov(*CVal, Overflow);
202   else
203     (void)BVal->ssub_ov(*CVal, Overflow);
204
205   return !Overflow;
206 }
207
208 /// Conservatively clears subclassOptionalData after a reassociation or
209 /// commutation. We preserve fast-math flags when applicable as they can be
210 /// preserved.
211 static void ClearSubclassDataAfterReassociation(BinaryOperator &I) {
212   FPMathOperator *FPMO = dyn_cast<FPMathOperator>(&I);
213   if (!FPMO) {
214     I.clearSubclassOptionalData();
215     return;
216   }
217
218   FastMathFlags FMF = I.getFastMathFlags();
219   I.clearSubclassOptionalData();
220   I.setFastMathFlags(FMF);
221 }
222
223 /// Combine constant operands of associative operations either before or after a
224 /// cast to eliminate one of the associative operations:
225 /// (op (cast (op X, C2)), C1) --> (cast (op X, op (C1, C2)))
226 /// (op (cast (op X, C2)), C1) --> (op (cast X), op (C1, C2))
227 static bool simplifyAssocCastAssoc(BinaryOperator *BinOp1) {
228   auto *Cast = dyn_cast<CastInst>(BinOp1->getOperand(0));
229   if (!Cast || !Cast->hasOneUse())
230     return false;
231
232   // TODO: Enhance logic for other casts and remove this check.
233   auto CastOpcode = Cast->getOpcode();
234   if (CastOpcode != Instruction::ZExt)
235     return false;
236
237   // TODO: Enhance logic for other BinOps and remove this check.
238   if (!BinOp1->isBitwiseLogicOp())
239     return false;
240
241   auto AssocOpcode = BinOp1->getOpcode();
242   auto *BinOp2 = dyn_cast<BinaryOperator>(Cast->getOperand(0));
243   if (!BinOp2 || !BinOp2->hasOneUse() || BinOp2->getOpcode() != AssocOpcode)
244     return false;
245
246   Constant *C1, *C2;
247   if (!match(BinOp1->getOperand(1), m_Constant(C1)) ||
248       !match(BinOp2->getOperand(1), m_Constant(C2)))
249     return false;
250
251   // TODO: This assumes a zext cast.
252   // Eg, if it was a trunc, we'd cast C1 to the source type because casting C2
253   // to the destination type might lose bits.
254
255   // Fold the constants together in the destination type:
256   // (op (cast (op X, C2)), C1) --> (op (cast X), FoldedC)
257   Type *DestTy = C1->getType();
258   Constant *CastC2 = ConstantExpr::getCast(CastOpcode, C2, DestTy);
259   Constant *FoldedC = ConstantExpr::get(AssocOpcode, C1, CastC2);
260   Cast->setOperand(0, BinOp2->getOperand(0));
261   BinOp1->setOperand(1, FoldedC);
262   return true;
263 }
264
265 /// This performs a few simplifications for operators that are associative or
266 /// commutative:
267 ///
268 ///  Commutative operators:
269 ///
270 ///  1. Order operands such that they are listed from right (least complex) to
271 ///     left (most complex).  This puts constants before unary operators before
272 ///     binary operators.
273 ///
274 ///  Associative operators:
275 ///
276 ///  2. Transform: "(A op B) op C" ==> "A op (B op C)" if "B op C" simplifies.
277 ///  3. Transform: "A op (B op C)" ==> "(A op B) op C" if "A op B" simplifies.
278 ///
279 ///  Associative and commutative operators:
280 ///
281 ///  4. Transform: "(A op B) op C" ==> "(C op A) op B" if "C op A" simplifies.
282 ///  5. Transform: "A op (B op C)" ==> "B op (C op A)" if "C op A" simplifies.
283 ///  6. Transform: "(A op C1) op (B op C2)" ==> "(A op B) op (C1 op C2)"
284 ///     if C1 and C2 are constants.
285 bool InstCombiner::SimplifyAssociativeOrCommutative(BinaryOperator &I) {
286   Instruction::BinaryOps Opcode = I.getOpcode();
287   bool Changed = false;
288
289   do {
290     // Order operands such that they are listed from right (least complex) to
291     // left (most complex).  This puts constants before unary operators before
292     // binary operators.
293     if (I.isCommutative() && getComplexity(I.getOperand(0)) <
294         getComplexity(I.getOperand(1)))
295       Changed = !I.swapOperands();
296
297     BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(0));
298     BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(1));
299
300     if (I.isAssociative()) {
301       // Transform: "(A op B) op C" ==> "A op (B op C)" if "B op C" simplifies.
302       if (Op0 && Op0->getOpcode() == Opcode) {
303         Value *A = Op0->getOperand(0);
304         Value *B = Op0->getOperand(1);
305         Value *C = I.getOperand(1);
306
307         // Does "B op C" simplify?
308         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, B, C, SQ.getWithInstruction(&I))) {
309           // It simplifies to V.  Form "A op V".
310           I.setOperand(0, A);
311           I.setOperand(1, V);
312           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
313           // preserved by the reassociation.
314           if (MaintainNoSignedWrap(I, B, C) &&
315               (!Op0 || (isa<BinaryOperator>(Op0) && Op0->hasNoSignedWrap()))) {
316             // Note: this is only valid because SimplifyBinOp doesn't look at
317             // the operands to Op0.
318             I.clearSubclassOptionalData();
319             I.setHasNoSignedWrap(true);
320           } else {
321             ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
322           }
323
324           Changed = true;
325           ++NumReassoc;
326           continue;
327         }
328       }
329
330       // Transform: "A op (B op C)" ==> "(A op B) op C" if "A op B" simplifies.
331       if (Op1 && Op1->getOpcode() == Opcode) {
332         Value *A = I.getOperand(0);
333         Value *B = Op1->getOperand(0);
334         Value *C = Op1->getOperand(1);
335
336         // Does "A op B" simplify?
337         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, A, B, SQ.getWithInstruction(&I))) {
338           // It simplifies to V.  Form "V op C".
339           I.setOperand(0, V);
340           I.setOperand(1, C);
341           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
342           // preserved by the reassociation.
343           ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
344           Changed = true;
345           ++NumReassoc;
346           continue;
347         }
348       }
349     }
350
351     if (I.isAssociative() && I.isCommutative()) {
352       if (simplifyAssocCastAssoc(&I)) {
353         Changed = true;
354         ++NumReassoc;
355         continue;
356       }
357
358       // Transform: "(A op B) op C" ==> "(C op A) op B" if "C op A" simplifies.
359       if (Op0 && Op0->getOpcode() == Opcode) {
360         Value *A = Op0->getOperand(0);
361         Value *B = Op0->getOperand(1);
362         Value *C = I.getOperand(1);
363
364         // Does "C op A" simplify?
365         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, C, A, SQ.getWithInstruction(&I))) {
366           // It simplifies to V.  Form "V op B".
367           I.setOperand(0, V);
368           I.setOperand(1, B);
369           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
370           // preserved by the reassociation.
371           ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
372           Changed = true;
373           ++NumReassoc;
374           continue;
375         }
376       }
377
378       // Transform: "A op (B op C)" ==> "B op (C op A)" if "C op A" simplifies.
379       if (Op1 && Op1->getOpcode() == Opcode) {
380         Value *A = I.getOperand(0);
381         Value *B = Op1->getOperand(0);
382         Value *C = Op1->getOperand(1);
383
384         // Does "C op A" simplify?
385         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, C, A, SQ.getWithInstruction(&I))) {
386           // It simplifies to V.  Form "B op V".
387           I.setOperand(0, B);
388           I.setOperand(1, V);
389           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
390           // preserved by the reassociation.
391           ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
392           Changed = true;
393           ++NumReassoc;
394           continue;
395         }
396       }
397
398       // Transform: "(A op C1) op (B op C2)" ==> "(A op B) op (C1 op C2)"
399       // if C1 and C2 are constants.
400       if (Op0 && Op1 &&
401           Op0->getOpcode() == Opcode && Op1->getOpcode() == Opcode &&
402           isa<Constant>(Op0->getOperand(1)) &&
403           isa<Constant>(Op1->getOperand(1)) &&
404           Op0->hasOneUse() && Op1->hasOneUse()) {
405         Value *A = Op0->getOperand(0);
406         Constant *C1 = cast<Constant>(Op0->getOperand(1));
407         Value *B = Op1->getOperand(0);
408         Constant *C2 = cast<Constant>(Op1->getOperand(1));
409
410         Constant *Folded = ConstantExpr::get(Opcode, C1, C2);
411         BinaryOperator *New = BinaryOperator::Create(Opcode, A, B);
412         if (isa<FPMathOperator>(New)) {
413           FastMathFlags Flags = I.getFastMathFlags();
414           Flags &= Op0->getFastMathFlags();
415           Flags &= Op1->getFastMathFlags();
416           New->setFastMathFlags(Flags);
417         }
418         InsertNewInstWith(New, I);
419         New->takeName(Op1);
420         I.setOperand(0, New);
421         I.setOperand(1, Folded);
422         // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
423         // preserved by the reassociation.
424         ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
425
426         Changed = true;
427         continue;
428       }
429     }
430
431     // No further simplifications.
432     return Changed;
433   } while (true);
434 }
435
436 /// Return whether "X LOp (Y ROp Z)" is always equal to
437 /// "(X LOp Y) ROp (X LOp Z)".
438 static bool LeftDistributesOverRight(Instruction::BinaryOps LOp,
439                                      Instruction::BinaryOps ROp) {
440   switch (LOp) {
441   default:
442     return false;
443
444   case Instruction::And:
445     // And distributes over Or and Xor.
446     switch (ROp) {
447     default:
448       return false;
449     case Instruction::Or:
450     case Instruction::Xor:
451       return true;
452     }
453
454   case Instruction::Mul:
455     // Multiplication distributes over addition and subtraction.
456     switch (ROp) {
457     default:
458       return false;
459     case Instruction::Add:
460     case Instruction::Sub:
461       return true;
462     }
463
464   case Instruction::Or:
465     // Or distributes over And.
466     switch (ROp) {
467     default:
468       return false;
469     case Instruction::And:
470       return true;
471     }
472   }
473 }
474
475 /// Return whether "(X LOp Y) ROp Z" is always equal to
476 /// "(X ROp Z) LOp (Y ROp Z)".
477 static bool RightDistributesOverLeft(Instruction::BinaryOps LOp,
478                                      Instruction::BinaryOps ROp) {
479   if (Instruction::isCommutative(ROp))
480     return LeftDistributesOverRight(ROp, LOp);
481
482   switch (LOp) {
483   default:
484     return false;
485   // (X >> Z) & (Y >> Z)  -> (X&Y) >> Z  for all shifts.
486   // (X >> Z) | (Y >> Z)  -> (X|Y) >> Z  for all shifts.
487   // (X >> Z) ^ (Y >> Z)  -> (X^Y) >> Z  for all shifts.
488   case Instruction::And:
489   case Instruction::Or:
490   case Instruction::Xor:
491     switch (ROp) {
492     default:
493       return false;
494     case Instruction::Shl:
495     case Instruction::LShr:
496     case Instruction::AShr:
497       return true;
498     }
499   }
500   // TODO: It would be nice to handle division, aka "(X + Y)/Z = X/Z + Y/Z",
501   // but this requires knowing that the addition does not overflow and other
502   // such subtleties.
503   return false;
504 }
505
506 /// This function returns identity value for given opcode, which can be used to
507 /// factor patterns like (X * 2) + X ==> (X * 2) + (X * 1) ==> X * (2 + 1).
508 static Value *getIdentityValue(Instruction::BinaryOps Opcode, Value *V) {
509   if (isa<Constant>(V))
510     return nullptr;
511
512   return ConstantExpr::getBinOpIdentity(Opcode, V->getType());
513 }
514
515 /// This function factors binary ops which can be combined using distributive
516 /// laws. This function tries to transform 'Op' based TopLevelOpcode to enable
517 /// factorization e.g for ADD(SHL(X , 2), MUL(X, 5)), When this function called
518 /// with TopLevelOpcode == Instruction::Add and Op = SHL(X, 2), transforms
519 /// SHL(X, 2) to MUL(X, 4) i.e. returns Instruction::Mul with LHS set to 'X' and
520 /// RHS to 4.
521 static Instruction::BinaryOps
522 getBinOpsForFactorization(Instruction::BinaryOps TopLevelOpcode,
523                           BinaryOperator *Op, Value *&LHS, Value *&RHS) {
524   assert(Op && "Expected a binary operator");
525
526   LHS = Op->getOperand(0);
527   RHS = Op->getOperand(1);
528
529   switch (TopLevelOpcode) {
530   default:
531     return Op->getOpcode();
532
533   case Instruction::Add:
534   case Instruction::Sub:
535     if (Op->getOpcode() == Instruction::Shl) {
536       if (Constant *CST = dyn_cast<Constant>(Op->getOperand(1))) {
537         // The multiplier is really 1 << CST.
538         RHS = ConstantExpr::getShl(ConstantInt::get(Op->getType(), 1), CST);
539         return Instruction::Mul;
540       }
541     }
542     return Op->getOpcode();
543   }
544
545   // TODO: We can add other conversions e.g. shr => div etc.
546 }
547
548 /// This tries to simplify binary operations by factorizing out common terms
549 /// (e. g. "(A*B)+(A*C)" -> "A*(B+C)").
550 Value *InstCombiner::tryFactorization(BinaryOperator &I,
551                                       Instruction::BinaryOps InnerOpcode,
552                                       Value *A, Value *B, Value *C, Value *D) {
553   assert(A && B && C && D && "All values must be provided");
554
555   Value *V = nullptr;
556   Value *SimplifiedInst = nullptr;
557   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
558   Instruction::BinaryOps TopLevelOpcode = I.getOpcode();
559
560   // Does "X op' Y" always equal "Y op' X"?
561   bool InnerCommutative = Instruction::isCommutative(InnerOpcode);
562
563   // Does "X op' (Y op Z)" always equal "(X op' Y) op (X op' Z)"?
564   if (LeftDistributesOverRight(InnerOpcode, TopLevelOpcode))
565     // Does the instruction have the form "(A op' B) op (A op' D)" or, in the
566     // commutative case, "(A op' B) op (C op' A)"?
567     if (A == C || (InnerCommutative && A == D)) {
568       if (A != C)
569         std::swap(C, D);
570       // Consider forming "A op' (B op D)".
571       // If "B op D" simplifies then it can be formed with no cost.
572       V = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, B, D, SQ.getWithInstruction(&I));
573       // If "B op D" doesn't simplify then only go on if both of the existing
574       // operations "A op' B" and "C op' D" will be zapped as no longer used.
575       if (!V && LHS->hasOneUse() && RHS->hasOneUse())
576         V = Builder.CreateBinOp(TopLevelOpcode, B, D, RHS->getName());
577       if (V) {
578         SimplifiedInst = Builder.CreateBinOp(InnerOpcode, A, V);
579       }
580     }
581
582   // Does "(X op Y) op' Z" always equal "(X op' Z) op (Y op' Z)"?
583   if (!SimplifiedInst && RightDistributesOverLeft(TopLevelOpcode, InnerOpcode))
584     // Does the instruction have the form "(A op' B) op (C op' B)" or, in the
585     // commutative case, "(A op' B) op (B op' D)"?
586     if (B == D || (InnerCommutative && B == C)) {
587       if (B != D)
588         std::swap(C, D);
589       // Consider forming "(A op C) op' B".
590       // If "A op C" simplifies then it can be formed with no cost.
591       V = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, SQ.getWithInstruction(&I));
592
593       // If "A op C" doesn't simplify then only go on if both of the existing
594       // operations "A op' B" and "C op' D" will be zapped as no longer used.
595       if (!V && LHS->hasOneUse() && RHS->hasOneUse())
596         V = Builder.CreateBinOp(TopLevelOpcode, A, C, LHS->getName());
597       if (V) {
598         SimplifiedInst = Builder.CreateBinOp(InnerOpcode, V, B);
599       }
600     }
601
602   if (SimplifiedInst) {
603     ++NumFactor;
604     SimplifiedInst->takeName(&I);
605
606     // Check if we can add NSW flag to SimplifiedInst. If so, set NSW flag.
607     // TODO: Check for NUW.
608     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(SimplifiedInst)) {
609       if (isa<OverflowingBinaryOperator>(SimplifiedInst)) {
610         bool HasNSW = false;
611         if (isa<OverflowingBinaryOperator>(&I))
612           HasNSW = I.hasNoSignedWrap();
613
614         if (auto *LOBO = dyn_cast<OverflowingBinaryOperator>(LHS))
615           HasNSW &= LOBO->hasNoSignedWrap();
616
617         if (auto *ROBO = dyn_cast<OverflowingBinaryOperator>(RHS))
618           HasNSW &= ROBO->hasNoSignedWrap();
619
620         // We can propagate 'nsw' if we know that
621         //  %Y = mul nsw i16 %X, C
622         //  %Z = add nsw i16 %Y, %X
623         // =>
624         //  %Z = mul nsw i16 %X, C+1
625         //
626         // iff C+1 isn't INT_MIN
627         const APInt *CInt;
628         if (TopLevelOpcode == Instruction::Add &&
629             InnerOpcode == Instruction::Mul)
630           if (match(V, m_APInt(CInt)) && !CInt->isMinSignedValue())
631             BO->setHasNoSignedWrap(HasNSW);
632       }
633     }
634   }
635   return SimplifiedInst;
636 }
637
638 /// This tries to simplify binary operations which some other binary operation
639 /// distributes over either by factorizing out common terms
640 /// (eg "(A*B)+(A*C)" -> "A*(B+C)") or expanding out if this results in
641 /// simplifications (eg: "A & (B | C) -> (A&B) | (A&C)" if this is a win).
642 /// Returns the simplified value, or null if it didn't simplify.
643 Value *InstCombiner::SimplifyUsingDistributiveLaws(BinaryOperator &I) {
644   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
645   BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(LHS);
646   BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(RHS);
647   Instruction::BinaryOps TopLevelOpcode = I.getOpcode();
648
649   {
650     // Factorization.
651     Value *A, *B, *C, *D;
652     Instruction::BinaryOps LHSOpcode, RHSOpcode;
653     if (Op0)
654       LHSOpcode = getBinOpsForFactorization(TopLevelOpcode, Op0, A, B);
655     if (Op1)
656       RHSOpcode = getBinOpsForFactorization(TopLevelOpcode, Op1, C, D);
657
658     // The instruction has the form "(A op' B) op (C op' D)".  Try to factorize
659     // a common term.
660     if (Op0 && Op1 && LHSOpcode == RHSOpcode)
661       if (Value *V = tryFactorization(I, LHSOpcode, A, B, C, D))
662         return V;
663
664     // The instruction has the form "(A op' B) op (C)".  Try to factorize common
665     // term.
666     if (Op0)
667       if (Value *Ident = getIdentityValue(LHSOpcode, RHS))
668         if (Value *V =
669                 tryFactorization(I, LHSOpcode, A, B, RHS, Ident))
670           return V;
671
672     // The instruction has the form "(B) op (C op' D)".  Try to factorize common
673     // term.
674     if (Op1)
675       if (Value *Ident = getIdentityValue(RHSOpcode, LHS))
676         if (Value *V =
677                 tryFactorization(I, RHSOpcode, LHS, Ident, C, D))
678           return V;
679   }
680
681   // Expansion.
682   if (Op0 && RightDistributesOverLeft(Op0->getOpcode(), TopLevelOpcode)) {
683     // The instruction has the form "(A op' B) op C".  See if expanding it out
684     // to "(A op C) op' (B op C)" results in simplifications.
685     Value *A = Op0->getOperand(0), *B = Op0->getOperand(1), *C = RHS;
686     Instruction::BinaryOps InnerOpcode = Op0->getOpcode(); // op'
687
688     Value *L = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, SQ.getWithInstruction(&I));
689     Value *R = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, B, C, SQ.getWithInstruction(&I));
690
691     // Do "A op C" and "B op C" both simplify?
692     if (L && R) {
693       // They do! Return "L op' R".
694       ++NumExpand;
695       C = Builder.CreateBinOp(InnerOpcode, L, R);
696       C->takeName(&I);
697       return C;
698     }
699
700     // Does "A op C" simplify to the identity value for the inner opcode?
701     if (L && L == ConstantExpr::getBinOpIdentity(InnerOpcode, L->getType())) {
702       // They do! Return "B op C".
703       ++NumExpand;
704       C = Builder.CreateBinOp(TopLevelOpcode, B, C);
705       C->takeName(&I);
706       return C;
707     }
708
709     // Does "B op C" simplify to the identity value for the inner opcode?
710     if (R && R == ConstantExpr::getBinOpIdentity(InnerOpcode, R->getType())) {
711       // They do! Return "A op C".
712       ++NumExpand;
713       C = Builder.CreateBinOp(TopLevelOpcode, A, C);
714       C->takeName(&I);
715       return C;
716     }
717   }
718
719   if (Op1 && LeftDistributesOverRight(TopLevelOpcode, Op1->getOpcode())) {
720     // The instruction has the form "A op (B op' C)".  See if expanding it out
721     // to "(A op B) op' (A op C)" results in simplifications.
722     Value *A = LHS, *B = Op1->getOperand(0), *C = Op1->getOperand(1);
723     Instruction::BinaryOps InnerOpcode = Op1->getOpcode(); // op'
724
725     Value *L = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, B, SQ.getWithInstruction(&I));
726     Value *R = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, SQ.getWithInstruction(&I));
727
728     // Do "A op B" and "A op C" both simplify?
729     if (L && R) {
730       // They do! Return "L op' R".
731       ++NumExpand;
732       A = Builder.CreateBinOp(InnerOpcode, L, R);
733       A->takeName(&I);
734       return A;
735     }
736
737     // Does "A op B" simplify to the identity value for the inner opcode?
738     if (L && L == ConstantExpr::getBinOpIdentity(InnerOpcode, L->getType())) {
739       // They do! Return "A op C".
740       ++NumExpand;
741       A = Builder.CreateBinOp(TopLevelOpcode, A, C);
742       A->takeName(&I);
743       return A;
744     }
745
746     // Does "A op C" simplify to the identity value for the inner opcode?
747     if (R && R == ConstantExpr::getBinOpIdentity(InnerOpcode, R->getType())) {
748       // They do! Return "A op B".
749       ++NumExpand;
750       A = Builder.CreateBinOp(TopLevelOpcode, A, B);
751       A->takeName(&I);
752       return A;
753     }
754   }
755
756   return SimplifySelectsFeedingBinaryOp(I, LHS, RHS);
757 }
758
759 Value *InstCombiner::SimplifySelectsFeedingBinaryOp(BinaryOperator &I,
760                                                     Value *LHS, Value *RHS) {
761   Instruction::BinaryOps Opcode = I.getOpcode();
762   // (op (select (a, b, c)), (select (a, d, e))) -> (select (a, (op b, d), (op
763   // c, e)))
764   Value *A, *B, *C, *D, *E;
765   Value *SI = nullptr;
766   if (match(LHS, m_Select(m_Value(A), m_Value(B), m_Value(C))) &&
767       match(RHS, m_Select(m_Specific(A), m_Value(D), m_Value(E)))) {
768     bool SelectsHaveOneUse = LHS->hasOneUse() && RHS->hasOneUse();
769     BuilderTy::FastMathFlagGuard Guard(Builder);
770     if (isa<FPMathOperator>(&I))
771       Builder.setFastMathFlags(I.getFastMathFlags());
772
773     Value *V1 = SimplifyBinOp(Opcode, C, E, SQ.getWithInstruction(&I));
774     Value *V2 = SimplifyBinOp(Opcode, B, D, SQ.getWithInstruction(&I));
775     if (V1 && V2)
776       SI = Builder.CreateSelect(A, V2, V1);
777     else if (V2 && SelectsHaveOneUse)
778       SI = Builder.CreateSelect(A, V2, Builder.CreateBinOp(Opcode, C, E));
779     else if (V1 && SelectsHaveOneUse)
780       SI = Builder.CreateSelect(A, Builder.CreateBinOp(Opcode, B, D), V1);
781
782     if (SI)
783       SI->takeName(&I);
784   }
785
786   return SI;
787 }
788
789 /// Given a 'sub' instruction, return the RHS of the instruction if the LHS is a
790 /// constant zero (which is the 'negate' form).
791 Value *InstCombiner::dyn_castNegVal(Value *V) const {
792   if (BinaryOperator::isNeg(V))
793     return BinaryOperator::getNegArgument(V);
794
795   // Constants can be considered to be negated values if they can be folded.
796   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(V))
797     return ConstantExpr::getNeg(C);
798
799   if (ConstantDataVector *C = dyn_cast<ConstantDataVector>(V))
800     if (C->getType()->getElementType()->isIntegerTy())
801       return ConstantExpr::getNeg(C);
802
803   if (ConstantVector *CV = dyn_cast<ConstantVector>(V)) {
804     for (unsigned i = 0, e = CV->getNumOperands(); i != e; ++i) {
805       Constant *Elt = CV->getAggregateElement(i);
806       if (!Elt)
807         return nullptr;
808
809       if (isa<UndefValue>(Elt))
810         continue;
811
812       if (!isa<ConstantInt>(Elt))
813         return nullptr;
814     }
815     return ConstantExpr::getNeg(CV);
816   }
817
818   return nullptr;
819 }
820
821 /// Given a 'fsub' instruction, return the RHS of the instruction if the LHS is
822 /// a constant negative zero (which is the 'negate' form).
823 Value *InstCombiner::dyn_castFNegVal(Value *V, bool IgnoreZeroSign) const {
824   if (BinaryOperator::isFNeg(V, IgnoreZeroSign))
825     return BinaryOperator::getFNegArgument(V);
826
827   // Constants can be considered to be negated values if they can be folded.
828   if (ConstantFP *C = dyn_cast<ConstantFP>(V))
829     return ConstantExpr::getFNeg(C);
830
831   if (ConstantDataVector *C = dyn_cast<ConstantDataVector>(V))
832     if (C->getType()->getElementType()->isFloatingPointTy())
833       return ConstantExpr::getFNeg(C);
834
835   return nullptr;
836 }
837
838 static Value *foldOperationIntoSelectOperand(Instruction &I, Value *SO,
839                                              InstCombiner::BuilderTy &Builder) {
840   if (auto *Cast = dyn_cast<CastInst>(&I))
841     return Builder.CreateCast(Cast->getOpcode(), SO, I.getType());
842
843   assert(I.isBinaryOp() && "Unexpected opcode for select folding");
844
845   // Figure out if the constant is the left or the right argument.
846   bool ConstIsRHS = isa<Constant>(I.getOperand(1));
847   Constant *ConstOperand = cast<Constant>(I.getOperand(ConstIsRHS));
848
849   if (auto *SOC = dyn_cast<Constant>(SO)) {
850     if (ConstIsRHS)
851       return ConstantExpr::get(I.getOpcode(), SOC, ConstOperand);
852     return ConstantExpr::get(I.getOpcode(), ConstOperand, SOC);
853   }
854
855   Value *Op0 = SO, *Op1 = ConstOperand;
856   if (!ConstIsRHS)
857     std::swap(Op0, Op1);
858
859   auto *BO = cast<BinaryOperator>(&I);
860   Value *RI = Builder.CreateBinOp(BO->getOpcode(), Op0, Op1,
861                                   SO->getName() + ".op");
862   auto *FPInst = dyn_cast<Instruction>(RI);
863   if (FPInst && isa<FPMathOperator>(FPInst))
864     FPInst->copyFastMathFlags(BO);
865   return RI;
866 }
867
868 Instruction *InstCombiner::FoldOpIntoSelect(Instruction &Op, SelectInst *SI) {
869   // Don't modify shared select instructions.
870   if (!SI->hasOneUse())
871     return nullptr;
872
873   Value *TV = SI->getTrueValue();
874   Value *FV = SI->getFalseValue();
875   if (!(isa<Constant>(TV) || isa<Constant>(FV)))
876     return nullptr;
877
878   // Bool selects with constant operands can be folded to logical ops.
879   if (SI->getType()->isIntOrIntVectorTy(1))
880     return nullptr;
881
882   // If it's a bitcast involving vectors, make sure it has the same number of
883   // elements on both sides.
884   if (auto *BC = dyn_cast<BitCastInst>(&Op)) {
885     VectorType *DestTy = dyn_cast<VectorType>(BC->getDestTy());
886     VectorType *SrcTy = dyn_cast<VectorType>(BC->getSrcTy());
887
888     // Verify that either both or neither are vectors.
889     if ((SrcTy == nullptr) != (DestTy == nullptr))
890       return nullptr;
891
892     // If vectors, verify that they have the same number of elements.
893     if (SrcTy && SrcTy->getNumElements() != DestTy->getNumElements())
894       return nullptr;
895   }
896
897   // Test if a CmpInst instruction is used exclusively by a select as
898   // part of a minimum or maximum operation. If so, refrain from doing
899   // any other folding. This helps out other analyses which understand
900   // non-obfuscated minimum and maximum idioms, such as ScalarEvolution
901   // and CodeGen. And in this case, at least one of the comparison
902   // operands has at least one user besides the compare (the select),
903   // which would often largely negate the benefit of folding anyway.
904   if (auto *CI = dyn_cast<CmpInst>(SI->getCondition())) {
905     if (CI->hasOneUse()) {
906       Value *Op0 = CI->getOperand(0), *Op1 = CI->getOperand(1);
907       if ((SI->getOperand(1) == Op0 && SI->getOperand(2) == Op1) ||
908           (SI->getOperand(2) == Op0 && SI->getOperand(1) == Op1))
909         return nullptr;
910     }
911   }
912
913   Value *NewTV = foldOperationIntoSelectOperand(Op, TV, Builder);
914   Value *NewFV = foldOperationIntoSelectOperand(Op, FV, Builder);
915   return SelectInst::Create(SI->getCondition(), NewTV, NewFV, "", nullptr, SI);
916 }
917
918 static Value *foldOperationIntoPhiValue(BinaryOperator *I, Value *InV,
919                                         InstCombiner::BuilderTy &Builder) {
920   bool ConstIsRHS = isa<Constant>(I->getOperand(1));
921   Constant *C = cast<Constant>(I->getOperand(ConstIsRHS));
922
923   if (auto *InC = dyn_cast<Constant>(InV)) {
924     if (ConstIsRHS)
925       return ConstantExpr::get(I->getOpcode(), InC, C);
926     return ConstantExpr::get(I->getOpcode(), C, InC);
927   }
928
929   Value *Op0 = InV, *Op1 = C;
930   if (!ConstIsRHS)
931     std::swap(Op0, Op1);
932
933   Value *RI = Builder.CreateBinOp(I->getOpcode(), Op0, Op1, "phitmp");
934   auto *FPInst = dyn_cast<Instruction>(RI);
935   if (FPInst && isa<FPMathOperator>(FPInst))
936     FPInst->copyFastMathFlags(I);
937   return RI;
938 }
939
940 Instruction *InstCombiner::foldOpIntoPhi(Instruction &I, PHINode *PN) {
941   unsigned NumPHIValues = PN->getNumIncomingValues();
942   if (NumPHIValues == 0)
943     return nullptr;
944
945   // We normally only transform phis with a single use.  However, if a PHI has
946   // multiple uses and they are all the same operation, we can fold *all* of the
947   // uses into the PHI.
948   if (!PN->hasOneUse()) {
949     // Walk the use list for the instruction, comparing them to I.
950     for (User *U : PN->users()) {
951       Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
952       if (UI != &I && !I.isIdenticalTo(UI))
953         return nullptr;
954     }
955     // Otherwise, we can replace *all* users with the new PHI we form.
956   }
957
958   // Check to see if all of the operands of the PHI are simple constants
959   // (constantint/constantfp/undef).  If there is one non-constant value,
960   // remember the BB it is in.  If there is more than one or if *it* is a PHI,
961   // bail out.  We don't do arbitrary constant expressions here because moving
962   // their computation can be expensive without a cost model.
963   BasicBlock *NonConstBB = nullptr;
964   for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
965     Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
966     if (isa<Constant>(InVal) && !isa<ConstantExpr>(InVal))
967       continue;
968
969     if (isa<PHINode>(InVal)) return nullptr;  // Itself a phi.
970     if (NonConstBB) return nullptr;  // More than one non-const value.
971
972     NonConstBB = PN->getIncomingBlock(i);
973
974     // If the InVal is an invoke at the end of the pred block, then we can't
975     // insert a computation after it without breaking the edge.
976     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(InVal))
977       if (II->getParent() == NonConstBB)
978         return nullptr;
979
980     // If the incoming non-constant value is in I's block, we will remove one
981     // instruction, but insert another equivalent one, leading to infinite
982     // instcombine.
983     if (isPotentiallyReachable(I.getParent(), NonConstBB, &DT, LI))
984       return nullptr;
985   }
986
987   // If there is exactly one non-constant value, we can insert a copy of the
988   // operation in that block.  However, if this is a critical edge, we would be
989   // inserting the computation on some other paths (e.g. inside a loop).  Only
990   // do this if the pred block is unconditionally branching into the phi block.
991   if (NonConstBB != nullptr) {
992     BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(NonConstBB->getTerminator());
993     if (!BI || !BI->isUnconditional()) return nullptr;
994   }
995
996   // Okay, we can do the transformation: create the new PHI node.
997   PHINode *NewPN = PHINode::Create(I.getType(), PN->getNumIncomingValues());
998   InsertNewInstBefore(NewPN, *PN);
999   NewPN->takeName(PN);
1000
1001   // If we are going to have to insert a new computation, do so right before the
1002   // predecessor's terminator.
1003   if (NonConstBB)
1004     Builder.SetInsertPoint(NonConstBB->getTerminator());
1005
1006   // Next, add all of the operands to the PHI.
1007   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(&I)) {
1008     // We only currently try to fold the condition of a select when it is a phi,
1009     // not the true/false values.
1010     Value *TrueV = SI->getTrueValue();
1011     Value *FalseV = SI->getFalseValue();
1012     BasicBlock *PhiTransBB = PN->getParent();
1013     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
1014       BasicBlock *ThisBB = PN->getIncomingBlock(i);
1015       Value *TrueVInPred = TrueV->DoPHITranslation(PhiTransBB, ThisBB);
1016       Value *FalseVInPred = FalseV->DoPHITranslation(PhiTransBB, ThisBB);
1017       Value *InV = nullptr;
1018       // Beware of ConstantExpr:  it may eventually evaluate to getNullValue,
1019       // even if currently isNullValue gives false.
1020       Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i));
1021       // For vector constants, we cannot use isNullValue to fold into
1022       // FalseVInPred versus TrueVInPred. When we have individual nonzero
1023       // elements in the vector, we will incorrectly fold InC to
1024       // `TrueVInPred`.
1025       if (InC && !isa<ConstantExpr>(InC) && isa<ConstantInt>(InC))
1026         InV = InC->isNullValue() ? FalseVInPred : TrueVInPred;
1027       else {
1028         // Generate the select in the same block as PN's current incoming block.
1029         // Note: ThisBB need not be the NonConstBB because vector constants
1030         // which are constants by definition are handled here.
1031         // FIXME: This can lead to an increase in IR generation because we might
1032         // generate selects for vector constant phi operand, that could not be
1033         // folded to TrueVInPred or FalseVInPred as done for ConstantInt. For
1034         // non-vector phis, this transformation was always profitable because
1035         // the select would be generated exactly once in the NonConstBB.
1036         Builder.SetInsertPoint(ThisBB->getTerminator());
1037         InV = Builder.CreateSelect(PN->getIncomingValue(i), TrueVInPred,
1038                                    FalseVInPred, "phitmp");
1039       }
1040       NewPN->addIncoming(InV, ThisBB);
1041     }
1042   } else if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(&I)) {
1043     Constant *C = cast<Constant>(I.getOperand(1));
1044     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
1045       Value *InV = nullptr;
1046       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
1047         InV = ConstantExpr::getCompare(CI->getPredicate(), InC, C);
1048       else if (isa<ICmpInst>(CI))
1049         InV = Builder.CreateICmp(CI->getPredicate(), PN->getIncomingValue(i),
1050                                  C, "phitmp");
1051       else
1052         InV = Builder.CreateFCmp(CI->getPredicate(), PN->getIncomingValue(i),
1053                                  C, "phitmp");
1054       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
1055     }
1056   } else if (auto *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(&I)) {
1057     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
1058       Value *InV = foldOperationIntoPhiValue(BO, PN->getIncomingValue(i),
1059                                              Builder);
1060       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
1061     }
1062   } else {
1063     CastInst *CI = cast<CastInst>(&I);
1064     Type *RetTy = CI->getType();
1065     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
1066       Value *InV;
1067       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
1068         InV = ConstantExpr::getCast(CI->getOpcode(), InC, RetTy);
1069       else
1070         InV = Builder.CreateCast(CI->getOpcode(), PN->getIncomingValue(i),
1071                                  I.getType(), "phitmp");
1072       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
1073     }
1074   }
1075
1076   for (auto UI = PN->user_begin(), E = PN->user_end(); UI != E;) {
1077     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
1078     if (User == &I) continue;
1079     replaceInstUsesWith(*User, NewPN);
1080     eraseInstFromFunction(*User);
1081   }
1082   return replaceInstUsesWith(I, NewPN);
1083 }
1084
1085 Instruction *InstCombiner::foldOpWithConstantIntoOperand(BinaryOperator &I) {
1086   assert(isa<Constant>(I.getOperand(1)) && "Unexpected operand type");
1087
1088   if (auto *Sel = dyn_cast<SelectInst>(I.getOperand(0))) {
1089     if (Instruction *NewSel = FoldOpIntoSelect(I, Sel))
1090       return NewSel;
1091   } else if (auto *PN = dyn_cast<PHINode>(I.getOperand(0))) {
1092     if (Instruction *NewPhi = foldOpIntoPhi(I, PN))
1093       return NewPhi;
1094   }
1095   return nullptr;
1096 }
1097
1098 /// Given a pointer type and a constant offset, determine whether or not there
1099 /// is a sequence of GEP indices into the pointed type that will land us at the
1100 /// specified offset. If so, fill them into NewIndices and return the resultant
1101 /// element type, otherwise return null.
1102 Type *InstCombiner::FindElementAtOffset(PointerType *PtrTy, int64_t Offset,
1103                                         SmallVectorImpl<Value *> &NewIndices) {
1104   Type *Ty = PtrTy->getElementType();
1105   if (!Ty->isSized())
1106     return nullptr;
1107
1108   // Start with the index over the outer type.  Note that the type size
1109   // might be zero (even if the offset isn't zero) if the indexed type
1110   // is something like [0 x {int, int}]
1111   Type *IntPtrTy = DL.getIntPtrType(PtrTy);
1112   int64_t FirstIdx = 0;
1113   if (int64_t TySize = DL.getTypeAllocSize(Ty)) {
1114     FirstIdx = Offset/TySize;
1115     Offset -= FirstIdx*TySize;
1116
1117     // Handle hosts where % returns negative instead of values [0..TySize).
1118     if (Offset < 0) {
1119       --FirstIdx;
1120       Offset += TySize;
1121       assert(Offset >= 0);
1122     }
1123     assert((uint64_t)Offset < (uint64_t)TySize && "Out of range offset");
1124   }
1125
1126   NewIndices.push_back(ConstantInt::get(IntPtrTy, FirstIdx));
1127
1128   // Index into the types.  If we fail, set OrigBase to null.
1129   while (Offset) {
1130     // Indexing into tail padding between struct/array elements.
1131     if (uint64_t(Offset * 8) >= DL.getTypeSizeInBits(Ty))
1132       return nullptr;
1133
1134     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
1135       const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
1136       assert(Offset < (int64_t)SL->getSizeInBytes() &&
1137              "Offset must stay within the indexed type");
1138
1139       unsigned Elt = SL->getElementContainingOffset(Offset);
1140       NewIndices.push_back(ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Ty->getContext()),
1141                                             Elt));
1142
1143       Offset -= SL->getElementOffset(Elt);
1144       Ty = STy->getElementType(Elt);
1145     } else if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
1146       uint64_t EltSize = DL.getTypeAllocSize(AT->getElementType());
1147       assert(EltSize && "Cannot index into a zero-sized array");
1148       NewIndices.push_back(ConstantInt::get(IntPtrTy,Offset/EltSize));
1149       Offset %= EltSize;
1150       Ty = AT->getElementType();
1151     } else {
1152       // Otherwise, we can't index into the middle of this atomic type, bail.
1153       return nullptr;
1154     }
1155   }
1156
1157   return Ty;
1158 }
1159
1160 static bool shouldMergeGEPs(GEPOperator &GEP, GEPOperator &Src) {
1161   // If this GEP has only 0 indices, it is the same pointer as
1162   // Src. If Src is not a trivial GEP too, don't combine
1163   // the indices.
1164   if (GEP.hasAllZeroIndices() && !Src.hasAllZeroIndices() &&
1165       !Src.hasOneUse())
1166     return false;
1167   return true;
1168 }
1169
1170 /// Return a value X such that Val = X * Scale, or null if none.
1171 /// If the multiplication is known not to overflow, then NoSignedWrap is set.
1172 Value *InstCombiner::Descale(Value *Val, APInt Scale, bool &NoSignedWrap) {
1173   assert(isa<IntegerType>(Val->getType()) && "Can only descale integers!");
1174   assert(cast<IntegerType>(Val->getType())->getBitWidth() ==
1175          Scale.getBitWidth() && "Scale not compatible with value!");
1176
1177   // If Val is zero or Scale is one then Val = Val * Scale.
1178   if (match(Val, m_Zero()) || Scale == 1) {
1179     NoSignedWrap = true;
1180     return Val;
1181   }
1182
1183   // If Scale is zero then it does not divide Val.
1184   if (Scale.isMinValue())
1185     return nullptr;
1186
1187   // Look through chains of multiplications, searching for a constant that is
1188   // divisible by Scale.  For example, descaling X*(Y*(Z*4)) by a factor of 4
1189   // will find the constant factor 4 and produce X*(Y*Z).  Descaling X*(Y*8) by
1190   // a factor of 4 will produce X*(Y*2).  The principle of operation is to bore
1191   // down from Val:
1192   //
1193   //     Val = M1 * X          ||   Analysis starts here and works down
1194   //      M1 = M2 * Y          ||   Doesn't descend into terms with more
1195   //      M2 =  Z * 4          \/   than one use
1196   //
1197   // Then to modify a term at the bottom:
1198   //
1199   //     Val = M1 * X
1200   //      M1 =  Z * Y          ||   Replaced M2 with Z
1201   //
1202   // Then to work back up correcting nsw flags.
1203
1204   // Op - the term we are currently analyzing.  Starts at Val then drills down.
1205   // Replaced with its descaled value before exiting from the drill down loop.
1206   Value *Op = Val;
1207
1208   // Parent - initially null, but after drilling down notes where Op came from.
1209   // In the example above, Parent is (Val, 0) when Op is M1, because M1 is the
1210   // 0'th operand of Val.
1211   std::pair<Instruction *, unsigned> Parent;
1212
1213   // Set if the transform requires a descaling at deeper levels that doesn't
1214   // overflow.
1215   bool RequireNoSignedWrap = false;
1216
1217   // Log base 2 of the scale. Negative if not a power of 2.
1218   int32_t logScale = Scale.exactLogBase2();
1219
1220   for (;; Op = Parent.first->getOperand(Parent.second)) { // Drill down
1221     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op)) {
1222       // If Op is a constant divisible by Scale then descale to the quotient.
1223       APInt Quotient(Scale), Remainder(Scale); // Init ensures right bitwidth.
1224       APInt::sdivrem(CI->getValue(), Scale, Quotient, Remainder);
1225       if (!Remainder.isMinValue())
1226         // Not divisible by Scale.
1227         return nullptr;
1228       // Replace with the quotient in the parent.
1229       Op = ConstantInt::get(CI->getType(), Quotient);
1230       NoSignedWrap = true;
1231       break;
1232     }
1233
1234     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Op)) {
1235       if (BO->getOpcode() == Instruction::Mul) {
1236         // Multiplication.
1237         NoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
1238         if (RequireNoSignedWrap && !NoSignedWrap)
1239           return nullptr;
1240
1241         // There are three cases for multiplication: multiplication by exactly
1242         // the scale, multiplication by a constant different to the scale, and
1243         // multiplication by something else.
1244         Value *LHS = BO->getOperand(0);
1245         Value *RHS = BO->getOperand(1);
1246
1247         if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(RHS)) {
1248           // Multiplication by a constant.
1249           if (CI->getValue() == Scale) {
1250             // Multiplication by exactly the scale, replace the multiplication
1251             // by its left-hand side in the parent.
1252             Op = LHS;
1253             break;
1254           }
1255
1256           // Otherwise drill down into the constant.
1257           if (!Op->hasOneUse())
1258             return nullptr;
1259
1260           Parent = std::make_pair(BO, 1);
1261           continue;
1262         }
1263
1264         // Multiplication by something else. Drill down into the left-hand side
1265         // since that's where the reassociate pass puts the good stuff.
1266         if (!Op->hasOneUse())
1267           return nullptr;
1268
1269         Parent = std::make_pair(BO, 0);
1270         continue;
1271       }
1272
1273       if (logScale > 0 && BO->getOpcode() == Instruction::Shl &&
1274           isa<ConstantInt>(BO->getOperand(1))) {
1275         // Multiplication by a power of 2.
1276         NoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
1277         if (RequireNoSignedWrap && !NoSignedWrap)
1278           return nullptr;
1279
1280         Value *LHS = BO->getOperand(0);
1281         int32_t Amt = cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1))->
1282           getLimitedValue(Scale.getBitWidth());
1283         // Op = LHS << Amt.
1284
1285         if (Amt == logScale) {
1286           // Multiplication by exactly the scale, replace the multiplication
1287           // by its left-hand side in the parent.
1288           Op = LHS;
1289           break;
1290         }
1291         if (Amt < logScale || !Op->hasOneUse())
1292           return nullptr;
1293
1294         // Multiplication by more than the scale.  Reduce the multiplying amount
1295         // by the scale in the parent.
1296         Parent = std::make_pair(BO, 1);
1297         Op = ConstantInt::get(BO->getType(), Amt - logScale);
1298         break;
1299       }
1300     }
1301
1302     if (!Op->hasOneUse())
1303       return nullptr;
1304
1305     if (CastInst *Cast = dyn_cast<CastInst>(Op)) {
1306       if (Cast->getOpcode() == Instruction::SExt) {
1307         // Op is sign-extended from a smaller type, descale in the smaller type.
1308         unsigned SmallSize = Cast->getSrcTy()->getPrimitiveSizeInBits();
1309         APInt SmallScale = Scale.trunc(SmallSize);
1310         // Suppose Op = sext X, and we descale X as Y * SmallScale.  We want to
1311         // descale Op as (sext Y) * Scale.  In order to have
1312         //   sext (Y * SmallScale) = (sext Y) * Scale
1313         // some conditions need to hold however: SmallScale must sign-extend to
1314         // Scale and the multiplication Y * SmallScale should not overflow.
1315         if (SmallScale.sext(Scale.getBitWidth()) != Scale)
1316           // SmallScale does not sign-extend to Scale.
1317           return nullptr;
1318         assert(SmallScale.exactLogBase2() == logScale);
1319         // Require that Y * SmallScale must not overflow.
1320         RequireNoSignedWrap = true;
1321
1322         // Drill down through the cast.
1323         Parent = std::make_pair(Cast, 0);
1324         Scale = SmallScale;
1325         continue;
1326       }
1327
1328       if (Cast->getOpcode() == Instruction::Trunc) {
1329         // Op is truncated from a larger type, descale in the larger type.
1330         // Suppose Op = trunc X, and we descale X as Y * sext Scale.  Then
1331         //   trunc (Y * sext Scale) = (trunc Y) * Scale
1332         // always holds.  However (trunc Y) * Scale may overflow even if
1333         // trunc (Y * sext Scale) does not, so nsw flags need to be cleared
1334         // from this point up in the expression (see later).
1335         if (RequireNoSignedWrap)
1336           return nullptr;
1337
1338         // Drill down through the cast.
1339         unsigned LargeSize = Cast->getSrcTy()->getPrimitiveSizeInBits();
1340         Parent = std::make_pair(Cast, 0);
1341         Scale = Scale.sext(LargeSize);
1342         if (logScale + 1 == (int32_t)Cast->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1343           logScale = -1;
1344         assert(Scale.exactLogBase2() == logScale);
1345         continue;
1346       }
1347     }
1348
1349     // Unsupported expression, bail out.
1350     return nullptr;
1351   }
1352
1353   // If Op is zero then Val = Op * Scale.
1354   if (match(Op, m_Zero())) {
1355     NoSignedWrap = true;
1356     return Op;
1357   }
1358
1359   // We know that we can successfully descale, so from here on we can safely
1360   // modify the IR.  Op holds the descaled version of the deepest term in the
1361   // expression.  NoSignedWrap is 'true' if multiplying Op by Scale is known
1362   // not to overflow.
1363
1364   if (!Parent.first)
1365     // The expression only had one term.
1366     return Op;
1367
1368   // Rewrite the parent using the descaled version of its operand.
1369   assert(Parent.first->hasOneUse() && "Drilled down when more than one use!");
1370   assert(Op != Parent.first->getOperand(Parent.second) &&
1371          "Descaling was a no-op?");
1372   Parent.first->setOperand(Parent.second, Op);
1373   Worklist.Add(Parent.first);
1374
1375   // Now work back up the expression correcting nsw flags.  The logic is based
1376   // on the following observation: if X * Y is known not to overflow as a signed
1377   // multiplication, and Y is replaced by a value Z with smaller absolute value,
1378   // then X * Z will not overflow as a signed multiplication either.  As we work
1379   // our way up, having NoSignedWrap 'true' means that the descaled value at the
1380   // current level has strictly smaller absolute value than the original.
1381   Instruction *Ancestor = Parent.first;
1382   do {
1383     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Ancestor)) {
1384       // If the multiplication wasn't nsw then we can't say anything about the
1385       // value of the descaled multiplication, and we have to clear nsw flags
1386       // from this point on up.
1387       bool OpNoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
1388       NoSignedWrap &= OpNoSignedWrap;
1389       if (NoSignedWrap != OpNoSignedWrap) {
1390         BO->setHasNoSignedWrap(NoSignedWrap);
1391         Worklist.Add(Ancestor);
1392       }
1393     } else if (Ancestor->getOpcode() == Instruction::Trunc) {
1394       // The fact that the descaled input to the trunc has smaller absolute
1395       // value than the original input doesn't tell us anything useful about
1396       // the absolute values of the truncations.
1397       NoSignedWrap = false;
1398     }
1399     assert((Ancestor->getOpcode() != Instruction::SExt || NoSignedWrap) &&
1400            "Failed to keep proper track of nsw flags while drilling down?");
1401
1402     if (Ancestor == Val)
1403       // Got to the top, all done!
1404       return Val;
1405
1406     // Move up one level in the expression.
1407     assert(Ancestor->hasOneUse() && "Drilled down when more than one use!");
1408     Ancestor = Ancestor->user_back();
1409   } while (true);
1410 }
1411
1412 /// \brief Creates node of binary operation with the same attributes as the
1413 /// specified one but with other operands.
1414 static Value *CreateBinOpAsGiven(BinaryOperator &Inst, Value *LHS, Value *RHS,
1415                                  InstCombiner::BuilderTy &B) {
1416   Value *BO = B.CreateBinOp(Inst.getOpcode(), LHS, RHS);
1417   // If LHS and RHS are constant, BO won't be a binary operator.
1418   if (BinaryOperator *NewBO = dyn_cast<BinaryOperator>(BO))
1419     NewBO->copyIRFlags(&Inst);
1420   return BO;
1421 }
1422
1423 /// \brief Makes transformation of binary operation specific for vector types.
1424 /// \param Inst Binary operator to transform.
1425 /// \return Pointer to node that must replace the original binary operator, or
1426 ///         null pointer if no transformation was made.
1427 Value *InstCombiner::SimplifyVectorOp(BinaryOperator &Inst) {
1428   if (!Inst.getType()->isVectorTy()) return nullptr;
1429
1430   // It may not be safe to reorder shuffles and things like div, urem, etc.
1431   // because we may trap when executing those ops on unknown vector elements.
1432   // See PR20059.
1433   if (!isSafeToSpeculativelyExecute(&Inst))
1434     return nullptr;
1435
1436   unsigned VWidth = cast<VectorType>(Inst.getType())->getNumElements();
1437   Value *LHS = Inst.getOperand(0), *RHS = Inst.getOperand(1);
1438   assert(cast<VectorType>(LHS->getType())->getNumElements() == VWidth);
1439   assert(cast<VectorType>(RHS->getType())->getNumElements() == VWidth);
1440
1441   // If both arguments of the binary operation are shuffles that use the same
1442   // mask and shuffle within a single vector, move the shuffle after the binop:
1443   //   Op(shuffle(v1, m), shuffle(v2, m)) -> shuffle(Op(v1, v2), m)
1444   auto *LShuf = dyn_cast<ShuffleVectorInst>(LHS);
1445   auto *RShuf = dyn_cast<ShuffleVectorInst>(RHS);
1446   if (LShuf && RShuf && LShuf->getMask() == RShuf->getMask() &&
1447       isa<UndefValue>(LShuf->getOperand(1)) &&
1448       isa<UndefValue>(RShuf->getOperand(1)) &&
1449       LShuf->getOperand(0)->getType() == RShuf->getOperand(0)->getType()) {
1450     Value *NewBO = CreateBinOpAsGiven(Inst, LShuf->getOperand(0),
1451                                       RShuf->getOperand(0), Builder);
1452     return Builder.CreateShuffleVector(
1453         NewBO, UndefValue::get(NewBO->getType()), LShuf->getMask());
1454   }
1455
1456   // If one argument is a shuffle within one vector, the other is a constant,
1457   // try moving the shuffle after the binary operation.
1458   ShuffleVectorInst *Shuffle = nullptr;
1459   Constant *C1 = nullptr;
1460   if (isa<ShuffleVectorInst>(LHS)) Shuffle = cast<ShuffleVectorInst>(LHS);
1461   if (isa<ShuffleVectorInst>(RHS)) Shuffle = cast<ShuffleVectorInst>(RHS);
1462   if (isa<Constant>(LHS)) C1 = cast<Constant>(LHS);
1463   if (isa<Constant>(RHS)) C1 = cast<Constant>(RHS);
1464   if (Shuffle && C1 &&
1465       (isa<ConstantVector>(C1) || isa<ConstantDataVector>(C1)) &&
1466       isa<UndefValue>(Shuffle->getOperand(1)) &&
1467       Shuffle->getType() == Shuffle->getOperand(0)->getType()) {
1468     SmallVector<int, 16> ShMask = Shuffle->getShuffleMask();
1469     // Find constant C2 that has property:
1470     //   shuffle(C2, ShMask) = C1
1471     // If such constant does not exist (example: ShMask=<0,0> and C1=<1,2>)
1472     // reorder is not possible.
1473     SmallVector<Constant*, 16> C2M(VWidth,
1474                                UndefValue::get(C1->getType()->getScalarType()));
1475     bool MayChange = true;
1476     for (unsigned I = 0; I < VWidth; ++I) {
1477       if (ShMask[I] >= 0) {
1478         assert(ShMask[I] < (int)VWidth);
1479         if (!isa<UndefValue>(C2M[ShMask[I]])) {
1480           MayChange = false;
1481           break;
1482         }
1483         C2M[ShMask[I]] = C1->getAggregateElement(I);
1484       }
1485     }
1486     if (MayChange) {
1487       Constant *C2 = ConstantVector::get(C2M);
1488       Value *NewLHS = isa<Constant>(LHS) ? C2 : Shuffle->getOperand(0);
1489       Value *NewRHS = isa<Constant>(LHS) ? Shuffle->getOperand(0) : C2;
1490       Value *NewBO = CreateBinOpAsGiven(Inst, NewLHS, NewRHS, Builder);
1491       return Builder.CreateShuffleVector(NewBO,
1492           UndefValue::get(Inst.getType()), Shuffle->getMask());
1493     }
1494   }
1495
1496   return nullptr;
1497 }
1498
1499 Instruction *InstCombiner::visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEP) {
1500   SmallVector<Value*, 8> Ops(GEP.op_begin(), GEP.op_end());
1501
1502   if (Value *V = SimplifyGEPInst(GEP.getSourceElementType(), Ops,
1503                                  SQ.getWithInstruction(&GEP)))
1504     return replaceInstUsesWith(GEP, V);
1505
1506   Value *PtrOp = GEP.getOperand(0);
1507
1508   // Eliminate unneeded casts for indices, and replace indices which displace
1509   // by multiples of a zero size type with zero.
1510   bool MadeChange = false;
1511   Type *IntPtrTy =
1512     DL.getIntPtrType(GEP.getPointerOperandType()->getScalarType());
1513
1514   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
1515   for (User::op_iterator I = GEP.op_begin() + 1, E = GEP.op_end(); I != E;
1516        ++I, ++GTI) {
1517     // Skip indices into struct types.
1518     if (GTI.isStruct())
1519       continue;
1520
1521     // Index type should have the same width as IntPtr
1522     Type *IndexTy = (*I)->getType();
1523     Type *NewIndexType = IndexTy->isVectorTy() ?
1524       VectorType::get(IntPtrTy, IndexTy->getVectorNumElements()) : IntPtrTy;
1525
1526     // If the element type has zero size then any index over it is equivalent
1527     // to an index of zero, so replace it with zero if it is not zero already.
1528     Type *EltTy = GTI.getIndexedType();
1529     if (EltTy->isSized() && DL.getTypeAllocSize(EltTy) == 0)
1530       if (!isa<Constant>(*I) || !cast<Constant>(*I)->isNullValue()) {
1531         *I = Constant::getNullValue(NewIndexType);
1532         MadeChange = true;
1533       }
1534
1535     if (IndexTy != NewIndexType) {
1536       // If we are using a wider index than needed for this platform, shrink
1537       // it to what we need.  If narrower, sign-extend it to what we need.
1538       // This explicit cast can make subsequent optimizations more obvious.
1539       *I = Builder.CreateIntCast(*I, NewIndexType, true);
1540       MadeChange = true;
1541     }
1542   }
1543   if (MadeChange)
1544     return &GEP;
1545
1546   // Check to see if the inputs to the PHI node are getelementptr instructions.
1547   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(PtrOp)) {
1548     GetElementPtrInst *Op1 = dyn_cast<GetElementPtrInst>(PN->getOperand(0));
1549     if (!Op1)
1550       return nullptr;
1551
1552     // Don't fold a GEP into itself through a PHI node. This can only happen
1553     // through the back-edge of a loop. Folding a GEP into itself means that
1554     // the value of the previous iteration needs to be stored in the meantime,
1555     // thus requiring an additional register variable to be live, but not
1556     // actually achieving anything (the GEP still needs to be executed once per
1557     // loop iteration).
1558     if (Op1 == &GEP)
1559       return nullptr;
1560
1561     int DI = -1;
1562
1563     for (auto I = PN->op_begin()+1, E = PN->op_end(); I !=E; ++I) {
1564       GetElementPtrInst *Op2 = dyn_cast<GetElementPtrInst>(*I);
1565       if (!Op2 || Op1->getNumOperands() != Op2->getNumOperands())
1566         return nullptr;
1567
1568       // As for Op1 above, don't try to fold a GEP into itself.
1569       if (Op2 == &GEP)
1570         return nullptr;
1571
1572       // Keep track of the type as we walk the GEP.
1573       Type *CurTy = nullptr;
1574
1575       for (unsigned J = 0, F = Op1->getNumOperands(); J != F; ++J) {
1576         if (Op1->getOperand(J)->getType() != Op2->getOperand(J)->getType())
1577           return nullptr;
1578
1579         if (Op1->getOperand(J) != Op2->getOperand(J)) {
1580           if (DI == -1) {
1581             // We have not seen any differences yet in the GEPs feeding the
1582             // PHI yet, so we record this one if it is allowed to be a
1583             // variable.
1584
1585             // The first two arguments can vary for any GEP, the rest have to be
1586             // static for struct slots
1587             if (J > 1 && CurTy->isStructTy())
1588               return nullptr;
1589
1590             DI = J;
1591           } else {
1592             // The GEP is different by more than one input. While this could be
1593             // extended to support GEPs that vary by more than one variable it
1594             // doesn't make sense since it greatly increases the complexity and
1595             // would result in an R+R+R addressing mode which no backend
1596             // directly supports and would need to be broken into several
1597             // simpler instructions anyway.
1598             return nullptr;
1599           }
1600         }
1601
1602         // Sink down a layer of the type for the next iteration.
1603         if (J > 0) {
1604           if (J == 1) {
1605             CurTy = Op1->getSourceElementType();
1606           } else if (CompositeType *CT = dyn_cast<CompositeType>(CurTy)) {
1607             CurTy = CT->getTypeAtIndex(Op1->getOperand(J));
1608           } else {
1609             CurTy = nullptr;
1610           }
1611         }
1612       }
1613     }
1614
1615     // If not all GEPs are identical we'll have to create a new PHI node.
1616     // Check that the old PHI node has only one use so that it will get
1617     // removed.
1618     if (DI != -1 && !PN->hasOneUse())
1619       return nullptr;
1620
1621     GetElementPtrInst *NewGEP = cast<GetElementPtrInst>(Op1->clone());
1622     if (DI == -1) {
1623       // All the GEPs feeding the PHI are identical. Clone one down into our
1624       // BB so that it can be merged with the current GEP.
1625       GEP.getParent()->getInstList().insert(
1626           GEP.getParent()->getFirstInsertionPt(), NewGEP);
1627     } else {
1628       // All the GEPs feeding the PHI differ at a single offset. Clone a GEP
1629       // into the current block so it can be merged, and create a new PHI to
1630       // set that index.
1631       PHINode *NewPN;
1632       {
1633         IRBuilderBase::InsertPointGuard Guard(Builder);
1634         Builder.SetInsertPoint(PN);
1635         NewPN = Builder.CreatePHI(Op1->getOperand(DI)->getType(),
1636                                   PN->getNumOperands());
1637       }
1638
1639       for (auto &I : PN->operands())
1640         NewPN->addIncoming(cast<GEPOperator>(I)->getOperand(DI),
1641                            PN->getIncomingBlock(I));
1642
1643       NewGEP->setOperand(DI, NewPN);
1644       GEP.getParent()->getInstList().insert(
1645           GEP.getParent()->getFirstInsertionPt(), NewGEP);
1646       NewGEP->setOperand(DI, NewPN);
1647     }
1648
1649     GEP.setOperand(0, NewGEP);
1650     PtrOp = NewGEP;
1651   }
1652
1653   // Combine Indices - If the source pointer to this getelementptr instruction
1654   // is a getelementptr instruction, combine the indices of the two
1655   // getelementptr instructions into a single instruction.
1656   if (GEPOperator *Src = dyn_cast<GEPOperator>(PtrOp)) {
1657     if (!shouldMergeGEPs(*cast<GEPOperator>(&GEP), *Src))
1658       return nullptr;
1659
1660     // Note that if our source is a gep chain itself then we wait for that
1661     // chain to be resolved before we perform this transformation.  This
1662     // avoids us creating a TON of code in some cases.
1663     if (GEPOperator *SrcGEP =
1664           dyn_cast<GEPOperator>(Src->getOperand(0)))
1665       if (SrcGEP->getNumOperands() == 2 && shouldMergeGEPs(*Src, *SrcGEP))
1666         return nullptr;   // Wait until our source is folded to completion.
1667
1668     SmallVector<Value*, 8> Indices;
1669
1670     // Find out whether the last index in the source GEP is a sequential idx.
1671     bool EndsWithSequential = false;
1672     for (gep_type_iterator I = gep_type_begin(*Src), E = gep_type_end(*Src);
1673          I != E; ++I)
1674       EndsWithSequential = I.isSequential();
1675
1676     // Can we combine the two pointer arithmetics offsets?
1677     if (EndsWithSequential) {
1678       // Replace: gep (gep %P, long B), long A, ...
1679       // With:    T = long A+B; gep %P, T, ...
1680       Value *SO1 = Src->getOperand(Src->getNumOperands()-1);
1681       Value *GO1 = GEP.getOperand(1);
1682
1683       // If they aren't the same type, then the input hasn't been processed
1684       // by the loop above yet (which canonicalizes sequential index types to
1685       // intptr_t).  Just avoid transforming this until the input has been
1686       // normalized.
1687       if (SO1->getType() != GO1->getType())
1688         return nullptr;
1689
1690       Value *Sum =
1691           SimplifyAddInst(GO1, SO1, false, false, SQ.getWithInstruction(&GEP));
1692       // Only do the combine when we are sure the cost after the
1693       // merge is never more than that before the merge.
1694       if (Sum == nullptr)
1695         return nullptr;
1696
1697       // Update the GEP in place if possible.
1698       if (Src->getNumOperands() == 2) {
1699         GEP.setOperand(0, Src->getOperand(0));
1700         GEP.setOperand(1, Sum);
1701         return &GEP;
1702       }
1703       Indices.append(Src->op_begin()+1, Src->op_end()-1);
1704       Indices.push_back(Sum);
1705       Indices.append(GEP.op_begin()+2, GEP.op_end());
1706     } else if (isa<Constant>(*GEP.idx_begin()) &&
1707                cast<Constant>(*GEP.idx_begin())->isNullValue() &&
1708                Src->getNumOperands() != 1) {
1709       // Otherwise we can do the fold if the first index of the GEP is a zero
1710       Indices.append(Src->op_begin()+1, Src->op_end());
1711       Indices.append(GEP.idx_begin()+1, GEP.idx_end());
1712     }
1713
1714     if (!Indices.empty())
1715       return GEP.isInBounds() && Src->isInBounds()
1716                  ? GetElementPtrInst::CreateInBounds(
1717                        Src->getSourceElementType(), Src->getOperand(0), Indices,
1718                        GEP.getName())
1719                  : GetElementPtrInst::Create(Src->getSourceElementType(),
1720                                              Src->getOperand(0), Indices,
1721                                              GEP.getName());
1722   }
1723
1724   if (GEP.getNumIndices() == 1) {
1725     unsigned AS = GEP.getPointerAddressSpace();
1726     if (GEP.getOperand(1)->getType()->getScalarSizeInBits() ==
1727         DL.getPointerSizeInBits(AS)) {
1728       Type *Ty = GEP.getSourceElementType();
1729       uint64_t TyAllocSize = DL.getTypeAllocSize(Ty);
1730
1731       bool Matched = false;
1732       uint64_t C;
1733       Value *V = nullptr;
1734       if (TyAllocSize == 1) {
1735         V = GEP.getOperand(1);
1736         Matched = true;
1737       } else if (match(GEP.getOperand(1),
1738                        m_AShr(m_Value(V), m_ConstantInt(C)))) {
1739         if (TyAllocSize == 1ULL << C)
1740           Matched = true;
1741       } else if (match(GEP.getOperand(1),
1742                        m_SDiv(m_Value(V), m_ConstantInt(C)))) {
1743         if (TyAllocSize == C)
1744           Matched = true;
1745       }
1746
1747       if (Matched) {
1748         // Canonicalize (gep i8* X, -(ptrtoint Y))
1749         // to (inttoptr (sub (ptrtoint X), (ptrtoint Y)))
1750         // The GEP pattern is emitted by the SCEV expander for certain kinds of
1751         // pointer arithmetic.
1752         if (match(V, m_Neg(m_PtrToInt(m_Value())))) {
1753           Operator *Index = cast<Operator>(V);
1754           Value *PtrToInt = Builder.CreatePtrToInt(PtrOp, Index->getType());
1755           Value *NewSub = Builder.CreateSub(PtrToInt, Index->getOperand(1));
1756           return CastInst::Create(Instruction::IntToPtr, NewSub, GEP.getType());
1757         }
1758         // Canonicalize (gep i8* X, (ptrtoint Y)-(ptrtoint X))
1759         // to (bitcast Y)
1760         Value *Y;
1761         if (match(V, m_Sub(m_PtrToInt(m_Value(Y)),
1762                            m_PtrToInt(m_Specific(GEP.getOperand(0)))))) {
1763           return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(Y,
1764                                                                GEP.getType());
1765         }
1766       }
1767     }
1768   }
1769
1770   // We do not handle pointer-vector geps here.
1771   if (GEP.getType()->isVectorTy())
1772     return nullptr;
1773
1774   // Handle gep(bitcast x) and gep(gep x, 0, 0, 0).
1775   Value *StrippedPtr = PtrOp->stripPointerCasts();
1776   PointerType *StrippedPtrTy = cast<PointerType>(StrippedPtr->getType());
1777
1778   if (StrippedPtr != PtrOp) {
1779     bool HasZeroPointerIndex = false;
1780     if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(GEP.getOperand(1)))
1781       HasZeroPointerIndex = C->isZero();
1782
1783     // Transform: GEP (bitcast [10 x i8]* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1784     // into     : GEP [10 x i8]* X, i32 0, ...
1785     //
1786     // Likewise, transform: GEP (bitcast i8* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1787     //           into     : GEP i8* X, ...
1788     //
1789     // This occurs when the program declares an array extern like "int X[];"
1790     if (HasZeroPointerIndex) {
1791       if (ArrayType *CATy =
1792           dyn_cast<ArrayType>(GEP.getSourceElementType())) {
1793         // GEP (bitcast i8* X to [0 x i8]*), i32 0, ... ?
1794         if (CATy->getElementType() == StrippedPtrTy->getElementType()) {
1795           // -> GEP i8* X, ...
1796           SmallVector<Value*, 8> Idx(GEP.idx_begin()+1, GEP.idx_end());
1797           GetElementPtrInst *Res = GetElementPtrInst::Create(
1798               StrippedPtrTy->getElementType(), StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
1799           Res->setIsInBounds(GEP.isInBounds());
1800           if (StrippedPtrTy->getAddressSpace() == GEP.getAddressSpace())
1801             return Res;
1802           // Insert Res, and create an addrspacecast.
1803           // e.g.,
1804           // GEP (addrspacecast i8 addrspace(1)* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1805           // ->
1806           // %0 = GEP i8 addrspace(1)* X, ...
1807           // addrspacecast i8 addrspace(1)* %0 to i8*
1808           return new AddrSpaceCastInst(Builder.Insert(Res), GEP.getType());
1809         }
1810
1811         if (ArrayType *XATy =
1812               dyn_cast<ArrayType>(StrippedPtrTy->getElementType())){
1813           // GEP (bitcast [10 x i8]* X to [0 x i8]*), i32 0, ... ?
1814           if (CATy->getElementType() == XATy->getElementType()) {
1815             // -> GEP [10 x i8]* X, i32 0, ...
1816             // At this point, we know that the cast source type is a pointer
1817             // to an array of the same type as the destination pointer
1818             // array.  Because the array type is never stepped over (there
1819             // is a leading zero) we can fold the cast into this GEP.
1820             if (StrippedPtrTy->getAddressSpace() == GEP.getAddressSpace()) {
1821               GEP.setOperand(0, StrippedPtr);
1822               GEP.setSourceElementType(XATy);
1823               return &GEP;
1824             }
1825             // Cannot replace the base pointer directly because StrippedPtr's
1826             // address space is different. Instead, create a new GEP followed by
1827             // an addrspacecast.
1828             // e.g.,
1829             // GEP (addrspacecast [10 x i8] addrspace(1)* X to [0 x i8]*),
1830             //   i32 0, ...
1831             // ->
1832             // %0 = GEP [10 x i8] addrspace(1)* X, ...
1833             // addrspacecast i8 addrspace(1)* %0 to i8*
1834             SmallVector<Value*, 8> Idx(GEP.idx_begin(), GEP.idx_end());
1835             Value *NewGEP = GEP.isInBounds()
1836                                 ? Builder.CreateInBoundsGEP(
1837                                       nullptr, StrippedPtr, Idx, GEP.getName())
1838                                 : Builder.CreateGEP(nullptr, StrippedPtr, Idx,
1839                                                     GEP.getName());
1840             return new AddrSpaceCastInst(NewGEP, GEP.getType());
1841           }
1842         }
1843       }
1844     } else if (GEP.getNumOperands() == 2) {
1845       // Transform things like:
1846       // %t = getelementptr i32* bitcast ([2 x i32]* %str to i32*), i32 %V
1847       // into:  %t1 = getelementptr [2 x i32]* %str, i32 0, i32 %V; bitcast
1848       Type *SrcElTy = StrippedPtrTy->getElementType();
1849       Type *ResElTy = GEP.getSourceElementType();
1850       if (SrcElTy->isArrayTy() &&
1851           DL.getTypeAllocSize(SrcElTy->getArrayElementType()) ==
1852               DL.getTypeAllocSize(ResElTy)) {
1853         Type *IdxType = DL.getIntPtrType(GEP.getType());
1854         Value *Idx[2] = { Constant::getNullValue(IdxType), GEP.getOperand(1) };
1855         Value *NewGEP =
1856             GEP.isInBounds()
1857                 ? Builder.CreateInBoundsGEP(nullptr, StrippedPtr, Idx,
1858                                             GEP.getName())
1859                 : Builder.CreateGEP(nullptr, StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
1860
1861         // V and GEP are both pointer types --> BitCast
1862         return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(NewGEP,
1863                                                              GEP.getType());
1864       }
1865
1866       // Transform things like:
1867       // %V = mul i64 %N, 4
1868       // %t = getelementptr i8* bitcast (i32* %arr to i8*), i32 %V
1869       // into:  %t1 = getelementptr i32* %arr, i32 %N; bitcast
1870       if (ResElTy->isSized() && SrcElTy->isSized()) {
1871         // Check that changing the type amounts to dividing the index by a scale
1872         // factor.
1873         uint64_t ResSize = DL.getTypeAllocSize(ResElTy);
1874         uint64_t SrcSize = DL.getTypeAllocSize(SrcElTy);
1875         if (ResSize && SrcSize % ResSize == 0) {
1876           Value *Idx = GEP.getOperand(1);
1877           unsigned BitWidth = Idx->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
1878           uint64_t Scale = SrcSize / ResSize;
1879
1880           // Earlier transforms ensure that the index has type IntPtrType, which
1881           // considerably simplifies the logic by eliminating implicit casts.
1882           assert(Idx->getType() == DL.getIntPtrType(GEP.getType()) &&
1883                  "Index not cast to pointer width?");
1884
1885           bool NSW;
1886           if (Value *NewIdx = Descale(Idx, APInt(BitWidth, Scale), NSW)) {
1887             // Successfully decomposed Idx as NewIdx * Scale, form a new GEP.
1888             // If the multiplication NewIdx * Scale may overflow then the new
1889             // GEP may not be "inbounds".
1890             Value *NewGEP =
1891                 GEP.isInBounds() && NSW
1892                     ? Builder.CreateInBoundsGEP(nullptr, StrippedPtr, NewIdx,
1893                                                 GEP.getName())
1894                     : Builder.CreateGEP(nullptr, StrippedPtr, NewIdx,
1895                                         GEP.getName());
1896
1897             // The NewGEP must be pointer typed, so must the old one -> BitCast
1898             return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(NewGEP,
1899                                                                  GEP.getType());
1900           }
1901         }
1902       }
1903
1904       // Similarly, transform things like:
1905       // getelementptr i8* bitcast ([100 x double]* X to i8*), i32 %tmp
1906       //   (where tmp = 8*tmp2) into:
1907       // getelementptr [100 x double]* %arr, i32 0, i32 %tmp2; bitcast
1908       if (ResElTy->isSized() && SrcElTy->isSized() && SrcElTy->isArrayTy()) {
1909         // Check that changing to the array element type amounts to dividing the
1910         // index by a scale factor.
1911         uint64_t ResSize = DL.getTypeAllocSize(ResElTy);
1912         uint64_t ArrayEltSize =
1913             DL.getTypeAllocSize(SrcElTy->getArrayElementType());
1914         if (ResSize && ArrayEltSize % ResSize == 0) {
1915           Value *Idx = GEP.getOperand(1);
1916           unsigned BitWidth = Idx->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
1917           uint64_t Scale = ArrayEltSize / ResSize;
1918
1919           // Earlier transforms ensure that the index has type IntPtrType, which
1920           // considerably simplifies the logic by eliminating implicit casts.
1921           assert(Idx->getType() == DL.getIntPtrType(GEP.getType()) &&
1922                  "Index not cast to pointer width?");
1923
1924           bool NSW;
1925           if (Value *NewIdx = Descale(Idx, APInt(BitWidth, Scale), NSW)) {
1926             // Successfully decomposed Idx as NewIdx * Scale, form a new GEP.
1927             // If the multiplication NewIdx * Scale may overflow then the new
1928             // GEP may not be "inbounds".
1929             Value *Off[2] = {
1930                 Constant::getNullValue(DL.getIntPtrType(GEP.getType())),
1931                 NewIdx};
1932
1933             Value *NewGEP = GEP.isInBounds() && NSW
1934                                 ? Builder.CreateInBoundsGEP(
1935                                       SrcElTy, StrippedPtr, Off, GEP.getName())
1936                                 : Builder.CreateGEP(SrcElTy, StrippedPtr, Off,
1937                                                     GEP.getName());
1938             // The NewGEP must be pointer typed, so must the old one -> BitCast
1939             return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(NewGEP,
1940                                                                  GEP.getType());
1941           }
1942         }
1943       }
1944     }
1945   }
1946
1947   // addrspacecast between types is canonicalized as a bitcast, then an
1948   // addrspacecast. To take advantage of the below bitcast + struct GEP, look
1949   // through the addrspacecast.
1950   Value *ASCStrippedPtrOp = PtrOp;
1951   if (AddrSpaceCastInst *ASC = dyn_cast<AddrSpaceCastInst>(PtrOp)) {
1952     //   X = bitcast A addrspace(1)* to B addrspace(1)*
1953     //   Y = addrspacecast A addrspace(1)* to B addrspace(2)*
1954     //   Z = gep Y, <...constant indices...>
1955     // Into an addrspacecasted GEP of the struct.
1956     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(ASC->getOperand(0)))
1957       ASCStrippedPtrOp = BC;
1958   }
1959
1960   /// See if we can simplify:
1961   ///   X = bitcast A* to B*
1962   ///   Y = gep X, <...constant indices...>
1963   /// into a gep of the original struct.  This is important for SROA and alias
1964   /// analysis of unions.  If "A" is also a bitcast, wait for A/X to be merged.
1965   if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(ASCStrippedPtrOp)) {
1966     Value *Operand = BCI->getOperand(0);
1967     PointerType *OpType = cast<PointerType>(Operand->getType());
1968     unsigned OffsetBits = DL.getPointerTypeSizeInBits(GEP.getType());
1969     APInt Offset(OffsetBits, 0);
1970     if (!isa<BitCastInst>(Operand) &&
1971         GEP.accumulateConstantOffset(DL, Offset)) {
1972
1973       // If this GEP instruction doesn't move the pointer, just replace the GEP
1974       // with a bitcast of the real input to the dest type.
1975       if (!Offset) {
1976         // If the bitcast is of an allocation, and the allocation will be
1977         // converted to match the type of the cast, don't touch this.
1978         if (isa<AllocaInst>(Operand) || isAllocationFn(Operand, &TLI)) {
1979           // See if the bitcast simplifies, if so, don't nuke this GEP yet.
1980           if (Instruction *I = visitBitCast(*BCI)) {
1981             if (I != BCI) {
1982               I->takeName(BCI);
1983               BCI->getParent()->getInstList().insert(BCI->getIterator(), I);
1984               replaceInstUsesWith(*BCI, I);
1985             }
1986             return &GEP;
1987           }
1988         }
1989
1990         if (Operand->getType()->getPointerAddressSpace() != GEP.getAddressSpace())
1991           return new AddrSpaceCastInst(Operand, GEP.getType());
1992         return new BitCastInst(Operand, GEP.getType());
1993       }
1994
1995       // Otherwise, if the offset is non-zero, we need to find out if there is a
1996       // field at Offset in 'A's type.  If so, we can pull the cast through the
1997       // GEP.
1998       SmallVector<Value*, 8> NewIndices;
1999       if (FindElementAtOffset(OpType, Offset.getSExtValue(), NewIndices)) {
2000         Value *NGEP =
2001             GEP.isInBounds()
2002                 ? Builder.CreateInBoundsGEP(nullptr, Operand, NewIndices)
2003                 : Builder.CreateGEP(nullptr, Operand, NewIndices);
2004
2005         if (NGEP->getType() == GEP.getType())
2006           return replaceInstUsesWith(GEP, NGEP);
2007         NGEP->takeName(&GEP);
2008
2009         if (NGEP->getType()->getPointerAddressSpace() != GEP.getAddressSpace())
2010           return new AddrSpaceCastInst(NGEP, GEP.getType());
2011         return new BitCastInst(NGEP, GEP.getType());
2012       }
2013     }
2014   }
2015
2016   if (!GEP.isInBounds()) {
2017     unsigned PtrWidth =
2018         DL.getPointerSizeInBits(PtrOp->getType()->getPointerAddressSpace());
2019     APInt BasePtrOffset(PtrWidth, 0);
2020     Value *UnderlyingPtrOp =
2021             PtrOp->stripAndAccumulateInBoundsConstantOffsets(DL,
2022                                                              BasePtrOffset);
2023     if (auto *AI = dyn_cast<AllocaInst>(UnderlyingPtrOp)) {
2024       if (GEP.accumulateConstantOffset(DL, BasePtrOffset) &&
2025           BasePtrOffset.isNonNegative()) {
2026         APInt AllocSize(PtrWidth, DL.getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType()));
2027         if (BasePtrOffset.ule(AllocSize)) {
2028           return GetElementPtrInst::CreateInBounds(
2029               PtrOp, makeArrayRef(Ops).slice(1), GEP.getName());
2030         }
2031       }
2032     }
2033   }
2034
2035   return nullptr;
2036 }
2037
2038 static bool isNeverEqualToUnescapedAlloc(Value *V, const TargetLibraryInfo *TLI,
2039                                          Instruction *AI) {
2040   if (isa<ConstantPointerNull>(V))
2041     return true;
2042   if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(V))
2043     return isa<GlobalVariable>(LI->getPointerOperand());
2044   // Two distinct allocations will never be equal.
2045   // We rely on LookThroughBitCast in isAllocLikeFn being false, since looking
2046   // through bitcasts of V can cause
2047   // the result statement below to be true, even when AI and V (ex:
2048   // i8* ->i32* ->i8* of AI) are the same allocations.
2049   return isAllocLikeFn(V, TLI) && V != AI;
2050 }
2051
2052 static bool isAllocSiteRemovable(Instruction *AI,
2053                                  SmallVectorImpl<WeakTrackingVH> &Users,
2054                                  const TargetLibraryInfo *TLI) {
2055   SmallVector<Instruction*, 4> Worklist;
2056   Worklist.push_back(AI);
2057
2058   do {
2059     Instruction *PI = Worklist.pop_back_val();
2060     for (User *U : PI->users()) {
2061       Instruction *I = cast<Instruction>(U);
2062       switch (I->getOpcode()) {
2063       default:
2064         // Give up the moment we see something we can't handle.
2065         return false;
2066
2067       case Instruction::AddrSpaceCast:
2068       case Instruction::BitCast:
2069       case Instruction::GetElementPtr:
2070         Users.emplace_back(I);
2071         Worklist.push_back(I);
2072         continue;
2073
2074       case Instruction::ICmp: {
2075         ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(I);
2076         // We can fold eq/ne comparisons with null to false/true, respectively.
2077         // We also fold comparisons in some conditions provided the alloc has
2078         // not escaped (see isNeverEqualToUnescapedAlloc).
2079         if (!ICI->isEquality())
2080           return false;
2081         unsigned OtherIndex = (ICI->getOperand(0) == PI) ? 1 : 0;
2082         if (!isNeverEqualToUnescapedAlloc(ICI->getOperand(OtherIndex), TLI, AI))
2083           return false;
2084         Users.emplace_back(I);
2085         continue;
2086       }
2087
2088       case Instruction::Call:
2089         // Ignore no-op and store intrinsics.
2090         if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
2091           switch (II->getIntrinsicID()) {
2092           default:
2093             return false;
2094
2095           case Intrinsic::memmove:
2096           case Intrinsic::memcpy:
2097           case Intrinsic::memset: {
2098             MemIntrinsic *MI = cast<MemIntrinsic>(II);
2099             if (MI->isVolatile() || MI->getRawDest() != PI)
2100               return false;
2101             LLVM_FALLTHROUGH;
2102           }
2103           case Intrinsic::invariant_start:
2104           case Intrinsic::invariant_end:
2105           case Intrinsic::lifetime_start:
2106           case Intrinsic::lifetime_end:
2107           case Intrinsic::objectsize:
2108             Users.emplace_back(I);
2109             continue;
2110           }
2111         }
2112
2113         if (isFreeCall(I, TLI)) {
2114           Users.emplace_back(I);
2115           continue;
2116         }
2117         return false;
2118
2119       case Instruction::Store: {
2120         StoreInst *SI = cast<StoreInst>(I);
2121         if (SI->isVolatile() || SI->getPointerOperand() != PI)
2122           return false;
2123         Users.emplace_back(I);
2124         continue;
2125       }
2126       }
2127       llvm_unreachable("missing a return?");
2128     }
2129   } while (!Worklist.empty());
2130   return true;
2131 }
2132
2133 Instruction *InstCombiner::visitAllocSite(Instruction &MI) {
2134   // If we have a malloc call which is only used in any amount of comparisons
2135   // to null and free calls, delete the calls and replace the comparisons with
2136   // true or false as appropriate.
2137   SmallVector<WeakTrackingVH, 64> Users;
2138
2139   // If we are removing an alloca with a dbg.declare, insert dbg.value calls
2140   // before each store.
2141   TinyPtrVector<DbgInfoIntrinsic *> DIIs;
2142   std::unique_ptr<DIBuilder> DIB;
2143   if (isa<AllocaInst>(MI)) {
2144     DIIs = FindDbgAddrUses(&MI);
2145     DIB.reset(new DIBuilder(*MI.getModule(), /*AllowUnresolved=*/false));
2146   }
2147
2148   if (isAllocSiteRemovable(&MI, Users, &TLI)) {
2149     for (unsigned i = 0, e = Users.size(); i != e; ++i) {
2150       // Lowering all @llvm.objectsize calls first because they may
2151       // use a bitcast/GEP of the alloca we are removing.
2152       if (!Users[i])
2153        continue;
2154
2155       Instruction *I = cast<Instruction>(&*Users[i]);
2156
2157       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
2158         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::objectsize) {
2159           ConstantInt *Result = lowerObjectSizeCall(II, DL, &TLI,
2160                                                     /*MustSucceed=*/true);
2161           replaceInstUsesWith(*I, Result);
2162           eraseInstFromFunction(*I);
2163           Users[i] = nullptr; // Skip examining in the next loop.
2164         }
2165       }
2166     }
2167     for (unsigned i = 0, e = Users.size(); i != e; ++i) {
2168       if (!Users[i])
2169         continue;
2170
2171       Instruction *I = cast<Instruction>(&*Users[i]);
2172
2173       if (ICmpInst *C = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
2174         replaceInstUsesWith(*C,
2175                             ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(C->getContext()),
2176                                              C->isFalseWhenEqual()));
2177       } else if (isa<BitCastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I) ||
2178                  isa<AddrSpaceCastInst>(I)) {
2179         replaceInstUsesWith(*I, UndefValue::get(I->getType()));
2180       } else if (auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
2181         for (auto *DII : DIIs)
2182           ConvertDebugDeclareToDebugValue(DII, SI, *DIB);
2183       }
2184       eraseInstFromFunction(*I);
2185     }
2186
2187     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(&MI)) {
2188       // Replace invoke with a NOP intrinsic to maintain the original CFG
2189       Module *M = II->getModule();
2190       Function *F = Intrinsic::getDeclaration(M, Intrinsic::donothing);
2191       InvokeInst::Create(F, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
2192                          None, "", II->getParent());
2193     }
2194
2195     for (auto *DII : DIIs)
2196       eraseInstFromFunction(*DII);
2197
2198     return eraseInstFromFunction(MI);
2199   }
2200   return nullptr;
2201 }
2202
2203 /// \brief Move the call to free before a NULL test.
2204 ///
2205 /// Check if this free is accessed after its argument has been test
2206 /// against NULL (property 0).
2207 /// If yes, it is legal to move this call in its predecessor block.
2208 ///
2209 /// The move is performed only if the block containing the call to free
2210 /// will be removed, i.e.:
2211 /// 1. it has only one predecessor P, and P has two successors
2212 /// 2. it contains the call and an unconditional branch
2213 /// 3. its successor is the same as its predecessor's successor
2214 ///
2215 /// The profitability is out-of concern here and this function should
2216 /// be called only if the caller knows this transformation would be
2217 /// profitable (e.g., for code size).
2218 static Instruction *
2219 tryToMoveFreeBeforeNullTest(CallInst &FI) {
2220   Value *Op = FI.getArgOperand(0);
2221   BasicBlock *FreeInstrBB = FI.getParent();
2222   BasicBlock *PredBB = FreeInstrBB->getSinglePredecessor();
2223
2224   // Validate part of constraint #1: Only one predecessor
2225   // FIXME: We can extend the number of predecessor, but in that case, we
2226   //        would duplicate the call to free in each predecessor and it may
2227   //        not be profitable even for code size.
2228   if (!PredBB)
2229     return nullptr;
2230
2231   // Validate constraint #2: Does this block contains only the call to
2232   //                         free and an unconditional branch?
2233   // FIXME: We could check if we can speculate everything in the
2234   //        predecessor block
2235   if (FreeInstrBB->size() != 2)
2236     return nullptr;
2237   BasicBlock *SuccBB;
2238   if (!match(FreeInstrBB->getTerminator(), m_UnconditionalBr(SuccBB)))
2239     return nullptr;
2240
2241   // Validate the rest of constraint #1 by matching on the pred branch.
2242   TerminatorInst *TI = PredBB->getTerminator();
2243   BasicBlock *TrueBB, *FalseBB;
2244   ICmpInst::Predicate Pred;
2245   if (!match(TI, m_Br(m_ICmp(Pred, m_Specific(Op), m_Zero()), TrueBB, FalseBB)))
2246     return nullptr;
2247   if (Pred != ICmpInst::ICMP_EQ && Pred != ICmpInst::ICMP_NE)
2248     return nullptr;
2249
2250   // Validate constraint #3: Ensure the null case just falls through.
2251   if (SuccBB != (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ ? TrueBB : FalseBB))
2252     return nullptr;
2253   assert(FreeInstrBB == (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ ? FalseBB : TrueBB) &&
2254          "Broken CFG: missing edge from predecessor to successor");
2255
2256   FI.moveBefore(TI);
2257   return &FI;
2258 }
2259
2260 Instruction *InstCombiner::visitFree(CallInst &FI) {
2261   Value *Op = FI.getArgOperand(0);
2262
2263   // free undef -> unreachable.
2264   if (isa<UndefValue>(Op)) {
2265     // Insert a new store to null because we cannot modify the CFG here.
2266     Builder.CreateStore(ConstantInt::getTrue(FI.getContext()),
2267                         UndefValue::get(Type::getInt1PtrTy(FI.getContext())));
2268     return eraseInstFromFunction(FI);
2269   }
2270
2271   // If we have 'free null' delete the instruction.  This can happen in stl code
2272   // when lots of inlining happens.
2273   if (isa<ConstantPointerNull>(Op))
2274     return eraseInstFromFunction(FI);
2275
2276   // If we optimize for code size, try to move the call to free before the null
2277   // test so that simplify cfg can remove the empty block and dead code
2278   // elimination the branch. I.e., helps to turn something like:
2279   // if (foo) free(foo);
2280   // into
2281   // free(foo);
2282   if (MinimizeSize)
2283     if (Instruction *I = tryToMoveFreeBeforeNullTest(FI))
2284       return I;
2285
2286   return nullptr;
2287 }
2288
2289 Instruction *InstCombiner::visitReturnInst(ReturnInst &RI) {
2290   if (RI.getNumOperands() == 0) // ret void
2291     return nullptr;
2292
2293   Value *ResultOp = RI.getOperand(0);
2294   Type *VTy = ResultOp->getType();
2295   if (!VTy->isIntegerTy())
2296     return nullptr;
2297
2298   // There might be assume intrinsics dominating this return that completely
2299   // determine the value. If so, constant fold it.
2300   KnownBits Known = computeKnownBits(ResultOp, 0, &RI);
2301   if (Known.isConstant())
2302     RI.setOperand(0, Constant::getIntegerValue(VTy, Known.getConstant()));
2303
2304   return nullptr;
2305 }
2306
2307 Instruction *InstCombiner::visitBranchInst(BranchInst &BI) {
2308   // Change br (not X), label True, label False to: br X, label False, True
2309   Value *X = nullptr;
2310   BasicBlock *TrueDest;
2311   BasicBlock *FalseDest;
2312   if (match(&BI, m_Br(m_Not(m_Value(X)), TrueDest, FalseDest)) &&
2313       !isa<Constant>(X)) {
2314     // Swap Destinations and condition...
2315     BI.setCondition(X);
2316     BI.swapSuccessors();
2317     return &BI;
2318   }
2319
2320   // If the condition is irrelevant, remove the use so that other
2321   // transforms on the condition become more effective.
2322   if (BI.isConditional() && !isa<ConstantInt>(BI.getCondition()) &&
2323       BI.getSuccessor(0) == BI.getSuccessor(1)) {
2324     BI.setCondition(ConstantInt::getFalse(BI.getCondition()->getType()));
2325     return &BI;
2326   }
2327
2328   // Canonicalize, for example, icmp_ne -> icmp_eq or fcmp_one -> fcmp_oeq.
2329   CmpInst::Predicate Pred;
2330   if (match(&BI, m_Br(m_OneUse(m_Cmp(Pred, m_Value(), m_Value())), TrueDest,
2331                       FalseDest)) &&
2332       !isCanonicalPredicate(Pred)) {
2333     // Swap destinations and condition.
2334     CmpInst *Cond = cast<CmpInst>(BI.getCondition());
2335     Cond->setPredicate(CmpInst::getInversePredicate(Pred));
2336     BI.swapSuccessors();
2337     Worklist.Add(Cond);
2338     return &BI;
2339   }
2340
2341   return nullptr;
2342 }
2343
2344 Instruction *InstCombiner::visitSwitchInst(SwitchInst &SI) {
2345   Value *Cond = SI.getCondition();
2346   Value *Op0;
2347   ConstantInt *AddRHS;
2348   if (match(Cond, m_Add(m_Value(Op0), m_ConstantInt(AddRHS)))) {
2349     // Change 'switch (X+4) case 1:' into 'switch (X) case -3'.
2350     for (auto Case : SI.cases()) {
2351       Constant *NewCase = ConstantExpr::getSub(Case.getCaseValue(), AddRHS);
2352       assert(isa<ConstantInt>(NewCase) &&
2353              "Result of expression should be constant");
2354       Case.setValue(cast<ConstantInt>(NewCase));
2355     }
2356     SI.setCondition(Op0);
2357     return &SI;
2358   }
2359
2360   KnownBits Known = computeKnownBits(Cond, 0, &SI);
2361   unsigned LeadingKnownZeros = Known.countMinLeadingZeros();
2362   unsigned LeadingKnownOnes = Known.countMinLeadingOnes();
2363
2364   // Compute the number of leading bits we can ignore.
2365   // TODO: A better way to determine this would use ComputeNumSignBits().
2366   for (auto &C : SI.cases()) {
2367     LeadingKnownZeros = std::min(
2368         LeadingKnownZeros, C.getCaseValue()->getValue().countLeadingZeros());
2369     LeadingKnownOnes = std::min(
2370         LeadingKnownOnes, C.getCaseValue()->getValue().countLeadingOnes());
2371   }
2372
2373   unsigned NewWidth = Known.getBitWidth() - std::max(LeadingKnownZeros, LeadingKnownOnes);
2374
2375   // Shrink the condition operand if the new type is smaller than the old type.
2376   // This may produce a non-standard type for the switch, but that's ok because
2377   // the backend should extend back to a legal type for the target.
2378   if (NewWidth > 0 && NewWidth < Known.getBitWidth()) {
2379     IntegerType *Ty = IntegerType::get(SI.getContext(), NewWidth);
2380     Builder.SetInsertPoint(&SI);
2381     Value *NewCond = Builder.CreateTrunc(Cond, Ty, "trunc");
2382     SI.setCondition(NewCond);
2383
2384     for (auto Case : SI.cases()) {
2385       APInt TruncatedCase = Case.getCaseValue()->getValue().trunc(NewWidth);
2386       Case.setValue(ConstantInt::get(SI.getContext(), TruncatedCase));
2387     }
2388     return &SI;
2389   }
2390
2391   return nullptr;
2392 }
2393
2394 Instruction *InstCombiner::visitExtractValueInst(ExtractValueInst &EV) {
2395   Value *Agg = EV.getAggregateOperand();
2396
2397   if (!EV.hasIndices())
2398     return replaceInstUsesWith(EV, Agg);
2399
2400   if (Value *V = SimplifyExtractValueInst(Agg, EV.getIndices(),
2401                                           SQ.getWithInstruction(&EV)))
2402     return replaceInstUsesWith(EV, V);
2403
2404   if (InsertValueInst *IV = dyn_cast<InsertValueInst>(Agg)) {
2405     // We're extracting from an insertvalue instruction, compare the indices
2406     const unsigned *exti, *exte, *insi, *inse;
2407     for (exti = EV.idx_begin(), insi = IV->idx_begin(),
2408          exte = EV.idx_end(), inse = IV->idx_end();
2409          exti != exte && insi != inse;
2410          ++exti, ++insi) {
2411       if (*insi != *exti)
2412         // The insert and extract both reference distinctly different elements.
2413         // This means the extract is not influenced by the insert, and we can
2414         // replace the aggregate operand of the extract with the aggregate
2415         // operand of the insert. i.e., replace
2416         // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, { i32 } { i32 42 }, 1
2417         // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 0
2418         // with
2419         // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %A, 0
2420         return ExtractValueInst::Create(IV->getAggregateOperand(),
2421                                         EV.getIndices());
2422     }
2423     if (exti == exte && insi == inse)
2424       // Both iterators are at the end: Index lists are identical. Replace
2425       // %B = insertvalue { i32, { i32 } } %A, i32 42, 1, 0
2426       // %C = extractvalue { i32, { i32 } } %B, 1, 0
2427       // with "i32 42"
2428       return replaceInstUsesWith(EV, IV->getInsertedValueOperand());
2429     if (exti == exte) {
2430       // The extract list is a prefix of the insert list. i.e. replace
2431       // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, i32 42, 1, 0
2432       // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 1
2433       // with
2434       // %X = extractvalue { i32, { i32 } } %A, 1
2435       // %E = insertvalue { i32 } %X, i32 42, 0
2436       // by switching the order of the insert and extract (though the
2437       // insertvalue should be left in, since it may have other uses).
2438       Value *NewEV = Builder.CreateExtractValue(IV->getAggregateOperand(),
2439                                                 EV.getIndices());
2440       return InsertValueInst::Create(NewEV, IV->getInsertedValueOperand(),
2441                                      makeArrayRef(insi, inse));
2442     }
2443     if (insi == inse)
2444       // The insert list is a prefix of the extract list
2445       // We can simply remove the common indices from the extract and make it
2446       // operate on the inserted value instead of the insertvalue result.
2447       // i.e., replace
2448       // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, { i32 } { i32 42 }, 1
2449       // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 1, 0
2450       // with
2451       // %E extractvalue { i32 } { i32 42 }, 0
2452       return ExtractValueInst::Create(IV->getInsertedValueOperand(),
2453                                       makeArrayRef(exti, exte));
2454   }
2455   if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Agg)) {
2456     // We're extracting from an intrinsic, see if we're the only user, which
2457     // allows us to simplify multiple result intrinsics to simpler things that
2458     // just get one value.
2459     if (II->hasOneUse()) {
2460       // Check if we're grabbing the overflow bit or the result of a 'with
2461       // overflow' intrinsic.  If it's the latter we can remove the intrinsic
2462       // and replace it with a traditional binary instruction.
2463       switch (II->getIntrinsicID()) {
2464       case Intrinsic::uadd_with_overflow:
2465       case Intrinsic::sadd_with_overflow:
2466         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
2467           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
2468           replaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
2469           eraseInstFromFunction(*II);
2470           return BinaryOperator::CreateAdd(LHS, RHS);
2471         }
2472
2473         // If the normal result of the add is dead, and the RHS is a constant,
2474         // we can transform this into a range comparison.
2475         // overflow = uadd a, -4  -->  overflow = icmp ugt a, 3
2476         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::uadd_with_overflow)
2477           if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(1)))
2478             return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_UGT, II->getArgOperand(0),
2479                                 ConstantExpr::getNot(CI));
2480         break;
2481       case Intrinsic::usub_with_overflow:
2482       case Intrinsic::ssub_with_overflow:
2483         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
2484           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
2485           replaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
2486           eraseInstFromFunction(*II);
2487           return BinaryOperator::CreateSub(LHS, RHS);
2488         }
2489         break;
2490       case Intrinsic::umul_with_overflow:
2491       case Intrinsic::smul_with_overflow:
2492         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
2493           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
2494           replaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
2495           eraseInstFromFunction(*II);
2496           return BinaryOperator::CreateMul(LHS, RHS);
2497         }
2498         break;
2499       default:
2500         break;
2501       }
2502     }
2503   }
2504   if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(Agg))
2505     // If the (non-volatile) load only has one use, we can rewrite this to a
2506     // load from a GEP. This reduces the size of the load. If a load is used
2507     // only by extractvalue instructions then this either must have been
2508     // optimized before, or it is a struct with padding, in which case we
2509     // don't want to do the transformation as it loses padding knowledge.
2510     if (L->isSimple() && L->hasOneUse()) {
2511       // extractvalue has integer indices, getelementptr has Value*s. Convert.
2512       SmallVector<Value*, 4> Indices;
2513       // Prefix an i32 0 since we need the first element.
2514       Indices.push_back(Builder.getInt32(0));
2515       for (ExtractValueInst::idx_iterator I = EV.idx_begin(), E = EV.idx_end();
2516             I != E; ++I)
2517         Indices.push_back(Builder.getInt32(*I));
2518
2519       // We need to insert these at the location of the old load, not at that of
2520       // the extractvalue.
2521       Builder.SetInsertPoint(L);
2522       Value *GEP = Builder.CreateInBoundsGEP(L->getType(),
2523                                              L->getPointerOperand(), Indices);
2524       Instruction *NL = Builder.CreateLoad(GEP);
2525       // Whatever aliasing information we had for the orignal load must also
2526       // hold for the smaller load, so propagate the annotations.
2527       AAMDNodes Nodes;
2528       L->getAAMetadata(Nodes);
2529       NL->setAAMetadata(Nodes);
2530       // Returning the load directly will cause the main loop to insert it in
2531       // the wrong spot, so use replaceInstUsesWith().
2532       return replaceInstUsesWith(EV, NL);
2533     }
2534   // We could simplify extracts from other values. Note that nested extracts may
2535   // already be simplified implicitly by the above: extract (extract (insert) )
2536   // will be translated into extract ( insert ( extract ) ) first and then just
2537   // the value inserted, if appropriate. Similarly for extracts from single-use
2538   // loads: extract (extract (load)) will be translated to extract (load (gep))
2539   // and if again single-use then via load (gep (gep)) to load (gep).
2540   // However, double extracts from e.g. function arguments or return values
2541   // aren't handled yet.
2542   return nullptr;
2543 }
2544
2545 /// Return 'true' if the given typeinfo will match anything.
2546 static bool isCatchAll(EHPersonality Personality, Constant *TypeInfo) {
2547   switch (Personality) {
2548   case EHPersonality::GNU_C:
2549   case EHPersonality::GNU_C_SjLj:
2550   case EHPersonality::Rust:
2551     // The GCC C EH and Rust personality only exists to support cleanups, so
2552     // it's not clear what the semantics of catch clauses are.
2553     return false;
2554   case EHPersonality::Unknown:
2555     return false;
2556   case EHPersonality::GNU_Ada:
2557     // While __gnat_all_others_value will match any Ada exception, it doesn't
2558     // match foreign exceptions (or didn't, before gcc-4.7).
2559     return false;
2560   case EHPersonality::GNU_CXX:
2561   case EHPersonality::GNU_CXX_SjLj:
2562   case EHPersonality::GNU_ObjC:
2563   case EHPersonality::MSVC_X86SEH:
2564   case EHPersonality::MSVC_Win64SEH:
2565   case EHPersonality::MSVC_CXX:
2566   case EHPersonality::CoreCLR:
2567     return TypeInfo->isNullValue();
2568   }
2569   llvm_unreachable("invalid enum");
2570 }
2571
2572 static bool shorter_filter(const Value *LHS, const Value *RHS) {
2573   return
2574     cast<ArrayType>(LHS->getType())->getNumElements()
2575   <
2576     cast<ArrayType>(RHS->getType())->getNumElements();
2577 }
2578
2579 Instruction *InstCombiner::visitLandingPadInst(LandingPadInst &LI) {
2580   // The logic here should be correct for any real-world personality function.
2581   // However if that turns out not to be true, the offending logic can always
2582   // be conditioned on the personality function, like the catch-all logic is.
2583   EHPersonality Personality =
2584       classifyEHPersonality(LI.getParent()->getParent()->getPersonalityFn());
2585
2586   // Simplify the list of clauses, eg by removing repeated catch clauses
2587   // (these are often created by inlining).
2588   bool MakeNewInstruction = false; // If true, recreate using the following:
2589   SmallVector<Constant *, 16> NewClauses; // - Clauses for the new instruction;
2590   bool CleanupFlag = LI.isCleanup();   // - The new instruction is a cleanup.
2591
2592   SmallPtrSet<Value *, 16> AlreadyCaught; // Typeinfos known caught already.
2593   for (unsigned i = 0, e = LI.getNumClauses(); i != e; ++i) {
2594     bool isLastClause = i + 1 == e;
2595     if (LI.isCatch(i)) {
2596       // A catch clause.
2597       Constant *CatchClause = LI.getClause(i);
2598       Constant *TypeInfo = CatchClause->stripPointerCasts();
2599
2600       // If we already saw this clause, there is no point in having a second
2601       // copy of it.
2602       if (AlreadyCaught.insert(TypeInfo).second) {
2603         // This catch clause was not already seen.
2604         NewClauses.push_back(CatchClause);
2605       } else {
2606         // Repeated catch clause - drop the redundant copy.
2607         MakeNewInstruction = true;
2608       }
2609
2610       // If this is a catch-all then there is no point in keeping any following
2611       // clauses or marking the landingpad as having a cleanup.
2612       if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
2613         if (!isLastClause)
2614           MakeNewInstruction = true;
2615         CleanupFlag = false;
2616         break;
2617       }
2618     } else {
2619       // A filter clause.  If any of the filter elements were already caught
2620       // then they can be dropped from the filter.  It is tempting to try to
2621       // exploit the filter further by saying that any typeinfo that does not
2622       // occur in the filter can't be caught later (and thus can be dropped).
2623       // However this would be wrong, since typeinfos can match without being
2624       // equal (for example if one represents a C++ class, and the other some
2625       // class derived from it).
2626       assert(LI.isFilter(i) && "Unsupported landingpad clause!");
2627       Constant *FilterClause = LI.getClause(i);
2628       ArrayType *FilterType = cast<ArrayType>(FilterClause->getType());
2629       unsigned NumTypeInfos = FilterType->getNumElements();
2630
2631       // An empty filter catches everything, so there is no point in keeping any
2632       // following clauses or marking the landingpad as having a cleanup.  By
2633       // dealing with this case here the following code is made a bit simpler.
2634       if (!NumTypeInfos) {
2635         NewClauses.push_back(FilterClause);
2636         if (!isLastClause)
2637           MakeNewInstruction = true;
2638         CleanupFlag = false;
2639         break;
2640       }
2641
2642       bool MakeNewFilter = false; // If true, make a new filter.
2643       SmallVector<Constant *, 16> NewFilterElts; // New elements.
2644       if (isa<ConstantAggregateZero>(FilterClause)) {
2645         // Not an empty filter - it contains at least one null typeinfo.
2646         assert(NumTypeInfos > 0 && "Should have handled empty filter already!");
2647         Constant *TypeInfo =
2648           Constant::getNullValue(FilterType->getElementType());
2649         // If this typeinfo is a catch-all then the filter can never match.
2650         if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
2651           // Throw the filter away.
2652           MakeNewInstruction = true;
2653           continue;
2654         }
2655
2656         // There is no point in having multiple copies of this typeinfo, so
2657         // discard all but the first copy if there is more than one.
2658         NewFilterElts.push_back(TypeInfo);
2659         if (NumTypeInfos > 1)
2660           MakeNewFilter = true;
2661       } else {
2662         ConstantArray *Filter = cast<ConstantArray>(FilterClause);
2663         SmallPtrSet<Value *, 16> SeenInFilter; // For uniquing the elements.
2664         NewFilterElts.reserve(NumTypeInfos);
2665
2666         // Remove any filter elements that were already caught or that already
2667         // occurred in the filter.  While there, see if any of the elements are
2668         // catch-alls.  If so, the filter can be discarded.
2669         bool SawCatchAll = false;
2670         for (unsigned j = 0; j != NumTypeInfos; ++j) {
2671           Constant *Elt = Filter->getOperand(j);
2672           Constant *TypeInfo = Elt->stripPointerCasts();
2673           if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
2674             // This element is a catch-all.  Bail out, noting this fact.
2675             SawCatchAll = true;
2676             break;
2677           }
2678
2679           // Even if we've seen a type in a catch clause, we don't want to
2680           // remove it from the filter.  An unexpected type handler may be
2681           // set up for a call site which throws an exception of the same
2682           // type caught.  In order for the exception thrown by the unexpected
2683           // handler to propagate correctly, the filter must be correctly
2684           // described for the call site.
2685           //
2686           // Example:
2687           //
2688           // void unexpected() { throw 1;}
2689           // void foo() throw (int) {
2690           //   std::set_unexpected(unexpected);
2691           //   try {
2692           //     throw 2.0;
2693           //   } catch (int i) {}
2694           // }
2695
2696           // There is no point in having multiple copies of the same typeinfo in
2697           // a filter, so only add it if we didn't already.
2698           if (SeenInFilter.insert(TypeInfo).second)
2699             NewFilterElts.push_back(cast<Constant>(Elt));
2700         }
2701         // A filter containing a catch-all cannot match anything by definition.
2702         if (SawCatchAll) {
2703           // Throw the filter away.
2704           MakeNewInstruction = true;
2705           continue;
2706         }
2707
2708         // If we dropped something from the filter, make a new one.
2709         if (NewFilterElts.size() < NumTypeInfos)
2710           MakeNewFilter = true;
2711       }
2712       if (MakeNewFilter) {
2713         FilterType = ArrayType::get(FilterType->getElementType(),
2714                                     NewFilterElts.size());
2715         FilterClause = ConstantArray::get(FilterType, NewFilterElts);
2716         MakeNewInstruction = true;
2717       }
2718
2719       NewClauses.push_back(FilterClause);
2720
2721       // If the new filter is empty then it will catch everything so there is
2722       // no point in keeping any following clauses or marking the landingpad
2723       // as having a cleanup.  The case of the original filter being empty was
2724       // already handled above.
2725       if (MakeNewFilter && !NewFilterElts.size()) {
2726         assert(MakeNewInstruction && "New filter but not a new instruction!");
2727         CleanupFlag = false;
2728         break;
2729       }
2730     }
2731   }
2732
2733   // If several filters occur in a row then reorder them so that the shortest
2734   // filters come first (those with the smallest number of elements).  This is
2735   // advantageous because shorter filters are more likely to match, speeding up
2736   // unwinding, but mostly because it increases the effectiveness of the other
2737   // filter optimizations below.
2738   for (unsigned i = 0, e = NewClauses.size(); i + 1 < e; ) {
2739     unsigned j;
2740     // Find the maximal 'j' s.t. the range [i, j) consists entirely of filters.
2741     for (j = i; j != e; ++j)
2742       if (!isa<ArrayType>(NewClauses[j]->getType()))
2743         break;
2744
2745     // Check whether the filters are already sorted by length.  We need to know
2746     // if sorting them is actually going to do anything so that we only make a
2747     // new landingpad instruction if it does.
2748     for (unsigned k = i; k + 1 < j; ++k)
2749       if (shorter_filter(NewClauses[k+1], NewClauses[k])) {
2750         // Not sorted, so sort the filters now.  Doing an unstable sort would be
2751         // correct too but reordering filters pointlessly might confuse users.
2752         std::stable_sort(NewClauses.begin() + i, NewClauses.begin() + j,
2753                          shorter_filter);
2754         MakeNewInstruction = true;
2755         break;
2756       }
2757
2758     // Look for the next batch of filters.
2759     i = j + 1;
2760   }
2761
2762   // If typeinfos matched if and only if equal, then the elements of a filter L
2763   // that occurs later than a filter F could be replaced by the intersection of
2764   // the elements of F and L.  In reality two typeinfos can match without being
2765   // equal (for example if one represents a C++ class, and the other some class
2766   // derived from it) so it would be wrong to perform this transform in general.
2767   // However the transform is correct and useful if F is a subset of L.  In that
2768   // case L can be replaced by F, and thus removed altogether since repeating a
2769   // filter is pointless.  So here we look at all pairs of filters F and L where
2770   // L follows F in the list of clauses, and remove L if every element of F is
2771   // an element of L.  This can occur when inlining C++ functions with exception
2772   // specifications.
2773   for (unsigned i = 0; i + 1 < NewClauses.size(); ++i) {
2774     // Examine each filter in turn.
2775     Value *Filter = NewClauses[i];
2776     ArrayType *FTy = dyn_cast<ArrayType>(Filter->getType());
2777     if (!FTy)
2778       // Not a filter - skip it.
2779       continue;
2780     unsigned FElts = FTy->getNumElements();
2781     // Examine each filter following this one.  Doing this backwards means that
2782     // we don't have to worry about filters disappearing under us when removed.
2783     for (unsigned j = NewClauses.size() - 1; j != i; --j) {
2784       Value *LFilter = NewClauses[j];
2785       ArrayType *LTy = dyn_cast<ArrayType>(LFilter->getType());
2786       if (!LTy)
2787         // Not a filter - skip it.
2788         continue;
2789       // If Filter is a subset of LFilter, i.e. every element of Filter is also
2790       // an element of LFilter, then discard LFilter.
2791       SmallVectorImpl<Constant *>::iterator J = NewClauses.begin() + j;
2792       // If Filter is empty then it is a subset of LFilter.
2793       if (!FElts) {
2794         // Discard LFilter.
2795         NewClauses.erase(J);
2796         MakeNewInstruction = true;
2797         // Move on to the next filter.
2798         continue;
2799       }
2800       unsigned LElts = LTy->getNumElements();
2801       // If Filter is longer than LFilter then it cannot be a subset of it.
2802       if (FElts > LElts)
2803         // Move on to the next filter.
2804         continue;
2805       // At this point we know that LFilter has at least one element.
2806       if (isa<ConstantAggregateZero>(LFilter)) { // LFilter only contains zeros.
2807         // Filter is a subset of LFilter iff Filter contains only zeros (as we
2808         // already know that Filter is not longer than LFilter).
2809         if (isa<ConstantAggregateZero>(Filter)) {
2810           assert(FElts <= LElts && "Should have handled this case earlier!");
2811           // Discard LFilter.
2812           NewClauses.erase(J);
2813           MakeNewInstruction = true;
2814         }
2815         // Move on to the next filter.
2816         continue;
2817       }
2818       ConstantArray *LArray = cast<ConstantArray>(LFilter);
2819       if (isa<ConstantAggregateZero>(Filter)) { // Filter only contains zeros.
2820         // Since Filter is non-empty and contains only zeros, it is a subset of
2821         // LFilter iff LFilter contains a zero.
2822         assert(FElts > 0 && "Should have eliminated the empty filter earlier!");
2823         for (unsigned l = 0; l != LElts; ++l)
2824           if (LArray->getOperand(l)->isNullValue()) {
2825             // LFilter contains a zero - discard it.
2826             NewClauses.erase(J);
2827             MakeNewInstruction = true;
2828             break;
2829           }
2830         // Move on to the next filter.
2831         continue;
2832       }
2833       // At this point we know that both filters are ConstantArrays.  Loop over
2834       // operands to see whether every element of Filter is also an element of
2835       // LFilter.  Since filters tend to be short this is probably faster than
2836       // using a method that scales nicely.
2837       ConstantArray *FArray = cast<ConstantArray>(Filter);
2838       bool AllFound = true;
2839       for (unsigned f = 0; f != FElts; ++f) {
2840         Value *FTypeInfo = FArray->getOperand(f)->stripPointerCasts();
2841         AllFound = false;
2842         for (unsigned l = 0; l != LElts; ++l) {
2843           Value *LTypeInfo = LArray->getOperand(l)->stripPointerCasts();
2844           if (LTypeInfo == FTypeInfo) {
2845             AllFound = true;
2846             break;
2847           }
2848         }
2849         if (!AllFound)
2850           break;
2851       }
2852       if (AllFound) {
2853         // Discard LFilter.
2854         NewClauses.erase(J);
2855         MakeNewInstruction = true;
2856       }
2857       // Move on to the next filter.
2858     }
2859   }
2860
2861   // If we changed any of the clauses, replace the old landingpad instruction
2862   // with a new one.
2863   if (MakeNewInstruction) {
2864     LandingPadInst *NLI = LandingPadInst::Create(LI.getType(),
2865                                                  NewClauses.size());
2866     for (unsigned i = 0, e = NewClauses.size(); i != e; ++i)
2867       NLI->addClause(NewClauses[i]);
2868     // A landing pad with no clauses must have the cleanup flag set.  It is
2869     // theoretically possible, though highly unlikely, that we eliminated all
2870     // clauses.  If so, force the cleanup flag to true.
2871     if (NewClauses.empty())
2872       CleanupFlag = true;
2873     NLI->setCleanup(CleanupFlag);
2874     return NLI;
2875   }
2876
2877   // Even if none of the clauses changed, we may nonetheless have understood
2878   // that the cleanup flag is pointless.  Clear it if so.
2879   if (LI.isCleanup() != CleanupFlag) {
2880     assert(!CleanupFlag && "Adding a cleanup, not removing one?!");
2881     LI.setCleanup(CleanupFlag);
2882     return &LI;
2883   }
2884
2885   return nullptr;
2886 }
2887
2888 /// Try to move the specified instruction from its current block into the
2889 /// beginning of DestBlock, which can only happen if it's safe to move the
2890 /// instruction past all of the instructions between it and the end of its
2891 /// block.
2892 static bool TryToSinkInstruction(Instruction *I, BasicBlock *DestBlock) {
2893   assert(I->hasOneUse() && "Invariants didn't hold!");
2894
2895   // Cannot move control-flow-involving, volatile loads, vaarg, etc.
2896   if (isa<PHINode>(I) || I->isEHPad() || I->mayHaveSideEffects() ||
2897       isa<TerminatorInst>(I))
2898     return false;
2899
2900   // Do not sink alloca instructions out of the entry block.
2901   if (isa<AllocaInst>(I) && I->getParent() ==
2902         &DestBlock->getParent()->getEntryBlock())
2903     return false;
2904
2905   // Do not sink into catchswitch blocks.
2906   if (isa<CatchSwitchInst>(DestBlock->getTerminator()))
2907     return false;
2908
2909   // Do not sink convergent call instructions.
2910   if (auto *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
2911     if (CI->isConvergent())
2912       return false;
2913   }
2914   // We can only sink load instructions if there is nothing between the load and
2915   // the end of block that could change the value.
2916   if (I->mayReadFromMemory()) {
2917     for (BasicBlock::iterator Scan = I->getIterator(),
2918                               E = I->getParent()->end();
2919          Scan != E; ++Scan)
2920       if (Scan->mayWriteToMemory())
2921         return false;
2922   }
2923
2924   BasicBlock::iterator InsertPos = DestBlock->getFirstInsertionPt();
2925   I->moveBefore(&*InsertPos);
2926   ++NumSunkInst;
2927   return true;
2928 }
2929
2930 bool InstCombiner::run() {
2931   while (!Worklist.isEmpty()) {
2932     Instruction *I = Worklist.RemoveOne();
2933     if (I == nullptr) continue;  // skip null values.
2934
2935     // Check to see if we can DCE the instruction.
2936     if (isInstructionTriviallyDead(I, &TLI)) {
2937       DEBUG(dbgs() << "IC: DCE: " << *I << '\n');
2938       eraseInstFromFunction(*I);
2939       ++NumDeadInst;
2940       MadeIRChange = true;
2941       continue;
2942     }
2943
2944     if (!DebugCounter::shouldExecute(VisitCounter))
2945       continue;
2946
2947     // Instruction isn't dead, see if we can constant propagate it.
2948     if (!I->use_empty() &&
2949         (I->getNumOperands() == 0 || isa<Constant>(I->getOperand(0)))) {
2950       if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(I, DL, &TLI)) {
2951         DEBUG(dbgs() << "IC: ConstFold to: " << *C << " from: " << *I << '\n');
2952
2953         // Add operands to the worklist.
2954         replaceInstUsesWith(*I, C);
2955         ++NumConstProp;
2956         if (isInstructionTriviallyDead(I, &TLI))
2957           eraseInstFromFunction(*I);
2958         MadeIRChange = true;
2959         continue;
2960       }
2961     }
2962
2963     // In general, it is possible for computeKnownBits to determine all bits in
2964     // a value even when the operands are not all constants.
2965     Type *Ty = I->getType();
2966     if (ExpensiveCombines && !I->use_empty() && Ty->isIntOrIntVectorTy()) {
2967       KnownBits Known = computeKnownBits(I, /*Depth*/0, I);
2968       if (Known.isConstant()) {
2969         Constant *C = ConstantInt::get(Ty, Known.getConstant());
2970         DEBUG(dbgs() << "IC: ConstFold (all bits known) to: " << *C <<
2971                         " from: " << *I << '\n');
2972
2973         // Add operands to the worklist.
2974         replaceInstUsesWith(*I, C);
2975         ++NumConstProp;
2976         if (isInstructionTriviallyDead(I, &TLI))
2977           eraseInstFromFunction(*I);
2978         MadeIRChange = true;
2979         continue;
2980       }
2981     }
2982
2983     // See if we can trivially sink this instruction to a successor basic block.
2984     if (I->hasOneUse()) {
2985       BasicBlock *BB = I->getParent();
2986       Instruction *UserInst = cast<Instruction>(*I->user_begin());
2987       BasicBlock *UserParent;
2988
2989       // Get the block the use occurs in.
2990       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(UserInst))
2991         UserParent = PN->getIncomingBlock(*I->use_begin());
2992       else
2993         UserParent = UserInst->getParent();
2994
2995       if (UserParent != BB) {
2996         bool UserIsSuccessor = false;
2997         // See if the user is one of our successors.
2998         for (succ_iterator SI = succ_begin(BB), E = succ_end(BB); SI != E; ++SI)
2999           if (*SI == UserParent) {
3000             UserIsSuccessor = true;
3001             break;
3002           }
3003
3004         // If the user is one of our immediate successors, and if that successor
3005         // only has us as a predecessors (we'd have to split the critical edge
3006         // otherwise), we can keep going.
3007         if (UserIsSuccessor && UserParent->getUniquePredecessor()) {
3008           // Okay, the CFG is simple enough, try to sink this instruction.
3009           if (TryToSinkInstruction(I, UserParent)) {
3010             DEBUG(dbgs() << "IC: Sink: " << *I << '\n');
3011             MadeIRChange = true;
3012             // We'll add uses of the sunk instruction below, but since sinking
3013             // can expose opportunities for it's *operands* add them to the
3014             // worklist
3015             for (Use &U : I->operands())
3016               if (Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(U.get()))
3017                 Worklist.Add(OpI);
3018           }
3019         }
3020       }
3021     }
3022
3023     // Now that we have an instruction, try combining it to simplify it.
3024     Builder.SetInsertPoint(I);
3025     Builder.SetCurrentDebugLocation(I->getDebugLoc());
3026
3027 #ifndef NDEBUG
3028     std::string OrigI;
3029 #endif
3030     DEBUG(raw_string_ostream SS(OrigI); I->print(SS); OrigI = SS.str(););
3031     DEBUG(dbgs() << "IC: Visiting: " << OrigI << '\n');
3032
3033     if (Instruction *Result = visit(*I)) {
3034       ++NumCombined;
3035       // Should we replace the old instruction with a new one?
3036       if (Result != I) {
3037         DEBUG(dbgs() << "IC: Old = " << *I << '\n'
3038                      << "    New = " << *Result << '\n');
3039
3040         if (I->getDebugLoc())
3041           Result->setDebugLoc(I->getDebugLoc());
3042         // Everything uses the new instruction now.
3043         I->replaceAllUsesWith(Result);
3044
3045         // Move the name to the new instruction first.
3046         Result->takeName(I);
3047
3048         // Push the new instruction and any users onto the worklist.
3049         Worklist.AddUsersToWorkList(*Result);
3050         Worklist.Add(Result);
3051
3052         // Insert the new instruction into the basic block...
3053         BasicBlock *InstParent = I->getParent();
3054         BasicBlock::iterator InsertPos = I->getIterator();
3055
3056         // If we replace a PHI with something that isn't a PHI, fix up the
3057         // insertion point.
3058         if (!isa<PHINode>(Result) && isa<PHINode>(InsertPos))
3059           InsertPos = InstParent->getFirstInsertionPt();
3060
3061         InstParent->getInstList().insert(InsertPos, Result);
3062
3063         eraseInstFromFunction(*I);
3064       } else {
3065         DEBUG(dbgs() << "IC: Mod = " << OrigI << '\n'
3066                      << "    New = " << *I << '\n');
3067
3068         // If the instruction was modified, it's possible that it is now dead.
3069         // if so, remove it.
3070         if (isInstructionTriviallyDead(I, &TLI)) {
3071           eraseInstFromFunction(*I);
3072         } else {
3073           Worklist.AddUsersToWorkList(*I);
3074           Worklist.Add(I);
3075         }
3076       }
3077       MadeIRChange = true;
3078     }
3079   }
3080
3081   Worklist.Zap();
3082   return MadeIRChange;
3083 }
3084
3085 /// Walk the function in depth-first order, adding all reachable code to the
3086 /// worklist.
3087 ///
3088 /// This has a couple of tricks to make the code faster and more powerful.  In
3089 /// particular, we constant fold and DCE instructions as we go, to avoid adding
3090 /// them to the worklist (this significantly speeds up instcombine on code where
3091 /// many instructions are dead or constant).  Additionally, if we find a branch
3092 /// whose condition is a known constant, we only visit the reachable successors.
3093 static bool AddReachableCodeToWorklist(BasicBlock *BB, const DataLayout &DL,
3094                                        SmallPtrSetImpl<BasicBlock *> &Visited,
3095                                        InstCombineWorklist &ICWorklist,
3096                                        const TargetLibraryInfo *TLI) {
3097   bool MadeIRChange = false;
3098   SmallVector<BasicBlock*, 256> Worklist;
3099   Worklist.push_back(BB);
3100
3101   SmallVector<Instruction*, 128> InstrsForInstCombineWorklist;
3102   DenseMap<Constant *, Constant *> FoldedConstants;
3103
3104   do {
3105     BB = Worklist.pop_back_val();
3106
3107     // We have now visited this block!  If we've already been here, ignore it.
3108     if (!Visited.insert(BB).second)
3109       continue;
3110
3111     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(), E = BB->end(); BBI != E; ) {
3112       Instruction *Inst = &*BBI++;
3113
3114       // DCE instruction if trivially dead.
3115       if (isInstructionTriviallyDead(Inst, TLI)) {
3116         ++NumDeadInst;
3117         DEBUG(dbgs() << "IC: DCE: " << *Inst << '\n');
3118         salvageDebugInfo(*Inst);
3119         Inst->eraseFromParent();
3120         MadeIRChange = true;
3121         continue;
3122       }
3123
3124       // ConstantProp instruction if trivially constant.
3125       if (!Inst->use_empty() &&
3126           (Inst->getNumOperands() == 0 || isa<Constant>(Inst->getOperand(0))))
3127         if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(Inst, DL, TLI)) {
3128           DEBUG(dbgs() << "IC: ConstFold to: " << *C << " from: "
3129                        << *Inst << '\n');
3130           Inst->replaceAllUsesWith(C);
3131           ++NumConstProp;
3132           if (isInstructionTriviallyDead(Inst, TLI))
3133             Inst->eraseFromParent();
3134           MadeIRChange = true;
3135           continue;
3136         }
3137
3138       // See if we can constant fold its operands.
3139       for (Use &U : Inst->operands()) {
3140         if (!isa<ConstantVector>(U) && !isa<ConstantExpr>(U))
3141           continue;
3142
3143         auto *C = cast<Constant>(U);
3144         Constant *&FoldRes = FoldedConstants[C];
3145         if (!FoldRes)
3146           FoldRes = ConstantFoldConstant(C, DL, TLI);
3147         if (!FoldRes)
3148           FoldRes = C;
3149
3150         if (FoldRes != C) {
3151           DEBUG(dbgs() << "IC: ConstFold operand of: " << *Inst
3152                        << "\n    Old = " << *C
3153                        << "\n    New = " << *FoldRes << '\n');
3154           U = FoldRes;
3155           MadeIRChange = true;
3156         }
3157       }
3158
3159       // Skip processing debug intrinsics in InstCombine. Processing these call instructions
3160       // consumes non-trivial amount of time and provides no value for the optimization.
3161       if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(Inst))
3162         InstrsForInstCombineWorklist.push_back(Inst);
3163     }
3164
3165     // Recursively visit successors.  If this is a branch or switch on a
3166     // constant, only visit the reachable successor.
3167     TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
3168     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
3169       if (BI->isConditional() && isa<ConstantInt>(BI->getCondition())) {
3170         bool CondVal = cast<ConstantInt>(BI->getCondition())->getZExtValue();
3171         BasicBlock *ReachableBB = BI->getSuccessor(!CondVal);
3172         Worklist.push_back(ReachableBB);
3173         continue;
3174       }
3175     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
3176       if (ConstantInt *Cond = dyn_cast<ConstantInt>(SI->getCondition())) {
3177         Worklist.push_back(SI->findCaseValue(Cond)->getCaseSuccessor());
3178         continue;
3179       }
3180     }
3181
3182     for (BasicBlock *SuccBB : TI->successors())
3183       Worklist.push_back(SuccBB);
3184   } while (!Worklist.empty());
3185
3186   // Once we've found all of the instructions to add to instcombine's worklist,
3187   // add them in reverse order.  This way instcombine will visit from the top
3188   // of the function down.  This jives well with the way that it adds all uses
3189   // of instructions to the worklist after doing a transformation, thus avoiding
3190   // some N^2 behavior in pathological cases.
3191   ICWorklist.AddInitialGroup(InstrsForInstCombineWorklist);
3192
3193   return MadeIRChange;
3194 }
3195
3196 /// \brief Populate the IC worklist from a function, and prune any dead basic
3197 /// blocks discovered in the process.
3198 ///
3199 /// This also does basic constant propagation and other forward fixing to make
3200 /// the combiner itself run much faster.
3201 static bool prepareICWorklistFromFunction(Function &F, const DataLayout &DL,
3202                                           TargetLibraryInfo *TLI,
3203                                           InstCombineWorklist &ICWorklist) {
3204   bool MadeIRChange = false;
3205
3206   // Do a depth-first traversal of the function, populate the worklist with
3207   // the reachable instructions.  Ignore blocks that are not reachable.  Keep
3208   // track of which blocks we visit.
3209   SmallPtrSet<BasicBlock *, 32> Visited;
3210   MadeIRChange |=
3211       AddReachableCodeToWorklist(&F.front(), DL, Visited, ICWorklist, TLI);
3212
3213   // Do a quick scan over the function.  If we find any blocks that are
3214   // unreachable, remove any instructions inside of them.  This prevents
3215   // the instcombine code from having to deal with some bad special cases.
3216   for (BasicBlock &BB : F) {
3217     if (Visited.count(&BB))
3218       continue;
3219
3220     unsigned NumDeadInstInBB = removeAllNonTerminatorAndEHPadInstructions(&BB);
3221     MadeIRChange |= NumDeadInstInBB > 0;
3222     NumDeadInst += NumDeadInstInBB;
3223   }
3224
3225   return MadeIRChange;
3226 }
3227
3228 static bool combineInstructionsOverFunction(
3229     Function &F, InstCombineWorklist &Worklist, AliasAnalysis *AA,
3230     AssumptionCache &AC, TargetLibraryInfo &TLI, DominatorTree &DT,
3231     OptimizationRemarkEmitter &ORE, bool ExpensiveCombines = true,
3232     LoopInfo *LI = nullptr) {
3233   auto &DL = F.getParent()->getDataLayout();
3234   ExpensiveCombines |= EnableExpensiveCombines;
3235
3236   /// Builder - This is an IRBuilder that automatically inserts new
3237   /// instructions into the worklist when they are created.
3238   IRBuilder<TargetFolder, IRBuilderCallbackInserter> Builder(
3239       F.getContext(), TargetFolder(DL),
3240       IRBuilderCallbackInserter([&Worklist, &AC](Instruction *I) {
3241         Worklist.Add(I);
3242         if (match(I, m_Intrinsic<Intrinsic::assume>()))
3243           AC.registerAssumption(cast<CallInst>(I));
3244       }));
3245
3246   // Lower dbg.declare intrinsics otherwise their value may be clobbered
3247   // by instcombiner.
3248   bool MadeIRChange = false;
3249   if (ShouldLowerDbgDeclare)
3250     MadeIRChange = LowerDbgDeclare(F);
3251
3252   // Iterate while there is work to do.
3253   int Iteration = 0;
3254   while (true) {
3255     ++Iteration;
3256     DEBUG(dbgs() << "\n\nINSTCOMBINE ITERATION #" << Iteration << " on "
3257                  << F.getName() << "\n");
3258
3259     MadeIRChange |= prepareICWorklistFromFunction(F, DL, &TLI, Worklist);
3260
3261     InstCombiner IC(Worklist, Builder, F.optForMinSize(), ExpensiveCombines, AA,
3262                     AC, TLI, DT, ORE, DL, LI);
3263     IC.MaxArraySizeForCombine = MaxArraySize;
3264
3265     if (!IC.run())
3266       break;
3267   }
3268
3269   return MadeIRChange || Iteration > 1;
3270 }
3271
3272 PreservedAnalyses InstCombinePass::run(Function &F,
3273                                        FunctionAnalysisManager &AM) {
3274   auto &AC = AM.getResult<AssumptionAnalysis>(F);
3275   auto &DT = AM.getResult<DominatorTreeAnalysis>(F);
3276   auto &TLI = AM.getResult<TargetLibraryAnalysis>(F);
3277   auto &ORE = AM.getResult<OptimizationRemarkEmitterAnalysis>(F);
3278
3279   auto *LI = AM.getCachedResult<LoopAnalysis>(F);
3280
3281   auto *AA = &AM.getResult<AAManager>(F);
3282   if (!combineInstructionsOverFunction(F, Worklist, AA, AC, TLI, DT, ORE,
3283                                        ExpensiveCombines, LI))
3284     // No changes, all analyses are preserved.
3285     return PreservedAnalyses::all();
3286
3287   // Mark all the analyses that instcombine updates as preserved.
3288   PreservedAnalyses PA;
3289   PA.preserveSet<CFGAnalyses>();
3290   PA.preserve<AAManager>();
3291   PA.preserve<BasicAA>();
3292   PA.preserve<GlobalsAA>();
3293   return PA;
3294 }
3295
3296 void InstructionCombiningPass::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
3297   AU.setPreservesCFG();
3298   AU.addRequired<AAResultsWrapperPass>();
3299   AU.addRequired<AssumptionCacheTracker>();
3300   AU.addRequired<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
3301   AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
3302   AU.addRequired<OptimizationRemarkEmitterWrapperPass>();
3303   AU.addPreserved<DominatorTreeWrapperPass>();
3304   AU.addPreserved<AAResultsWrapperPass>();
3305   AU.addPreserved<BasicAAWrapperPass>();
3306   AU.addPreserved<GlobalsAAWrapperPass>();
3307 }
3308
3309 bool InstructionCombiningPass::runOnFunction(Function &F) {
3310   if (skipFunction(F))
3311     return false;
3312
3313   // Required analyses.
3314   auto AA = &getAnalysis<AAResultsWrapperPass>().getAAResults();
3315   auto &AC = getAnalysis<AssumptionCacheTracker>().getAssumptionCache(F);
3316   auto &TLI = getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI();
3317   auto &DT = getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
3318   auto &ORE = getAnalysis<OptimizationRemarkEmitterWrapperPass>().getORE();
3319
3320   // Optional analyses.
3321   auto *LIWP = getAnalysisIfAvailable<LoopInfoWrapperPass>();
3322   auto *LI = LIWP ? &LIWP->getLoopInfo() : nullptr;
3323
3324   return combineInstructionsOverFunction(F, Worklist, AA, AC, TLI, DT, ORE,
3325                                          ExpensiveCombines, LI);
3326 }
3327
3328 char InstructionCombiningPass::ID = 0;
3329
3330 INITIALIZE_PASS_BEGIN(InstructionCombiningPass, "instcombine",
3331                       "Combine redundant instructions", false, false)
3332 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
3333 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfoWrapperPass)
3334 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
3335 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AAResultsWrapperPass)
3336 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(GlobalsAAWrapperPass)
3337 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(OptimizationRemarkEmitterWrapperPass)
3338 INITIALIZE_PASS_END(InstructionCombiningPass, "instcombine",
3339                     "Combine redundant instructions", false, false)
3340
3341 // Initialization Routines
3342 void llvm::initializeInstCombine(PassRegistry &Registry) {
3343   initializeInstructionCombiningPassPass(Registry);
3344 }
3345
3346 void LLVMInitializeInstCombine(LLVMPassRegistryRef R) {
3347   initializeInstructionCombiningPassPass(*unwrap(R));
3348 }
3349
3350 FunctionPass *llvm::createInstructionCombiningPass(bool ExpensiveCombines) {
3351   return new InstructionCombiningPass(ExpensiveCombines);
3352 }