]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/Transforms/InstCombine/InstructionCombining.cpp
MFV r329753: 8809 libzpool should leverage work done in libfakekernel
[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/ADT/APInt.h"
38 #include "llvm/ADT/ArrayRef.h"
39 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
40 #include "llvm/ADT/None.h"
41 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
42 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
43 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
44 #include "llvm/ADT/TinyPtrVector.h"
45 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
46 #include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
47 #include "llvm/Analysis/BasicAliasAnalysis.h"
48 #include "llvm/Analysis/CFG.h"
49 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
50 #include "llvm/Analysis/EHPersonalities.h"
51 #include "llvm/Analysis/GlobalsModRef.h"
52 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
53 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
54 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
55 #include "llvm/Analysis/OptimizationRemarkEmitter.h"
56 #include "llvm/Analysis/TargetFolder.h"
57 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
58 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
59 #include "llvm/IR/BasicBlock.h"
60 #include "llvm/IR/CFG.h"
61 #include "llvm/IR/Constant.h"
62 #include "llvm/IR/Constants.h"
63 #include "llvm/IR/DIBuilder.h"
64 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
65 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
66 #include "llvm/IR/Dominators.h"
67 #include "llvm/IR/Function.h"
68 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
69 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
70 #include "llvm/IR/InstrTypes.h"
71 #include "llvm/IR/Instruction.h"
72 #include "llvm/IR/Instructions.h"
73 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
74 #include "llvm/IR/Intrinsics.h"
75 #include "llvm/IR/Metadata.h"
76 #include "llvm/IR/Operator.h"
77 #include "llvm/IR/PassManager.h"
78 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
79 #include "llvm/IR/Type.h"
80 #include "llvm/IR/Use.h"
81 #include "llvm/IR/User.h"
82 #include "llvm/IR/Value.h"
83 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
84 #include "llvm/Pass.h"
85 #include "llvm/Support/CBindingWrapping.h"
86 #include "llvm/Support/Casting.h"
87 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
88 #include "llvm/Support/Compiler.h"
89 #include "llvm/Support/Debug.h"
90 #include "llvm/Support/DebugCounter.h"
91 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
92 #include "llvm/Support/KnownBits.h"
93 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
94 #include "llvm/Transforms/InstCombine/InstCombine.h"
95 #include "llvm/Transforms/InstCombine/InstCombineWorklist.h"
96 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
97 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
98 #include <algorithm>
99 #include <cassert>
100 #include <cstdint>
101 #include <memory>
102 #include <string>
103 #include <utility>
104
105 using namespace llvm;
106 using namespace llvm::PatternMatch;
107
108 #define DEBUG_TYPE "instcombine"
109
110 STATISTIC(NumCombined , "Number of insts combined");
111 STATISTIC(NumConstProp, "Number of constant folds");
112 STATISTIC(NumDeadInst , "Number of dead inst eliminated");
113 STATISTIC(NumSunkInst , "Number of instructions sunk");
114 STATISTIC(NumExpand,    "Number of expansions");
115 STATISTIC(NumFactor   , "Number of factorizations");
116 STATISTIC(NumReassoc  , "Number of reassociations");
117 DEBUG_COUNTER(VisitCounter, "instcombine-visit",
118               "Controls which instructions are visited");
119
120 static cl::opt<bool>
121 EnableExpensiveCombines("expensive-combines",
122                         cl::desc("Enable expensive instruction combines"));
123
124 static cl::opt<unsigned>
125 MaxArraySize("instcombine-maxarray-size", cl::init(1024),
126              cl::desc("Maximum array size considered when doing a combine"));
127
128 // FIXME: Remove this flag when it is no longer necessary to convert
129 // llvm.dbg.declare to avoid inaccurate debug info. Setting this to false
130 // increases variable availability at the cost of accuracy. Variables that
131 // cannot be promoted by mem2reg or SROA will be described as living in memory
132 // for their entire lifetime. However, passes like DSE and instcombine can
133 // delete stores to the alloca, leading to misleading and inaccurate debug
134 // information. This flag can be removed when those passes are fixed.
135 static cl::opt<unsigned> ShouldLowerDbgDeclare("instcombine-lower-dbg-declare",
136                                                cl::Hidden, cl::init(true));
137
138 Value *InstCombiner::EmitGEPOffset(User *GEP) {
139   return llvm::EmitGEPOffset(&Builder, DL, GEP);
140 }
141
142 /// Return true if it is desirable to convert an integer computation from a
143 /// given bit width to a new bit width.
144 /// We don't want to convert from a legal to an illegal type or from a smaller
145 /// to a larger illegal type. A width of '1' is always treated as a legal type
146 /// because i1 is a fundamental type in IR, and there are many specialized
147 /// optimizations for i1 types.
148 bool InstCombiner::shouldChangeType(unsigned FromWidth,
149                                     unsigned ToWidth) const {
150   bool FromLegal = FromWidth == 1 || DL.isLegalInteger(FromWidth);
151   bool ToLegal = ToWidth == 1 || DL.isLegalInteger(ToWidth);
152
153   // If this is a legal integer from type, and the result would be an illegal
154   // type, don't do the transformation.
155   if (FromLegal && !ToLegal)
156     return false;
157
158   // Otherwise, if both are illegal, do not increase the size of the result. We
159   // do allow things like i160 -> i64, but not i64 -> i160.
160   if (!FromLegal && !ToLegal && ToWidth > FromWidth)
161     return false;
162
163   return true;
164 }
165
166 /// Return true if it is desirable to convert a computation from 'From' to 'To'.
167 /// We don't want to convert from a legal to an illegal type or from a smaller
168 /// to a larger illegal type. i1 is always treated as a legal type because it is
169 /// a fundamental type in IR, and there are many specialized optimizations for
170 /// i1 types.
171 bool InstCombiner::shouldChangeType(Type *From, Type *To) const {
172   assert(From->isIntegerTy() && To->isIntegerTy());
173
174   unsigned FromWidth = From->getPrimitiveSizeInBits();
175   unsigned ToWidth = To->getPrimitiveSizeInBits();
176   return shouldChangeType(FromWidth, ToWidth);
177 }
178
179 // Return true, if No Signed Wrap should be maintained for I.
180 // The No Signed Wrap flag can be kept if the operation "B (I.getOpcode) C",
181 // where both B and C should be ConstantInts, results in a constant that does
182 // not overflow. This function only handles the Add and Sub opcodes. For
183 // all other opcodes, the function conservatively returns false.
184 static bool MaintainNoSignedWrap(BinaryOperator &I, Value *B, Value *C) {
185   OverflowingBinaryOperator *OBO = dyn_cast<OverflowingBinaryOperator>(&I);
186   if (!OBO || !OBO->hasNoSignedWrap())
187     return false;
188
189   // We reason about Add and Sub Only.
190   Instruction::BinaryOps Opcode = I.getOpcode();
191   if (Opcode != Instruction::Add && Opcode != Instruction::Sub)
192     return false;
193
194   const APInt *BVal, *CVal;
195   if (!match(B, m_APInt(BVal)) || !match(C, m_APInt(CVal)))
196     return false;
197
198   bool Overflow = false;
199   if (Opcode == Instruction::Add)
200     (void)BVal->sadd_ov(*CVal, Overflow);
201   else
202     (void)BVal->ssub_ov(*CVal, Overflow);
203
204   return !Overflow;
205 }
206
207 /// Conservatively clears subclassOptionalData after a reassociation or
208 /// commutation. We preserve fast-math flags when applicable as they can be
209 /// preserved.
210 static void ClearSubclassDataAfterReassociation(BinaryOperator &I) {
211   FPMathOperator *FPMO = dyn_cast<FPMathOperator>(&I);
212   if (!FPMO) {
213     I.clearSubclassOptionalData();
214     return;
215   }
216
217   FastMathFlags FMF = I.getFastMathFlags();
218   I.clearSubclassOptionalData();
219   I.setFastMathFlags(FMF);
220 }
221
222 /// Combine constant operands of associative operations either before or after a
223 /// cast to eliminate one of the associative operations:
224 /// (op (cast (op X, C2)), C1) --> (cast (op X, op (C1, C2)))
225 /// (op (cast (op X, C2)), C1) --> (op (cast X), op (C1, C2))
226 static bool simplifyAssocCastAssoc(BinaryOperator *BinOp1) {
227   auto *Cast = dyn_cast<CastInst>(BinOp1->getOperand(0));
228   if (!Cast || !Cast->hasOneUse())
229     return false;
230
231   // TODO: Enhance logic for other casts and remove this check.
232   auto CastOpcode = Cast->getOpcode();
233   if (CastOpcode != Instruction::ZExt)
234     return false;
235
236   // TODO: Enhance logic for other BinOps and remove this check.
237   if (!BinOp1->isBitwiseLogicOp())
238     return false;
239
240   auto AssocOpcode = BinOp1->getOpcode();
241   auto *BinOp2 = dyn_cast<BinaryOperator>(Cast->getOperand(0));
242   if (!BinOp2 || !BinOp2->hasOneUse() || BinOp2->getOpcode() != AssocOpcode)
243     return false;
244
245   Constant *C1, *C2;
246   if (!match(BinOp1->getOperand(1), m_Constant(C1)) ||
247       !match(BinOp2->getOperand(1), m_Constant(C2)))
248     return false;
249
250   // TODO: This assumes a zext cast.
251   // Eg, if it was a trunc, we'd cast C1 to the source type because casting C2
252   // to the destination type might lose bits.
253
254   // Fold the constants together in the destination type:
255   // (op (cast (op X, C2)), C1) --> (op (cast X), FoldedC)
256   Type *DestTy = C1->getType();
257   Constant *CastC2 = ConstantExpr::getCast(CastOpcode, C2, DestTy);
258   Constant *FoldedC = ConstantExpr::get(AssocOpcode, C1, CastC2);
259   Cast->setOperand(0, BinOp2->getOperand(0));
260   BinOp1->setOperand(1, FoldedC);
261   return true;
262 }
263
264 /// This performs a few simplifications for operators that are associative or
265 /// commutative:
266 ///
267 ///  Commutative operators:
268 ///
269 ///  1. Order operands such that they are listed from right (least complex) to
270 ///     left (most complex).  This puts constants before unary operators before
271 ///     binary operators.
272 ///
273 ///  Associative operators:
274 ///
275 ///  2. Transform: "(A op B) op C" ==> "A op (B op C)" if "B op C" simplifies.
276 ///  3. Transform: "A op (B op C)" ==> "(A op B) op C" if "A op B" simplifies.
277 ///
278 ///  Associative and commutative operators:
279 ///
280 ///  4. Transform: "(A op B) op C" ==> "(C op A) op B" if "C op A" simplifies.
281 ///  5. Transform: "A op (B op C)" ==> "B op (C op A)" if "C op A" simplifies.
282 ///  6. Transform: "(A op C1) op (B op C2)" ==> "(A op B) op (C1 op C2)"
283 ///     if C1 and C2 are constants.
284 bool InstCombiner::SimplifyAssociativeOrCommutative(BinaryOperator &I) {
285   Instruction::BinaryOps Opcode = I.getOpcode();
286   bool Changed = false;
287
288   do {
289     // Order operands such that they are listed from right (least complex) to
290     // left (most complex).  This puts constants before unary operators before
291     // binary operators.
292     if (I.isCommutative() && getComplexity(I.getOperand(0)) <
293         getComplexity(I.getOperand(1)))
294       Changed = !I.swapOperands();
295
296     BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(0));
297     BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(1));
298
299     if (I.isAssociative()) {
300       // Transform: "(A op B) op C" ==> "A op (B op C)" if "B op C" simplifies.
301       if (Op0 && Op0->getOpcode() == Opcode) {
302         Value *A = Op0->getOperand(0);
303         Value *B = Op0->getOperand(1);
304         Value *C = I.getOperand(1);
305
306         // Does "B op C" simplify?
307         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, B, C, SQ.getWithInstruction(&I))) {
308           // It simplifies to V.  Form "A op V".
309           I.setOperand(0, A);
310           I.setOperand(1, V);
311           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
312           // preserved by the reassociation.
313           if (MaintainNoSignedWrap(I, B, C) &&
314               (!Op0 || (isa<BinaryOperator>(Op0) && Op0->hasNoSignedWrap()))) {
315             // Note: this is only valid because SimplifyBinOp doesn't look at
316             // the operands to Op0.
317             I.clearSubclassOptionalData();
318             I.setHasNoSignedWrap(true);
319           } else {
320             ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
321           }
322
323           Changed = true;
324           ++NumReassoc;
325           continue;
326         }
327       }
328
329       // Transform: "A op (B op C)" ==> "(A op B) op C" if "A op B" simplifies.
330       if (Op1 && Op1->getOpcode() == Opcode) {
331         Value *A = I.getOperand(0);
332         Value *B = Op1->getOperand(0);
333         Value *C = Op1->getOperand(1);
334
335         // Does "A op B" simplify?
336         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, A, B, SQ.getWithInstruction(&I))) {
337           // It simplifies to V.  Form "V op C".
338           I.setOperand(0, V);
339           I.setOperand(1, C);
340           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
341           // preserved by the reassociation.
342           ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
343           Changed = true;
344           ++NumReassoc;
345           continue;
346         }
347       }
348     }
349
350     if (I.isAssociative() && I.isCommutative()) {
351       if (simplifyAssocCastAssoc(&I)) {
352         Changed = true;
353         ++NumReassoc;
354         continue;
355       }
356
357       // Transform: "(A op B) op C" ==> "(C op A) op B" if "C op A" simplifies.
358       if (Op0 && Op0->getOpcode() == Opcode) {
359         Value *A = Op0->getOperand(0);
360         Value *B = Op0->getOperand(1);
361         Value *C = I.getOperand(1);
362
363         // Does "C op A" simplify?
364         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, C, A, SQ.getWithInstruction(&I))) {
365           // It simplifies to V.  Form "V op B".
366           I.setOperand(0, V);
367           I.setOperand(1, B);
368           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
369           // preserved by the reassociation.
370           ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
371           Changed = true;
372           ++NumReassoc;
373           continue;
374         }
375       }
376
377       // Transform: "A op (B op C)" ==> "B op (C op A)" if "C op A" simplifies.
378       if (Op1 && Op1->getOpcode() == Opcode) {
379         Value *A = I.getOperand(0);
380         Value *B = Op1->getOperand(0);
381         Value *C = Op1->getOperand(1);
382
383         // Does "C op A" simplify?
384         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, C, A, SQ.getWithInstruction(&I))) {
385           // It simplifies to V.  Form "B op V".
386           I.setOperand(0, B);
387           I.setOperand(1, V);
388           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
389           // preserved by the reassociation.
390           ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
391           Changed = true;
392           ++NumReassoc;
393           continue;
394         }
395       }
396
397       // Transform: "(A op C1) op (B op C2)" ==> "(A op B) op (C1 op C2)"
398       // if C1 and C2 are constants.
399       if (Op0 && Op1 &&
400           Op0->getOpcode() == Opcode && Op1->getOpcode() == Opcode &&
401           isa<Constant>(Op0->getOperand(1)) &&
402           isa<Constant>(Op1->getOperand(1)) &&
403           Op0->hasOneUse() && Op1->hasOneUse()) {
404         Value *A = Op0->getOperand(0);
405         Constant *C1 = cast<Constant>(Op0->getOperand(1));
406         Value *B = Op1->getOperand(0);
407         Constant *C2 = cast<Constant>(Op1->getOperand(1));
408
409         Constant *Folded = ConstantExpr::get(Opcode, C1, C2);
410         BinaryOperator *New = BinaryOperator::Create(Opcode, A, B);
411         if (isa<FPMathOperator>(New)) {
412           FastMathFlags Flags = I.getFastMathFlags();
413           Flags &= Op0->getFastMathFlags();
414           Flags &= Op1->getFastMathFlags();
415           New->setFastMathFlags(Flags);
416         }
417         InsertNewInstWith(New, I);
418         New->takeName(Op1);
419         I.setOperand(0, New);
420         I.setOperand(1, Folded);
421         // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
422         // preserved by the reassociation.
423         ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
424
425         Changed = true;
426         continue;
427       }
428     }
429
430     // No further simplifications.
431     return Changed;
432   } while (true);
433 }
434
435 /// Return whether "X LOp (Y ROp Z)" is always equal to
436 /// "(X LOp Y) ROp (X LOp Z)".
437 static bool LeftDistributesOverRight(Instruction::BinaryOps LOp,
438                                      Instruction::BinaryOps ROp) {
439   switch (LOp) {
440   default:
441     return false;
442
443   case Instruction::And:
444     // And distributes over Or and Xor.
445     switch (ROp) {
446     default:
447       return false;
448     case Instruction::Or:
449     case Instruction::Xor:
450       return true;
451     }
452
453   case Instruction::Mul:
454     // Multiplication distributes over addition and subtraction.
455     switch (ROp) {
456     default:
457       return false;
458     case Instruction::Add:
459     case Instruction::Sub:
460       return true;
461     }
462
463   case Instruction::Or:
464     // Or distributes over And.
465     switch (ROp) {
466     default:
467       return false;
468     case Instruction::And:
469       return true;
470     }
471   }
472 }
473
474 /// Return whether "(X LOp Y) ROp Z" is always equal to
475 /// "(X ROp Z) LOp (Y ROp Z)".
476 static bool RightDistributesOverLeft(Instruction::BinaryOps LOp,
477                                      Instruction::BinaryOps ROp) {
478   if (Instruction::isCommutative(ROp))
479     return LeftDistributesOverRight(ROp, LOp);
480
481   switch (LOp) {
482   default:
483     return false;
484   // (X >> Z) & (Y >> Z)  -> (X&Y) >> Z  for all shifts.
485   // (X >> Z) | (Y >> Z)  -> (X|Y) >> Z  for all shifts.
486   // (X >> Z) ^ (Y >> Z)  -> (X^Y) >> Z  for all shifts.
487   case Instruction::And:
488   case Instruction::Or:
489   case Instruction::Xor:
490     switch (ROp) {
491     default:
492       return false;
493     case Instruction::Shl:
494     case Instruction::LShr:
495     case Instruction::AShr:
496       return true;
497     }
498   }
499   // TODO: It would be nice to handle division, aka "(X + Y)/Z = X/Z + Y/Z",
500   // but this requires knowing that the addition does not overflow and other
501   // such subtleties.
502   return false;
503 }
504
505 /// This function returns identity value for given opcode, which can be used to
506 /// factor patterns like (X * 2) + X ==> (X * 2) + (X * 1) ==> X * (2 + 1).
507 static Value *getIdentityValue(Instruction::BinaryOps Opcode, Value *V) {
508   if (isa<Constant>(V))
509     return nullptr;
510
511   return ConstantExpr::getBinOpIdentity(Opcode, V->getType());
512 }
513
514 /// This function factors binary ops which can be combined using distributive
515 /// laws. This function tries to transform 'Op' based TopLevelOpcode to enable
516 /// factorization e.g for ADD(SHL(X , 2), MUL(X, 5)), When this function called
517 /// with TopLevelOpcode == Instruction::Add and Op = SHL(X, 2), transforms
518 /// SHL(X, 2) to MUL(X, 4) i.e. returns Instruction::Mul with LHS set to 'X' and
519 /// RHS to 4.
520 static Instruction::BinaryOps
521 getBinOpsForFactorization(Instruction::BinaryOps TopLevelOpcode,
522                           BinaryOperator *Op, Value *&LHS, Value *&RHS) {
523   assert(Op && "Expected a binary operator");
524
525   LHS = Op->getOperand(0);
526   RHS = Op->getOperand(1);
527
528   switch (TopLevelOpcode) {
529   default:
530     return Op->getOpcode();
531
532   case Instruction::Add:
533   case Instruction::Sub:
534     if (Op->getOpcode() == Instruction::Shl) {
535       if (Constant *CST = dyn_cast<Constant>(Op->getOperand(1))) {
536         // The multiplier is really 1 << CST.
537         RHS = ConstantExpr::getShl(ConstantInt::get(Op->getType(), 1), CST);
538         return Instruction::Mul;
539       }
540     }
541     return Op->getOpcode();
542   }
543
544   // TODO: We can add other conversions e.g. shr => div etc.
545 }
546
547 /// This tries to simplify binary operations by factorizing out common terms
548 /// (e. g. "(A*B)+(A*C)" -> "A*(B+C)").
549 Value *InstCombiner::tryFactorization(BinaryOperator &I,
550                                       Instruction::BinaryOps InnerOpcode,
551                                       Value *A, Value *B, Value *C, Value *D) {
552   assert(A && B && C && D && "All values must be provided");
553
554   Value *V = nullptr;
555   Value *SimplifiedInst = nullptr;
556   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
557   Instruction::BinaryOps TopLevelOpcode = I.getOpcode();
558
559   // Does "X op' Y" always equal "Y op' X"?
560   bool InnerCommutative = Instruction::isCommutative(InnerOpcode);
561
562   // Does "X op' (Y op Z)" always equal "(X op' Y) op (X op' Z)"?
563   if (LeftDistributesOverRight(InnerOpcode, TopLevelOpcode))
564     // Does the instruction have the form "(A op' B) op (A op' D)" or, in the
565     // commutative case, "(A op' B) op (C op' A)"?
566     if (A == C || (InnerCommutative && A == D)) {
567       if (A != C)
568         std::swap(C, D);
569       // Consider forming "A op' (B op D)".
570       // If "B op D" simplifies then it can be formed with no cost.
571       V = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, B, D, SQ.getWithInstruction(&I));
572       // If "B op D" doesn't simplify then only go on if both of the existing
573       // operations "A op' B" and "C op' D" will be zapped as no longer used.
574       if (!V && LHS->hasOneUse() && RHS->hasOneUse())
575         V = Builder.CreateBinOp(TopLevelOpcode, B, D, RHS->getName());
576       if (V) {
577         SimplifiedInst = Builder.CreateBinOp(InnerOpcode, A, V);
578       }
579     }
580
581   // Does "(X op Y) op' Z" always equal "(X op' Z) op (Y op' Z)"?
582   if (!SimplifiedInst && RightDistributesOverLeft(TopLevelOpcode, InnerOpcode))
583     // Does the instruction have the form "(A op' B) op (C op' B)" or, in the
584     // commutative case, "(A op' B) op (B op' D)"?
585     if (B == D || (InnerCommutative && B == C)) {
586       if (B != D)
587         std::swap(C, D);
588       // Consider forming "(A op C) op' B".
589       // If "A op C" simplifies then it can be formed with no cost.
590       V = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, SQ.getWithInstruction(&I));
591
592       // If "A op C" doesn't simplify then only go on if both of the existing
593       // operations "A op' B" and "C op' D" will be zapped as no longer used.
594       if (!V && LHS->hasOneUse() && RHS->hasOneUse())
595         V = Builder.CreateBinOp(TopLevelOpcode, A, C, LHS->getName());
596       if (V) {
597         SimplifiedInst = Builder.CreateBinOp(InnerOpcode, V, B);
598       }
599     }
600
601   if (SimplifiedInst) {
602     ++NumFactor;
603     SimplifiedInst->takeName(&I);
604
605     // Check if we can add NSW flag to SimplifiedInst. If so, set NSW flag.
606     // TODO: Check for NUW.
607     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(SimplifiedInst)) {
608       if (isa<OverflowingBinaryOperator>(SimplifiedInst)) {
609         bool HasNSW = false;
610         if (isa<OverflowingBinaryOperator>(&I))
611           HasNSW = I.hasNoSignedWrap();
612
613         if (auto *LOBO = dyn_cast<OverflowingBinaryOperator>(LHS))
614           HasNSW &= LOBO->hasNoSignedWrap();
615
616         if (auto *ROBO = dyn_cast<OverflowingBinaryOperator>(RHS))
617           HasNSW &= ROBO->hasNoSignedWrap();
618
619         // We can propagate 'nsw' if we know that
620         //  %Y = mul nsw i16 %X, C
621         //  %Z = add nsw i16 %Y, %X
622         // =>
623         //  %Z = mul nsw i16 %X, C+1
624         //
625         // iff C+1 isn't INT_MIN
626         const APInt *CInt;
627         if (TopLevelOpcode == Instruction::Add &&
628             InnerOpcode == Instruction::Mul)
629           if (match(V, m_APInt(CInt)) && !CInt->isMinSignedValue())
630             BO->setHasNoSignedWrap(HasNSW);
631       }
632     }
633   }
634   return SimplifiedInst;
635 }
636
637 /// This tries to simplify binary operations which some other binary operation
638 /// distributes over either by factorizing out common terms
639 /// (eg "(A*B)+(A*C)" -> "A*(B+C)") or expanding out if this results in
640 /// simplifications (eg: "A & (B | C) -> (A&B) | (A&C)" if this is a win).
641 /// Returns the simplified value, or null if it didn't simplify.
642 Value *InstCombiner::SimplifyUsingDistributiveLaws(BinaryOperator &I) {
643   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
644   BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(LHS);
645   BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(RHS);
646   Instruction::BinaryOps TopLevelOpcode = I.getOpcode();
647
648   {
649     // Factorization.
650     Value *A, *B, *C, *D;
651     Instruction::BinaryOps LHSOpcode, RHSOpcode;
652     if (Op0)
653       LHSOpcode = getBinOpsForFactorization(TopLevelOpcode, Op0, A, B);
654     if (Op1)
655       RHSOpcode = getBinOpsForFactorization(TopLevelOpcode, Op1, C, D);
656
657     // The instruction has the form "(A op' B) op (C op' D)".  Try to factorize
658     // a common term.
659     if (Op0 && Op1 && LHSOpcode == RHSOpcode)
660       if (Value *V = tryFactorization(I, LHSOpcode, A, B, C, D))
661         return V;
662
663     // The instruction has the form "(A op' B) op (C)".  Try to factorize common
664     // term.
665     if (Op0)
666       if (Value *Ident = getIdentityValue(LHSOpcode, RHS))
667         if (Value *V =
668                 tryFactorization(I, LHSOpcode, A, B, RHS, Ident))
669           return V;
670
671     // The instruction has the form "(B) op (C op' D)".  Try to factorize common
672     // term.
673     if (Op1)
674       if (Value *Ident = getIdentityValue(RHSOpcode, LHS))
675         if (Value *V =
676                 tryFactorization(I, RHSOpcode, LHS, Ident, C, D))
677           return V;
678   }
679
680   // Expansion.
681   if (Op0 && RightDistributesOverLeft(Op0->getOpcode(), TopLevelOpcode)) {
682     // The instruction has the form "(A op' B) op C".  See if expanding it out
683     // to "(A op C) op' (B op C)" results in simplifications.
684     Value *A = Op0->getOperand(0), *B = Op0->getOperand(1), *C = RHS;
685     Instruction::BinaryOps InnerOpcode = Op0->getOpcode(); // op'
686
687     Value *L = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, SQ.getWithInstruction(&I));
688     Value *R = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, B, C, SQ.getWithInstruction(&I));
689
690     // Do "A op C" and "B op C" both simplify?
691     if (L && R) {
692       // They do! Return "L op' R".
693       ++NumExpand;
694       C = Builder.CreateBinOp(InnerOpcode, L, R);
695       C->takeName(&I);
696       return C;
697     }
698
699     // Does "A op C" simplify to the identity value for the inner opcode?
700     if (L && L == ConstantExpr::getBinOpIdentity(InnerOpcode, L->getType())) {
701       // They do! Return "B op C".
702       ++NumExpand;
703       C = Builder.CreateBinOp(TopLevelOpcode, B, C);
704       C->takeName(&I);
705       return C;
706     }
707
708     // Does "B op C" simplify to the identity value for the inner opcode?
709     if (R && R == ConstantExpr::getBinOpIdentity(InnerOpcode, R->getType())) {
710       // They do! Return "A op C".
711       ++NumExpand;
712       C = Builder.CreateBinOp(TopLevelOpcode, A, C);
713       C->takeName(&I);
714       return C;
715     }
716   }
717
718   if (Op1 && LeftDistributesOverRight(TopLevelOpcode, Op1->getOpcode())) {
719     // The instruction has the form "A op (B op' C)".  See if expanding it out
720     // to "(A op B) op' (A op C)" results in simplifications.
721     Value *A = LHS, *B = Op1->getOperand(0), *C = Op1->getOperand(1);
722     Instruction::BinaryOps InnerOpcode = Op1->getOpcode(); // op'
723
724     Value *L = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, B, SQ.getWithInstruction(&I));
725     Value *R = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, SQ.getWithInstruction(&I));
726
727     // Do "A op B" and "A op C" both simplify?
728     if (L && R) {
729       // They do! Return "L op' R".
730       ++NumExpand;
731       A = Builder.CreateBinOp(InnerOpcode, L, R);
732       A->takeName(&I);
733       return A;
734     }
735
736     // Does "A op B" simplify to the identity value for the inner opcode?
737     if (L && L == ConstantExpr::getBinOpIdentity(InnerOpcode, L->getType())) {
738       // They do! Return "A op C".
739       ++NumExpand;
740       A = Builder.CreateBinOp(TopLevelOpcode, A, C);
741       A->takeName(&I);
742       return A;
743     }
744
745     // Does "A op C" simplify to the identity value for the inner opcode?
746     if (R && R == ConstantExpr::getBinOpIdentity(InnerOpcode, R->getType())) {
747       // They do! Return "A op B".
748       ++NumExpand;
749       A = Builder.CreateBinOp(TopLevelOpcode, A, B);
750       A->takeName(&I);
751       return A;
752     }
753   }
754
755   return SimplifySelectsFeedingBinaryOp(I, LHS, RHS);
756 }
757
758 Value *InstCombiner::SimplifySelectsFeedingBinaryOp(BinaryOperator &I,
759                                                     Value *LHS, Value *RHS) {
760   Instruction::BinaryOps Opcode = I.getOpcode();
761   // (op (select (a, b, c)), (select (a, d, e))) -> (select (a, (op b, d), (op
762   // c, e)))
763   Value *A, *B, *C, *D, *E;
764   Value *SI = nullptr;
765   if (match(LHS, m_Select(m_Value(A), m_Value(B), m_Value(C))) &&
766       match(RHS, m_Select(m_Specific(A), m_Value(D), m_Value(E)))) {
767     bool SelectsHaveOneUse = LHS->hasOneUse() && RHS->hasOneUse();
768     BuilderTy::FastMathFlagGuard Guard(Builder);
769     if (isa<FPMathOperator>(&I))
770       Builder.setFastMathFlags(I.getFastMathFlags());
771
772     Value *V1 = SimplifyBinOp(Opcode, C, E, SQ.getWithInstruction(&I));
773     Value *V2 = SimplifyBinOp(Opcode, B, D, SQ.getWithInstruction(&I));
774     if (V1 && V2)
775       SI = Builder.CreateSelect(A, V2, V1);
776     else if (V2 && SelectsHaveOneUse)
777       SI = Builder.CreateSelect(A, V2, Builder.CreateBinOp(Opcode, C, E));
778     else if (V1 && SelectsHaveOneUse)
779       SI = Builder.CreateSelect(A, Builder.CreateBinOp(Opcode, B, D), V1);
780
781     if (SI)
782       SI->takeName(&I);
783   }
784
785   return SI;
786 }
787
788 /// Given a 'sub' instruction, return the RHS of the instruction if the LHS is a
789 /// constant zero (which is the 'negate' form).
790 Value *InstCombiner::dyn_castNegVal(Value *V) const {
791   if (BinaryOperator::isNeg(V))
792     return BinaryOperator::getNegArgument(V);
793
794   // Constants can be considered to be negated values if they can be folded.
795   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(V))
796     return ConstantExpr::getNeg(C);
797
798   if (ConstantDataVector *C = dyn_cast<ConstantDataVector>(V))
799     if (C->getType()->getElementType()->isIntegerTy())
800       return ConstantExpr::getNeg(C);
801
802   if (ConstantVector *CV = dyn_cast<ConstantVector>(V)) {
803     for (unsigned i = 0, e = CV->getNumOperands(); i != e; ++i) {
804       Constant *Elt = CV->getAggregateElement(i);
805       if (!Elt)
806         return nullptr;
807
808       if (isa<UndefValue>(Elt))
809         continue;
810
811       if (!isa<ConstantInt>(Elt))
812         return nullptr;
813     }
814     return ConstantExpr::getNeg(CV);
815   }
816
817   return nullptr;
818 }
819
820 /// Given a 'fsub' instruction, return the RHS of the instruction if the LHS is
821 /// a constant negative zero (which is the 'negate' form).
822 Value *InstCombiner::dyn_castFNegVal(Value *V, bool IgnoreZeroSign) const {
823   if (BinaryOperator::isFNeg(V, IgnoreZeroSign))
824     return BinaryOperator::getFNegArgument(V);
825
826   // Constants can be considered to be negated values if they can be folded.
827   if (ConstantFP *C = dyn_cast<ConstantFP>(V))
828     return ConstantExpr::getFNeg(C);
829
830   if (ConstantDataVector *C = dyn_cast<ConstantDataVector>(V))
831     if (C->getType()->getElementType()->isFloatingPointTy())
832       return ConstantExpr::getFNeg(C);
833
834   return nullptr;
835 }
836
837 static Value *foldOperationIntoSelectOperand(Instruction &I, Value *SO,
838                                              InstCombiner::BuilderTy &Builder) {
839   if (auto *Cast = dyn_cast<CastInst>(&I))
840     return Builder.CreateCast(Cast->getOpcode(), SO, I.getType());
841
842   assert(I.isBinaryOp() && "Unexpected opcode for select folding");
843
844   // Figure out if the constant is the left or the right argument.
845   bool ConstIsRHS = isa<Constant>(I.getOperand(1));
846   Constant *ConstOperand = cast<Constant>(I.getOperand(ConstIsRHS));
847
848   if (auto *SOC = dyn_cast<Constant>(SO)) {
849     if (ConstIsRHS)
850       return ConstantExpr::get(I.getOpcode(), SOC, ConstOperand);
851     return ConstantExpr::get(I.getOpcode(), ConstOperand, SOC);
852   }
853
854   Value *Op0 = SO, *Op1 = ConstOperand;
855   if (!ConstIsRHS)
856     std::swap(Op0, Op1);
857
858   auto *BO = cast<BinaryOperator>(&I);
859   Value *RI = Builder.CreateBinOp(BO->getOpcode(), Op0, Op1,
860                                   SO->getName() + ".op");
861   auto *FPInst = dyn_cast<Instruction>(RI);
862   if (FPInst && isa<FPMathOperator>(FPInst))
863     FPInst->copyFastMathFlags(BO);
864   return RI;
865 }
866
867 Instruction *InstCombiner::FoldOpIntoSelect(Instruction &Op, SelectInst *SI) {
868   // Don't modify shared select instructions.
869   if (!SI->hasOneUse())
870     return nullptr;
871
872   Value *TV = SI->getTrueValue();
873   Value *FV = SI->getFalseValue();
874   if (!(isa<Constant>(TV) || isa<Constant>(FV)))
875     return nullptr;
876
877   // Bool selects with constant operands can be folded to logical ops.
878   if (SI->getType()->isIntOrIntVectorTy(1))
879     return nullptr;
880
881   // If it's a bitcast involving vectors, make sure it has the same number of
882   // elements on both sides.
883   if (auto *BC = dyn_cast<BitCastInst>(&Op)) {
884     VectorType *DestTy = dyn_cast<VectorType>(BC->getDestTy());
885     VectorType *SrcTy = dyn_cast<VectorType>(BC->getSrcTy());
886
887     // Verify that either both or neither are vectors.
888     if ((SrcTy == nullptr) != (DestTy == nullptr))
889       return nullptr;
890
891     // If vectors, verify that they have the same number of elements.
892     if (SrcTy && SrcTy->getNumElements() != DestTy->getNumElements())
893       return nullptr;
894   }
895
896   // Test if a CmpInst instruction is used exclusively by a select as
897   // part of a minimum or maximum operation. If so, refrain from doing
898   // any other folding. This helps out other analyses which understand
899   // non-obfuscated minimum and maximum idioms, such as ScalarEvolution
900   // and CodeGen. And in this case, at least one of the comparison
901   // operands has at least one user besides the compare (the select),
902   // which would often largely negate the benefit of folding anyway.
903   if (auto *CI = dyn_cast<CmpInst>(SI->getCondition())) {
904     if (CI->hasOneUse()) {
905       Value *Op0 = CI->getOperand(0), *Op1 = CI->getOperand(1);
906       if ((SI->getOperand(1) == Op0 && SI->getOperand(2) == Op1) ||
907           (SI->getOperand(2) == Op0 && SI->getOperand(1) == Op1))
908         return nullptr;
909     }
910   }
911
912   Value *NewTV = foldOperationIntoSelectOperand(Op, TV, Builder);
913   Value *NewFV = foldOperationIntoSelectOperand(Op, FV, Builder);
914   return SelectInst::Create(SI->getCondition(), NewTV, NewFV, "", nullptr, SI);
915 }
916
917 static Value *foldOperationIntoPhiValue(BinaryOperator *I, Value *InV,
918                                         InstCombiner::BuilderTy &Builder) {
919   bool ConstIsRHS = isa<Constant>(I->getOperand(1));
920   Constant *C = cast<Constant>(I->getOperand(ConstIsRHS));
921
922   if (auto *InC = dyn_cast<Constant>(InV)) {
923     if (ConstIsRHS)
924       return ConstantExpr::get(I->getOpcode(), InC, C);
925     return ConstantExpr::get(I->getOpcode(), C, InC);
926   }
927
928   Value *Op0 = InV, *Op1 = C;
929   if (!ConstIsRHS)
930     std::swap(Op0, Op1);
931
932   Value *RI = Builder.CreateBinOp(I->getOpcode(), Op0, Op1, "phitmp");
933   auto *FPInst = dyn_cast<Instruction>(RI);
934   if (FPInst && isa<FPMathOperator>(FPInst))
935     FPInst->copyFastMathFlags(I);
936   return RI;
937 }
938
939 Instruction *InstCombiner::foldOpIntoPhi(Instruction &I, PHINode *PN) {
940   unsigned NumPHIValues = PN->getNumIncomingValues();
941   if (NumPHIValues == 0)
942     return nullptr;
943
944   // We normally only transform phis with a single use.  However, if a PHI has
945   // multiple uses and they are all the same operation, we can fold *all* of the
946   // uses into the PHI.
947   if (!PN->hasOneUse()) {
948     // Walk the use list for the instruction, comparing them to I.
949     for (User *U : PN->users()) {
950       Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
951       if (UI != &I && !I.isIdenticalTo(UI))
952         return nullptr;
953     }
954     // Otherwise, we can replace *all* users with the new PHI we form.
955   }
956
957   // Check to see if all of the operands of the PHI are simple constants
958   // (constantint/constantfp/undef).  If there is one non-constant value,
959   // remember the BB it is in.  If there is more than one or if *it* is a PHI,
960   // bail out.  We don't do arbitrary constant expressions here because moving
961   // their computation can be expensive without a cost model.
962   BasicBlock *NonConstBB = nullptr;
963   for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
964     Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
965     if (isa<Constant>(InVal) && !isa<ConstantExpr>(InVal))
966       continue;
967
968     if (isa<PHINode>(InVal)) return nullptr;  // Itself a phi.
969     if (NonConstBB) return nullptr;  // More than one non-const value.
970
971     NonConstBB = PN->getIncomingBlock(i);
972
973     // If the InVal is an invoke at the end of the pred block, then we can't
974     // insert a computation after it without breaking the edge.
975     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(InVal))
976       if (II->getParent() == NonConstBB)
977         return nullptr;
978
979     // If the incoming non-constant value is in I's block, we will remove one
980     // instruction, but insert another equivalent one, leading to infinite
981     // instcombine.
982     if (isPotentiallyReachable(I.getParent(), NonConstBB, &DT, LI))
983       return nullptr;
984   }
985
986   // If there is exactly one non-constant value, we can insert a copy of the
987   // operation in that block.  However, if this is a critical edge, we would be
988   // inserting the computation on some other paths (e.g. inside a loop).  Only
989   // do this if the pred block is unconditionally branching into the phi block.
990   if (NonConstBB != nullptr) {
991     BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(NonConstBB->getTerminator());
992     if (!BI || !BI->isUnconditional()) return nullptr;
993   }
994
995   // Okay, we can do the transformation: create the new PHI node.
996   PHINode *NewPN = PHINode::Create(I.getType(), PN->getNumIncomingValues());
997   InsertNewInstBefore(NewPN, *PN);
998   NewPN->takeName(PN);
999
1000   // If we are going to have to insert a new computation, do so right before the
1001   // predecessor's terminator.
1002   if (NonConstBB)
1003     Builder.SetInsertPoint(NonConstBB->getTerminator());
1004
1005   // Next, add all of the operands to the PHI.
1006   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(&I)) {
1007     // We only currently try to fold the condition of a select when it is a phi,
1008     // not the true/false values.
1009     Value *TrueV = SI->getTrueValue();
1010     Value *FalseV = SI->getFalseValue();
1011     BasicBlock *PhiTransBB = PN->getParent();
1012     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
1013       BasicBlock *ThisBB = PN->getIncomingBlock(i);
1014       Value *TrueVInPred = TrueV->DoPHITranslation(PhiTransBB, ThisBB);
1015       Value *FalseVInPred = FalseV->DoPHITranslation(PhiTransBB, ThisBB);
1016       Value *InV = nullptr;
1017       // Beware of ConstantExpr:  it may eventually evaluate to getNullValue,
1018       // even if currently isNullValue gives false.
1019       Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i));
1020       // For vector constants, we cannot use isNullValue to fold into
1021       // FalseVInPred versus TrueVInPred. When we have individual nonzero
1022       // elements in the vector, we will incorrectly fold InC to
1023       // `TrueVInPred`.
1024       if (InC && !isa<ConstantExpr>(InC) && isa<ConstantInt>(InC))
1025         InV = InC->isNullValue() ? FalseVInPred : TrueVInPred;
1026       else {
1027         // Generate the select in the same block as PN's current incoming block.
1028         // Note: ThisBB need not be the NonConstBB because vector constants
1029         // which are constants by definition are handled here.
1030         // FIXME: This can lead to an increase in IR generation because we might
1031         // generate selects for vector constant phi operand, that could not be
1032         // folded to TrueVInPred or FalseVInPred as done for ConstantInt. For
1033         // non-vector phis, this transformation was always profitable because
1034         // the select would be generated exactly once in the NonConstBB.
1035         Builder.SetInsertPoint(ThisBB->getTerminator());
1036         InV = Builder.CreateSelect(PN->getIncomingValue(i), TrueVInPred,
1037                                    FalseVInPred, "phitmp");
1038       }
1039       NewPN->addIncoming(InV, ThisBB);
1040     }
1041   } else if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(&I)) {
1042     Constant *C = cast<Constant>(I.getOperand(1));
1043     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
1044       Value *InV = nullptr;
1045       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
1046         InV = ConstantExpr::getCompare(CI->getPredicate(), InC, C);
1047       else if (isa<ICmpInst>(CI))
1048         InV = Builder.CreateICmp(CI->getPredicate(), PN->getIncomingValue(i),
1049                                  C, "phitmp");
1050       else
1051         InV = Builder.CreateFCmp(CI->getPredicate(), PN->getIncomingValue(i),
1052                                  C, "phitmp");
1053       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
1054     }
1055   } else if (auto *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(&I)) {
1056     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
1057       Value *InV = foldOperationIntoPhiValue(BO, PN->getIncomingValue(i),
1058                                              Builder);
1059       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
1060     }
1061   } else {
1062     CastInst *CI = cast<CastInst>(&I);
1063     Type *RetTy = CI->getType();
1064     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
1065       Value *InV;
1066       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
1067         InV = ConstantExpr::getCast(CI->getOpcode(), InC, RetTy);
1068       else
1069         InV = Builder.CreateCast(CI->getOpcode(), PN->getIncomingValue(i),
1070                                  I.getType(), "phitmp");
1071       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
1072     }
1073   }
1074
1075   for (auto UI = PN->user_begin(), E = PN->user_end(); UI != E;) {
1076     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
1077     if (User == &I) continue;
1078     replaceInstUsesWith(*User, NewPN);
1079     eraseInstFromFunction(*User);
1080   }
1081   return replaceInstUsesWith(I, NewPN);
1082 }
1083
1084 Instruction *InstCombiner::foldOpWithConstantIntoOperand(BinaryOperator &I) {
1085   assert(isa<Constant>(I.getOperand(1)) && "Unexpected operand type");
1086
1087   if (auto *Sel = dyn_cast<SelectInst>(I.getOperand(0))) {
1088     if (Instruction *NewSel = FoldOpIntoSelect(I, Sel))
1089       return NewSel;
1090   } else if (auto *PN = dyn_cast<PHINode>(I.getOperand(0))) {
1091     if (Instruction *NewPhi = foldOpIntoPhi(I, PN))
1092       return NewPhi;
1093   }
1094   return nullptr;
1095 }
1096
1097 /// Given a pointer type and a constant offset, determine whether or not there
1098 /// is a sequence of GEP indices into the pointed type that will land us at the
1099 /// specified offset. If so, fill them into NewIndices and return the resultant
1100 /// element type, otherwise return null.
1101 Type *InstCombiner::FindElementAtOffset(PointerType *PtrTy, int64_t Offset,
1102                                         SmallVectorImpl<Value *> &NewIndices) {
1103   Type *Ty = PtrTy->getElementType();
1104   if (!Ty->isSized())
1105     return nullptr;
1106
1107   // Start with the index over the outer type.  Note that the type size
1108   // might be zero (even if the offset isn't zero) if the indexed type
1109   // is something like [0 x {int, int}]
1110   Type *IntPtrTy = DL.getIntPtrType(PtrTy);
1111   int64_t FirstIdx = 0;
1112   if (int64_t TySize = DL.getTypeAllocSize(Ty)) {
1113     FirstIdx = Offset/TySize;
1114     Offset -= FirstIdx*TySize;
1115
1116     // Handle hosts where % returns negative instead of values [0..TySize).
1117     if (Offset < 0) {
1118       --FirstIdx;
1119       Offset += TySize;
1120       assert(Offset >= 0);
1121     }
1122     assert((uint64_t)Offset < (uint64_t)TySize && "Out of range offset");
1123   }
1124
1125   NewIndices.push_back(ConstantInt::get(IntPtrTy, FirstIdx));
1126
1127   // Index into the types.  If we fail, set OrigBase to null.
1128   while (Offset) {
1129     // Indexing into tail padding between struct/array elements.
1130     if (uint64_t(Offset * 8) >= DL.getTypeSizeInBits(Ty))
1131       return nullptr;
1132
1133     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
1134       const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
1135       assert(Offset < (int64_t)SL->getSizeInBytes() &&
1136              "Offset must stay within the indexed type");
1137
1138       unsigned Elt = SL->getElementContainingOffset(Offset);
1139       NewIndices.push_back(ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Ty->getContext()),
1140                                             Elt));
1141
1142       Offset -= SL->getElementOffset(Elt);
1143       Ty = STy->getElementType(Elt);
1144     } else if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
1145       uint64_t EltSize = DL.getTypeAllocSize(AT->getElementType());
1146       assert(EltSize && "Cannot index into a zero-sized array");
1147       NewIndices.push_back(ConstantInt::get(IntPtrTy,Offset/EltSize));
1148       Offset %= EltSize;
1149       Ty = AT->getElementType();
1150     } else {
1151       // Otherwise, we can't index into the middle of this atomic type, bail.
1152       return nullptr;
1153     }
1154   }
1155
1156   return Ty;
1157 }
1158
1159 static bool shouldMergeGEPs(GEPOperator &GEP, GEPOperator &Src) {
1160   // If this GEP has only 0 indices, it is the same pointer as
1161   // Src. If Src is not a trivial GEP too, don't combine
1162   // the indices.
1163   if (GEP.hasAllZeroIndices() && !Src.hasAllZeroIndices() &&
1164       !Src.hasOneUse())
1165     return false;
1166   return true;
1167 }
1168
1169 /// Return a value X such that Val = X * Scale, or null if none.
1170 /// If the multiplication is known not to overflow, then NoSignedWrap is set.
1171 Value *InstCombiner::Descale(Value *Val, APInt Scale, bool &NoSignedWrap) {
1172   assert(isa<IntegerType>(Val->getType()) && "Can only descale integers!");
1173   assert(cast<IntegerType>(Val->getType())->getBitWidth() ==
1174          Scale.getBitWidth() && "Scale not compatible with value!");
1175
1176   // If Val is zero or Scale is one then Val = Val * Scale.
1177   if (match(Val, m_Zero()) || Scale == 1) {
1178     NoSignedWrap = true;
1179     return Val;
1180   }
1181
1182   // If Scale is zero then it does not divide Val.
1183   if (Scale.isMinValue())
1184     return nullptr;
1185
1186   // Look through chains of multiplications, searching for a constant that is
1187   // divisible by Scale.  For example, descaling X*(Y*(Z*4)) by a factor of 4
1188   // will find the constant factor 4 and produce X*(Y*Z).  Descaling X*(Y*8) by
1189   // a factor of 4 will produce X*(Y*2).  The principle of operation is to bore
1190   // down from Val:
1191   //
1192   //     Val = M1 * X          ||   Analysis starts here and works down
1193   //      M1 = M2 * Y          ||   Doesn't descend into terms with more
1194   //      M2 =  Z * 4          \/   than one use
1195   //
1196   // Then to modify a term at the bottom:
1197   //
1198   //     Val = M1 * X
1199   //      M1 =  Z * Y          ||   Replaced M2 with Z
1200   //
1201   // Then to work back up correcting nsw flags.
1202
1203   // Op - the term we are currently analyzing.  Starts at Val then drills down.
1204   // Replaced with its descaled value before exiting from the drill down loop.
1205   Value *Op = Val;
1206
1207   // Parent - initially null, but after drilling down notes where Op came from.
1208   // In the example above, Parent is (Val, 0) when Op is M1, because M1 is the
1209   // 0'th operand of Val.
1210   std::pair<Instruction *, unsigned> Parent;
1211
1212   // Set if the transform requires a descaling at deeper levels that doesn't
1213   // overflow.
1214   bool RequireNoSignedWrap = false;
1215
1216   // Log base 2 of the scale. Negative if not a power of 2.
1217   int32_t logScale = Scale.exactLogBase2();
1218
1219   for (;; Op = Parent.first->getOperand(Parent.second)) { // Drill down
1220     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op)) {
1221       // If Op is a constant divisible by Scale then descale to the quotient.
1222       APInt Quotient(Scale), Remainder(Scale); // Init ensures right bitwidth.
1223       APInt::sdivrem(CI->getValue(), Scale, Quotient, Remainder);
1224       if (!Remainder.isMinValue())
1225         // Not divisible by Scale.
1226         return nullptr;
1227       // Replace with the quotient in the parent.
1228       Op = ConstantInt::get(CI->getType(), Quotient);
1229       NoSignedWrap = true;
1230       break;
1231     }
1232
1233     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Op)) {
1234       if (BO->getOpcode() == Instruction::Mul) {
1235         // Multiplication.
1236         NoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
1237         if (RequireNoSignedWrap && !NoSignedWrap)
1238           return nullptr;
1239
1240         // There are three cases for multiplication: multiplication by exactly
1241         // the scale, multiplication by a constant different to the scale, and
1242         // multiplication by something else.
1243         Value *LHS = BO->getOperand(0);
1244         Value *RHS = BO->getOperand(1);
1245
1246         if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(RHS)) {
1247           // Multiplication by a constant.
1248           if (CI->getValue() == Scale) {
1249             // Multiplication by exactly the scale, replace the multiplication
1250             // by its left-hand side in the parent.
1251             Op = LHS;
1252             break;
1253           }
1254
1255           // Otherwise drill down into the constant.
1256           if (!Op->hasOneUse())
1257             return nullptr;
1258
1259           Parent = std::make_pair(BO, 1);
1260           continue;
1261         }
1262
1263         // Multiplication by something else. Drill down into the left-hand side
1264         // since that's where the reassociate pass puts the good stuff.
1265         if (!Op->hasOneUse())
1266           return nullptr;
1267
1268         Parent = std::make_pair(BO, 0);
1269         continue;
1270       }
1271
1272       if (logScale > 0 && BO->getOpcode() == Instruction::Shl &&
1273           isa<ConstantInt>(BO->getOperand(1))) {
1274         // Multiplication by a power of 2.
1275         NoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
1276         if (RequireNoSignedWrap && !NoSignedWrap)
1277           return nullptr;
1278
1279         Value *LHS = BO->getOperand(0);
1280         int32_t Amt = cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1))->
1281           getLimitedValue(Scale.getBitWidth());
1282         // Op = LHS << Amt.
1283
1284         if (Amt == logScale) {
1285           // Multiplication by exactly the scale, replace the multiplication
1286           // by its left-hand side in the parent.
1287           Op = LHS;
1288           break;
1289         }
1290         if (Amt < logScale || !Op->hasOneUse())
1291           return nullptr;
1292
1293         // Multiplication by more than the scale.  Reduce the multiplying amount
1294         // by the scale in the parent.
1295         Parent = std::make_pair(BO, 1);
1296         Op = ConstantInt::get(BO->getType(), Amt - logScale);
1297         break;
1298       }
1299     }
1300
1301     if (!Op->hasOneUse())
1302       return nullptr;
1303
1304     if (CastInst *Cast = dyn_cast<CastInst>(Op)) {
1305       if (Cast->getOpcode() == Instruction::SExt) {
1306         // Op is sign-extended from a smaller type, descale in the smaller type.
1307         unsigned SmallSize = Cast->getSrcTy()->getPrimitiveSizeInBits();
1308         APInt SmallScale = Scale.trunc(SmallSize);
1309         // Suppose Op = sext X, and we descale X as Y * SmallScale.  We want to
1310         // descale Op as (sext Y) * Scale.  In order to have
1311         //   sext (Y * SmallScale) = (sext Y) * Scale
1312         // some conditions need to hold however: SmallScale must sign-extend to
1313         // Scale and the multiplication Y * SmallScale should not overflow.
1314         if (SmallScale.sext(Scale.getBitWidth()) != Scale)
1315           // SmallScale does not sign-extend to Scale.
1316           return nullptr;
1317         assert(SmallScale.exactLogBase2() == logScale);
1318         // Require that Y * SmallScale must not overflow.
1319         RequireNoSignedWrap = true;
1320
1321         // Drill down through the cast.
1322         Parent = std::make_pair(Cast, 0);
1323         Scale = SmallScale;
1324         continue;
1325       }
1326
1327       if (Cast->getOpcode() == Instruction::Trunc) {
1328         // Op is truncated from a larger type, descale in the larger type.
1329         // Suppose Op = trunc X, and we descale X as Y * sext Scale.  Then
1330         //   trunc (Y * sext Scale) = (trunc Y) * Scale
1331         // always holds.  However (trunc Y) * Scale may overflow even if
1332         // trunc (Y * sext Scale) does not, so nsw flags need to be cleared
1333         // from this point up in the expression (see later).
1334         if (RequireNoSignedWrap)
1335           return nullptr;
1336
1337         // Drill down through the cast.
1338         unsigned LargeSize = Cast->getSrcTy()->getPrimitiveSizeInBits();
1339         Parent = std::make_pair(Cast, 0);
1340         Scale = Scale.sext(LargeSize);
1341         if (logScale + 1 == (int32_t)Cast->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1342           logScale = -1;
1343         assert(Scale.exactLogBase2() == logScale);
1344         continue;
1345       }
1346     }
1347
1348     // Unsupported expression, bail out.
1349     return nullptr;
1350   }
1351
1352   // If Op is zero then Val = Op * Scale.
1353   if (match(Op, m_Zero())) {
1354     NoSignedWrap = true;
1355     return Op;
1356   }
1357
1358   // We know that we can successfully descale, so from here on we can safely
1359   // modify the IR.  Op holds the descaled version of the deepest term in the
1360   // expression.  NoSignedWrap is 'true' if multiplying Op by Scale is known
1361   // not to overflow.
1362
1363   if (!Parent.first)
1364     // The expression only had one term.
1365     return Op;
1366
1367   // Rewrite the parent using the descaled version of its operand.
1368   assert(Parent.first->hasOneUse() && "Drilled down when more than one use!");
1369   assert(Op != Parent.first->getOperand(Parent.second) &&
1370          "Descaling was a no-op?");
1371   Parent.first->setOperand(Parent.second, Op);
1372   Worklist.Add(Parent.first);
1373
1374   // Now work back up the expression correcting nsw flags.  The logic is based
1375   // on the following observation: if X * Y is known not to overflow as a signed
1376   // multiplication, and Y is replaced by a value Z with smaller absolute value,
1377   // then X * Z will not overflow as a signed multiplication either.  As we work
1378   // our way up, having NoSignedWrap 'true' means that the descaled value at the
1379   // current level has strictly smaller absolute value than the original.
1380   Instruction *Ancestor = Parent.first;
1381   do {
1382     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Ancestor)) {
1383       // If the multiplication wasn't nsw then we can't say anything about the
1384       // value of the descaled multiplication, and we have to clear nsw flags
1385       // from this point on up.
1386       bool OpNoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
1387       NoSignedWrap &= OpNoSignedWrap;
1388       if (NoSignedWrap != OpNoSignedWrap) {
1389         BO->setHasNoSignedWrap(NoSignedWrap);
1390         Worklist.Add(Ancestor);
1391       }
1392     } else if (Ancestor->getOpcode() == Instruction::Trunc) {
1393       // The fact that the descaled input to the trunc has smaller absolute
1394       // value than the original input doesn't tell us anything useful about
1395       // the absolute values of the truncations.
1396       NoSignedWrap = false;
1397     }
1398     assert((Ancestor->getOpcode() != Instruction::SExt || NoSignedWrap) &&
1399            "Failed to keep proper track of nsw flags while drilling down?");
1400
1401     if (Ancestor == Val)
1402       // Got to the top, all done!
1403       return Val;
1404
1405     // Move up one level in the expression.
1406     assert(Ancestor->hasOneUse() && "Drilled down when more than one use!");
1407     Ancestor = Ancestor->user_back();
1408   } while (true);
1409 }
1410
1411 /// \brief Creates node of binary operation with the same attributes as the
1412 /// specified one but with other operands.
1413 static Value *CreateBinOpAsGiven(BinaryOperator &Inst, Value *LHS, Value *RHS,
1414                                  InstCombiner::BuilderTy &B) {
1415   Value *BO = B.CreateBinOp(Inst.getOpcode(), LHS, RHS);
1416   // If LHS and RHS are constant, BO won't be a binary operator.
1417   if (BinaryOperator *NewBO = dyn_cast<BinaryOperator>(BO))
1418     NewBO->copyIRFlags(&Inst);
1419   return BO;
1420 }
1421
1422 /// \brief Makes transformation of binary operation specific for vector types.
1423 /// \param Inst Binary operator to transform.
1424 /// \return Pointer to node that must replace the original binary operator, or
1425 ///         null pointer if no transformation was made.
1426 Value *InstCombiner::SimplifyVectorOp(BinaryOperator &Inst) {
1427   if (!Inst.getType()->isVectorTy()) return nullptr;
1428
1429   // It may not be safe to reorder shuffles and things like div, urem, etc.
1430   // because we may trap when executing those ops on unknown vector elements.
1431   // See PR20059.
1432   if (!isSafeToSpeculativelyExecute(&Inst))
1433     return nullptr;
1434
1435   unsigned VWidth = cast<VectorType>(Inst.getType())->getNumElements();
1436   Value *LHS = Inst.getOperand(0), *RHS = Inst.getOperand(1);
1437   assert(cast<VectorType>(LHS->getType())->getNumElements() == VWidth);
1438   assert(cast<VectorType>(RHS->getType())->getNumElements() == VWidth);
1439
1440   // If both arguments of the binary operation are shuffles that use the same
1441   // mask and shuffle within a single vector, move the shuffle after the binop:
1442   //   Op(shuffle(v1, m), shuffle(v2, m)) -> shuffle(Op(v1, v2), m)
1443   auto *LShuf = dyn_cast<ShuffleVectorInst>(LHS);
1444   auto *RShuf = dyn_cast<ShuffleVectorInst>(RHS);
1445   if (LShuf && RShuf && LShuf->getMask() == RShuf->getMask() &&
1446       isa<UndefValue>(LShuf->getOperand(1)) &&
1447       isa<UndefValue>(RShuf->getOperand(1)) &&
1448       LShuf->getOperand(0)->getType() == RShuf->getOperand(0)->getType()) {
1449     Value *NewBO = CreateBinOpAsGiven(Inst, LShuf->getOperand(0),
1450                                       RShuf->getOperand(0), Builder);
1451     return Builder.CreateShuffleVector(
1452         NewBO, UndefValue::get(NewBO->getType()), LShuf->getMask());
1453   }
1454
1455   // If one argument is a shuffle within one vector, the other is a constant,
1456   // try moving the shuffle after the binary operation.
1457   ShuffleVectorInst *Shuffle = nullptr;
1458   Constant *C1 = nullptr;
1459   if (isa<ShuffleVectorInst>(LHS)) Shuffle = cast<ShuffleVectorInst>(LHS);
1460   if (isa<ShuffleVectorInst>(RHS)) Shuffle = cast<ShuffleVectorInst>(RHS);
1461   if (isa<Constant>(LHS)) C1 = cast<Constant>(LHS);
1462   if (isa<Constant>(RHS)) C1 = cast<Constant>(RHS);
1463   if (Shuffle && C1 &&
1464       (isa<ConstantVector>(C1) || isa<ConstantDataVector>(C1)) &&
1465       isa<UndefValue>(Shuffle->getOperand(1)) &&
1466       Shuffle->getType() == Shuffle->getOperand(0)->getType()) {
1467     SmallVector<int, 16> ShMask = Shuffle->getShuffleMask();
1468     // Find constant C2 that has property:
1469     //   shuffle(C2, ShMask) = C1
1470     // If such constant does not exist (example: ShMask=<0,0> and C1=<1,2>)
1471     // reorder is not possible.
1472     SmallVector<Constant*, 16> C2M(VWidth,
1473                                UndefValue::get(C1->getType()->getScalarType()));
1474     bool MayChange = true;
1475     for (unsigned I = 0; I < VWidth; ++I) {
1476       if (ShMask[I] >= 0) {
1477         assert(ShMask[I] < (int)VWidth);
1478         if (!isa<UndefValue>(C2M[ShMask[I]])) {
1479           MayChange = false;
1480           break;
1481         }
1482         C2M[ShMask[I]] = C1->getAggregateElement(I);
1483       }
1484     }
1485     if (MayChange) {
1486       Constant *C2 = ConstantVector::get(C2M);
1487       Value *NewLHS = isa<Constant>(LHS) ? C2 : Shuffle->getOperand(0);
1488       Value *NewRHS = isa<Constant>(LHS) ? Shuffle->getOperand(0) : C2;
1489       Value *NewBO = CreateBinOpAsGiven(Inst, NewLHS, NewRHS, Builder);
1490       return Builder.CreateShuffleVector(NewBO,
1491           UndefValue::get(Inst.getType()), Shuffle->getMask());
1492     }
1493   }
1494
1495   return nullptr;
1496 }
1497
1498 Instruction *InstCombiner::visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEP) {
1499   SmallVector<Value*, 8> Ops(GEP.op_begin(), GEP.op_end());
1500
1501   if (Value *V = SimplifyGEPInst(GEP.getSourceElementType(), Ops,
1502                                  SQ.getWithInstruction(&GEP)))
1503     return replaceInstUsesWith(GEP, V);
1504
1505   Value *PtrOp = GEP.getOperand(0);
1506
1507   // Eliminate unneeded casts for indices, and replace indices which displace
1508   // by multiples of a zero size type with zero.
1509   bool MadeChange = false;
1510   Type *IntPtrTy =
1511     DL.getIntPtrType(GEP.getPointerOperandType()->getScalarType());
1512
1513   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
1514   for (User::op_iterator I = GEP.op_begin() + 1, E = GEP.op_end(); I != E;
1515        ++I, ++GTI) {
1516     // Skip indices into struct types.
1517     if (GTI.isStruct())
1518       continue;
1519
1520     // Index type should have the same width as IntPtr
1521     Type *IndexTy = (*I)->getType();
1522     Type *NewIndexType = IndexTy->isVectorTy() ?
1523       VectorType::get(IntPtrTy, IndexTy->getVectorNumElements()) : IntPtrTy;
1524
1525     // If the element type has zero size then any index over it is equivalent
1526     // to an index of zero, so replace it with zero if it is not zero already.
1527     Type *EltTy = GTI.getIndexedType();
1528     if (EltTy->isSized() && DL.getTypeAllocSize(EltTy) == 0)
1529       if (!isa<Constant>(*I) || !cast<Constant>(*I)->isNullValue()) {
1530         *I = Constant::getNullValue(NewIndexType);
1531         MadeChange = true;
1532       }
1533
1534     if (IndexTy != NewIndexType) {
1535       // If we are using a wider index than needed for this platform, shrink
1536       // it to what we need.  If narrower, sign-extend it to what we need.
1537       // This explicit cast can make subsequent optimizations more obvious.
1538       *I = Builder.CreateIntCast(*I, NewIndexType, true);
1539       MadeChange = true;
1540     }
1541   }
1542   if (MadeChange)
1543     return &GEP;
1544
1545   // Check to see if the inputs to the PHI node are getelementptr instructions.
1546   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(PtrOp)) {
1547     GetElementPtrInst *Op1 = dyn_cast<GetElementPtrInst>(PN->getOperand(0));
1548     if (!Op1)
1549       return nullptr;
1550
1551     // Don't fold a GEP into itself through a PHI node. This can only happen
1552     // through the back-edge of a loop. Folding a GEP into itself means that
1553     // the value of the previous iteration needs to be stored in the meantime,
1554     // thus requiring an additional register variable to be live, but not
1555     // actually achieving anything (the GEP still needs to be executed once per
1556     // loop iteration).
1557     if (Op1 == &GEP)
1558       return nullptr;
1559
1560     int DI = -1;
1561
1562     for (auto I = PN->op_begin()+1, E = PN->op_end(); I !=E; ++I) {
1563       GetElementPtrInst *Op2 = dyn_cast<GetElementPtrInst>(*I);
1564       if (!Op2 || Op1->getNumOperands() != Op2->getNumOperands())
1565         return nullptr;
1566
1567       // As for Op1 above, don't try to fold a GEP into itself.
1568       if (Op2 == &GEP)
1569         return nullptr;
1570
1571       // Keep track of the type as we walk the GEP.
1572       Type *CurTy = nullptr;
1573
1574       for (unsigned J = 0, F = Op1->getNumOperands(); J != F; ++J) {
1575         if (Op1->getOperand(J)->getType() != Op2->getOperand(J)->getType())
1576           return nullptr;
1577
1578         if (Op1->getOperand(J) != Op2->getOperand(J)) {
1579           if (DI == -1) {
1580             // We have not seen any differences yet in the GEPs feeding the
1581             // PHI yet, so we record this one if it is allowed to be a
1582             // variable.
1583
1584             // The first two arguments can vary for any GEP, the rest have to be
1585             // static for struct slots
1586             if (J > 1 && CurTy->isStructTy())
1587               return nullptr;
1588
1589             DI = J;
1590           } else {
1591             // The GEP is different by more than one input. While this could be
1592             // extended to support GEPs that vary by more than one variable it
1593             // doesn't make sense since it greatly increases the complexity and
1594             // would result in an R+R+R addressing mode which no backend
1595             // directly supports and would need to be broken into several
1596             // simpler instructions anyway.
1597             return nullptr;
1598           }
1599         }
1600
1601         // Sink down a layer of the type for the next iteration.
1602         if (J > 0) {
1603           if (J == 1) {
1604             CurTy = Op1->getSourceElementType();
1605           } else if (CompositeType *CT = dyn_cast<CompositeType>(CurTy)) {
1606             CurTy = CT->getTypeAtIndex(Op1->getOperand(J));
1607           } else {
1608             CurTy = nullptr;
1609           }
1610         }
1611       }
1612     }
1613
1614     // If not all GEPs are identical we'll have to create a new PHI node.
1615     // Check that the old PHI node has only one use so that it will get
1616     // removed.
1617     if (DI != -1 && !PN->hasOneUse())
1618       return nullptr;
1619
1620     GetElementPtrInst *NewGEP = cast<GetElementPtrInst>(Op1->clone());
1621     if (DI == -1) {
1622       // All the GEPs feeding the PHI are identical. Clone one down into our
1623       // BB so that it can be merged with the current GEP.
1624       GEP.getParent()->getInstList().insert(
1625           GEP.getParent()->getFirstInsertionPt(), NewGEP);
1626     } else {
1627       // All the GEPs feeding the PHI differ at a single offset. Clone a GEP
1628       // into the current block so it can be merged, and create a new PHI to
1629       // set that index.
1630       PHINode *NewPN;
1631       {
1632         IRBuilderBase::InsertPointGuard Guard(Builder);
1633         Builder.SetInsertPoint(PN);
1634         NewPN = Builder.CreatePHI(Op1->getOperand(DI)->getType(),
1635                                   PN->getNumOperands());
1636       }
1637
1638       for (auto &I : PN->operands())
1639         NewPN->addIncoming(cast<GEPOperator>(I)->getOperand(DI),
1640                            PN->getIncomingBlock(I));
1641
1642       NewGEP->setOperand(DI, NewPN);
1643       GEP.getParent()->getInstList().insert(
1644           GEP.getParent()->getFirstInsertionPt(), NewGEP);
1645       NewGEP->setOperand(DI, NewPN);
1646     }
1647
1648     GEP.setOperand(0, NewGEP);
1649     PtrOp = NewGEP;
1650   }
1651
1652   // Combine Indices - If the source pointer to this getelementptr instruction
1653   // is a getelementptr instruction, combine the indices of the two
1654   // getelementptr instructions into a single instruction.
1655   if (GEPOperator *Src = dyn_cast<GEPOperator>(PtrOp)) {
1656     if (!shouldMergeGEPs(*cast<GEPOperator>(&GEP), *Src))
1657       return nullptr;
1658
1659     // Note that if our source is a gep chain itself then we wait for that
1660     // chain to be resolved before we perform this transformation.  This
1661     // avoids us creating a TON of code in some cases.
1662     if (GEPOperator *SrcGEP =
1663           dyn_cast<GEPOperator>(Src->getOperand(0)))
1664       if (SrcGEP->getNumOperands() == 2 && shouldMergeGEPs(*Src, *SrcGEP))
1665         return nullptr;   // Wait until our source is folded to completion.
1666
1667     SmallVector<Value*, 8> Indices;
1668
1669     // Find out whether the last index in the source GEP is a sequential idx.
1670     bool EndsWithSequential = false;
1671     for (gep_type_iterator I = gep_type_begin(*Src), E = gep_type_end(*Src);
1672          I != E; ++I)
1673       EndsWithSequential = I.isSequential();
1674
1675     // Can we combine the two pointer arithmetics offsets?
1676     if (EndsWithSequential) {
1677       // Replace: gep (gep %P, long B), long A, ...
1678       // With:    T = long A+B; gep %P, T, ...
1679       Value *SO1 = Src->getOperand(Src->getNumOperands()-1);
1680       Value *GO1 = GEP.getOperand(1);
1681
1682       // If they aren't the same type, then the input hasn't been processed
1683       // by the loop above yet (which canonicalizes sequential index types to
1684       // intptr_t).  Just avoid transforming this until the input has been
1685       // normalized.
1686       if (SO1->getType() != GO1->getType())
1687         return nullptr;
1688
1689       Value *Sum =
1690           SimplifyAddInst(GO1, SO1, false, false, SQ.getWithInstruction(&GEP));
1691       // Only do the combine when we are sure the cost after the
1692       // merge is never more than that before the merge.
1693       if (Sum == nullptr)
1694         return nullptr;
1695
1696       // Update the GEP in place if possible.
1697       if (Src->getNumOperands() == 2) {
1698         GEP.setOperand(0, Src->getOperand(0));
1699         GEP.setOperand(1, Sum);
1700         return &GEP;
1701       }
1702       Indices.append(Src->op_begin()+1, Src->op_end()-1);
1703       Indices.push_back(Sum);
1704       Indices.append(GEP.op_begin()+2, GEP.op_end());
1705     } else if (isa<Constant>(*GEP.idx_begin()) &&
1706                cast<Constant>(*GEP.idx_begin())->isNullValue() &&
1707                Src->getNumOperands() != 1) {
1708       // Otherwise we can do the fold if the first index of the GEP is a zero
1709       Indices.append(Src->op_begin()+1, Src->op_end());
1710       Indices.append(GEP.idx_begin()+1, GEP.idx_end());
1711     }
1712
1713     if (!Indices.empty())
1714       return GEP.isInBounds() && Src->isInBounds()
1715                  ? GetElementPtrInst::CreateInBounds(
1716                        Src->getSourceElementType(), Src->getOperand(0), Indices,
1717                        GEP.getName())
1718                  : GetElementPtrInst::Create(Src->getSourceElementType(),
1719                                              Src->getOperand(0), Indices,
1720                                              GEP.getName());
1721   }
1722
1723   if (GEP.getNumIndices() == 1) {
1724     unsigned AS = GEP.getPointerAddressSpace();
1725     if (GEP.getOperand(1)->getType()->getScalarSizeInBits() ==
1726         DL.getPointerSizeInBits(AS)) {
1727       Type *Ty = GEP.getSourceElementType();
1728       uint64_t TyAllocSize = DL.getTypeAllocSize(Ty);
1729
1730       bool Matched = false;
1731       uint64_t C;
1732       Value *V = nullptr;
1733       if (TyAllocSize == 1) {
1734         V = GEP.getOperand(1);
1735         Matched = true;
1736       } else if (match(GEP.getOperand(1),
1737                        m_AShr(m_Value(V), m_ConstantInt(C)))) {
1738         if (TyAllocSize == 1ULL << C)
1739           Matched = true;
1740       } else if (match(GEP.getOperand(1),
1741                        m_SDiv(m_Value(V), m_ConstantInt(C)))) {
1742         if (TyAllocSize == C)
1743           Matched = true;
1744       }
1745
1746       if (Matched) {
1747         // Canonicalize (gep i8* X, -(ptrtoint Y))
1748         // to (inttoptr (sub (ptrtoint X), (ptrtoint Y)))
1749         // The GEP pattern is emitted by the SCEV expander for certain kinds of
1750         // pointer arithmetic.
1751         if (match(V, m_Neg(m_PtrToInt(m_Value())))) {
1752           Operator *Index = cast<Operator>(V);
1753           Value *PtrToInt = Builder.CreatePtrToInt(PtrOp, Index->getType());
1754           Value *NewSub = Builder.CreateSub(PtrToInt, Index->getOperand(1));
1755           return CastInst::Create(Instruction::IntToPtr, NewSub, GEP.getType());
1756         }
1757         // Canonicalize (gep i8* X, (ptrtoint Y)-(ptrtoint X))
1758         // to (bitcast Y)
1759         Value *Y;
1760         if (match(V, m_Sub(m_PtrToInt(m_Value(Y)),
1761                            m_PtrToInt(m_Specific(GEP.getOperand(0)))))) {
1762           return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(Y,
1763                                                                GEP.getType());
1764         }
1765       }
1766     }
1767   }
1768
1769   // We do not handle pointer-vector geps here.
1770   if (GEP.getType()->isVectorTy())
1771     return nullptr;
1772
1773   // Handle gep(bitcast x) and gep(gep x, 0, 0, 0).
1774   Value *StrippedPtr = PtrOp->stripPointerCasts();
1775   PointerType *StrippedPtrTy = cast<PointerType>(StrippedPtr->getType());
1776
1777   if (StrippedPtr != PtrOp) {
1778     bool HasZeroPointerIndex = false;
1779     if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(GEP.getOperand(1)))
1780       HasZeroPointerIndex = C->isZero();
1781
1782     // Transform: GEP (bitcast [10 x i8]* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1783     // into     : GEP [10 x i8]* X, i32 0, ...
1784     //
1785     // Likewise, transform: GEP (bitcast i8* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1786     //           into     : GEP i8* X, ...
1787     //
1788     // This occurs when the program declares an array extern like "int X[];"
1789     if (HasZeroPointerIndex) {
1790       if (ArrayType *CATy =
1791           dyn_cast<ArrayType>(GEP.getSourceElementType())) {
1792         // GEP (bitcast i8* X to [0 x i8]*), i32 0, ... ?
1793         if (CATy->getElementType() == StrippedPtrTy->getElementType()) {
1794           // -> GEP i8* X, ...
1795           SmallVector<Value*, 8> Idx(GEP.idx_begin()+1, GEP.idx_end());
1796           GetElementPtrInst *Res = GetElementPtrInst::Create(
1797               StrippedPtrTy->getElementType(), StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
1798           Res->setIsInBounds(GEP.isInBounds());
1799           if (StrippedPtrTy->getAddressSpace() == GEP.getAddressSpace())
1800             return Res;
1801           // Insert Res, and create an addrspacecast.
1802           // e.g.,
1803           // GEP (addrspacecast i8 addrspace(1)* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1804           // ->
1805           // %0 = GEP i8 addrspace(1)* X, ...
1806           // addrspacecast i8 addrspace(1)* %0 to i8*
1807           return new AddrSpaceCastInst(Builder.Insert(Res), GEP.getType());
1808         }
1809
1810         if (ArrayType *XATy =
1811               dyn_cast<ArrayType>(StrippedPtrTy->getElementType())){
1812           // GEP (bitcast [10 x i8]* X to [0 x i8]*), i32 0, ... ?
1813           if (CATy->getElementType() == XATy->getElementType()) {
1814             // -> GEP [10 x i8]* X, i32 0, ...
1815             // At this point, we know that the cast source type is a pointer
1816             // to an array of the same type as the destination pointer
1817             // array.  Because the array type is never stepped over (there
1818             // is a leading zero) we can fold the cast into this GEP.
1819             if (StrippedPtrTy->getAddressSpace() == GEP.getAddressSpace()) {
1820               GEP.setOperand(0, StrippedPtr);
1821               GEP.setSourceElementType(XATy);
1822               return &GEP;
1823             }
1824             // Cannot replace the base pointer directly because StrippedPtr's
1825             // address space is different. Instead, create a new GEP followed by
1826             // an addrspacecast.
1827             // e.g.,
1828             // GEP (addrspacecast [10 x i8] addrspace(1)* X to [0 x i8]*),
1829             //   i32 0, ...
1830             // ->
1831             // %0 = GEP [10 x i8] addrspace(1)* X, ...
1832             // addrspacecast i8 addrspace(1)* %0 to i8*
1833             SmallVector<Value*, 8> Idx(GEP.idx_begin(), GEP.idx_end());
1834             Value *NewGEP = GEP.isInBounds()
1835                                 ? Builder.CreateInBoundsGEP(
1836                                       nullptr, StrippedPtr, Idx, GEP.getName())
1837                                 : Builder.CreateGEP(nullptr, StrippedPtr, Idx,
1838                                                     GEP.getName());
1839             return new AddrSpaceCastInst(NewGEP, GEP.getType());
1840           }
1841         }
1842       }
1843     } else if (GEP.getNumOperands() == 2) {
1844       // Transform things like:
1845       // %t = getelementptr i32* bitcast ([2 x i32]* %str to i32*), i32 %V
1846       // into:  %t1 = getelementptr [2 x i32]* %str, i32 0, i32 %V; bitcast
1847       Type *SrcElTy = StrippedPtrTy->getElementType();
1848       Type *ResElTy = GEP.getSourceElementType();
1849       if (SrcElTy->isArrayTy() &&
1850           DL.getTypeAllocSize(SrcElTy->getArrayElementType()) ==
1851               DL.getTypeAllocSize(ResElTy)) {
1852         Type *IdxType = DL.getIntPtrType(GEP.getType());
1853         Value *Idx[2] = { Constant::getNullValue(IdxType), GEP.getOperand(1) };
1854         Value *NewGEP =
1855             GEP.isInBounds()
1856                 ? Builder.CreateInBoundsGEP(nullptr, StrippedPtr, Idx,
1857                                             GEP.getName())
1858                 : Builder.CreateGEP(nullptr, StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
1859
1860         // V and GEP are both pointer types --> BitCast
1861         return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(NewGEP,
1862                                                              GEP.getType());
1863       }
1864
1865       // Transform things like:
1866       // %V = mul i64 %N, 4
1867       // %t = getelementptr i8* bitcast (i32* %arr to i8*), i32 %V
1868       // into:  %t1 = getelementptr i32* %arr, i32 %N; bitcast
1869       if (ResElTy->isSized() && SrcElTy->isSized()) {
1870         // Check that changing the type amounts to dividing the index by a scale
1871         // factor.
1872         uint64_t ResSize = DL.getTypeAllocSize(ResElTy);
1873         uint64_t SrcSize = DL.getTypeAllocSize(SrcElTy);
1874         if (ResSize && SrcSize % ResSize == 0) {
1875           Value *Idx = GEP.getOperand(1);
1876           unsigned BitWidth = Idx->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
1877           uint64_t Scale = SrcSize / ResSize;
1878
1879           // Earlier transforms ensure that the index has type IntPtrType, which
1880           // considerably simplifies the logic by eliminating implicit casts.
1881           assert(Idx->getType() == DL.getIntPtrType(GEP.getType()) &&
1882                  "Index not cast to pointer width?");
1883
1884           bool NSW;
1885           if (Value *NewIdx = Descale(Idx, APInt(BitWidth, Scale), NSW)) {
1886             // Successfully decomposed Idx as NewIdx * Scale, form a new GEP.
1887             // If the multiplication NewIdx * Scale may overflow then the new
1888             // GEP may not be "inbounds".
1889             Value *NewGEP =
1890                 GEP.isInBounds() && NSW
1891                     ? Builder.CreateInBoundsGEP(nullptr, StrippedPtr, NewIdx,
1892                                                 GEP.getName())
1893                     : Builder.CreateGEP(nullptr, StrippedPtr, NewIdx,
1894                                         GEP.getName());
1895
1896             // The NewGEP must be pointer typed, so must the old one -> BitCast
1897             return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(NewGEP,
1898                                                                  GEP.getType());
1899           }
1900         }
1901       }
1902
1903       // Similarly, transform things like:
1904       // getelementptr i8* bitcast ([100 x double]* X to i8*), i32 %tmp
1905       //   (where tmp = 8*tmp2) into:
1906       // getelementptr [100 x double]* %arr, i32 0, i32 %tmp2; bitcast
1907       if (ResElTy->isSized() && SrcElTy->isSized() && SrcElTy->isArrayTy()) {
1908         // Check that changing to the array element type amounts to dividing the
1909         // index by a scale factor.
1910         uint64_t ResSize = DL.getTypeAllocSize(ResElTy);
1911         uint64_t ArrayEltSize =
1912             DL.getTypeAllocSize(SrcElTy->getArrayElementType());
1913         if (ResSize && ArrayEltSize % ResSize == 0) {
1914           Value *Idx = GEP.getOperand(1);
1915           unsigned BitWidth = Idx->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
1916           uint64_t Scale = ArrayEltSize / ResSize;
1917
1918           // Earlier transforms ensure that the index has type IntPtrType, which
1919           // considerably simplifies the logic by eliminating implicit casts.
1920           assert(Idx->getType() == DL.getIntPtrType(GEP.getType()) &&
1921                  "Index not cast to pointer width?");
1922
1923           bool NSW;
1924           if (Value *NewIdx = Descale(Idx, APInt(BitWidth, Scale), NSW)) {
1925             // Successfully decomposed Idx as NewIdx * Scale, form a new GEP.
1926             // If the multiplication NewIdx * Scale may overflow then the new
1927             // GEP may not be "inbounds".
1928             Value *Off[2] = {
1929                 Constant::getNullValue(DL.getIntPtrType(GEP.getType())),
1930                 NewIdx};
1931
1932             Value *NewGEP = GEP.isInBounds() && NSW
1933                                 ? Builder.CreateInBoundsGEP(
1934                                       SrcElTy, StrippedPtr, Off, GEP.getName())
1935                                 : Builder.CreateGEP(SrcElTy, StrippedPtr, Off,
1936                                                     GEP.getName());
1937             // The NewGEP must be pointer typed, so must the old one -> BitCast
1938             return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(NewGEP,
1939                                                                  GEP.getType());
1940           }
1941         }
1942       }
1943     }
1944   }
1945
1946   // addrspacecast between types is canonicalized as a bitcast, then an
1947   // addrspacecast. To take advantage of the below bitcast + struct GEP, look
1948   // through the addrspacecast.
1949   if (AddrSpaceCastInst *ASC = dyn_cast<AddrSpaceCastInst>(PtrOp)) {
1950     //   X = bitcast A addrspace(1)* to B addrspace(1)*
1951     //   Y = addrspacecast A addrspace(1)* to B addrspace(2)*
1952     //   Z = gep Y, <...constant indices...>
1953     // Into an addrspacecasted GEP of the struct.
1954     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(ASC->getOperand(0)))
1955       PtrOp = BC;
1956   }
1957
1958   /// See if we can simplify:
1959   ///   X = bitcast A* to B*
1960   ///   Y = gep X, <...constant indices...>
1961   /// into a gep of the original struct.  This is important for SROA and alias
1962   /// analysis of unions.  If "A" is also a bitcast, wait for A/X to be merged.
1963   if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(PtrOp)) {
1964     Value *Operand = BCI->getOperand(0);
1965     PointerType *OpType = cast<PointerType>(Operand->getType());
1966     unsigned OffsetBits = DL.getPointerTypeSizeInBits(GEP.getType());
1967     APInt Offset(OffsetBits, 0);
1968     if (!isa<BitCastInst>(Operand) &&
1969         GEP.accumulateConstantOffset(DL, Offset)) {
1970
1971       // If this GEP instruction doesn't move the pointer, just replace the GEP
1972       // with a bitcast of the real input to the dest type.
1973       if (!Offset) {
1974         // If the bitcast is of an allocation, and the allocation will be
1975         // converted to match the type of the cast, don't touch this.
1976         if (isa<AllocaInst>(Operand) || isAllocationFn(Operand, &TLI)) {
1977           // See if the bitcast simplifies, if so, don't nuke this GEP yet.
1978           if (Instruction *I = visitBitCast(*BCI)) {
1979             if (I != BCI) {
1980               I->takeName(BCI);
1981               BCI->getParent()->getInstList().insert(BCI->getIterator(), I);
1982               replaceInstUsesWith(*BCI, I);
1983             }
1984             return &GEP;
1985           }
1986         }
1987
1988         if (Operand->getType()->getPointerAddressSpace() != GEP.getAddressSpace())
1989           return new AddrSpaceCastInst(Operand, GEP.getType());
1990         return new BitCastInst(Operand, GEP.getType());
1991       }
1992
1993       // Otherwise, if the offset is non-zero, we need to find out if there is a
1994       // field at Offset in 'A's type.  If so, we can pull the cast through the
1995       // GEP.
1996       SmallVector<Value*, 8> NewIndices;
1997       if (FindElementAtOffset(OpType, Offset.getSExtValue(), NewIndices)) {
1998         Value *NGEP =
1999             GEP.isInBounds()
2000                 ? Builder.CreateInBoundsGEP(nullptr, Operand, NewIndices)
2001                 : Builder.CreateGEP(nullptr, Operand, NewIndices);
2002
2003         if (NGEP->getType() == GEP.getType())
2004           return replaceInstUsesWith(GEP, NGEP);
2005         NGEP->takeName(&GEP);
2006
2007         if (NGEP->getType()->getPointerAddressSpace() != GEP.getAddressSpace())
2008           return new AddrSpaceCastInst(NGEP, GEP.getType());
2009         return new BitCastInst(NGEP, GEP.getType());
2010       }
2011     }
2012   }
2013
2014   if (!GEP.isInBounds()) {
2015     unsigned PtrWidth =
2016         DL.getPointerSizeInBits(PtrOp->getType()->getPointerAddressSpace());
2017     APInt BasePtrOffset(PtrWidth, 0);
2018     Value *UnderlyingPtrOp =
2019             PtrOp->stripAndAccumulateInBoundsConstantOffsets(DL,
2020                                                              BasePtrOffset);
2021     if (auto *AI = dyn_cast<AllocaInst>(UnderlyingPtrOp)) {
2022       if (GEP.accumulateConstantOffset(DL, BasePtrOffset) &&
2023           BasePtrOffset.isNonNegative()) {
2024         APInt AllocSize(PtrWidth, DL.getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType()));
2025         if (BasePtrOffset.ule(AllocSize)) {
2026           return GetElementPtrInst::CreateInBounds(
2027               PtrOp, makeArrayRef(Ops).slice(1), GEP.getName());
2028         }
2029       }
2030     }
2031   }
2032
2033   return nullptr;
2034 }
2035
2036 static bool isNeverEqualToUnescapedAlloc(Value *V, const TargetLibraryInfo *TLI,
2037                                          Instruction *AI) {
2038   if (isa<ConstantPointerNull>(V))
2039     return true;
2040   if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(V))
2041     return isa<GlobalVariable>(LI->getPointerOperand());
2042   // Two distinct allocations will never be equal.
2043   // We rely on LookThroughBitCast in isAllocLikeFn being false, since looking
2044   // through bitcasts of V can cause
2045   // the result statement below to be true, even when AI and V (ex:
2046   // i8* ->i32* ->i8* of AI) are the same allocations.
2047   return isAllocLikeFn(V, TLI) && V != AI;
2048 }
2049
2050 static bool isAllocSiteRemovable(Instruction *AI,
2051                                  SmallVectorImpl<WeakTrackingVH> &Users,
2052                                  const TargetLibraryInfo *TLI) {
2053   SmallVector<Instruction*, 4> Worklist;
2054   Worklist.push_back(AI);
2055
2056   do {
2057     Instruction *PI = Worklist.pop_back_val();
2058     for (User *U : PI->users()) {
2059       Instruction *I = cast<Instruction>(U);
2060       switch (I->getOpcode()) {
2061       default:
2062         // Give up the moment we see something we can't handle.
2063         return false;
2064
2065       case Instruction::AddrSpaceCast:
2066       case Instruction::BitCast:
2067       case Instruction::GetElementPtr:
2068         Users.emplace_back(I);
2069         Worklist.push_back(I);
2070         continue;
2071
2072       case Instruction::ICmp: {
2073         ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(I);
2074         // We can fold eq/ne comparisons with null to false/true, respectively.
2075         // We also fold comparisons in some conditions provided the alloc has
2076         // not escaped (see isNeverEqualToUnescapedAlloc).
2077         if (!ICI->isEquality())
2078           return false;
2079         unsigned OtherIndex = (ICI->getOperand(0) == PI) ? 1 : 0;
2080         if (!isNeverEqualToUnescapedAlloc(ICI->getOperand(OtherIndex), TLI, AI))
2081           return false;
2082         Users.emplace_back(I);
2083         continue;
2084       }
2085
2086       case Instruction::Call:
2087         // Ignore no-op and store intrinsics.
2088         if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
2089           switch (II->getIntrinsicID()) {
2090           default:
2091             return false;
2092
2093           case Intrinsic::memmove:
2094           case Intrinsic::memcpy:
2095           case Intrinsic::memset: {
2096             MemIntrinsic *MI = cast<MemIntrinsic>(II);
2097             if (MI->isVolatile() || MI->getRawDest() != PI)
2098               return false;
2099             LLVM_FALLTHROUGH;
2100           }
2101           case Intrinsic::invariant_start:
2102           case Intrinsic::invariant_end:
2103           case Intrinsic::lifetime_start:
2104           case Intrinsic::lifetime_end:
2105           case Intrinsic::objectsize:
2106             Users.emplace_back(I);
2107             continue;
2108           }
2109         }
2110
2111         if (isFreeCall(I, TLI)) {
2112           Users.emplace_back(I);
2113           continue;
2114         }
2115         return false;
2116
2117       case Instruction::Store: {
2118         StoreInst *SI = cast<StoreInst>(I);
2119         if (SI->isVolatile() || SI->getPointerOperand() != PI)
2120           return false;
2121         Users.emplace_back(I);
2122         continue;
2123       }
2124       }
2125       llvm_unreachable("missing a return?");
2126     }
2127   } while (!Worklist.empty());
2128   return true;
2129 }
2130
2131 Instruction *InstCombiner::visitAllocSite(Instruction &MI) {
2132   // If we have a malloc call which is only used in any amount of comparisons
2133   // to null and free calls, delete the calls and replace the comparisons with
2134   // true or false as appropriate.
2135   SmallVector<WeakTrackingVH, 64> Users;
2136
2137   // If we are removing an alloca with a dbg.declare, insert dbg.value calls
2138   // before each store.
2139   TinyPtrVector<DbgInfoIntrinsic *> DIIs;
2140   std::unique_ptr<DIBuilder> DIB;
2141   if (isa<AllocaInst>(MI)) {
2142     DIIs = FindDbgAddrUses(&MI);
2143     DIB.reset(new DIBuilder(*MI.getModule(), /*AllowUnresolved=*/false));
2144   }
2145
2146   if (isAllocSiteRemovable(&MI, Users, &TLI)) {
2147     for (unsigned i = 0, e = Users.size(); i != e; ++i) {
2148       // Lowering all @llvm.objectsize calls first because they may
2149       // use a bitcast/GEP of the alloca we are removing.
2150       if (!Users[i])
2151        continue;
2152
2153       Instruction *I = cast<Instruction>(&*Users[i]);
2154
2155       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
2156         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::objectsize) {
2157           ConstantInt *Result = lowerObjectSizeCall(II, DL, &TLI,
2158                                                     /*MustSucceed=*/true);
2159           replaceInstUsesWith(*I, Result);
2160           eraseInstFromFunction(*I);
2161           Users[i] = nullptr; // Skip examining in the next loop.
2162         }
2163       }
2164     }
2165     for (unsigned i = 0, e = Users.size(); i != e; ++i) {
2166       if (!Users[i])
2167         continue;
2168
2169       Instruction *I = cast<Instruction>(&*Users[i]);
2170
2171       if (ICmpInst *C = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
2172         replaceInstUsesWith(*C,
2173                             ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(C->getContext()),
2174                                              C->isFalseWhenEqual()));
2175       } else if (isa<BitCastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I) ||
2176                  isa<AddrSpaceCastInst>(I)) {
2177         replaceInstUsesWith(*I, UndefValue::get(I->getType()));
2178       } else if (auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
2179         for (auto *DII : DIIs)
2180           ConvertDebugDeclareToDebugValue(DII, SI, *DIB);
2181       }
2182       eraseInstFromFunction(*I);
2183     }
2184
2185     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(&MI)) {
2186       // Replace invoke with a NOP intrinsic to maintain the original CFG
2187       Module *M = II->getModule();
2188       Function *F = Intrinsic::getDeclaration(M, Intrinsic::donothing);
2189       InvokeInst::Create(F, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
2190                          None, "", II->getParent());
2191     }
2192
2193     for (auto *DII : DIIs)
2194       eraseInstFromFunction(*DII);
2195
2196     return eraseInstFromFunction(MI);
2197   }
2198   return nullptr;
2199 }
2200
2201 /// \brief Move the call to free before a NULL test.
2202 ///
2203 /// Check if this free is accessed after its argument has been test
2204 /// against NULL (property 0).
2205 /// If yes, it is legal to move this call in its predecessor block.
2206 ///
2207 /// The move is performed only if the block containing the call to free
2208 /// will be removed, i.e.:
2209 /// 1. it has only one predecessor P, and P has two successors
2210 /// 2. it contains the call and an unconditional branch
2211 /// 3. its successor is the same as its predecessor's successor
2212 ///
2213 /// The profitability is out-of concern here and this function should
2214 /// be called only if the caller knows this transformation would be
2215 /// profitable (e.g., for code size).
2216 static Instruction *
2217 tryToMoveFreeBeforeNullTest(CallInst &FI) {
2218   Value *Op = FI.getArgOperand(0);
2219   BasicBlock *FreeInstrBB = FI.getParent();
2220   BasicBlock *PredBB = FreeInstrBB->getSinglePredecessor();
2221
2222   // Validate part of constraint #1: Only one predecessor
2223   // FIXME: We can extend the number of predecessor, but in that case, we
2224   //        would duplicate the call to free in each predecessor and it may
2225   //        not be profitable even for code size.
2226   if (!PredBB)
2227     return nullptr;
2228
2229   // Validate constraint #2: Does this block contains only the call to
2230   //                         free and an unconditional branch?
2231   // FIXME: We could check if we can speculate everything in the
2232   //        predecessor block
2233   if (FreeInstrBB->size() != 2)
2234     return nullptr;
2235   BasicBlock *SuccBB;
2236   if (!match(FreeInstrBB->getTerminator(), m_UnconditionalBr(SuccBB)))
2237     return nullptr;
2238
2239   // Validate the rest of constraint #1 by matching on the pred branch.
2240   TerminatorInst *TI = PredBB->getTerminator();
2241   BasicBlock *TrueBB, *FalseBB;
2242   ICmpInst::Predicate Pred;
2243   if (!match(TI, m_Br(m_ICmp(Pred, m_Specific(Op), m_Zero()), TrueBB, FalseBB)))
2244     return nullptr;
2245   if (Pred != ICmpInst::ICMP_EQ && Pred != ICmpInst::ICMP_NE)
2246     return nullptr;
2247
2248   // Validate constraint #3: Ensure the null case just falls through.
2249   if (SuccBB != (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ ? TrueBB : FalseBB))
2250     return nullptr;
2251   assert(FreeInstrBB == (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ ? FalseBB : TrueBB) &&
2252          "Broken CFG: missing edge from predecessor to successor");
2253
2254   FI.moveBefore(TI);
2255   return &FI;
2256 }
2257
2258 Instruction *InstCombiner::visitFree(CallInst &FI) {
2259   Value *Op = FI.getArgOperand(0);
2260
2261   // free undef -> unreachable.
2262   if (isa<UndefValue>(Op)) {
2263     // Insert a new store to null because we cannot modify the CFG here.
2264     Builder.CreateStore(ConstantInt::getTrue(FI.getContext()),
2265                         UndefValue::get(Type::getInt1PtrTy(FI.getContext())));
2266     return eraseInstFromFunction(FI);
2267   }
2268
2269   // If we have 'free null' delete the instruction.  This can happen in stl code
2270   // when lots of inlining happens.
2271   if (isa<ConstantPointerNull>(Op))
2272     return eraseInstFromFunction(FI);
2273
2274   // If we optimize for code size, try to move the call to free before the null
2275   // test so that simplify cfg can remove the empty block and dead code
2276   // elimination the branch. I.e., helps to turn something like:
2277   // if (foo) free(foo);
2278   // into
2279   // free(foo);
2280   if (MinimizeSize)
2281     if (Instruction *I = tryToMoveFreeBeforeNullTest(FI))
2282       return I;
2283
2284   return nullptr;
2285 }
2286
2287 Instruction *InstCombiner::visitReturnInst(ReturnInst &RI) {
2288   if (RI.getNumOperands() == 0) // ret void
2289     return nullptr;
2290
2291   Value *ResultOp = RI.getOperand(0);
2292   Type *VTy = ResultOp->getType();
2293   if (!VTy->isIntegerTy())
2294     return nullptr;
2295
2296   // There might be assume intrinsics dominating this return that completely
2297   // determine the value. If so, constant fold it.
2298   KnownBits Known = computeKnownBits(ResultOp, 0, &RI);
2299   if (Known.isConstant())
2300     RI.setOperand(0, Constant::getIntegerValue(VTy, Known.getConstant()));
2301
2302   return nullptr;
2303 }
2304
2305 Instruction *InstCombiner::visitBranchInst(BranchInst &BI) {
2306   // Change br (not X), label True, label False to: br X, label False, True
2307   Value *X = nullptr;
2308   BasicBlock *TrueDest;
2309   BasicBlock *FalseDest;
2310   if (match(&BI, m_Br(m_Not(m_Value(X)), TrueDest, FalseDest)) &&
2311       !isa<Constant>(X)) {
2312     // Swap Destinations and condition...
2313     BI.setCondition(X);
2314     BI.swapSuccessors();
2315     return &BI;
2316   }
2317
2318   // If the condition is irrelevant, remove the use so that other
2319   // transforms on the condition become more effective.
2320   if (BI.isConditional() && !isa<ConstantInt>(BI.getCondition()) &&
2321       BI.getSuccessor(0) == BI.getSuccessor(1)) {
2322     BI.setCondition(ConstantInt::getFalse(BI.getCondition()->getType()));
2323     return &BI;
2324   }
2325
2326   // Canonicalize, for example, icmp_ne -> icmp_eq or fcmp_one -> fcmp_oeq.
2327   CmpInst::Predicate Pred;
2328   if (match(&BI, m_Br(m_OneUse(m_Cmp(Pred, m_Value(), m_Value())), TrueDest,
2329                       FalseDest)) &&
2330       !isCanonicalPredicate(Pred)) {
2331     // Swap destinations and condition.
2332     CmpInst *Cond = cast<CmpInst>(BI.getCondition());
2333     Cond->setPredicate(CmpInst::getInversePredicate(Pred));
2334     BI.swapSuccessors();
2335     Worklist.Add(Cond);
2336     return &BI;
2337   }
2338
2339   return nullptr;
2340 }
2341
2342 Instruction *InstCombiner::visitSwitchInst(SwitchInst &SI) {
2343   Value *Cond = SI.getCondition();
2344   Value *Op0;
2345   ConstantInt *AddRHS;
2346   if (match(Cond, m_Add(m_Value(Op0), m_ConstantInt(AddRHS)))) {
2347     // Change 'switch (X+4) case 1:' into 'switch (X) case -3'.
2348     for (auto Case : SI.cases()) {
2349       Constant *NewCase = ConstantExpr::getSub(Case.getCaseValue(), AddRHS);
2350       assert(isa<ConstantInt>(NewCase) &&
2351              "Result of expression should be constant");
2352       Case.setValue(cast<ConstantInt>(NewCase));
2353     }
2354     SI.setCondition(Op0);
2355     return &SI;
2356   }
2357
2358   KnownBits Known = computeKnownBits(Cond, 0, &SI);
2359   unsigned LeadingKnownZeros = Known.countMinLeadingZeros();
2360   unsigned LeadingKnownOnes = Known.countMinLeadingOnes();
2361
2362   // Compute the number of leading bits we can ignore.
2363   // TODO: A better way to determine this would use ComputeNumSignBits().
2364   for (auto &C : SI.cases()) {
2365     LeadingKnownZeros = std::min(
2366         LeadingKnownZeros, C.getCaseValue()->getValue().countLeadingZeros());
2367     LeadingKnownOnes = std::min(
2368         LeadingKnownOnes, C.getCaseValue()->getValue().countLeadingOnes());
2369   }
2370
2371   unsigned NewWidth = Known.getBitWidth() - std::max(LeadingKnownZeros, LeadingKnownOnes);
2372
2373   // Shrink the condition operand if the new type is smaller than the old type.
2374   // This may produce a non-standard type for the switch, but that's ok because
2375   // the backend should extend back to a legal type for the target.
2376   if (NewWidth > 0 && NewWidth < Known.getBitWidth()) {
2377     IntegerType *Ty = IntegerType::get(SI.getContext(), NewWidth);
2378     Builder.SetInsertPoint(&SI);
2379     Value *NewCond = Builder.CreateTrunc(Cond, Ty, "trunc");
2380     SI.setCondition(NewCond);
2381
2382     for (auto Case : SI.cases()) {
2383       APInt TruncatedCase = Case.getCaseValue()->getValue().trunc(NewWidth);
2384       Case.setValue(ConstantInt::get(SI.getContext(), TruncatedCase));
2385     }
2386     return &SI;
2387   }
2388
2389   return nullptr;
2390 }
2391
2392 Instruction *InstCombiner::visitExtractValueInst(ExtractValueInst &EV) {
2393   Value *Agg = EV.getAggregateOperand();
2394
2395   if (!EV.hasIndices())
2396     return replaceInstUsesWith(EV, Agg);
2397
2398   if (Value *V = SimplifyExtractValueInst(Agg, EV.getIndices(),
2399                                           SQ.getWithInstruction(&EV)))
2400     return replaceInstUsesWith(EV, V);
2401
2402   if (InsertValueInst *IV = dyn_cast<InsertValueInst>(Agg)) {
2403     // We're extracting from an insertvalue instruction, compare the indices
2404     const unsigned *exti, *exte, *insi, *inse;
2405     for (exti = EV.idx_begin(), insi = IV->idx_begin(),
2406          exte = EV.idx_end(), inse = IV->idx_end();
2407          exti != exte && insi != inse;
2408          ++exti, ++insi) {
2409       if (*insi != *exti)
2410         // The insert and extract both reference distinctly different elements.
2411         // This means the extract is not influenced by the insert, and we can
2412         // replace the aggregate operand of the extract with the aggregate
2413         // operand of the insert. i.e., replace
2414         // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, { i32 } { i32 42 }, 1
2415         // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 0
2416         // with
2417         // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %A, 0
2418         return ExtractValueInst::Create(IV->getAggregateOperand(),
2419                                         EV.getIndices());
2420     }
2421     if (exti == exte && insi == inse)
2422       // Both iterators are at the end: Index lists are identical. Replace
2423       // %B = insertvalue { i32, { i32 } } %A, i32 42, 1, 0
2424       // %C = extractvalue { i32, { i32 } } %B, 1, 0
2425       // with "i32 42"
2426       return replaceInstUsesWith(EV, IV->getInsertedValueOperand());
2427     if (exti == exte) {
2428       // The extract list is a prefix of the insert list. i.e. replace
2429       // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, i32 42, 1, 0
2430       // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 1
2431       // with
2432       // %X = extractvalue { i32, { i32 } } %A, 1
2433       // %E = insertvalue { i32 } %X, i32 42, 0
2434       // by switching the order of the insert and extract (though the
2435       // insertvalue should be left in, since it may have other uses).
2436       Value *NewEV = Builder.CreateExtractValue(IV->getAggregateOperand(),
2437                                                 EV.getIndices());
2438       return InsertValueInst::Create(NewEV, IV->getInsertedValueOperand(),
2439                                      makeArrayRef(insi, inse));
2440     }
2441     if (insi == inse)
2442       // The insert list is a prefix of the extract list
2443       // We can simply remove the common indices from the extract and make it
2444       // operate on the inserted value instead of the insertvalue result.
2445       // i.e., replace
2446       // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, { i32 } { i32 42 }, 1
2447       // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 1, 0
2448       // with
2449       // %E extractvalue { i32 } { i32 42 }, 0
2450       return ExtractValueInst::Create(IV->getInsertedValueOperand(),
2451                                       makeArrayRef(exti, exte));
2452   }
2453   if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Agg)) {
2454     // We're extracting from an intrinsic, see if we're the only user, which
2455     // allows us to simplify multiple result intrinsics to simpler things that
2456     // just get one value.
2457     if (II->hasOneUse()) {
2458       // Check if we're grabbing the overflow bit or the result of a 'with
2459       // overflow' intrinsic.  If it's the latter we can remove the intrinsic
2460       // and replace it with a traditional binary instruction.
2461       switch (II->getIntrinsicID()) {
2462       case Intrinsic::uadd_with_overflow:
2463       case Intrinsic::sadd_with_overflow:
2464         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
2465           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
2466           replaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
2467           eraseInstFromFunction(*II);
2468           return BinaryOperator::CreateAdd(LHS, RHS);
2469         }
2470
2471         // If the normal result of the add is dead, and the RHS is a constant,
2472         // we can transform this into a range comparison.
2473         // overflow = uadd a, -4  -->  overflow = icmp ugt a, 3
2474         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::uadd_with_overflow)
2475           if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(1)))
2476             return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_UGT, II->getArgOperand(0),
2477                                 ConstantExpr::getNot(CI));
2478         break;
2479       case Intrinsic::usub_with_overflow:
2480       case Intrinsic::ssub_with_overflow:
2481         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
2482           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
2483           replaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
2484           eraseInstFromFunction(*II);
2485           return BinaryOperator::CreateSub(LHS, RHS);
2486         }
2487         break;
2488       case Intrinsic::umul_with_overflow:
2489       case Intrinsic::smul_with_overflow:
2490         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
2491           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
2492           replaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
2493           eraseInstFromFunction(*II);
2494           return BinaryOperator::CreateMul(LHS, RHS);
2495         }
2496         break;
2497       default:
2498         break;
2499       }
2500     }
2501   }
2502   if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(Agg))
2503     // If the (non-volatile) load only has one use, we can rewrite this to a
2504     // load from a GEP. This reduces the size of the load. If a load is used
2505     // only by extractvalue instructions then this either must have been
2506     // optimized before, or it is a struct with padding, in which case we
2507     // don't want to do the transformation as it loses padding knowledge.
2508     if (L->isSimple() && L->hasOneUse()) {
2509       // extractvalue has integer indices, getelementptr has Value*s. Convert.
2510       SmallVector<Value*, 4> Indices;
2511       // Prefix an i32 0 since we need the first element.
2512       Indices.push_back(Builder.getInt32(0));
2513       for (ExtractValueInst::idx_iterator I = EV.idx_begin(), E = EV.idx_end();
2514             I != E; ++I)
2515         Indices.push_back(Builder.getInt32(*I));
2516
2517       // We need to insert these at the location of the old load, not at that of
2518       // the extractvalue.
2519       Builder.SetInsertPoint(L);
2520       Value *GEP = Builder.CreateInBoundsGEP(L->getType(),
2521                                              L->getPointerOperand(), Indices);
2522       Instruction *NL = Builder.CreateLoad(GEP);
2523       // Whatever aliasing information we had for the orignal load must also
2524       // hold for the smaller load, so propagate the annotations.
2525       AAMDNodes Nodes;
2526       L->getAAMetadata(Nodes);
2527       NL->setAAMetadata(Nodes);
2528       // Returning the load directly will cause the main loop to insert it in
2529       // the wrong spot, so use replaceInstUsesWith().
2530       return replaceInstUsesWith(EV, NL);
2531     }
2532   // We could simplify extracts from other values. Note that nested extracts may
2533   // already be simplified implicitly by the above: extract (extract (insert) )
2534   // will be translated into extract ( insert ( extract ) ) first and then just
2535   // the value inserted, if appropriate. Similarly for extracts from single-use
2536   // loads: extract (extract (load)) will be translated to extract (load (gep))
2537   // and if again single-use then via load (gep (gep)) to load (gep).
2538   // However, double extracts from e.g. function arguments or return values
2539   // aren't handled yet.
2540   return nullptr;
2541 }
2542
2543 /// Return 'true' if the given typeinfo will match anything.
2544 static bool isCatchAll(EHPersonality Personality, Constant *TypeInfo) {
2545   switch (Personality) {
2546   case EHPersonality::GNU_C:
2547   case EHPersonality::GNU_C_SjLj:
2548   case EHPersonality::Rust:
2549     // The GCC C EH and Rust personality only exists to support cleanups, so
2550     // it's not clear what the semantics of catch clauses are.
2551     return false;
2552   case EHPersonality::Unknown:
2553     return false;
2554   case EHPersonality::GNU_Ada:
2555     // While __gnat_all_others_value will match any Ada exception, it doesn't
2556     // match foreign exceptions (or didn't, before gcc-4.7).
2557     return false;
2558   case EHPersonality::GNU_CXX:
2559   case EHPersonality::GNU_CXX_SjLj:
2560   case EHPersonality::GNU_ObjC:
2561   case EHPersonality::MSVC_X86SEH:
2562   case EHPersonality::MSVC_Win64SEH:
2563   case EHPersonality::MSVC_CXX:
2564   case EHPersonality::CoreCLR:
2565     return TypeInfo->isNullValue();
2566   }
2567   llvm_unreachable("invalid enum");
2568 }
2569
2570 static bool shorter_filter(const Value *LHS, const Value *RHS) {
2571   return
2572     cast<ArrayType>(LHS->getType())->getNumElements()
2573   <
2574     cast<ArrayType>(RHS->getType())->getNumElements();
2575 }
2576
2577 Instruction *InstCombiner::visitLandingPadInst(LandingPadInst &LI) {
2578   // The logic here should be correct for any real-world personality function.
2579   // However if that turns out not to be true, the offending logic can always
2580   // be conditioned on the personality function, like the catch-all logic is.
2581   EHPersonality Personality =
2582       classifyEHPersonality(LI.getParent()->getParent()->getPersonalityFn());
2583
2584   // Simplify the list of clauses, eg by removing repeated catch clauses
2585   // (these are often created by inlining).
2586   bool MakeNewInstruction = false; // If true, recreate using the following:
2587   SmallVector<Constant *, 16> NewClauses; // - Clauses for the new instruction;
2588   bool CleanupFlag = LI.isCleanup();   // - The new instruction is a cleanup.
2589
2590   SmallPtrSet<Value *, 16> AlreadyCaught; // Typeinfos known caught already.
2591   for (unsigned i = 0, e = LI.getNumClauses(); i != e; ++i) {
2592     bool isLastClause = i + 1 == e;
2593     if (LI.isCatch(i)) {
2594       // A catch clause.
2595       Constant *CatchClause = LI.getClause(i);
2596       Constant *TypeInfo = CatchClause->stripPointerCasts();
2597
2598       // If we already saw this clause, there is no point in having a second
2599       // copy of it.
2600       if (AlreadyCaught.insert(TypeInfo).second) {
2601         // This catch clause was not already seen.
2602         NewClauses.push_back(CatchClause);
2603       } else {
2604         // Repeated catch clause - drop the redundant copy.
2605         MakeNewInstruction = true;
2606       }
2607
2608       // If this is a catch-all then there is no point in keeping any following
2609       // clauses or marking the landingpad as having a cleanup.
2610       if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
2611         if (!isLastClause)
2612           MakeNewInstruction = true;
2613         CleanupFlag = false;
2614         break;
2615       }
2616     } else {
2617       // A filter clause.  If any of the filter elements were already caught
2618       // then they can be dropped from the filter.  It is tempting to try to
2619       // exploit the filter further by saying that any typeinfo that does not
2620       // occur in the filter can't be caught later (and thus can be dropped).
2621       // However this would be wrong, since typeinfos can match without being
2622       // equal (for example if one represents a C++ class, and the other some
2623       // class derived from it).
2624       assert(LI.isFilter(i) && "Unsupported landingpad clause!");
2625       Constant *FilterClause = LI.getClause(i);
2626       ArrayType *FilterType = cast<ArrayType>(FilterClause->getType());
2627       unsigned NumTypeInfos = FilterType->getNumElements();
2628
2629       // An empty filter catches everything, so there is no point in keeping any
2630       // following clauses or marking the landingpad as having a cleanup.  By
2631       // dealing with this case here the following code is made a bit simpler.
2632       if (!NumTypeInfos) {
2633         NewClauses.push_back(FilterClause);
2634         if (!isLastClause)
2635           MakeNewInstruction = true;
2636         CleanupFlag = false;
2637         break;
2638       }
2639
2640       bool MakeNewFilter = false; // If true, make a new filter.
2641       SmallVector<Constant *, 16> NewFilterElts; // New elements.
2642       if (isa<ConstantAggregateZero>(FilterClause)) {
2643         // Not an empty filter - it contains at least one null typeinfo.
2644         assert(NumTypeInfos > 0 && "Should have handled empty filter already!");
2645         Constant *TypeInfo =
2646           Constant::getNullValue(FilterType->getElementType());
2647         // If this typeinfo is a catch-all then the filter can never match.
2648         if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
2649           // Throw the filter away.
2650           MakeNewInstruction = true;
2651           continue;
2652         }
2653
2654         // There is no point in having multiple copies of this typeinfo, so
2655         // discard all but the first copy if there is more than one.
2656         NewFilterElts.push_back(TypeInfo);
2657         if (NumTypeInfos > 1)
2658           MakeNewFilter = true;
2659       } else {
2660         ConstantArray *Filter = cast<ConstantArray>(FilterClause);
2661         SmallPtrSet<Value *, 16> SeenInFilter; // For uniquing the elements.
2662         NewFilterElts.reserve(NumTypeInfos);
2663
2664         // Remove any filter elements that were already caught or that already
2665         // occurred in the filter.  While there, see if any of the elements are
2666         // catch-alls.  If so, the filter can be discarded.
2667         bool SawCatchAll = false;
2668         for (unsigned j = 0; j != NumTypeInfos; ++j) {
2669           Constant *Elt = Filter->getOperand(j);
2670           Constant *TypeInfo = Elt->stripPointerCasts();
2671           if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
2672             // This element is a catch-all.  Bail out, noting this fact.
2673             SawCatchAll = true;
2674             break;
2675           }
2676
2677           // Even if we've seen a type in a catch clause, we don't want to
2678           // remove it from the filter.  An unexpected type handler may be
2679           // set up for a call site which throws an exception of the same
2680           // type caught.  In order for the exception thrown by the unexpected
2681           // handler to propagate correctly, the filter must be correctly
2682           // described for the call site.
2683           //
2684           // Example:
2685           //
2686           // void unexpected() { throw 1;}
2687           // void foo() throw (int) {
2688           //   std::set_unexpected(unexpected);
2689           //   try {
2690           //     throw 2.0;
2691           //   } catch (int i) {}
2692           // }
2693
2694           // There is no point in having multiple copies of the same typeinfo in
2695           // a filter, so only add it if we didn't already.
2696           if (SeenInFilter.insert(TypeInfo).second)
2697             NewFilterElts.push_back(cast<Constant>(Elt));
2698         }
2699         // A filter containing a catch-all cannot match anything by definition.
2700         if (SawCatchAll) {
2701           // Throw the filter away.
2702           MakeNewInstruction = true;
2703           continue;
2704         }
2705
2706         // If we dropped something from the filter, make a new one.
2707         if (NewFilterElts.size() < NumTypeInfos)
2708           MakeNewFilter = true;
2709       }
2710       if (MakeNewFilter) {
2711         FilterType = ArrayType::get(FilterType->getElementType(),
2712                                     NewFilterElts.size());
2713         FilterClause = ConstantArray::get(FilterType, NewFilterElts);
2714         MakeNewInstruction = true;
2715       }
2716
2717       NewClauses.push_back(FilterClause);
2718
2719       // If the new filter is empty then it will catch everything so there is
2720       // no point in keeping any following clauses or marking the landingpad
2721       // as having a cleanup.  The case of the original filter being empty was
2722       // already handled above.
2723       if (MakeNewFilter && !NewFilterElts.size()) {
2724         assert(MakeNewInstruction && "New filter but not a new instruction!");
2725         CleanupFlag = false;
2726         break;
2727       }
2728     }
2729   }
2730
2731   // If several filters occur in a row then reorder them so that the shortest
2732   // filters come first (those with the smallest number of elements).  This is
2733   // advantageous because shorter filters are more likely to match, speeding up
2734   // unwinding, but mostly because it increases the effectiveness of the other
2735   // filter optimizations below.
2736   for (unsigned i = 0, e = NewClauses.size(); i + 1 < e; ) {
2737     unsigned j;
2738     // Find the maximal 'j' s.t. the range [i, j) consists entirely of filters.
2739     for (j = i; j != e; ++j)
2740       if (!isa<ArrayType>(NewClauses[j]->getType()))
2741         break;
2742
2743     // Check whether the filters are already sorted by length.  We need to know
2744     // if sorting them is actually going to do anything so that we only make a
2745     // new landingpad instruction if it does.
2746     for (unsigned k = i; k + 1 < j; ++k)
2747       if (shorter_filter(NewClauses[k+1], NewClauses[k])) {
2748         // Not sorted, so sort the filters now.  Doing an unstable sort would be
2749         // correct too but reordering filters pointlessly might confuse users.
2750         std::stable_sort(NewClauses.begin() + i, NewClauses.begin() + j,
2751                          shorter_filter);
2752         MakeNewInstruction = true;
2753         break;
2754       }
2755
2756     // Look for the next batch of filters.
2757     i = j + 1;
2758   }
2759
2760   // If typeinfos matched if and only if equal, then the elements of a filter L
2761   // that occurs later than a filter F could be replaced by the intersection of
2762   // the elements of F and L.  In reality two typeinfos can match without being
2763   // equal (for example if one represents a C++ class, and the other some class
2764   // derived from it) so it would be wrong to perform this transform in general.
2765   // However the transform is correct and useful if F is a subset of L.  In that
2766   // case L can be replaced by F, and thus removed altogether since repeating a
2767   // filter is pointless.  So here we look at all pairs of filters F and L where
2768   // L follows F in the list of clauses, and remove L if every element of F is
2769   // an element of L.  This can occur when inlining C++ functions with exception
2770   // specifications.
2771   for (unsigned i = 0; i + 1 < NewClauses.size(); ++i) {
2772     // Examine each filter in turn.
2773     Value *Filter = NewClauses[i];
2774     ArrayType *FTy = dyn_cast<ArrayType>(Filter->getType());
2775     if (!FTy)
2776       // Not a filter - skip it.
2777       continue;
2778     unsigned FElts = FTy->getNumElements();
2779     // Examine each filter following this one.  Doing this backwards means that
2780     // we don't have to worry about filters disappearing under us when removed.
2781     for (unsigned j = NewClauses.size() - 1; j != i; --j) {
2782       Value *LFilter = NewClauses[j];
2783       ArrayType *LTy = dyn_cast<ArrayType>(LFilter->getType());
2784       if (!LTy)
2785         // Not a filter - skip it.
2786         continue;
2787       // If Filter is a subset of LFilter, i.e. every element of Filter is also
2788       // an element of LFilter, then discard LFilter.
2789       SmallVectorImpl<Constant *>::iterator J = NewClauses.begin() + j;
2790       // If Filter is empty then it is a subset of LFilter.
2791       if (!FElts) {
2792         // Discard LFilter.
2793         NewClauses.erase(J);
2794         MakeNewInstruction = true;
2795         // Move on to the next filter.
2796         continue;
2797       }
2798       unsigned LElts = LTy->getNumElements();
2799       // If Filter is longer than LFilter then it cannot be a subset of it.
2800       if (FElts > LElts)
2801         // Move on to the next filter.
2802         continue;
2803       // At this point we know that LFilter has at least one element.
2804       if (isa<ConstantAggregateZero>(LFilter)) { // LFilter only contains zeros.
2805         // Filter is a subset of LFilter iff Filter contains only zeros (as we
2806         // already know that Filter is not longer than LFilter).
2807         if (isa<ConstantAggregateZero>(Filter)) {
2808           assert(FElts <= LElts && "Should have handled this case earlier!");
2809           // Discard LFilter.
2810           NewClauses.erase(J);
2811           MakeNewInstruction = true;
2812         }
2813         // Move on to the next filter.
2814         continue;
2815       }
2816       ConstantArray *LArray = cast<ConstantArray>(LFilter);
2817       if (isa<ConstantAggregateZero>(Filter)) { // Filter only contains zeros.
2818         // Since Filter is non-empty and contains only zeros, it is a subset of
2819         // LFilter iff LFilter contains a zero.
2820         assert(FElts > 0 && "Should have eliminated the empty filter earlier!");
2821         for (unsigned l = 0; l != LElts; ++l)
2822           if (LArray->getOperand(l)->isNullValue()) {
2823             // LFilter contains a zero - discard it.
2824             NewClauses.erase(J);
2825             MakeNewInstruction = true;
2826             break;
2827           }
2828         // Move on to the next filter.
2829         continue;
2830       }
2831       // At this point we know that both filters are ConstantArrays.  Loop over
2832       // operands to see whether every element of Filter is also an element of
2833       // LFilter.  Since filters tend to be short this is probably faster than
2834       // using a method that scales nicely.
2835       ConstantArray *FArray = cast<ConstantArray>(Filter);
2836       bool AllFound = true;
2837       for (unsigned f = 0; f != FElts; ++f) {
2838         Value *FTypeInfo = FArray->getOperand(f)->stripPointerCasts();
2839         AllFound = false;
2840         for (unsigned l = 0; l != LElts; ++l) {
2841           Value *LTypeInfo = LArray->getOperand(l)->stripPointerCasts();
2842           if (LTypeInfo == FTypeInfo) {
2843             AllFound = true;
2844             break;
2845           }
2846         }
2847         if (!AllFound)
2848           break;
2849       }
2850       if (AllFound) {
2851         // Discard LFilter.
2852         NewClauses.erase(J);
2853         MakeNewInstruction = true;
2854       }
2855       // Move on to the next filter.
2856     }
2857   }
2858
2859   // If we changed any of the clauses, replace the old landingpad instruction
2860   // with a new one.
2861   if (MakeNewInstruction) {
2862     LandingPadInst *NLI = LandingPadInst::Create(LI.getType(),
2863                                                  NewClauses.size());
2864     for (unsigned i = 0, e = NewClauses.size(); i != e; ++i)
2865       NLI->addClause(NewClauses[i]);
2866     // A landing pad with no clauses must have the cleanup flag set.  It is
2867     // theoretically possible, though highly unlikely, that we eliminated all
2868     // clauses.  If so, force the cleanup flag to true.
2869     if (NewClauses.empty())
2870       CleanupFlag = true;
2871     NLI->setCleanup(CleanupFlag);
2872     return NLI;
2873   }
2874
2875   // Even if none of the clauses changed, we may nonetheless have understood
2876   // that the cleanup flag is pointless.  Clear it if so.
2877   if (LI.isCleanup() != CleanupFlag) {
2878     assert(!CleanupFlag && "Adding a cleanup, not removing one?!");
2879     LI.setCleanup(CleanupFlag);
2880     return &LI;
2881   }
2882
2883   return nullptr;
2884 }
2885
2886 /// Try to move the specified instruction from its current block into the
2887 /// beginning of DestBlock, which can only happen if it's safe to move the
2888 /// instruction past all of the instructions between it and the end of its
2889 /// block.
2890 static bool TryToSinkInstruction(Instruction *I, BasicBlock *DestBlock) {
2891   assert(I->hasOneUse() && "Invariants didn't hold!");
2892
2893   // Cannot move control-flow-involving, volatile loads, vaarg, etc.
2894   if (isa<PHINode>(I) || I->isEHPad() || I->mayHaveSideEffects() ||
2895       isa<TerminatorInst>(I))
2896     return false;
2897
2898   // Do not sink alloca instructions out of the entry block.
2899   if (isa<AllocaInst>(I) && I->getParent() ==
2900         &DestBlock->getParent()->getEntryBlock())
2901     return false;
2902
2903   // Do not sink into catchswitch blocks.
2904   if (isa<CatchSwitchInst>(DestBlock->getTerminator()))
2905     return false;
2906
2907   // Do not sink convergent call instructions.
2908   if (auto *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
2909     if (CI->isConvergent())
2910       return false;
2911   }
2912   // We can only sink load instructions if there is nothing between the load and
2913   // the end of block that could change the value.
2914   if (I->mayReadFromMemory()) {
2915     for (BasicBlock::iterator Scan = I->getIterator(),
2916                               E = I->getParent()->end();
2917          Scan != E; ++Scan)
2918       if (Scan->mayWriteToMemory())
2919         return false;
2920   }
2921
2922   BasicBlock::iterator InsertPos = DestBlock->getFirstInsertionPt();
2923   I->moveBefore(&*InsertPos);
2924   ++NumSunkInst;
2925   return true;
2926 }
2927
2928 bool InstCombiner::run() {
2929   while (!Worklist.isEmpty()) {
2930     Instruction *I = Worklist.RemoveOne();
2931     if (I == nullptr) continue;  // skip null values.
2932
2933     // Check to see if we can DCE the instruction.
2934     if (isInstructionTriviallyDead(I, &TLI)) {
2935       DEBUG(dbgs() << "IC: DCE: " << *I << '\n');
2936       eraseInstFromFunction(*I);
2937       ++NumDeadInst;
2938       MadeIRChange = true;
2939       continue;
2940     }
2941
2942     if (!DebugCounter::shouldExecute(VisitCounter))
2943       continue;
2944
2945     // Instruction isn't dead, see if we can constant propagate it.
2946     if (!I->use_empty() &&
2947         (I->getNumOperands() == 0 || isa<Constant>(I->getOperand(0)))) {
2948       if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(I, DL, &TLI)) {
2949         DEBUG(dbgs() << "IC: ConstFold to: " << *C << " from: " << *I << '\n');
2950
2951         // Add operands to the worklist.
2952         replaceInstUsesWith(*I, C);
2953         ++NumConstProp;
2954         if (isInstructionTriviallyDead(I, &TLI))
2955           eraseInstFromFunction(*I);
2956         MadeIRChange = true;
2957         continue;
2958       }
2959     }
2960
2961     // In general, it is possible for computeKnownBits to determine all bits in
2962     // a value even when the operands are not all constants.
2963     Type *Ty = I->getType();
2964     if (ExpensiveCombines && !I->use_empty() && Ty->isIntOrIntVectorTy()) {
2965       KnownBits Known = computeKnownBits(I, /*Depth*/0, I);
2966       if (Known.isConstant()) {
2967         Constant *C = ConstantInt::get(Ty, Known.getConstant());
2968         DEBUG(dbgs() << "IC: ConstFold (all bits known) to: " << *C <<
2969                         " from: " << *I << '\n');
2970
2971         // Add operands to the worklist.
2972         replaceInstUsesWith(*I, C);
2973         ++NumConstProp;
2974         if (isInstructionTriviallyDead(I, &TLI))
2975           eraseInstFromFunction(*I);
2976         MadeIRChange = true;
2977         continue;
2978       }
2979     }
2980
2981     // See if we can trivially sink this instruction to a successor basic block.
2982     if (I->hasOneUse()) {
2983       BasicBlock *BB = I->getParent();
2984       Instruction *UserInst = cast<Instruction>(*I->user_begin());
2985       BasicBlock *UserParent;
2986
2987       // Get the block the use occurs in.
2988       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(UserInst))
2989         UserParent = PN->getIncomingBlock(*I->use_begin());
2990       else
2991         UserParent = UserInst->getParent();
2992
2993       if (UserParent != BB) {
2994         bool UserIsSuccessor = false;
2995         // See if the user is one of our successors.
2996         for (succ_iterator SI = succ_begin(BB), E = succ_end(BB); SI != E; ++SI)
2997           if (*SI == UserParent) {
2998             UserIsSuccessor = true;
2999             break;
3000           }
3001
3002         // If the user is one of our immediate successors, and if that successor
3003         // only has us as a predecessors (we'd have to split the critical edge
3004         // otherwise), we can keep going.
3005         if (UserIsSuccessor && UserParent->getUniquePredecessor()) {
3006           // Okay, the CFG is simple enough, try to sink this instruction.
3007           if (TryToSinkInstruction(I, UserParent)) {
3008             DEBUG(dbgs() << "IC: Sink: " << *I << '\n');
3009             MadeIRChange = true;
3010             // We'll add uses of the sunk instruction below, but since sinking
3011             // can expose opportunities for it's *operands* add them to the
3012             // worklist
3013             for (Use &U : I->operands())
3014               if (Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(U.get()))
3015                 Worklist.Add(OpI);
3016           }
3017         }
3018       }
3019     }
3020
3021     // Now that we have an instruction, try combining it to simplify it.
3022     Builder.SetInsertPoint(I);
3023     Builder.SetCurrentDebugLocation(I->getDebugLoc());
3024
3025 #ifndef NDEBUG
3026     std::string OrigI;
3027 #endif
3028     DEBUG(raw_string_ostream SS(OrigI); I->print(SS); OrigI = SS.str(););
3029     DEBUG(dbgs() << "IC: Visiting: " << OrigI << '\n');
3030
3031     if (Instruction *Result = visit(*I)) {
3032       ++NumCombined;
3033       // Should we replace the old instruction with a new one?
3034       if (Result != I) {
3035         DEBUG(dbgs() << "IC: Old = " << *I << '\n'
3036                      << "    New = " << *Result << '\n');
3037
3038         if (I->getDebugLoc())
3039           Result->setDebugLoc(I->getDebugLoc());
3040         // Everything uses the new instruction now.
3041         I->replaceAllUsesWith(Result);
3042
3043         // Move the name to the new instruction first.
3044         Result->takeName(I);
3045
3046         // Push the new instruction and any users onto the worklist.
3047         Worklist.AddUsersToWorkList(*Result);
3048         Worklist.Add(Result);
3049
3050         // Insert the new instruction into the basic block...
3051         BasicBlock *InstParent = I->getParent();
3052         BasicBlock::iterator InsertPos = I->getIterator();
3053
3054         // If we replace a PHI with something that isn't a PHI, fix up the
3055         // insertion point.
3056         if (!isa<PHINode>(Result) && isa<PHINode>(InsertPos))
3057           InsertPos = InstParent->getFirstInsertionPt();
3058
3059         InstParent->getInstList().insert(InsertPos, Result);
3060
3061         eraseInstFromFunction(*I);
3062       } else {
3063         DEBUG(dbgs() << "IC: Mod = " << OrigI << '\n'
3064                      << "    New = " << *I << '\n');
3065
3066         // If the instruction was modified, it's possible that it is now dead.
3067         // if so, remove it.
3068         if (isInstructionTriviallyDead(I, &TLI)) {
3069           eraseInstFromFunction(*I);
3070         } else {
3071           Worklist.AddUsersToWorkList(*I);
3072           Worklist.Add(I);
3073         }
3074       }
3075       MadeIRChange = true;
3076     }
3077   }
3078
3079   Worklist.Zap();
3080   return MadeIRChange;
3081 }
3082
3083 /// Walk the function in depth-first order, adding all reachable code to the
3084 /// worklist.
3085 ///
3086 /// This has a couple of tricks to make the code faster and more powerful.  In
3087 /// particular, we constant fold and DCE instructions as we go, to avoid adding
3088 /// them to the worklist (this significantly speeds up instcombine on code where
3089 /// many instructions are dead or constant).  Additionally, if we find a branch
3090 /// whose condition is a known constant, we only visit the reachable successors.
3091 static bool AddReachableCodeToWorklist(BasicBlock *BB, const DataLayout &DL,
3092                                        SmallPtrSetImpl<BasicBlock *> &Visited,
3093                                        InstCombineWorklist &ICWorklist,
3094                                        const TargetLibraryInfo *TLI) {
3095   bool MadeIRChange = false;
3096   SmallVector<BasicBlock*, 256> Worklist;
3097   Worklist.push_back(BB);
3098
3099   SmallVector<Instruction*, 128> InstrsForInstCombineWorklist;
3100   DenseMap<Constant *, Constant *> FoldedConstants;
3101
3102   do {
3103     BB = Worklist.pop_back_val();
3104
3105     // We have now visited this block!  If we've already been here, ignore it.
3106     if (!Visited.insert(BB).second)
3107       continue;
3108
3109     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(), E = BB->end(); BBI != E; ) {
3110       Instruction *Inst = &*BBI++;
3111
3112       // DCE instruction if trivially dead.
3113       if (isInstructionTriviallyDead(Inst, TLI)) {
3114         ++NumDeadInst;
3115         DEBUG(dbgs() << "IC: DCE: " << *Inst << '\n');
3116         salvageDebugInfo(*Inst);
3117         Inst->eraseFromParent();
3118         MadeIRChange = true;
3119         continue;
3120       }
3121
3122       // ConstantProp instruction if trivially constant.
3123       if (!Inst->use_empty() &&
3124           (Inst->getNumOperands() == 0 || isa<Constant>(Inst->getOperand(0))))
3125         if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(Inst, DL, TLI)) {
3126           DEBUG(dbgs() << "IC: ConstFold to: " << *C << " from: "
3127                        << *Inst << '\n');
3128           Inst->replaceAllUsesWith(C);
3129           ++NumConstProp;
3130           if (isInstructionTriviallyDead(Inst, TLI))
3131             Inst->eraseFromParent();
3132           MadeIRChange = true;
3133           continue;
3134         }
3135
3136       // See if we can constant fold its operands.
3137       for (Use &U : Inst->operands()) {
3138         if (!isa<ConstantVector>(U) && !isa<ConstantExpr>(U))
3139           continue;
3140
3141         auto *C = cast<Constant>(U);
3142         Constant *&FoldRes = FoldedConstants[C];
3143         if (!FoldRes)
3144           FoldRes = ConstantFoldConstant(C, DL, TLI);
3145         if (!FoldRes)
3146           FoldRes = C;
3147
3148         if (FoldRes != C) {
3149           DEBUG(dbgs() << "IC: ConstFold operand of: " << *Inst
3150                        << "\n    Old = " << *C
3151                        << "\n    New = " << *FoldRes << '\n');
3152           U = FoldRes;
3153           MadeIRChange = true;
3154         }
3155       }
3156
3157       // Skip processing debug intrinsics in InstCombine. Processing these call instructions
3158       // consumes non-trivial amount of time and provides no value for the optimization.
3159       if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(Inst))
3160         InstrsForInstCombineWorklist.push_back(Inst);
3161     }
3162
3163     // Recursively visit successors.  If this is a branch or switch on a
3164     // constant, only visit the reachable successor.
3165     TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
3166     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
3167       if (BI->isConditional() && isa<ConstantInt>(BI->getCondition())) {
3168         bool CondVal = cast<ConstantInt>(BI->getCondition())->getZExtValue();
3169         BasicBlock *ReachableBB = BI->getSuccessor(!CondVal);
3170         Worklist.push_back(ReachableBB);
3171         continue;
3172       }
3173     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
3174       if (ConstantInt *Cond = dyn_cast<ConstantInt>(SI->getCondition())) {
3175         Worklist.push_back(SI->findCaseValue(Cond)->getCaseSuccessor());
3176         continue;
3177       }
3178     }
3179
3180     for (BasicBlock *SuccBB : TI->successors())
3181       Worklist.push_back(SuccBB);
3182   } while (!Worklist.empty());
3183
3184   // Once we've found all of the instructions to add to instcombine's worklist,
3185   // add them in reverse order.  This way instcombine will visit from the top
3186   // of the function down.  This jives well with the way that it adds all uses
3187   // of instructions to the worklist after doing a transformation, thus avoiding
3188   // some N^2 behavior in pathological cases.
3189   ICWorklist.AddInitialGroup(InstrsForInstCombineWorklist);
3190
3191   return MadeIRChange;
3192 }
3193
3194 /// \brief Populate the IC worklist from a function, and prune any dead basic
3195 /// blocks discovered in the process.
3196 ///
3197 /// This also does basic constant propagation and other forward fixing to make
3198 /// the combiner itself run much faster.
3199 static bool prepareICWorklistFromFunction(Function &F, const DataLayout &DL,
3200                                           TargetLibraryInfo *TLI,
3201                                           InstCombineWorklist &ICWorklist) {
3202   bool MadeIRChange = false;
3203
3204   // Do a depth-first traversal of the function, populate the worklist with
3205   // the reachable instructions.  Ignore blocks that are not reachable.  Keep
3206   // track of which blocks we visit.
3207   SmallPtrSet<BasicBlock *, 32> Visited;
3208   MadeIRChange |=
3209       AddReachableCodeToWorklist(&F.front(), DL, Visited, ICWorklist, TLI);
3210
3211   // Do a quick scan over the function.  If we find any blocks that are
3212   // unreachable, remove any instructions inside of them.  This prevents
3213   // the instcombine code from having to deal with some bad special cases.
3214   for (BasicBlock &BB : F) {
3215     if (Visited.count(&BB))
3216       continue;
3217
3218     unsigned NumDeadInstInBB = removeAllNonTerminatorAndEHPadInstructions(&BB);
3219     MadeIRChange |= NumDeadInstInBB > 0;
3220     NumDeadInst += NumDeadInstInBB;
3221   }
3222
3223   return MadeIRChange;
3224 }
3225
3226 static bool combineInstructionsOverFunction(
3227     Function &F, InstCombineWorklist &Worklist, AliasAnalysis *AA,
3228     AssumptionCache &AC, TargetLibraryInfo &TLI, DominatorTree &DT,
3229     OptimizationRemarkEmitter &ORE, bool ExpensiveCombines = true,
3230     LoopInfo *LI = nullptr) {
3231   auto &DL = F.getParent()->getDataLayout();
3232   ExpensiveCombines |= EnableExpensiveCombines;
3233
3234   /// Builder - This is an IRBuilder that automatically inserts new
3235   /// instructions into the worklist when they are created.
3236   IRBuilder<TargetFolder, IRBuilderCallbackInserter> Builder(
3237       F.getContext(), TargetFolder(DL),
3238       IRBuilderCallbackInserter([&Worklist, &AC](Instruction *I) {
3239         Worklist.Add(I);
3240         if (match(I, m_Intrinsic<Intrinsic::assume>()))
3241           AC.registerAssumption(cast<CallInst>(I));
3242       }));
3243
3244   // Lower dbg.declare intrinsics otherwise their value may be clobbered
3245   // by instcombiner.
3246   bool MadeIRChange = false;
3247   if (ShouldLowerDbgDeclare)
3248     MadeIRChange = LowerDbgDeclare(F);
3249
3250   // Iterate while there is work to do.
3251   int Iteration = 0;
3252   while (true) {
3253     ++Iteration;
3254     DEBUG(dbgs() << "\n\nINSTCOMBINE ITERATION #" << Iteration << " on "
3255                  << F.getName() << "\n");
3256
3257     MadeIRChange |= prepareICWorklistFromFunction(F, DL, &TLI, Worklist);
3258
3259     InstCombiner IC(Worklist, Builder, F.optForMinSize(), ExpensiveCombines, AA,
3260                     AC, TLI, DT, ORE, DL, LI);
3261     IC.MaxArraySizeForCombine = MaxArraySize;
3262
3263     if (!IC.run())
3264       break;
3265   }
3266
3267   return MadeIRChange || Iteration > 1;
3268 }
3269
3270 PreservedAnalyses InstCombinePass::run(Function &F,
3271                                        FunctionAnalysisManager &AM) {
3272   auto &AC = AM.getResult<AssumptionAnalysis>(F);
3273   auto &DT = AM.getResult<DominatorTreeAnalysis>(F);
3274   auto &TLI = AM.getResult<TargetLibraryAnalysis>(F);
3275   auto &ORE = AM.getResult<OptimizationRemarkEmitterAnalysis>(F);
3276
3277   auto *LI = AM.getCachedResult<LoopAnalysis>(F);
3278
3279   auto *AA = &AM.getResult<AAManager>(F);
3280   if (!combineInstructionsOverFunction(F, Worklist, AA, AC, TLI, DT, ORE,
3281                                        ExpensiveCombines, LI))
3282     // No changes, all analyses are preserved.
3283     return PreservedAnalyses::all();
3284
3285   // Mark all the analyses that instcombine updates as preserved.
3286   PreservedAnalyses PA;
3287   PA.preserveSet<CFGAnalyses>();
3288   PA.preserve<AAManager>();
3289   PA.preserve<BasicAA>();
3290   PA.preserve<GlobalsAA>();
3291   return PA;
3292 }
3293
3294 void InstructionCombiningPass::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
3295   AU.setPreservesCFG();
3296   AU.addRequired<AAResultsWrapperPass>();
3297   AU.addRequired<AssumptionCacheTracker>();
3298   AU.addRequired<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
3299   AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
3300   AU.addRequired<OptimizationRemarkEmitterWrapperPass>();
3301   AU.addPreserved<DominatorTreeWrapperPass>();
3302   AU.addPreserved<AAResultsWrapperPass>();
3303   AU.addPreserved<BasicAAWrapperPass>();
3304   AU.addPreserved<GlobalsAAWrapperPass>();
3305 }
3306
3307 bool InstructionCombiningPass::runOnFunction(Function &F) {
3308   if (skipFunction(F))
3309     return false;
3310
3311   // Required analyses.
3312   auto AA = &getAnalysis<AAResultsWrapperPass>().getAAResults();
3313   auto &AC = getAnalysis<AssumptionCacheTracker>().getAssumptionCache(F);
3314   auto &TLI = getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI();
3315   auto &DT = getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
3316   auto &ORE = getAnalysis<OptimizationRemarkEmitterWrapperPass>().getORE();
3317
3318   // Optional analyses.
3319   auto *LIWP = getAnalysisIfAvailable<LoopInfoWrapperPass>();
3320   auto *LI = LIWP ? &LIWP->getLoopInfo() : nullptr;
3321
3322   return combineInstructionsOverFunction(F, Worklist, AA, AC, TLI, DT, ORE,
3323                                          ExpensiveCombines, LI);
3324 }
3325
3326 char InstructionCombiningPass::ID = 0;
3327
3328 INITIALIZE_PASS_BEGIN(InstructionCombiningPass, "instcombine",
3329                       "Combine redundant instructions", false, false)
3330 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
3331 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfoWrapperPass)
3332 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
3333 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AAResultsWrapperPass)
3334 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(GlobalsAAWrapperPass)
3335 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(OptimizationRemarkEmitterWrapperPass)
3336 INITIALIZE_PASS_END(InstructionCombiningPass, "instcombine",
3337                     "Combine redundant instructions", false, false)
3338
3339 // Initialization Routines
3340 void llvm::initializeInstCombine(PassRegistry &Registry) {
3341   initializeInstructionCombiningPassPass(Registry);
3342 }
3343
3344 void LLVMInitializeInstCombine(LLVMPassRegistryRef R) {
3345   initializeInstructionCombiningPassPass(*unwrap(R));
3346 }
3347
3348 FunctionPass *llvm::createInstructionCombiningPass(bool ExpensiveCombines) {
3349   return new InstructionCombiningPass(ExpensiveCombines);
3350 }