]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/Transforms/InstCombine/InstructionCombining.cpp
Merge llvm, clang, compiler-rt, libc++, libunwind, lld, lldb and openmp
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm / lib / Transforms / InstCombine / InstructionCombining.cpp
1 //===- InstructionCombining.cpp - Combine multiple instructions -----------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // InstructionCombining - Combine instructions to form fewer, simple
11 // instructions.  This pass does not modify the CFG.  This pass is where
12 // algebraic simplification happens.
13 //
14 // This pass combines things like:
15 //    %Y = add i32 %X, 1
16 //    %Z = add i32 %Y, 1
17 // into:
18 //    %Z = add i32 %X, 2
19 //
20 // This is a simple worklist driven algorithm.
21 //
22 // This pass guarantees that the following canonicalizations are performed on
23 // the program:
24 //    1. If a binary operator has a constant operand, it is moved to the RHS
25 //    2. Bitwise operators with constant operands are always grouped so that
26 //       shifts are performed first, then or's, then and's, then xor's.
27 //    3. Compare instructions are converted from <,>,<=,>= to ==,!= if possible
28 //    4. All cmp instructions on boolean values are replaced with logical ops
29 //    5. add X, X is represented as (X*2) => (X << 1)
30 //    6. Multiplies with a power-of-two constant argument are transformed into
31 //       shifts.
32 //   ... etc.
33 //
34 //===----------------------------------------------------------------------===//
35
36 #include "InstCombineInternal.h"
37 #include "llvm-c/Initialization.h"
38 #include "llvm-c/Transforms/InstCombine.h"
39 #include "llvm/ADT/APInt.h"
40 #include "llvm/ADT/ArrayRef.h"
41 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
42 #include "llvm/ADT/None.h"
43 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
44 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
45 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
46 #include "llvm/ADT/TinyPtrVector.h"
47 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
48 #include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
49 #include "llvm/Analysis/BasicAliasAnalysis.h"
50 #include "llvm/Analysis/CFG.h"
51 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
52 #include "llvm/Analysis/EHPersonalities.h"
53 #include "llvm/Analysis/GlobalsModRef.h"
54 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
55 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
56 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
57 #include "llvm/Analysis/OptimizationRemarkEmitter.h"
58 #include "llvm/Analysis/TargetFolder.h"
59 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
60 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
61 #include "llvm/IR/BasicBlock.h"
62 #include "llvm/IR/CFG.h"
63 #include "llvm/IR/Constant.h"
64 #include "llvm/IR/Constants.h"
65 #include "llvm/IR/DIBuilder.h"
66 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
67 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
68 #include "llvm/IR/Dominators.h"
69 #include "llvm/IR/Function.h"
70 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
71 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
72 #include "llvm/IR/InstrTypes.h"
73 #include "llvm/IR/Instruction.h"
74 #include "llvm/IR/Instructions.h"
75 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
76 #include "llvm/IR/Intrinsics.h"
77 #include "llvm/IR/LegacyPassManager.h"
78 #include "llvm/IR/Metadata.h"
79 #include "llvm/IR/Operator.h"
80 #include "llvm/IR/PassManager.h"
81 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
82 #include "llvm/IR/Type.h"
83 #include "llvm/IR/Use.h"
84 #include "llvm/IR/User.h"
85 #include "llvm/IR/Value.h"
86 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
87 #include "llvm/Pass.h"
88 #include "llvm/Support/CBindingWrapping.h"
89 #include "llvm/Support/Casting.h"
90 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
91 #include "llvm/Support/Compiler.h"
92 #include "llvm/Support/Debug.h"
93 #include "llvm/Support/DebugCounter.h"
94 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
95 #include "llvm/Support/KnownBits.h"
96 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
97 #include "llvm/Transforms/InstCombine/InstCombine.h"
98 #include "llvm/Transforms/InstCombine/InstCombineWorklist.h"
99 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
100 #include <algorithm>
101 #include <cassert>
102 #include <cstdint>
103 #include <memory>
104 #include <string>
105 #include <utility>
106
107 using namespace llvm;
108 using namespace llvm::PatternMatch;
109
110 #define DEBUG_TYPE "instcombine"
111
112 STATISTIC(NumCombined , "Number of insts combined");
113 STATISTIC(NumConstProp, "Number of constant folds");
114 STATISTIC(NumDeadInst , "Number of dead inst eliminated");
115 STATISTIC(NumSunkInst , "Number of instructions sunk");
116 STATISTIC(NumExpand,    "Number of expansions");
117 STATISTIC(NumFactor   , "Number of factorizations");
118 STATISTIC(NumReassoc  , "Number of reassociations");
119 DEBUG_COUNTER(VisitCounter, "instcombine-visit",
120               "Controls which instructions are visited");
121
122 static cl::opt<bool>
123 EnableCodeSinking("instcombine-code-sinking", cl::desc("Enable code sinking"),
124                                               cl::init(true));
125
126 static cl::opt<bool>
127 EnableExpensiveCombines("expensive-combines",
128                         cl::desc("Enable expensive instruction combines"));
129
130 static cl::opt<unsigned>
131 MaxArraySize("instcombine-maxarray-size", cl::init(1024),
132              cl::desc("Maximum array size considered when doing a combine"));
133
134 // FIXME: Remove this flag when it is no longer necessary to convert
135 // llvm.dbg.declare to avoid inaccurate debug info. Setting this to false
136 // increases variable availability at the cost of accuracy. Variables that
137 // cannot be promoted by mem2reg or SROA will be described as living in memory
138 // for their entire lifetime. However, passes like DSE and instcombine can
139 // delete stores to the alloca, leading to misleading and inaccurate debug
140 // information. This flag can be removed when those passes are fixed.
141 static cl::opt<unsigned> ShouldLowerDbgDeclare("instcombine-lower-dbg-declare",
142                                                cl::Hidden, cl::init(true));
143
144 Value *InstCombiner::EmitGEPOffset(User *GEP) {
145   return llvm::EmitGEPOffset(&Builder, DL, GEP);
146 }
147
148 /// Return true if it is desirable to convert an integer computation from a
149 /// given bit width to a new bit width.
150 /// We don't want to convert from a legal to an illegal type or from a smaller
151 /// to a larger illegal type. A width of '1' is always treated as a legal type
152 /// because i1 is a fundamental type in IR, and there are many specialized
153 /// optimizations for i1 types. Widths of 8, 16 or 32 are equally treated as
154 /// legal to convert to, in order to open up more combining opportunities.
155 /// NOTE: this treats i8, i16 and i32 specially, due to them being so common
156 /// from frontend languages.
157 bool InstCombiner::shouldChangeType(unsigned FromWidth,
158                                     unsigned ToWidth) const {
159   bool FromLegal = FromWidth == 1 || DL.isLegalInteger(FromWidth);
160   bool ToLegal = ToWidth == 1 || DL.isLegalInteger(ToWidth);
161
162   // Convert to widths of 8, 16 or 32 even if they are not legal types. Only
163   // shrink types, to prevent infinite loops.
164   if (ToWidth < FromWidth && (ToWidth == 8 || ToWidth == 16 || ToWidth == 32))
165     return true;
166
167   // If this is a legal integer from type, and the result would be an illegal
168   // type, don't do the transformation.
169   if (FromLegal && !ToLegal)
170     return false;
171
172   // Otherwise, if both are illegal, do not increase the size of the result. We
173   // do allow things like i160 -> i64, but not i64 -> i160.
174   if (!FromLegal && !ToLegal && ToWidth > FromWidth)
175     return false;
176
177   return true;
178 }
179
180 /// Return true if it is desirable to convert a computation from 'From' to 'To'.
181 /// We don't want to convert from a legal to an illegal type or from a smaller
182 /// to a larger illegal type. i1 is always treated as a legal type because it is
183 /// a fundamental type in IR, and there are many specialized optimizations for
184 /// i1 types.
185 bool InstCombiner::shouldChangeType(Type *From, Type *To) const {
186   // TODO: This could be extended to allow vectors. Datalayout changes might be
187   // needed to properly support that.
188   if (!From->isIntegerTy() || !To->isIntegerTy())
189     return false;
190
191   unsigned FromWidth = From->getPrimitiveSizeInBits();
192   unsigned ToWidth = To->getPrimitiveSizeInBits();
193   return shouldChangeType(FromWidth, ToWidth);
194 }
195
196 // Return true, if No Signed Wrap should be maintained for I.
197 // The No Signed Wrap flag can be kept if the operation "B (I.getOpcode) C",
198 // where both B and C should be ConstantInts, results in a constant that does
199 // not overflow. This function only handles the Add and Sub opcodes. For
200 // all other opcodes, the function conservatively returns false.
201 static bool MaintainNoSignedWrap(BinaryOperator &I, Value *B, Value *C) {
202   OverflowingBinaryOperator *OBO = dyn_cast<OverflowingBinaryOperator>(&I);
203   if (!OBO || !OBO->hasNoSignedWrap())
204     return false;
205
206   // We reason about Add and Sub Only.
207   Instruction::BinaryOps Opcode = I.getOpcode();
208   if (Opcode != Instruction::Add && Opcode != Instruction::Sub)
209     return false;
210
211   const APInt *BVal, *CVal;
212   if (!match(B, m_APInt(BVal)) || !match(C, m_APInt(CVal)))
213     return false;
214
215   bool Overflow = false;
216   if (Opcode == Instruction::Add)
217     (void)BVal->sadd_ov(*CVal, Overflow);
218   else
219     (void)BVal->ssub_ov(*CVal, Overflow);
220
221   return !Overflow;
222 }
223
224 /// Conservatively clears subclassOptionalData after a reassociation or
225 /// commutation. We preserve fast-math flags when applicable as they can be
226 /// preserved.
227 static void ClearSubclassDataAfterReassociation(BinaryOperator &I) {
228   FPMathOperator *FPMO = dyn_cast<FPMathOperator>(&I);
229   if (!FPMO) {
230     I.clearSubclassOptionalData();
231     return;
232   }
233
234   FastMathFlags FMF = I.getFastMathFlags();
235   I.clearSubclassOptionalData();
236   I.setFastMathFlags(FMF);
237 }
238
239 /// Combine constant operands of associative operations either before or after a
240 /// cast to eliminate one of the associative operations:
241 /// (op (cast (op X, C2)), C1) --> (cast (op X, op (C1, C2)))
242 /// (op (cast (op X, C2)), C1) --> (op (cast X), op (C1, C2))
243 static bool simplifyAssocCastAssoc(BinaryOperator *BinOp1) {
244   auto *Cast = dyn_cast<CastInst>(BinOp1->getOperand(0));
245   if (!Cast || !Cast->hasOneUse())
246     return false;
247
248   // TODO: Enhance logic for other casts and remove this check.
249   auto CastOpcode = Cast->getOpcode();
250   if (CastOpcode != Instruction::ZExt)
251     return false;
252
253   // TODO: Enhance logic for other BinOps and remove this check.
254   if (!BinOp1->isBitwiseLogicOp())
255     return false;
256
257   auto AssocOpcode = BinOp1->getOpcode();
258   auto *BinOp2 = dyn_cast<BinaryOperator>(Cast->getOperand(0));
259   if (!BinOp2 || !BinOp2->hasOneUse() || BinOp2->getOpcode() != AssocOpcode)
260     return false;
261
262   Constant *C1, *C2;
263   if (!match(BinOp1->getOperand(1), m_Constant(C1)) ||
264       !match(BinOp2->getOperand(1), m_Constant(C2)))
265     return false;
266
267   // TODO: This assumes a zext cast.
268   // Eg, if it was a trunc, we'd cast C1 to the source type because casting C2
269   // to the destination type might lose bits.
270
271   // Fold the constants together in the destination type:
272   // (op (cast (op X, C2)), C1) --> (op (cast X), FoldedC)
273   Type *DestTy = C1->getType();
274   Constant *CastC2 = ConstantExpr::getCast(CastOpcode, C2, DestTy);
275   Constant *FoldedC = ConstantExpr::get(AssocOpcode, C1, CastC2);
276   Cast->setOperand(0, BinOp2->getOperand(0));
277   BinOp1->setOperand(1, FoldedC);
278   return true;
279 }
280
281 /// This performs a few simplifications for operators that are associative or
282 /// commutative:
283 ///
284 ///  Commutative operators:
285 ///
286 ///  1. Order operands such that they are listed from right (least complex) to
287 ///     left (most complex).  This puts constants before unary operators before
288 ///     binary operators.
289 ///
290 ///  Associative operators:
291 ///
292 ///  2. Transform: "(A op B) op C" ==> "A op (B op C)" if "B op C" simplifies.
293 ///  3. Transform: "A op (B op C)" ==> "(A op B) op C" if "A op B" simplifies.
294 ///
295 ///  Associative and commutative operators:
296 ///
297 ///  4. Transform: "(A op B) op C" ==> "(C op A) op B" if "C op A" simplifies.
298 ///  5. Transform: "A op (B op C)" ==> "B op (C op A)" if "C op A" simplifies.
299 ///  6. Transform: "(A op C1) op (B op C2)" ==> "(A op B) op (C1 op C2)"
300 ///     if C1 and C2 are constants.
301 bool InstCombiner::SimplifyAssociativeOrCommutative(BinaryOperator &I) {
302   Instruction::BinaryOps Opcode = I.getOpcode();
303   bool Changed = false;
304
305   do {
306     // Order operands such that they are listed from right (least complex) to
307     // left (most complex).  This puts constants before unary operators before
308     // binary operators.
309     if (I.isCommutative() && getComplexity(I.getOperand(0)) <
310         getComplexity(I.getOperand(1)))
311       Changed = !I.swapOperands();
312
313     BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(0));
314     BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(1));
315
316     if (I.isAssociative()) {
317       // Transform: "(A op B) op C" ==> "A op (B op C)" if "B op C" simplifies.
318       if (Op0 && Op0->getOpcode() == Opcode) {
319         Value *A = Op0->getOperand(0);
320         Value *B = Op0->getOperand(1);
321         Value *C = I.getOperand(1);
322
323         // Does "B op C" simplify?
324         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, B, C, SQ.getWithInstruction(&I))) {
325           // It simplifies to V.  Form "A op V".
326           I.setOperand(0, A);
327           I.setOperand(1, V);
328           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
329           // preserved by the reassociation.
330           if (MaintainNoSignedWrap(I, B, C) &&
331               (!Op0 || (isa<BinaryOperator>(Op0) && Op0->hasNoSignedWrap()))) {
332             // Note: this is only valid because SimplifyBinOp doesn't look at
333             // the operands to Op0.
334             I.clearSubclassOptionalData();
335             I.setHasNoSignedWrap(true);
336           } else {
337             ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
338           }
339
340           Changed = true;
341           ++NumReassoc;
342           continue;
343         }
344       }
345
346       // Transform: "A op (B op C)" ==> "(A op B) op C" if "A op B" simplifies.
347       if (Op1 && Op1->getOpcode() == Opcode) {
348         Value *A = I.getOperand(0);
349         Value *B = Op1->getOperand(0);
350         Value *C = Op1->getOperand(1);
351
352         // Does "A op B" simplify?
353         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, A, B, SQ.getWithInstruction(&I))) {
354           // It simplifies to V.  Form "V op C".
355           I.setOperand(0, V);
356           I.setOperand(1, C);
357           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
358           // preserved by the reassociation.
359           ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
360           Changed = true;
361           ++NumReassoc;
362           continue;
363         }
364       }
365     }
366
367     if (I.isAssociative() && I.isCommutative()) {
368       if (simplifyAssocCastAssoc(&I)) {
369         Changed = true;
370         ++NumReassoc;
371         continue;
372       }
373
374       // Transform: "(A op B) op C" ==> "(C op A) op B" if "C op A" simplifies.
375       if (Op0 && Op0->getOpcode() == Opcode) {
376         Value *A = Op0->getOperand(0);
377         Value *B = Op0->getOperand(1);
378         Value *C = I.getOperand(1);
379
380         // Does "C op A" simplify?
381         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, C, A, SQ.getWithInstruction(&I))) {
382           // It simplifies to V.  Form "V op B".
383           I.setOperand(0, V);
384           I.setOperand(1, B);
385           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
386           // preserved by the reassociation.
387           ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
388           Changed = true;
389           ++NumReassoc;
390           continue;
391         }
392       }
393
394       // Transform: "A op (B op C)" ==> "B op (C op A)" if "C op A" simplifies.
395       if (Op1 && Op1->getOpcode() == Opcode) {
396         Value *A = I.getOperand(0);
397         Value *B = Op1->getOperand(0);
398         Value *C = Op1->getOperand(1);
399
400         // Does "C op A" simplify?
401         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, C, A, SQ.getWithInstruction(&I))) {
402           // It simplifies to V.  Form "B op V".
403           I.setOperand(0, B);
404           I.setOperand(1, V);
405           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
406           // preserved by the reassociation.
407           ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
408           Changed = true;
409           ++NumReassoc;
410           continue;
411         }
412       }
413
414       // Transform: "(A op C1) op (B op C2)" ==> "(A op B) op (C1 op C2)"
415       // if C1 and C2 are constants.
416       Value *A, *B;
417       Constant *C1, *C2;
418       if (Op0 && Op1 &&
419           Op0->getOpcode() == Opcode && Op1->getOpcode() == Opcode &&
420           match(Op0, m_OneUse(m_BinOp(m_Value(A), m_Constant(C1)))) &&
421           match(Op1, m_OneUse(m_BinOp(m_Value(B), m_Constant(C2))))) {
422         BinaryOperator *NewBO = BinaryOperator::Create(Opcode, A, B);
423         if (isa<FPMathOperator>(NewBO)) {
424           FastMathFlags Flags = I.getFastMathFlags();
425           Flags &= Op0->getFastMathFlags();
426           Flags &= Op1->getFastMathFlags();
427           NewBO->setFastMathFlags(Flags);
428         }
429         InsertNewInstWith(NewBO, I);
430         NewBO->takeName(Op1);
431         I.setOperand(0, NewBO);
432         I.setOperand(1, ConstantExpr::get(Opcode, C1, C2));
433         // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
434         // preserved by the reassociation.
435         ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
436
437         Changed = true;
438         continue;
439       }
440     }
441
442     // No further simplifications.
443     return Changed;
444   } while (true);
445 }
446
447 /// Return whether "X LOp (Y ROp Z)" is always equal to
448 /// "(X LOp Y) ROp (X LOp Z)".
449 static bool leftDistributesOverRight(Instruction::BinaryOps LOp,
450                                      Instruction::BinaryOps ROp) {
451   // X & (Y | Z) <--> (X & Y) | (X & Z)
452   // X & (Y ^ Z) <--> (X & Y) ^ (X & Z)
453   if (LOp == Instruction::And)
454     return ROp == Instruction::Or || ROp == Instruction::Xor;
455
456   // X | (Y & Z) <--> (X | Y) & (X | Z)
457   if (LOp == Instruction::Or)
458     return ROp == Instruction::And;
459
460   // X * (Y + Z) <--> (X * Y) + (X * Z)
461   // X * (Y - Z) <--> (X * Y) - (X * Z)
462   if (LOp == Instruction::Mul)
463     return ROp == Instruction::Add || ROp == Instruction::Sub;
464
465   return false;
466 }
467
468 /// Return whether "(X LOp Y) ROp Z" is always equal to
469 /// "(X ROp Z) LOp (Y ROp Z)".
470 static bool rightDistributesOverLeft(Instruction::BinaryOps LOp,
471                                      Instruction::BinaryOps ROp) {
472   if (Instruction::isCommutative(ROp))
473     return leftDistributesOverRight(ROp, LOp);
474
475   // (X {&|^} Y) >> Z <--> (X >> Z) {&|^} (Y >> Z) for all shifts.
476   return Instruction::isBitwiseLogicOp(LOp) && Instruction::isShift(ROp);
477
478   // TODO: It would be nice to handle division, aka "(X + Y)/Z = X/Z + Y/Z",
479   // but this requires knowing that the addition does not overflow and other
480   // such subtleties.
481 }
482
483 /// This function returns identity value for given opcode, which can be used to
484 /// factor patterns like (X * 2) + X ==> (X * 2) + (X * 1) ==> X * (2 + 1).
485 static Value *getIdentityValue(Instruction::BinaryOps Opcode, Value *V) {
486   if (isa<Constant>(V))
487     return nullptr;
488
489   return ConstantExpr::getBinOpIdentity(Opcode, V->getType());
490 }
491
492 /// This function predicates factorization using distributive laws. By default,
493 /// it just returns the 'Op' inputs. But for special-cases like
494 /// 'add(shl(X, 5), ...)', this function will have TopOpcode == Instruction::Add
495 /// and Op = shl(X, 5). The 'shl' is treated as the more general 'mul X, 32' to
496 /// allow more factorization opportunities.
497 static Instruction::BinaryOps
498 getBinOpsForFactorization(Instruction::BinaryOps TopOpcode, BinaryOperator *Op,
499                           Value *&LHS, Value *&RHS) {
500   assert(Op && "Expected a binary operator");
501   LHS = Op->getOperand(0);
502   RHS = Op->getOperand(1);
503   if (TopOpcode == Instruction::Add || TopOpcode == Instruction::Sub) {
504     Constant *C;
505     if (match(Op, m_Shl(m_Value(), m_Constant(C)))) {
506       // X << C --> X * (1 << C)
507       RHS = ConstantExpr::getShl(ConstantInt::get(Op->getType(), 1), C);
508       return Instruction::Mul;
509     }
510     // TODO: We can add other conversions e.g. shr => div etc.
511   }
512   return Op->getOpcode();
513 }
514
515 /// This tries to simplify binary operations by factorizing out common terms
516 /// (e. g. "(A*B)+(A*C)" -> "A*(B+C)").
517 Value *InstCombiner::tryFactorization(BinaryOperator &I,
518                                       Instruction::BinaryOps InnerOpcode,
519                                       Value *A, Value *B, Value *C, Value *D) {
520   assert(A && B && C && D && "All values must be provided");
521
522   Value *V = nullptr;
523   Value *SimplifiedInst = nullptr;
524   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
525   Instruction::BinaryOps TopLevelOpcode = I.getOpcode();
526
527   // Does "X op' Y" always equal "Y op' X"?
528   bool InnerCommutative = Instruction::isCommutative(InnerOpcode);
529
530   // Does "X op' (Y op Z)" always equal "(X op' Y) op (X op' Z)"?
531   if (leftDistributesOverRight(InnerOpcode, TopLevelOpcode))
532     // Does the instruction have the form "(A op' B) op (A op' D)" or, in the
533     // commutative case, "(A op' B) op (C op' A)"?
534     if (A == C || (InnerCommutative && A == D)) {
535       if (A != C)
536         std::swap(C, D);
537       // Consider forming "A op' (B op D)".
538       // If "B op D" simplifies then it can be formed with no cost.
539       V = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, B, D, SQ.getWithInstruction(&I));
540       // If "B op D" doesn't simplify then only go on if both of the existing
541       // operations "A op' B" and "C op' D" will be zapped as no longer used.
542       if (!V && LHS->hasOneUse() && RHS->hasOneUse())
543         V = Builder.CreateBinOp(TopLevelOpcode, B, D, RHS->getName());
544       if (V) {
545         SimplifiedInst = Builder.CreateBinOp(InnerOpcode, A, V);
546       }
547     }
548
549   // Does "(X op Y) op' Z" always equal "(X op' Z) op (Y op' Z)"?
550   if (!SimplifiedInst && rightDistributesOverLeft(TopLevelOpcode, InnerOpcode))
551     // Does the instruction have the form "(A op' B) op (C op' B)" or, in the
552     // commutative case, "(A op' B) op (B op' D)"?
553     if (B == D || (InnerCommutative && B == C)) {
554       if (B != D)
555         std::swap(C, D);
556       // Consider forming "(A op C) op' B".
557       // If "A op C" simplifies then it can be formed with no cost.
558       V = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, SQ.getWithInstruction(&I));
559
560       // If "A op C" doesn't simplify then only go on if both of the existing
561       // operations "A op' B" and "C op' D" will be zapped as no longer used.
562       if (!V && LHS->hasOneUse() && RHS->hasOneUse())
563         V = Builder.CreateBinOp(TopLevelOpcode, A, C, LHS->getName());
564       if (V) {
565         SimplifiedInst = Builder.CreateBinOp(InnerOpcode, V, B);
566       }
567     }
568
569   if (SimplifiedInst) {
570     ++NumFactor;
571     SimplifiedInst->takeName(&I);
572
573     // Check if we can add NSW flag to SimplifiedInst. If so, set NSW flag.
574     // TODO: Check for NUW.
575     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(SimplifiedInst)) {
576       if (isa<OverflowingBinaryOperator>(SimplifiedInst)) {
577         bool HasNSW = false;
578         if (isa<OverflowingBinaryOperator>(&I))
579           HasNSW = I.hasNoSignedWrap();
580
581         if (auto *LOBO = dyn_cast<OverflowingBinaryOperator>(LHS))
582           HasNSW &= LOBO->hasNoSignedWrap();
583
584         if (auto *ROBO = dyn_cast<OverflowingBinaryOperator>(RHS))
585           HasNSW &= ROBO->hasNoSignedWrap();
586
587         // We can propagate 'nsw' if we know that
588         //  %Y = mul nsw i16 %X, C
589         //  %Z = add nsw i16 %Y, %X
590         // =>
591         //  %Z = mul nsw i16 %X, C+1
592         //
593         // iff C+1 isn't INT_MIN
594         const APInt *CInt;
595         if (TopLevelOpcode == Instruction::Add &&
596             InnerOpcode == Instruction::Mul)
597           if (match(V, m_APInt(CInt)) && !CInt->isMinSignedValue())
598             BO->setHasNoSignedWrap(HasNSW);
599       }
600     }
601   }
602   return SimplifiedInst;
603 }
604
605 /// This tries to simplify binary operations which some other binary operation
606 /// distributes over either by factorizing out common terms
607 /// (eg "(A*B)+(A*C)" -> "A*(B+C)") or expanding out if this results in
608 /// simplifications (eg: "A & (B | C) -> (A&B) | (A&C)" if this is a win).
609 /// Returns the simplified value, or null if it didn't simplify.
610 Value *InstCombiner::SimplifyUsingDistributiveLaws(BinaryOperator &I) {
611   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
612   BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(LHS);
613   BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(RHS);
614   Instruction::BinaryOps TopLevelOpcode = I.getOpcode();
615
616   {
617     // Factorization.
618     Value *A, *B, *C, *D;
619     Instruction::BinaryOps LHSOpcode, RHSOpcode;
620     if (Op0)
621       LHSOpcode = getBinOpsForFactorization(TopLevelOpcode, Op0, A, B);
622     if (Op1)
623       RHSOpcode = getBinOpsForFactorization(TopLevelOpcode, Op1, C, D);
624
625     // The instruction has the form "(A op' B) op (C op' D)".  Try to factorize
626     // a common term.
627     if (Op0 && Op1 && LHSOpcode == RHSOpcode)
628       if (Value *V = tryFactorization(I, LHSOpcode, A, B, C, D))
629         return V;
630
631     // The instruction has the form "(A op' B) op (C)".  Try to factorize common
632     // term.
633     if (Op0)
634       if (Value *Ident = getIdentityValue(LHSOpcode, RHS))
635         if (Value *V = tryFactorization(I, LHSOpcode, A, B, RHS, Ident))
636           return V;
637
638     // The instruction has the form "(B) op (C op' D)".  Try to factorize common
639     // term.
640     if (Op1)
641       if (Value *Ident = getIdentityValue(RHSOpcode, LHS))
642         if (Value *V = tryFactorization(I, RHSOpcode, LHS, Ident, C, D))
643           return V;
644   }
645
646   // Expansion.
647   if (Op0 && rightDistributesOverLeft(Op0->getOpcode(), TopLevelOpcode)) {
648     // The instruction has the form "(A op' B) op C".  See if expanding it out
649     // to "(A op C) op' (B op C)" results in simplifications.
650     Value *A = Op0->getOperand(0), *B = Op0->getOperand(1), *C = RHS;
651     Instruction::BinaryOps InnerOpcode = Op0->getOpcode(); // op'
652
653     Value *L = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, SQ.getWithInstruction(&I));
654     Value *R = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, B, C, SQ.getWithInstruction(&I));
655
656     // Do "A op C" and "B op C" both simplify?
657     if (L && R) {
658       // They do! Return "L op' R".
659       ++NumExpand;
660       C = Builder.CreateBinOp(InnerOpcode, L, R);
661       C->takeName(&I);
662       return C;
663     }
664
665     // Does "A op C" simplify to the identity value for the inner opcode?
666     if (L && L == ConstantExpr::getBinOpIdentity(InnerOpcode, L->getType())) {
667       // They do! Return "B op C".
668       ++NumExpand;
669       C = Builder.CreateBinOp(TopLevelOpcode, B, C);
670       C->takeName(&I);
671       return C;
672     }
673
674     // Does "B op C" simplify to the identity value for the inner opcode?
675     if (R && R == ConstantExpr::getBinOpIdentity(InnerOpcode, R->getType())) {
676       // They do! Return "A op C".
677       ++NumExpand;
678       C = Builder.CreateBinOp(TopLevelOpcode, A, C);
679       C->takeName(&I);
680       return C;
681     }
682   }
683
684   if (Op1 && leftDistributesOverRight(TopLevelOpcode, Op1->getOpcode())) {
685     // The instruction has the form "A op (B op' C)".  See if expanding it out
686     // to "(A op B) op' (A op C)" results in simplifications.
687     Value *A = LHS, *B = Op1->getOperand(0), *C = Op1->getOperand(1);
688     Instruction::BinaryOps InnerOpcode = Op1->getOpcode(); // op'
689
690     Value *L = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, B, SQ.getWithInstruction(&I));
691     Value *R = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, SQ.getWithInstruction(&I));
692
693     // Do "A op B" and "A op C" both simplify?
694     if (L && R) {
695       // They do! Return "L op' R".
696       ++NumExpand;
697       A = Builder.CreateBinOp(InnerOpcode, L, R);
698       A->takeName(&I);
699       return A;
700     }
701
702     // Does "A op B" simplify to the identity value for the inner opcode?
703     if (L && L == ConstantExpr::getBinOpIdentity(InnerOpcode, L->getType())) {
704       // They do! Return "A op C".
705       ++NumExpand;
706       A = Builder.CreateBinOp(TopLevelOpcode, A, C);
707       A->takeName(&I);
708       return A;
709     }
710
711     // Does "A op C" simplify to the identity value for the inner opcode?
712     if (R && R == ConstantExpr::getBinOpIdentity(InnerOpcode, R->getType())) {
713       // They do! Return "A op B".
714       ++NumExpand;
715       A = Builder.CreateBinOp(TopLevelOpcode, A, B);
716       A->takeName(&I);
717       return A;
718     }
719   }
720
721   return SimplifySelectsFeedingBinaryOp(I, LHS, RHS);
722 }
723
724 Value *InstCombiner::SimplifySelectsFeedingBinaryOp(BinaryOperator &I,
725                                                     Value *LHS, Value *RHS) {
726   Instruction::BinaryOps Opcode = I.getOpcode();
727   // (op (select (a, b, c)), (select (a, d, e))) -> (select (a, (op b, d), (op
728   // c, e)))
729   Value *A, *B, *C, *D, *E;
730   Value *SI = nullptr;
731   if (match(LHS, m_Select(m_Value(A), m_Value(B), m_Value(C))) &&
732       match(RHS, m_Select(m_Specific(A), m_Value(D), m_Value(E)))) {
733     bool SelectsHaveOneUse = LHS->hasOneUse() && RHS->hasOneUse();
734     BuilderTy::FastMathFlagGuard Guard(Builder);
735     if (isa<FPMathOperator>(&I))
736       Builder.setFastMathFlags(I.getFastMathFlags());
737
738     Value *V1 = SimplifyBinOp(Opcode, C, E, SQ.getWithInstruction(&I));
739     Value *V2 = SimplifyBinOp(Opcode, B, D, SQ.getWithInstruction(&I));
740     if (V1 && V2)
741       SI = Builder.CreateSelect(A, V2, V1);
742     else if (V2 && SelectsHaveOneUse)
743       SI = Builder.CreateSelect(A, V2, Builder.CreateBinOp(Opcode, C, E));
744     else if (V1 && SelectsHaveOneUse)
745       SI = Builder.CreateSelect(A, Builder.CreateBinOp(Opcode, B, D), V1);
746
747     if (SI)
748       SI->takeName(&I);
749   }
750
751   return SI;
752 }
753
754 /// Given a 'sub' instruction, return the RHS of the instruction if the LHS is a
755 /// constant zero (which is the 'negate' form).
756 Value *InstCombiner::dyn_castNegVal(Value *V) const {
757   Value *NegV;
758   if (match(V, m_Neg(m_Value(NegV))))
759     return NegV;
760
761   // Constants can be considered to be negated values if they can be folded.
762   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(V))
763     return ConstantExpr::getNeg(C);
764
765   if (ConstantDataVector *C = dyn_cast<ConstantDataVector>(V))
766     if (C->getType()->getElementType()->isIntegerTy())
767       return ConstantExpr::getNeg(C);
768
769   if (ConstantVector *CV = dyn_cast<ConstantVector>(V)) {
770     for (unsigned i = 0, e = CV->getNumOperands(); i != e; ++i) {
771       Constant *Elt = CV->getAggregateElement(i);
772       if (!Elt)
773         return nullptr;
774
775       if (isa<UndefValue>(Elt))
776         continue;
777
778       if (!isa<ConstantInt>(Elt))
779         return nullptr;
780     }
781     return ConstantExpr::getNeg(CV);
782   }
783
784   return nullptr;
785 }
786
787 static Value *foldOperationIntoSelectOperand(Instruction &I, Value *SO,
788                                              InstCombiner::BuilderTy &Builder) {
789   if (auto *Cast = dyn_cast<CastInst>(&I))
790     return Builder.CreateCast(Cast->getOpcode(), SO, I.getType());
791
792   assert(I.isBinaryOp() && "Unexpected opcode for select folding");
793
794   // Figure out if the constant is the left or the right argument.
795   bool ConstIsRHS = isa<Constant>(I.getOperand(1));
796   Constant *ConstOperand = cast<Constant>(I.getOperand(ConstIsRHS));
797
798   if (auto *SOC = dyn_cast<Constant>(SO)) {
799     if (ConstIsRHS)
800       return ConstantExpr::get(I.getOpcode(), SOC, ConstOperand);
801     return ConstantExpr::get(I.getOpcode(), ConstOperand, SOC);
802   }
803
804   Value *Op0 = SO, *Op1 = ConstOperand;
805   if (!ConstIsRHS)
806     std::swap(Op0, Op1);
807
808   auto *BO = cast<BinaryOperator>(&I);
809   Value *RI = Builder.CreateBinOp(BO->getOpcode(), Op0, Op1,
810                                   SO->getName() + ".op");
811   auto *FPInst = dyn_cast<Instruction>(RI);
812   if (FPInst && isa<FPMathOperator>(FPInst))
813     FPInst->copyFastMathFlags(BO);
814   return RI;
815 }
816
817 Instruction *InstCombiner::FoldOpIntoSelect(Instruction &Op, SelectInst *SI) {
818   // Don't modify shared select instructions.
819   if (!SI->hasOneUse())
820     return nullptr;
821
822   Value *TV = SI->getTrueValue();
823   Value *FV = SI->getFalseValue();
824   if (!(isa<Constant>(TV) || isa<Constant>(FV)))
825     return nullptr;
826
827   // Bool selects with constant operands can be folded to logical ops.
828   if (SI->getType()->isIntOrIntVectorTy(1))
829     return nullptr;
830
831   // If it's a bitcast involving vectors, make sure it has the same number of
832   // elements on both sides.
833   if (auto *BC = dyn_cast<BitCastInst>(&Op)) {
834     VectorType *DestTy = dyn_cast<VectorType>(BC->getDestTy());
835     VectorType *SrcTy = dyn_cast<VectorType>(BC->getSrcTy());
836
837     // Verify that either both or neither are vectors.
838     if ((SrcTy == nullptr) != (DestTy == nullptr))
839       return nullptr;
840
841     // If vectors, verify that they have the same number of elements.
842     if (SrcTy && SrcTy->getNumElements() != DestTy->getNumElements())
843       return nullptr;
844   }
845
846   // Test if a CmpInst instruction is used exclusively by a select as
847   // part of a minimum or maximum operation. If so, refrain from doing
848   // any other folding. This helps out other analyses which understand
849   // non-obfuscated minimum and maximum idioms, such as ScalarEvolution
850   // and CodeGen. And in this case, at least one of the comparison
851   // operands has at least one user besides the compare (the select),
852   // which would often largely negate the benefit of folding anyway.
853   if (auto *CI = dyn_cast<CmpInst>(SI->getCondition())) {
854     if (CI->hasOneUse()) {
855       Value *Op0 = CI->getOperand(0), *Op1 = CI->getOperand(1);
856       if ((SI->getOperand(1) == Op0 && SI->getOperand(2) == Op1) ||
857           (SI->getOperand(2) == Op0 && SI->getOperand(1) == Op1))
858         return nullptr;
859     }
860   }
861
862   Value *NewTV = foldOperationIntoSelectOperand(Op, TV, Builder);
863   Value *NewFV = foldOperationIntoSelectOperand(Op, FV, Builder);
864   return SelectInst::Create(SI->getCondition(), NewTV, NewFV, "", nullptr, SI);
865 }
866
867 static Value *foldOperationIntoPhiValue(BinaryOperator *I, Value *InV,
868                                         InstCombiner::BuilderTy &Builder) {
869   bool ConstIsRHS = isa<Constant>(I->getOperand(1));
870   Constant *C = cast<Constant>(I->getOperand(ConstIsRHS));
871
872   if (auto *InC = dyn_cast<Constant>(InV)) {
873     if (ConstIsRHS)
874       return ConstantExpr::get(I->getOpcode(), InC, C);
875     return ConstantExpr::get(I->getOpcode(), C, InC);
876   }
877
878   Value *Op0 = InV, *Op1 = C;
879   if (!ConstIsRHS)
880     std::swap(Op0, Op1);
881
882   Value *RI = Builder.CreateBinOp(I->getOpcode(), Op0, Op1, "phitmp");
883   auto *FPInst = dyn_cast<Instruction>(RI);
884   if (FPInst && isa<FPMathOperator>(FPInst))
885     FPInst->copyFastMathFlags(I);
886   return RI;
887 }
888
889 Instruction *InstCombiner::foldOpIntoPhi(Instruction &I, PHINode *PN) {
890   unsigned NumPHIValues = PN->getNumIncomingValues();
891   if (NumPHIValues == 0)
892     return nullptr;
893
894   // We normally only transform phis with a single use.  However, if a PHI has
895   // multiple uses and they are all the same operation, we can fold *all* of the
896   // uses into the PHI.
897   if (!PN->hasOneUse()) {
898     // Walk the use list for the instruction, comparing them to I.
899     for (User *U : PN->users()) {
900       Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
901       if (UI != &I && !I.isIdenticalTo(UI))
902         return nullptr;
903     }
904     // Otherwise, we can replace *all* users with the new PHI we form.
905   }
906
907   // Check to see if all of the operands of the PHI are simple constants
908   // (constantint/constantfp/undef).  If there is one non-constant value,
909   // remember the BB it is in.  If there is more than one or if *it* is a PHI,
910   // bail out.  We don't do arbitrary constant expressions here because moving
911   // their computation can be expensive without a cost model.
912   BasicBlock *NonConstBB = nullptr;
913   for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
914     Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
915     if (isa<Constant>(InVal) && !isa<ConstantExpr>(InVal))
916       continue;
917
918     if (isa<PHINode>(InVal)) return nullptr;  // Itself a phi.
919     if (NonConstBB) return nullptr;  // More than one non-const value.
920
921     NonConstBB = PN->getIncomingBlock(i);
922
923     // If the InVal is an invoke at the end of the pred block, then we can't
924     // insert a computation after it without breaking the edge.
925     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(InVal))
926       if (II->getParent() == NonConstBB)
927         return nullptr;
928
929     // If the incoming non-constant value is in I's block, we will remove one
930     // instruction, but insert another equivalent one, leading to infinite
931     // instcombine.
932     if (isPotentiallyReachable(I.getParent(), NonConstBB, &DT, LI))
933       return nullptr;
934   }
935
936   // If there is exactly one non-constant value, we can insert a copy of the
937   // operation in that block.  However, if this is a critical edge, we would be
938   // inserting the computation on some other paths (e.g. inside a loop).  Only
939   // do this if the pred block is unconditionally branching into the phi block.
940   if (NonConstBB != nullptr) {
941     BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(NonConstBB->getTerminator());
942     if (!BI || !BI->isUnconditional()) return nullptr;
943   }
944
945   // Okay, we can do the transformation: create the new PHI node.
946   PHINode *NewPN = PHINode::Create(I.getType(), PN->getNumIncomingValues());
947   InsertNewInstBefore(NewPN, *PN);
948   NewPN->takeName(PN);
949
950   // If we are going to have to insert a new computation, do so right before the
951   // predecessor's terminator.
952   if (NonConstBB)
953     Builder.SetInsertPoint(NonConstBB->getTerminator());
954
955   // Next, add all of the operands to the PHI.
956   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(&I)) {
957     // We only currently try to fold the condition of a select when it is a phi,
958     // not the true/false values.
959     Value *TrueV = SI->getTrueValue();
960     Value *FalseV = SI->getFalseValue();
961     BasicBlock *PhiTransBB = PN->getParent();
962     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
963       BasicBlock *ThisBB = PN->getIncomingBlock(i);
964       Value *TrueVInPred = TrueV->DoPHITranslation(PhiTransBB, ThisBB);
965       Value *FalseVInPred = FalseV->DoPHITranslation(PhiTransBB, ThisBB);
966       Value *InV = nullptr;
967       // Beware of ConstantExpr:  it may eventually evaluate to getNullValue,
968       // even if currently isNullValue gives false.
969       Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i));
970       // For vector constants, we cannot use isNullValue to fold into
971       // FalseVInPred versus TrueVInPred. When we have individual nonzero
972       // elements in the vector, we will incorrectly fold InC to
973       // `TrueVInPred`.
974       if (InC && !isa<ConstantExpr>(InC) && isa<ConstantInt>(InC))
975         InV = InC->isNullValue() ? FalseVInPred : TrueVInPred;
976       else {
977         // Generate the select in the same block as PN's current incoming block.
978         // Note: ThisBB need not be the NonConstBB because vector constants
979         // which are constants by definition are handled here.
980         // FIXME: This can lead to an increase in IR generation because we might
981         // generate selects for vector constant phi operand, that could not be
982         // folded to TrueVInPred or FalseVInPred as done for ConstantInt. For
983         // non-vector phis, this transformation was always profitable because
984         // the select would be generated exactly once in the NonConstBB.
985         Builder.SetInsertPoint(ThisBB->getTerminator());
986         InV = Builder.CreateSelect(PN->getIncomingValue(i), TrueVInPred,
987                                    FalseVInPred, "phitmp");
988       }
989       NewPN->addIncoming(InV, ThisBB);
990     }
991   } else if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(&I)) {
992     Constant *C = cast<Constant>(I.getOperand(1));
993     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
994       Value *InV = nullptr;
995       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
996         InV = ConstantExpr::getCompare(CI->getPredicate(), InC, C);
997       else if (isa<ICmpInst>(CI))
998         InV = Builder.CreateICmp(CI->getPredicate(), PN->getIncomingValue(i),
999                                  C, "phitmp");
1000       else
1001         InV = Builder.CreateFCmp(CI->getPredicate(), PN->getIncomingValue(i),
1002                                  C, "phitmp");
1003       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
1004     }
1005   } else if (auto *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(&I)) {
1006     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
1007       Value *InV = foldOperationIntoPhiValue(BO, PN->getIncomingValue(i),
1008                                              Builder);
1009       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
1010     }
1011   } else {
1012     CastInst *CI = cast<CastInst>(&I);
1013     Type *RetTy = CI->getType();
1014     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
1015       Value *InV;
1016       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
1017         InV = ConstantExpr::getCast(CI->getOpcode(), InC, RetTy);
1018       else
1019         InV = Builder.CreateCast(CI->getOpcode(), PN->getIncomingValue(i),
1020                                  I.getType(), "phitmp");
1021       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
1022     }
1023   }
1024
1025   for (auto UI = PN->user_begin(), E = PN->user_end(); UI != E;) {
1026     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
1027     if (User == &I) continue;
1028     replaceInstUsesWith(*User, NewPN);
1029     eraseInstFromFunction(*User);
1030   }
1031   return replaceInstUsesWith(I, NewPN);
1032 }
1033
1034 Instruction *InstCombiner::foldBinOpIntoSelectOrPhi(BinaryOperator &I) {
1035   if (!isa<Constant>(I.getOperand(1)))
1036     return nullptr;
1037
1038   if (auto *Sel = dyn_cast<SelectInst>(I.getOperand(0))) {
1039     if (Instruction *NewSel = FoldOpIntoSelect(I, Sel))
1040       return NewSel;
1041   } else if (auto *PN = dyn_cast<PHINode>(I.getOperand(0))) {
1042     if (Instruction *NewPhi = foldOpIntoPhi(I, PN))
1043       return NewPhi;
1044   }
1045   return nullptr;
1046 }
1047
1048 /// Given a pointer type and a constant offset, determine whether or not there
1049 /// is a sequence of GEP indices into the pointed type that will land us at the
1050 /// specified offset. If so, fill them into NewIndices and return the resultant
1051 /// element type, otherwise return null.
1052 Type *InstCombiner::FindElementAtOffset(PointerType *PtrTy, int64_t Offset,
1053                                         SmallVectorImpl<Value *> &NewIndices) {
1054   Type *Ty = PtrTy->getElementType();
1055   if (!Ty->isSized())
1056     return nullptr;
1057
1058   // Start with the index over the outer type.  Note that the type size
1059   // might be zero (even if the offset isn't zero) if the indexed type
1060   // is something like [0 x {int, int}]
1061   Type *IndexTy = DL.getIndexType(PtrTy);
1062   int64_t FirstIdx = 0;
1063   if (int64_t TySize = DL.getTypeAllocSize(Ty)) {
1064     FirstIdx = Offset/TySize;
1065     Offset -= FirstIdx*TySize;
1066
1067     // Handle hosts where % returns negative instead of values [0..TySize).
1068     if (Offset < 0) {
1069       --FirstIdx;
1070       Offset += TySize;
1071       assert(Offset >= 0);
1072     }
1073     assert((uint64_t)Offset < (uint64_t)TySize && "Out of range offset");
1074   }
1075
1076   NewIndices.push_back(ConstantInt::get(IndexTy, FirstIdx));
1077
1078   // Index into the types.  If we fail, set OrigBase to null.
1079   while (Offset) {
1080     // Indexing into tail padding between struct/array elements.
1081     if (uint64_t(Offset * 8) >= DL.getTypeSizeInBits(Ty))
1082       return nullptr;
1083
1084     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
1085       const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
1086       assert(Offset < (int64_t)SL->getSizeInBytes() &&
1087              "Offset must stay within the indexed type");
1088
1089       unsigned Elt = SL->getElementContainingOffset(Offset);
1090       NewIndices.push_back(ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Ty->getContext()),
1091                                             Elt));
1092
1093       Offset -= SL->getElementOffset(Elt);
1094       Ty = STy->getElementType(Elt);
1095     } else if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
1096       uint64_t EltSize = DL.getTypeAllocSize(AT->getElementType());
1097       assert(EltSize && "Cannot index into a zero-sized array");
1098       NewIndices.push_back(ConstantInt::get(IndexTy,Offset/EltSize));
1099       Offset %= EltSize;
1100       Ty = AT->getElementType();
1101     } else {
1102       // Otherwise, we can't index into the middle of this atomic type, bail.
1103       return nullptr;
1104     }
1105   }
1106
1107   return Ty;
1108 }
1109
1110 static bool shouldMergeGEPs(GEPOperator &GEP, GEPOperator &Src) {
1111   // If this GEP has only 0 indices, it is the same pointer as
1112   // Src. If Src is not a trivial GEP too, don't combine
1113   // the indices.
1114   if (GEP.hasAllZeroIndices() && !Src.hasAllZeroIndices() &&
1115       !Src.hasOneUse())
1116     return false;
1117   return true;
1118 }
1119
1120 /// Return a value X such that Val = X * Scale, or null if none.
1121 /// If the multiplication is known not to overflow, then NoSignedWrap is set.
1122 Value *InstCombiner::Descale(Value *Val, APInt Scale, bool &NoSignedWrap) {
1123   assert(isa<IntegerType>(Val->getType()) && "Can only descale integers!");
1124   assert(cast<IntegerType>(Val->getType())->getBitWidth() ==
1125          Scale.getBitWidth() && "Scale not compatible with value!");
1126
1127   // If Val is zero or Scale is one then Val = Val * Scale.
1128   if (match(Val, m_Zero()) || Scale == 1) {
1129     NoSignedWrap = true;
1130     return Val;
1131   }
1132
1133   // If Scale is zero then it does not divide Val.
1134   if (Scale.isMinValue())
1135     return nullptr;
1136
1137   // Look through chains of multiplications, searching for a constant that is
1138   // divisible by Scale.  For example, descaling X*(Y*(Z*4)) by a factor of 4
1139   // will find the constant factor 4 and produce X*(Y*Z).  Descaling X*(Y*8) by
1140   // a factor of 4 will produce X*(Y*2).  The principle of operation is to bore
1141   // down from Val:
1142   //
1143   //     Val = M1 * X          ||   Analysis starts here and works down
1144   //      M1 = M2 * Y          ||   Doesn't descend into terms with more
1145   //      M2 =  Z * 4          \/   than one use
1146   //
1147   // Then to modify a term at the bottom:
1148   //
1149   //     Val = M1 * X
1150   //      M1 =  Z * Y          ||   Replaced M2 with Z
1151   //
1152   // Then to work back up correcting nsw flags.
1153
1154   // Op - the term we are currently analyzing.  Starts at Val then drills down.
1155   // Replaced with its descaled value before exiting from the drill down loop.
1156   Value *Op = Val;
1157
1158   // Parent - initially null, but after drilling down notes where Op came from.
1159   // In the example above, Parent is (Val, 0) when Op is M1, because M1 is the
1160   // 0'th operand of Val.
1161   std::pair<Instruction *, unsigned> Parent;
1162
1163   // Set if the transform requires a descaling at deeper levels that doesn't
1164   // overflow.
1165   bool RequireNoSignedWrap = false;
1166
1167   // Log base 2 of the scale. Negative if not a power of 2.
1168   int32_t logScale = Scale.exactLogBase2();
1169
1170   for (;; Op = Parent.first->getOperand(Parent.second)) { // Drill down
1171     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op)) {
1172       // If Op is a constant divisible by Scale then descale to the quotient.
1173       APInt Quotient(Scale), Remainder(Scale); // Init ensures right bitwidth.
1174       APInt::sdivrem(CI->getValue(), Scale, Quotient, Remainder);
1175       if (!Remainder.isMinValue())
1176         // Not divisible by Scale.
1177         return nullptr;
1178       // Replace with the quotient in the parent.
1179       Op = ConstantInt::get(CI->getType(), Quotient);
1180       NoSignedWrap = true;
1181       break;
1182     }
1183
1184     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Op)) {
1185       if (BO->getOpcode() == Instruction::Mul) {
1186         // Multiplication.
1187         NoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
1188         if (RequireNoSignedWrap && !NoSignedWrap)
1189           return nullptr;
1190
1191         // There are three cases for multiplication: multiplication by exactly
1192         // the scale, multiplication by a constant different to the scale, and
1193         // multiplication by something else.
1194         Value *LHS = BO->getOperand(0);
1195         Value *RHS = BO->getOperand(1);
1196
1197         if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(RHS)) {
1198           // Multiplication by a constant.
1199           if (CI->getValue() == Scale) {
1200             // Multiplication by exactly the scale, replace the multiplication
1201             // by its left-hand side in the parent.
1202             Op = LHS;
1203             break;
1204           }
1205
1206           // Otherwise drill down into the constant.
1207           if (!Op->hasOneUse())
1208             return nullptr;
1209
1210           Parent = std::make_pair(BO, 1);
1211           continue;
1212         }
1213
1214         // Multiplication by something else. Drill down into the left-hand side
1215         // since that's where the reassociate pass puts the good stuff.
1216         if (!Op->hasOneUse())
1217           return nullptr;
1218
1219         Parent = std::make_pair(BO, 0);
1220         continue;
1221       }
1222
1223       if (logScale > 0 && BO->getOpcode() == Instruction::Shl &&
1224           isa<ConstantInt>(BO->getOperand(1))) {
1225         // Multiplication by a power of 2.
1226         NoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
1227         if (RequireNoSignedWrap && !NoSignedWrap)
1228           return nullptr;
1229
1230         Value *LHS = BO->getOperand(0);
1231         int32_t Amt = cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1))->
1232           getLimitedValue(Scale.getBitWidth());
1233         // Op = LHS << Amt.
1234
1235         if (Amt == logScale) {
1236           // Multiplication by exactly the scale, replace the multiplication
1237           // by its left-hand side in the parent.
1238           Op = LHS;
1239           break;
1240         }
1241         if (Amt < logScale || !Op->hasOneUse())
1242           return nullptr;
1243
1244         // Multiplication by more than the scale.  Reduce the multiplying amount
1245         // by the scale in the parent.
1246         Parent = std::make_pair(BO, 1);
1247         Op = ConstantInt::get(BO->getType(), Amt - logScale);
1248         break;
1249       }
1250     }
1251
1252     if (!Op->hasOneUse())
1253       return nullptr;
1254
1255     if (CastInst *Cast = dyn_cast<CastInst>(Op)) {
1256       if (Cast->getOpcode() == Instruction::SExt) {
1257         // Op is sign-extended from a smaller type, descale in the smaller type.
1258         unsigned SmallSize = Cast->getSrcTy()->getPrimitiveSizeInBits();
1259         APInt SmallScale = Scale.trunc(SmallSize);
1260         // Suppose Op = sext X, and we descale X as Y * SmallScale.  We want to
1261         // descale Op as (sext Y) * Scale.  In order to have
1262         //   sext (Y * SmallScale) = (sext Y) * Scale
1263         // some conditions need to hold however: SmallScale must sign-extend to
1264         // Scale and the multiplication Y * SmallScale should not overflow.
1265         if (SmallScale.sext(Scale.getBitWidth()) != Scale)
1266           // SmallScale does not sign-extend to Scale.
1267           return nullptr;
1268         assert(SmallScale.exactLogBase2() == logScale);
1269         // Require that Y * SmallScale must not overflow.
1270         RequireNoSignedWrap = true;
1271
1272         // Drill down through the cast.
1273         Parent = std::make_pair(Cast, 0);
1274         Scale = SmallScale;
1275         continue;
1276       }
1277
1278       if (Cast->getOpcode() == Instruction::Trunc) {
1279         // Op is truncated from a larger type, descale in the larger type.
1280         // Suppose Op = trunc X, and we descale X as Y * sext Scale.  Then
1281         //   trunc (Y * sext Scale) = (trunc Y) * Scale
1282         // always holds.  However (trunc Y) * Scale may overflow even if
1283         // trunc (Y * sext Scale) does not, so nsw flags need to be cleared
1284         // from this point up in the expression (see later).
1285         if (RequireNoSignedWrap)
1286           return nullptr;
1287
1288         // Drill down through the cast.
1289         unsigned LargeSize = Cast->getSrcTy()->getPrimitiveSizeInBits();
1290         Parent = std::make_pair(Cast, 0);
1291         Scale = Scale.sext(LargeSize);
1292         if (logScale + 1 == (int32_t)Cast->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1293           logScale = -1;
1294         assert(Scale.exactLogBase2() == logScale);
1295         continue;
1296       }
1297     }
1298
1299     // Unsupported expression, bail out.
1300     return nullptr;
1301   }
1302
1303   // If Op is zero then Val = Op * Scale.
1304   if (match(Op, m_Zero())) {
1305     NoSignedWrap = true;
1306     return Op;
1307   }
1308
1309   // We know that we can successfully descale, so from here on we can safely
1310   // modify the IR.  Op holds the descaled version of the deepest term in the
1311   // expression.  NoSignedWrap is 'true' if multiplying Op by Scale is known
1312   // not to overflow.
1313
1314   if (!Parent.first)
1315     // The expression only had one term.
1316     return Op;
1317
1318   // Rewrite the parent using the descaled version of its operand.
1319   assert(Parent.first->hasOneUse() && "Drilled down when more than one use!");
1320   assert(Op != Parent.first->getOperand(Parent.second) &&
1321          "Descaling was a no-op?");
1322   Parent.first->setOperand(Parent.second, Op);
1323   Worklist.Add(Parent.first);
1324
1325   // Now work back up the expression correcting nsw flags.  The logic is based
1326   // on the following observation: if X * Y is known not to overflow as a signed
1327   // multiplication, and Y is replaced by a value Z with smaller absolute value,
1328   // then X * Z will not overflow as a signed multiplication either.  As we work
1329   // our way up, having NoSignedWrap 'true' means that the descaled value at the
1330   // current level has strictly smaller absolute value than the original.
1331   Instruction *Ancestor = Parent.first;
1332   do {
1333     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Ancestor)) {
1334       // If the multiplication wasn't nsw then we can't say anything about the
1335       // value of the descaled multiplication, and we have to clear nsw flags
1336       // from this point on up.
1337       bool OpNoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
1338       NoSignedWrap &= OpNoSignedWrap;
1339       if (NoSignedWrap != OpNoSignedWrap) {
1340         BO->setHasNoSignedWrap(NoSignedWrap);
1341         Worklist.Add(Ancestor);
1342       }
1343     } else if (Ancestor->getOpcode() == Instruction::Trunc) {
1344       // The fact that the descaled input to the trunc has smaller absolute
1345       // value than the original input doesn't tell us anything useful about
1346       // the absolute values of the truncations.
1347       NoSignedWrap = false;
1348     }
1349     assert((Ancestor->getOpcode() != Instruction::SExt || NoSignedWrap) &&
1350            "Failed to keep proper track of nsw flags while drilling down?");
1351
1352     if (Ancestor == Val)
1353       // Got to the top, all done!
1354       return Val;
1355
1356     // Move up one level in the expression.
1357     assert(Ancestor->hasOneUse() && "Drilled down when more than one use!");
1358     Ancestor = Ancestor->user_back();
1359   } while (true);
1360 }
1361
1362 Instruction *InstCombiner::foldVectorBinop(BinaryOperator &Inst) {
1363   if (!Inst.getType()->isVectorTy()) return nullptr;
1364
1365   BinaryOperator::BinaryOps Opcode = Inst.getOpcode();
1366   unsigned NumElts = cast<VectorType>(Inst.getType())->getNumElements();
1367   Value *LHS = Inst.getOperand(0), *RHS = Inst.getOperand(1);
1368   assert(cast<VectorType>(LHS->getType())->getNumElements() == NumElts);
1369   assert(cast<VectorType>(RHS->getType())->getNumElements() == NumElts);
1370
1371   // If both operands of the binop are vector concatenations, then perform the
1372   // narrow binop on each pair of the source operands followed by concatenation
1373   // of the results.
1374   Value *L0, *L1, *R0, *R1;
1375   Constant *Mask;
1376   if (match(LHS, m_ShuffleVector(m_Value(L0), m_Value(L1), m_Constant(Mask))) &&
1377       match(RHS, m_ShuffleVector(m_Value(R0), m_Value(R1), m_Specific(Mask))) &&
1378       LHS->hasOneUse() && RHS->hasOneUse() &&
1379       cast<ShuffleVectorInst>(LHS)->isConcat() &&
1380       cast<ShuffleVectorInst>(RHS)->isConcat()) {
1381     // This transform does not have the speculative execution constraint as
1382     // below because the shuffle is a concatenation. The new binops are
1383     // operating on exactly the same elements as the existing binop.
1384     // TODO: We could ease the mask requirement to allow different undef lanes,
1385     //       but that requires an analysis of the binop-with-undef output value.
1386     Value *NewBO0 = Builder.CreateBinOp(Opcode, L0, R0);
1387     if (auto *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(NewBO0))
1388       BO->copyIRFlags(&Inst);
1389     Value *NewBO1 = Builder.CreateBinOp(Opcode, L1, R1);
1390     if (auto *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(NewBO1))
1391       BO->copyIRFlags(&Inst);
1392     return new ShuffleVectorInst(NewBO0, NewBO1, Mask);
1393   }
1394
1395   // It may not be safe to reorder shuffles and things like div, urem, etc.
1396   // because we may trap when executing those ops on unknown vector elements.
1397   // See PR20059.
1398   if (!isSafeToSpeculativelyExecute(&Inst))
1399     return nullptr;
1400
1401   auto createBinOpShuffle = [&](Value *X, Value *Y, Constant *M) {
1402     Value *XY = Builder.CreateBinOp(Opcode, X, Y);
1403     if (auto *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(XY))
1404       BO->copyIRFlags(&Inst);
1405     return new ShuffleVectorInst(XY, UndefValue::get(XY->getType()), M);
1406   };
1407
1408   // If both arguments of the binary operation are shuffles that use the same
1409   // mask and shuffle within a single vector, move the shuffle after the binop.
1410   Value *V1, *V2;
1411   if (match(LHS, m_ShuffleVector(m_Value(V1), m_Undef(), m_Constant(Mask))) &&
1412       match(RHS, m_ShuffleVector(m_Value(V2), m_Undef(), m_Specific(Mask))) &&
1413       V1->getType() == V2->getType() &&
1414       (LHS->hasOneUse() || RHS->hasOneUse() || LHS == RHS)) {
1415     // Op(shuffle(V1, Mask), shuffle(V2, Mask)) -> shuffle(Op(V1, V2), Mask)
1416     return createBinOpShuffle(V1, V2, Mask);
1417   }
1418
1419   // If one argument is a shuffle within one vector and the other is a constant,
1420   // try moving the shuffle after the binary operation. This canonicalization
1421   // intends to move shuffles closer to other shuffles and binops closer to
1422   // other binops, so they can be folded. It may also enable demanded elements
1423   // transforms.
1424   Constant *C;
1425   if (match(&Inst, m_c_BinOp(
1426           m_OneUse(m_ShuffleVector(m_Value(V1), m_Undef(), m_Constant(Mask))),
1427           m_Constant(C))) &&
1428       V1->getType()->getVectorNumElements() <= NumElts) {
1429     assert(Inst.getType()->getScalarType() == V1->getType()->getScalarType() &&
1430            "Shuffle should not change scalar type");
1431
1432     // Find constant NewC that has property:
1433     //   shuffle(NewC, ShMask) = C
1434     // If such constant does not exist (example: ShMask=<0,0> and C=<1,2>)
1435     // reorder is not possible. A 1-to-1 mapping is not required. Example:
1436     // ShMask = <1,1,2,2> and C = <5,5,6,6> --> NewC = <undef,5,6,undef>
1437     bool ConstOp1 = isa<Constant>(RHS);
1438     SmallVector<int, 16> ShMask;
1439     ShuffleVectorInst::getShuffleMask(Mask, ShMask);
1440     unsigned SrcVecNumElts = V1->getType()->getVectorNumElements();
1441     UndefValue *UndefScalar = UndefValue::get(C->getType()->getScalarType());
1442     SmallVector<Constant *, 16> NewVecC(SrcVecNumElts, UndefScalar);
1443     bool MayChange = true;
1444     for (unsigned I = 0; I < NumElts; ++I) {
1445       Constant *CElt = C->getAggregateElement(I);
1446       if (ShMask[I] >= 0) {
1447         assert(ShMask[I] < (int)NumElts && "Not expecting narrowing shuffle");
1448         Constant *NewCElt = NewVecC[ShMask[I]];
1449         // Bail out if:
1450         // 1. The constant vector contains a constant expression.
1451         // 2. The shuffle needs an element of the constant vector that can't
1452         //    be mapped to a new constant vector.
1453         // 3. This is a widening shuffle that copies elements of V1 into the
1454         //    extended elements (extending with undef is allowed).
1455         if (!CElt || (!isa<UndefValue>(NewCElt) && NewCElt != CElt) ||
1456             I >= SrcVecNumElts) {
1457           MayChange = false;
1458           break;
1459         }
1460         NewVecC[ShMask[I]] = CElt;
1461       }
1462       // If this is a widening shuffle, we must be able to extend with undef
1463       // elements. If the original binop does not produce an undef in the high
1464       // lanes, then this transform is not safe.
1465       // TODO: We could shuffle those non-undef constant values into the
1466       //       result by using a constant vector (rather than an undef vector)
1467       //       as operand 1 of the new binop, but that might be too aggressive
1468       //       for target-independent shuffle creation.
1469       if (I >= SrcVecNumElts) {
1470         Constant *MaybeUndef =
1471             ConstOp1 ? ConstantExpr::get(Opcode, UndefScalar, CElt)
1472                      : ConstantExpr::get(Opcode, CElt, UndefScalar);
1473         if (!isa<UndefValue>(MaybeUndef)) {
1474           MayChange = false;
1475           break;
1476         }
1477       }
1478     }
1479     if (MayChange) {
1480       Constant *NewC = ConstantVector::get(NewVecC);
1481       // It may not be safe to execute a binop on a vector with undef elements
1482       // because the entire instruction can be folded to undef or create poison
1483       // that did not exist in the original code.
1484       if (Inst.isIntDivRem() || (Inst.isShift() && ConstOp1))
1485         NewC = getSafeVectorConstantForBinop(Opcode, NewC, ConstOp1);
1486
1487       // Op(shuffle(V1, Mask), C) -> shuffle(Op(V1, NewC), Mask)
1488       // Op(C, shuffle(V1, Mask)) -> shuffle(Op(NewC, V1), Mask)
1489       Value *NewLHS = ConstOp1 ? V1 : NewC;
1490       Value *NewRHS = ConstOp1 ? NewC : V1;
1491       return createBinOpShuffle(NewLHS, NewRHS, Mask);
1492     }
1493   }
1494
1495   return nullptr;
1496 }
1497
1498 /// Try to narrow the width of a binop if at least 1 operand is an extend of
1499 /// of a value. This requires a potentially expensive known bits check to make
1500 /// sure the narrow op does not overflow.
1501 Instruction *InstCombiner::narrowMathIfNoOverflow(BinaryOperator &BO) {
1502   // We need at least one extended operand.
1503   Value *Op0 = BO.getOperand(0), *Op1 = BO.getOperand(1);
1504
1505   // If this is a sub, we swap the operands since we always want an extension
1506   // on the RHS. The LHS can be an extension or a constant.
1507   if (BO.getOpcode() == Instruction::Sub)
1508     std::swap(Op0, Op1);
1509
1510   Value *X;
1511   bool IsSext = match(Op0, m_SExt(m_Value(X)));
1512   if (!IsSext && !match(Op0, m_ZExt(m_Value(X))))
1513     return nullptr;
1514
1515   // If both operands are the same extension from the same source type and we
1516   // can eliminate at least one (hasOneUse), this might work.
1517   CastInst::CastOps CastOpc = IsSext ? Instruction::SExt : Instruction::ZExt;
1518   Value *Y;
1519   if (!(match(Op1, m_ZExtOrSExt(m_Value(Y))) && X->getType() == Y->getType() &&
1520         cast<Operator>(Op1)->getOpcode() == CastOpc &&
1521         (Op0->hasOneUse() || Op1->hasOneUse()))) {
1522     // If that did not match, see if we have a suitable constant operand.
1523     // Truncating and extending must produce the same constant.
1524     Constant *WideC;
1525     if (!Op0->hasOneUse() || !match(Op1, m_Constant(WideC)))
1526       return nullptr;
1527     Constant *NarrowC = ConstantExpr::getTrunc(WideC, X->getType());
1528     if (ConstantExpr::getCast(CastOpc, NarrowC, BO.getType()) != WideC)
1529       return nullptr;
1530     Y = NarrowC;
1531   }
1532
1533   // Swap back now that we found our operands.
1534   if (BO.getOpcode() == Instruction::Sub)
1535     std::swap(X, Y);
1536
1537   // Both operands have narrow versions. Last step: the math must not overflow
1538   // in the narrow width.
1539   if (!willNotOverflow(BO.getOpcode(), X, Y, BO, IsSext))
1540     return nullptr;
1541
1542   // bo (ext X), (ext Y) --> ext (bo X, Y)
1543   // bo (ext X), C       --> ext (bo X, C')
1544   Value *NarrowBO = Builder.CreateBinOp(BO.getOpcode(), X, Y, "narrow");
1545   if (auto *NewBinOp = dyn_cast<BinaryOperator>(NarrowBO)) {
1546     if (IsSext)
1547       NewBinOp->setHasNoSignedWrap();
1548     else
1549       NewBinOp->setHasNoUnsignedWrap();
1550   }
1551   return CastInst::Create(CastOpc, NarrowBO, BO.getType());
1552 }
1553
1554 Instruction *InstCombiner::visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEP) {
1555   SmallVector<Value*, 8> Ops(GEP.op_begin(), GEP.op_end());
1556   Type *GEPType = GEP.getType();
1557   Type *GEPEltType = GEP.getSourceElementType();
1558   if (Value *V = SimplifyGEPInst(GEPEltType, Ops, SQ.getWithInstruction(&GEP)))
1559     return replaceInstUsesWith(GEP, V);
1560
1561   Value *PtrOp = GEP.getOperand(0);
1562
1563   // Eliminate unneeded casts for indices, and replace indices which displace
1564   // by multiples of a zero size type with zero.
1565   bool MadeChange = false;
1566
1567   // Index width may not be the same width as pointer width.
1568   // Data layout chooses the right type based on supported integer types.
1569   Type *NewScalarIndexTy =
1570       DL.getIndexType(GEP.getPointerOperandType()->getScalarType());
1571
1572   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
1573   for (User::op_iterator I = GEP.op_begin() + 1, E = GEP.op_end(); I != E;
1574        ++I, ++GTI) {
1575     // Skip indices into struct types.
1576     if (GTI.isStruct())
1577       continue;
1578
1579     Type *IndexTy = (*I)->getType();
1580     Type *NewIndexType =
1581         IndexTy->isVectorTy()
1582             ? VectorType::get(NewScalarIndexTy, IndexTy->getVectorNumElements())
1583             : NewScalarIndexTy;
1584
1585     // If the element type has zero size then any index over it is equivalent
1586     // to an index of zero, so replace it with zero if it is not zero already.
1587     Type *EltTy = GTI.getIndexedType();
1588     if (EltTy->isSized() && DL.getTypeAllocSize(EltTy) == 0)
1589       if (!isa<Constant>(*I) || !cast<Constant>(*I)->isNullValue()) {
1590         *I = Constant::getNullValue(NewIndexType);
1591         MadeChange = true;
1592       }
1593
1594     if (IndexTy != NewIndexType) {
1595       // If we are using a wider index than needed for this platform, shrink
1596       // it to what we need.  If narrower, sign-extend it to what we need.
1597       // This explicit cast can make subsequent optimizations more obvious.
1598       *I = Builder.CreateIntCast(*I, NewIndexType, true);
1599       MadeChange = true;
1600     }
1601   }
1602   if (MadeChange)
1603     return &GEP;
1604
1605   // Check to see if the inputs to the PHI node are getelementptr instructions.
1606   if (auto *PN = dyn_cast<PHINode>(PtrOp)) {
1607     auto *Op1 = dyn_cast<GetElementPtrInst>(PN->getOperand(0));
1608     if (!Op1)
1609       return nullptr;
1610
1611     // Don't fold a GEP into itself through a PHI node. This can only happen
1612     // through the back-edge of a loop. Folding a GEP into itself means that
1613     // the value of the previous iteration needs to be stored in the meantime,
1614     // thus requiring an additional register variable to be live, but not
1615     // actually achieving anything (the GEP still needs to be executed once per
1616     // loop iteration).
1617     if (Op1 == &GEP)
1618       return nullptr;
1619
1620     int DI = -1;
1621
1622     for (auto I = PN->op_begin()+1, E = PN->op_end(); I !=E; ++I) {
1623       auto *Op2 = dyn_cast<GetElementPtrInst>(*I);
1624       if (!Op2 || Op1->getNumOperands() != Op2->getNumOperands())
1625         return nullptr;
1626
1627       // As for Op1 above, don't try to fold a GEP into itself.
1628       if (Op2 == &GEP)
1629         return nullptr;
1630
1631       // Keep track of the type as we walk the GEP.
1632       Type *CurTy = nullptr;
1633
1634       for (unsigned J = 0, F = Op1->getNumOperands(); J != F; ++J) {
1635         if (Op1->getOperand(J)->getType() != Op2->getOperand(J)->getType())
1636           return nullptr;
1637
1638         if (Op1->getOperand(J) != Op2->getOperand(J)) {
1639           if (DI == -1) {
1640             // We have not seen any differences yet in the GEPs feeding the
1641             // PHI yet, so we record this one if it is allowed to be a
1642             // variable.
1643
1644             // The first two arguments can vary for any GEP, the rest have to be
1645             // static for struct slots
1646             if (J > 1 && CurTy->isStructTy())
1647               return nullptr;
1648
1649             DI = J;
1650           } else {
1651             // The GEP is different by more than one input. While this could be
1652             // extended to support GEPs that vary by more than one variable it
1653             // doesn't make sense since it greatly increases the complexity and
1654             // would result in an R+R+R addressing mode which no backend
1655             // directly supports and would need to be broken into several
1656             // simpler instructions anyway.
1657             return nullptr;
1658           }
1659         }
1660
1661         // Sink down a layer of the type for the next iteration.
1662         if (J > 0) {
1663           if (J == 1) {
1664             CurTy = Op1->getSourceElementType();
1665           } else if (auto *CT = dyn_cast<CompositeType>(CurTy)) {
1666             CurTy = CT->getTypeAtIndex(Op1->getOperand(J));
1667           } else {
1668             CurTy = nullptr;
1669           }
1670         }
1671       }
1672     }
1673
1674     // If not all GEPs are identical we'll have to create a new PHI node.
1675     // Check that the old PHI node has only one use so that it will get
1676     // removed.
1677     if (DI != -1 && !PN->hasOneUse())
1678       return nullptr;
1679
1680     auto *NewGEP = cast<GetElementPtrInst>(Op1->clone());
1681     if (DI == -1) {
1682       // All the GEPs feeding the PHI are identical. Clone one down into our
1683       // BB so that it can be merged with the current GEP.
1684       GEP.getParent()->getInstList().insert(
1685           GEP.getParent()->getFirstInsertionPt(), NewGEP);
1686     } else {
1687       // All the GEPs feeding the PHI differ at a single offset. Clone a GEP
1688       // into the current block so it can be merged, and create a new PHI to
1689       // set that index.
1690       PHINode *NewPN;
1691       {
1692         IRBuilderBase::InsertPointGuard Guard(Builder);
1693         Builder.SetInsertPoint(PN);
1694         NewPN = Builder.CreatePHI(Op1->getOperand(DI)->getType(),
1695                                   PN->getNumOperands());
1696       }
1697
1698       for (auto &I : PN->operands())
1699         NewPN->addIncoming(cast<GEPOperator>(I)->getOperand(DI),
1700                            PN->getIncomingBlock(I));
1701
1702       NewGEP->setOperand(DI, NewPN);
1703       GEP.getParent()->getInstList().insert(
1704           GEP.getParent()->getFirstInsertionPt(), NewGEP);
1705       NewGEP->setOperand(DI, NewPN);
1706     }
1707
1708     GEP.setOperand(0, NewGEP);
1709     PtrOp = NewGEP;
1710   }
1711
1712   // Combine Indices - If the source pointer to this getelementptr instruction
1713   // is a getelementptr instruction, combine the indices of the two
1714   // getelementptr instructions into a single instruction.
1715   if (auto *Src = dyn_cast<GEPOperator>(PtrOp)) {
1716     if (!shouldMergeGEPs(*cast<GEPOperator>(&GEP), *Src))
1717       return nullptr;
1718
1719     // Try to reassociate loop invariant GEP chains to enable LICM.
1720     if (LI && Src->getNumOperands() == 2 && GEP.getNumOperands() == 2 &&
1721         Src->hasOneUse()) {
1722       if (Loop *L = LI->getLoopFor(GEP.getParent())) {
1723         Value *GO1 = GEP.getOperand(1);
1724         Value *SO1 = Src->getOperand(1);
1725         // Reassociate the two GEPs if SO1 is variant in the loop and GO1 is
1726         // invariant: this breaks the dependence between GEPs and allows LICM
1727         // to hoist the invariant part out of the loop.
1728         if (L->isLoopInvariant(GO1) && !L->isLoopInvariant(SO1)) {
1729           // We have to be careful here.
1730           // We have something like:
1731           //  %src = getelementptr <ty>, <ty>* %base, <ty> %idx
1732           //  %gep = getelementptr <ty>, <ty>* %src, <ty> %idx2
1733           // If we just swap idx & idx2 then we could inadvertantly
1734           // change %src from a vector to a scalar, or vice versa.
1735           // Cases:
1736           //  1) %base a scalar & idx a scalar & idx2 a vector
1737           //      => Swapping idx & idx2 turns %src into a vector type.
1738           //  2) %base a scalar & idx a vector & idx2 a scalar
1739           //      => Swapping idx & idx2 turns %src in a scalar type
1740           //  3) %base, %idx, and %idx2 are scalars
1741           //      => %src & %gep are scalars
1742           //      => swapping idx & idx2 is safe
1743           //  4) %base a vector
1744           //      => %src is a vector
1745           //      => swapping idx & idx2 is safe.
1746           auto *SO0 = Src->getOperand(0);
1747           auto *SO0Ty = SO0->getType();
1748           if (!isa<VectorType>(GEPType) || // case 3
1749               isa<VectorType>(SO0Ty)) {    // case 4
1750             Src->setOperand(1, GO1);
1751             GEP.setOperand(1, SO1);
1752             return &GEP;
1753           } else {
1754             // Case 1 or 2
1755             // -- have to recreate %src & %gep
1756             // put NewSrc at same location as %src
1757             Builder.SetInsertPoint(cast<Instruction>(PtrOp));
1758             auto *NewSrc = cast<GetElementPtrInst>(
1759                 Builder.CreateGEP(SO0, GO1, Src->getName()));
1760             NewSrc->setIsInBounds(Src->isInBounds());
1761             auto *NewGEP = GetElementPtrInst::Create(nullptr, NewSrc, {SO1});
1762             NewGEP->setIsInBounds(GEP.isInBounds());
1763             return NewGEP;
1764           }
1765         }
1766       }
1767     }
1768
1769     // Note that if our source is a gep chain itself then we wait for that
1770     // chain to be resolved before we perform this transformation.  This
1771     // avoids us creating a TON of code in some cases.
1772     if (auto *SrcGEP = dyn_cast<GEPOperator>(Src->getOperand(0)))
1773       if (SrcGEP->getNumOperands() == 2 && shouldMergeGEPs(*Src, *SrcGEP))
1774         return nullptr;   // Wait until our source is folded to completion.
1775
1776     SmallVector<Value*, 8> Indices;
1777
1778     // Find out whether the last index in the source GEP is a sequential idx.
1779     bool EndsWithSequential = false;
1780     for (gep_type_iterator I = gep_type_begin(*Src), E = gep_type_end(*Src);
1781          I != E; ++I)
1782       EndsWithSequential = I.isSequential();
1783
1784     // Can we combine the two pointer arithmetics offsets?
1785     if (EndsWithSequential) {
1786       // Replace: gep (gep %P, long B), long A, ...
1787       // With:    T = long A+B; gep %P, T, ...
1788       Value *SO1 = Src->getOperand(Src->getNumOperands()-1);
1789       Value *GO1 = GEP.getOperand(1);
1790
1791       // If they aren't the same type, then the input hasn't been processed
1792       // by the loop above yet (which canonicalizes sequential index types to
1793       // intptr_t).  Just avoid transforming this until the input has been
1794       // normalized.
1795       if (SO1->getType() != GO1->getType())
1796         return nullptr;
1797
1798       Value *Sum =
1799           SimplifyAddInst(GO1, SO1, false, false, SQ.getWithInstruction(&GEP));
1800       // Only do the combine when we are sure the cost after the
1801       // merge is never more than that before the merge.
1802       if (Sum == nullptr)
1803         return nullptr;
1804
1805       // Update the GEP in place if possible.
1806       if (Src->getNumOperands() == 2) {
1807         GEP.setOperand(0, Src->getOperand(0));
1808         GEP.setOperand(1, Sum);
1809         return &GEP;
1810       }
1811       Indices.append(Src->op_begin()+1, Src->op_end()-1);
1812       Indices.push_back(Sum);
1813       Indices.append(GEP.op_begin()+2, GEP.op_end());
1814     } else if (isa<Constant>(*GEP.idx_begin()) &&
1815                cast<Constant>(*GEP.idx_begin())->isNullValue() &&
1816                Src->getNumOperands() != 1) {
1817       // Otherwise we can do the fold if the first index of the GEP is a zero
1818       Indices.append(Src->op_begin()+1, Src->op_end());
1819       Indices.append(GEP.idx_begin()+1, GEP.idx_end());
1820     }
1821
1822     if (!Indices.empty())
1823       return GEP.isInBounds() && Src->isInBounds()
1824                  ? GetElementPtrInst::CreateInBounds(
1825                        Src->getSourceElementType(), Src->getOperand(0), Indices,
1826                        GEP.getName())
1827                  : GetElementPtrInst::Create(Src->getSourceElementType(),
1828                                              Src->getOperand(0), Indices,
1829                                              GEP.getName());
1830   }
1831
1832   if (GEP.getNumIndices() == 1) {
1833     unsigned AS = GEP.getPointerAddressSpace();
1834     if (GEP.getOperand(1)->getType()->getScalarSizeInBits() ==
1835         DL.getIndexSizeInBits(AS)) {
1836       uint64_t TyAllocSize = DL.getTypeAllocSize(GEPEltType);
1837
1838       bool Matched = false;
1839       uint64_t C;
1840       Value *V = nullptr;
1841       if (TyAllocSize == 1) {
1842         V = GEP.getOperand(1);
1843         Matched = true;
1844       } else if (match(GEP.getOperand(1),
1845                        m_AShr(m_Value(V), m_ConstantInt(C)))) {
1846         if (TyAllocSize == 1ULL << C)
1847           Matched = true;
1848       } else if (match(GEP.getOperand(1),
1849                        m_SDiv(m_Value(V), m_ConstantInt(C)))) {
1850         if (TyAllocSize == C)
1851           Matched = true;
1852       }
1853
1854       if (Matched) {
1855         // Canonicalize (gep i8* X, -(ptrtoint Y))
1856         // to (inttoptr (sub (ptrtoint X), (ptrtoint Y)))
1857         // The GEP pattern is emitted by the SCEV expander for certain kinds of
1858         // pointer arithmetic.
1859         if (match(V, m_Neg(m_PtrToInt(m_Value())))) {
1860           Operator *Index = cast<Operator>(V);
1861           Value *PtrToInt = Builder.CreatePtrToInt(PtrOp, Index->getType());
1862           Value *NewSub = Builder.CreateSub(PtrToInt, Index->getOperand(1));
1863           return CastInst::Create(Instruction::IntToPtr, NewSub, GEPType);
1864         }
1865         // Canonicalize (gep i8* X, (ptrtoint Y)-(ptrtoint X))
1866         // to (bitcast Y)
1867         Value *Y;
1868         if (match(V, m_Sub(m_PtrToInt(m_Value(Y)),
1869                            m_PtrToInt(m_Specific(GEP.getOperand(0))))))
1870           return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(Y, GEPType);
1871       }
1872     }
1873   }
1874
1875   // We do not handle pointer-vector geps here.
1876   if (GEPType->isVectorTy())
1877     return nullptr;
1878
1879   // Handle gep(bitcast x) and gep(gep x, 0, 0, 0).
1880   Value *StrippedPtr = PtrOp->stripPointerCasts();
1881   PointerType *StrippedPtrTy = cast<PointerType>(StrippedPtr->getType());
1882
1883   if (StrippedPtr != PtrOp) {
1884     bool HasZeroPointerIndex = false;
1885     if (auto *C = dyn_cast<ConstantInt>(GEP.getOperand(1)))
1886       HasZeroPointerIndex = C->isZero();
1887
1888     // Transform: GEP (bitcast [10 x i8]* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1889     // into     : GEP [10 x i8]* X, i32 0, ...
1890     //
1891     // Likewise, transform: GEP (bitcast i8* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1892     //           into     : GEP i8* X, ...
1893     //
1894     // This occurs when the program declares an array extern like "int X[];"
1895     if (HasZeroPointerIndex) {
1896       if (auto *CATy = dyn_cast<ArrayType>(GEPEltType)) {
1897         // GEP (bitcast i8* X to [0 x i8]*), i32 0, ... ?
1898         if (CATy->getElementType() == StrippedPtrTy->getElementType()) {
1899           // -> GEP i8* X, ...
1900           SmallVector<Value*, 8> Idx(GEP.idx_begin()+1, GEP.idx_end());
1901           GetElementPtrInst *Res = GetElementPtrInst::Create(
1902               StrippedPtrTy->getElementType(), StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
1903           Res->setIsInBounds(GEP.isInBounds());
1904           if (StrippedPtrTy->getAddressSpace() == GEP.getAddressSpace())
1905             return Res;
1906           // Insert Res, and create an addrspacecast.
1907           // e.g.,
1908           // GEP (addrspacecast i8 addrspace(1)* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1909           // ->
1910           // %0 = GEP i8 addrspace(1)* X, ...
1911           // addrspacecast i8 addrspace(1)* %0 to i8*
1912           return new AddrSpaceCastInst(Builder.Insert(Res), GEPType);
1913         }
1914
1915         if (auto *XATy = dyn_cast<ArrayType>(StrippedPtrTy->getElementType())) {
1916           // GEP (bitcast [10 x i8]* X to [0 x i8]*), i32 0, ... ?
1917           if (CATy->getElementType() == XATy->getElementType()) {
1918             // -> GEP [10 x i8]* X, i32 0, ...
1919             // At this point, we know that the cast source type is a pointer
1920             // to an array of the same type as the destination pointer
1921             // array.  Because the array type is never stepped over (there
1922             // is a leading zero) we can fold the cast into this GEP.
1923             if (StrippedPtrTy->getAddressSpace() == GEP.getAddressSpace()) {
1924               GEP.setOperand(0, StrippedPtr);
1925               GEP.setSourceElementType(XATy);
1926               return &GEP;
1927             }
1928             // Cannot replace the base pointer directly because StrippedPtr's
1929             // address space is different. Instead, create a new GEP followed by
1930             // an addrspacecast.
1931             // e.g.,
1932             // GEP (addrspacecast [10 x i8] addrspace(1)* X to [0 x i8]*),
1933             //   i32 0, ...
1934             // ->
1935             // %0 = GEP [10 x i8] addrspace(1)* X, ...
1936             // addrspacecast i8 addrspace(1)* %0 to i8*
1937             SmallVector<Value*, 8> Idx(GEP.idx_begin(), GEP.idx_end());
1938             Value *NewGEP = GEP.isInBounds()
1939                                 ? Builder.CreateInBoundsGEP(
1940                                       nullptr, StrippedPtr, Idx, GEP.getName())
1941                                 : Builder.CreateGEP(nullptr, StrippedPtr, Idx,
1942                                                     GEP.getName());
1943             return new AddrSpaceCastInst(NewGEP, GEPType);
1944           }
1945         }
1946       }
1947     } else if (GEP.getNumOperands() == 2) {
1948       // Transform things like:
1949       // %t = getelementptr i32* bitcast ([2 x i32]* %str to i32*), i32 %V
1950       // into:  %t1 = getelementptr [2 x i32]* %str, i32 0, i32 %V; bitcast
1951       Type *SrcEltTy = StrippedPtrTy->getElementType();
1952       if (SrcEltTy->isArrayTy() &&
1953           DL.getTypeAllocSize(SrcEltTy->getArrayElementType()) ==
1954               DL.getTypeAllocSize(GEPEltType)) {
1955         Type *IdxType = DL.getIndexType(GEPType);
1956         Value *Idx[2] = { Constant::getNullValue(IdxType), GEP.getOperand(1) };
1957         Value *NewGEP =
1958             GEP.isInBounds()
1959                 ? Builder.CreateInBoundsGEP(nullptr, StrippedPtr, Idx,
1960                                             GEP.getName())
1961                 : Builder.CreateGEP(nullptr, StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
1962
1963         // V and GEP are both pointer types --> BitCast
1964         return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(NewGEP, GEPType);
1965       }
1966
1967       // Transform things like:
1968       // %V = mul i64 %N, 4
1969       // %t = getelementptr i8* bitcast (i32* %arr to i8*), i32 %V
1970       // into:  %t1 = getelementptr i32* %arr, i32 %N; bitcast
1971       if (GEPEltType->isSized() && SrcEltTy->isSized()) {
1972         // Check that changing the type amounts to dividing the index by a scale
1973         // factor.
1974         uint64_t ResSize = DL.getTypeAllocSize(GEPEltType);
1975         uint64_t SrcSize = DL.getTypeAllocSize(SrcEltTy);
1976         if (ResSize && SrcSize % ResSize == 0) {
1977           Value *Idx = GEP.getOperand(1);
1978           unsigned BitWidth = Idx->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
1979           uint64_t Scale = SrcSize / ResSize;
1980
1981           // Earlier transforms ensure that the index has the right type
1982           // according to Data Layout, which considerably simplifies the
1983           // logic by eliminating implicit casts.
1984           assert(Idx->getType() == DL.getIndexType(GEPType) &&
1985                  "Index type does not match the Data Layout preferences");
1986
1987           bool NSW;
1988           if (Value *NewIdx = Descale(Idx, APInt(BitWidth, Scale), NSW)) {
1989             // Successfully decomposed Idx as NewIdx * Scale, form a new GEP.
1990             // If the multiplication NewIdx * Scale may overflow then the new
1991             // GEP may not be "inbounds".
1992             Value *NewGEP =
1993                 GEP.isInBounds() && NSW
1994                     ? Builder.CreateInBoundsGEP(nullptr, StrippedPtr, NewIdx,
1995                                                 GEP.getName())
1996                     : Builder.CreateGEP(nullptr, StrippedPtr, NewIdx,
1997                                         GEP.getName());
1998
1999             // The NewGEP must be pointer typed, so must the old one -> BitCast
2000             return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(NewGEP,
2001                                                                  GEPType);
2002           }
2003         }
2004       }
2005
2006       // Similarly, transform things like:
2007       // getelementptr i8* bitcast ([100 x double]* X to i8*), i32 %tmp
2008       //   (where tmp = 8*tmp2) into:
2009       // getelementptr [100 x double]* %arr, i32 0, i32 %tmp2; bitcast
2010       if (GEPEltType->isSized() && SrcEltTy->isSized() &&
2011           SrcEltTy->isArrayTy()) {
2012         // Check that changing to the array element type amounts to dividing the
2013         // index by a scale factor.
2014         uint64_t ResSize = DL.getTypeAllocSize(GEPEltType);
2015         uint64_t ArrayEltSize =
2016             DL.getTypeAllocSize(SrcEltTy->getArrayElementType());
2017         if (ResSize && ArrayEltSize % ResSize == 0) {
2018           Value *Idx = GEP.getOperand(1);
2019           unsigned BitWidth = Idx->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
2020           uint64_t Scale = ArrayEltSize / ResSize;
2021
2022           // Earlier transforms ensure that the index has the right type
2023           // according to the Data Layout, which considerably simplifies
2024           // the logic by eliminating implicit casts.
2025           assert(Idx->getType() == DL.getIndexType(GEPType) &&
2026                  "Index type does not match the Data Layout preferences");
2027
2028           bool NSW;
2029           if (Value *NewIdx = Descale(Idx, APInt(BitWidth, Scale), NSW)) {
2030             // Successfully decomposed Idx as NewIdx * Scale, form a new GEP.
2031             // If the multiplication NewIdx * Scale may overflow then the new
2032             // GEP may not be "inbounds".
2033             Type *IndTy = DL.getIndexType(GEPType);
2034             Value *Off[2] = {Constant::getNullValue(IndTy), NewIdx};
2035
2036             Value *NewGEP = GEP.isInBounds() && NSW
2037                                 ? Builder.CreateInBoundsGEP(
2038                                       SrcEltTy, StrippedPtr, Off, GEP.getName())
2039                                 : Builder.CreateGEP(SrcEltTy, StrippedPtr, Off,
2040                                                     GEP.getName());
2041             // The NewGEP must be pointer typed, so must the old one -> BitCast
2042             return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(NewGEP,
2043                                                                  GEPType);
2044           }
2045         }
2046       }
2047     }
2048   }
2049
2050   // addrspacecast between types is canonicalized as a bitcast, then an
2051   // addrspacecast. To take advantage of the below bitcast + struct GEP, look
2052   // through the addrspacecast.
2053   Value *ASCStrippedPtrOp = PtrOp;
2054   if (auto *ASC = dyn_cast<AddrSpaceCastInst>(PtrOp)) {
2055     //   X = bitcast A addrspace(1)* to B addrspace(1)*
2056     //   Y = addrspacecast A addrspace(1)* to B addrspace(2)*
2057     //   Z = gep Y, <...constant indices...>
2058     // Into an addrspacecasted GEP of the struct.
2059     if (auto *BC = dyn_cast<BitCastInst>(ASC->getOperand(0)))
2060       ASCStrippedPtrOp = BC;
2061   }
2062
2063   if (auto *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(ASCStrippedPtrOp)) {
2064     Value *SrcOp = BCI->getOperand(0);
2065     PointerType *SrcType = cast<PointerType>(BCI->getSrcTy());
2066     Type *SrcEltType = SrcType->getElementType();
2067
2068     // GEP directly using the source operand if this GEP is accessing an element
2069     // of a bitcasted pointer to vector or array of the same dimensions:
2070     // gep (bitcast <c x ty>* X to [c x ty]*), Y, Z --> gep X, Y, Z
2071     // gep (bitcast [c x ty]* X to <c x ty>*), Y, Z --> gep X, Y, Z
2072     auto areMatchingArrayAndVecTypes = [](Type *ArrTy, Type *VecTy) {
2073       return ArrTy->getArrayElementType() == VecTy->getVectorElementType() &&
2074              ArrTy->getArrayNumElements() == VecTy->getVectorNumElements();
2075     };
2076     if (GEP.getNumOperands() == 3 &&
2077         ((GEPEltType->isArrayTy() && SrcEltType->isVectorTy() &&
2078           areMatchingArrayAndVecTypes(GEPEltType, SrcEltType)) ||
2079          (GEPEltType->isVectorTy() && SrcEltType->isArrayTy() &&
2080           areMatchingArrayAndVecTypes(SrcEltType, GEPEltType)))) {
2081
2082       // Create a new GEP here, as using `setOperand()` followed by
2083       // `setSourceElementType()` won't actually update the type of the
2084       // existing GEP Value. Causing issues if this Value is accessed when
2085       // constructing an AddrSpaceCastInst
2086       Value *NGEP =
2087           GEP.isInBounds()
2088               ? Builder.CreateInBoundsGEP(nullptr, SrcOp, {Ops[1], Ops[2]})
2089               : Builder.CreateGEP(nullptr, SrcOp, {Ops[1], Ops[2]});
2090       NGEP->takeName(&GEP);
2091
2092       // Preserve GEP address space to satisfy users
2093       if (NGEP->getType()->getPointerAddressSpace() != GEP.getAddressSpace())
2094         return new AddrSpaceCastInst(NGEP, GEPType);
2095
2096       return replaceInstUsesWith(GEP, NGEP);
2097     }
2098
2099     // See if we can simplify:
2100     //   X = bitcast A* to B*
2101     //   Y = gep X, <...constant indices...>
2102     // into a gep of the original struct. This is important for SROA and alias
2103     // analysis of unions. If "A" is also a bitcast, wait for A/X to be merged.
2104     unsigned OffsetBits = DL.getIndexTypeSizeInBits(GEPType);
2105     APInt Offset(OffsetBits, 0);
2106     if (!isa<BitCastInst>(SrcOp) && GEP.accumulateConstantOffset(DL, Offset)) {
2107       // If this GEP instruction doesn't move the pointer, just replace the GEP
2108       // with a bitcast of the real input to the dest type.
2109       if (!Offset) {
2110         // If the bitcast is of an allocation, and the allocation will be
2111         // converted to match the type of the cast, don't touch this.
2112         if (isa<AllocaInst>(SrcOp) || isAllocationFn(SrcOp, &TLI)) {
2113           // See if the bitcast simplifies, if so, don't nuke this GEP yet.
2114           if (Instruction *I = visitBitCast(*BCI)) {
2115             if (I != BCI) {
2116               I->takeName(BCI);
2117               BCI->getParent()->getInstList().insert(BCI->getIterator(), I);
2118               replaceInstUsesWith(*BCI, I);
2119             }
2120             return &GEP;
2121           }
2122         }
2123
2124         if (SrcType->getPointerAddressSpace() != GEP.getAddressSpace())
2125           return new AddrSpaceCastInst(SrcOp, GEPType);
2126         return new BitCastInst(SrcOp, GEPType);
2127       }
2128
2129       // Otherwise, if the offset is non-zero, we need to find out if there is a
2130       // field at Offset in 'A's type.  If so, we can pull the cast through the
2131       // GEP.
2132       SmallVector<Value*, 8> NewIndices;
2133       if (FindElementAtOffset(SrcType, Offset.getSExtValue(), NewIndices)) {
2134         Value *NGEP =
2135             GEP.isInBounds()
2136                 ? Builder.CreateInBoundsGEP(nullptr, SrcOp, NewIndices)
2137                 : Builder.CreateGEP(nullptr, SrcOp, NewIndices);
2138
2139         if (NGEP->getType() == GEPType)
2140           return replaceInstUsesWith(GEP, NGEP);
2141         NGEP->takeName(&GEP);
2142
2143         if (NGEP->getType()->getPointerAddressSpace() != GEP.getAddressSpace())
2144           return new AddrSpaceCastInst(NGEP, GEPType);
2145         return new BitCastInst(NGEP, GEPType);
2146       }
2147     }
2148   }
2149
2150   if (!GEP.isInBounds()) {
2151     unsigned IdxWidth =
2152         DL.getIndexSizeInBits(PtrOp->getType()->getPointerAddressSpace());
2153     APInt BasePtrOffset(IdxWidth, 0);
2154     Value *UnderlyingPtrOp =
2155             PtrOp->stripAndAccumulateInBoundsConstantOffsets(DL,
2156                                                              BasePtrOffset);
2157     if (auto *AI = dyn_cast<AllocaInst>(UnderlyingPtrOp)) {
2158       if (GEP.accumulateConstantOffset(DL, BasePtrOffset) &&
2159           BasePtrOffset.isNonNegative()) {
2160         APInt AllocSize(IdxWidth, DL.getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType()));
2161         if (BasePtrOffset.ule(AllocSize)) {
2162           return GetElementPtrInst::CreateInBounds(
2163               PtrOp, makeArrayRef(Ops).slice(1), GEP.getName());
2164         }
2165       }
2166     }
2167   }
2168
2169   return nullptr;
2170 }
2171
2172 static bool isNeverEqualToUnescapedAlloc(Value *V, const TargetLibraryInfo *TLI,
2173                                          Instruction *AI) {
2174   if (isa<ConstantPointerNull>(V))
2175     return true;
2176   if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(V))
2177     return isa<GlobalVariable>(LI->getPointerOperand());
2178   // Two distinct allocations will never be equal.
2179   // We rely on LookThroughBitCast in isAllocLikeFn being false, since looking
2180   // through bitcasts of V can cause
2181   // the result statement below to be true, even when AI and V (ex:
2182   // i8* ->i32* ->i8* of AI) are the same allocations.
2183   return isAllocLikeFn(V, TLI) && V != AI;
2184 }
2185
2186 static bool isAllocSiteRemovable(Instruction *AI,
2187                                  SmallVectorImpl<WeakTrackingVH> &Users,
2188                                  const TargetLibraryInfo *TLI) {
2189   SmallVector<Instruction*, 4> Worklist;
2190   Worklist.push_back(AI);
2191
2192   do {
2193     Instruction *PI = Worklist.pop_back_val();
2194     for (User *U : PI->users()) {
2195       Instruction *I = cast<Instruction>(U);
2196       switch (I->getOpcode()) {
2197       default:
2198         // Give up the moment we see something we can't handle.
2199         return false;
2200
2201       case Instruction::AddrSpaceCast:
2202       case Instruction::BitCast:
2203       case Instruction::GetElementPtr:
2204         Users.emplace_back(I);
2205         Worklist.push_back(I);
2206         continue;
2207
2208       case Instruction::ICmp: {
2209         ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(I);
2210         // We can fold eq/ne comparisons with null to false/true, respectively.
2211         // We also fold comparisons in some conditions provided the alloc has
2212         // not escaped (see isNeverEqualToUnescapedAlloc).
2213         if (!ICI->isEquality())
2214           return false;
2215         unsigned OtherIndex = (ICI->getOperand(0) == PI) ? 1 : 0;
2216         if (!isNeverEqualToUnescapedAlloc(ICI->getOperand(OtherIndex), TLI, AI))
2217           return false;
2218         Users.emplace_back(I);
2219         continue;
2220       }
2221
2222       case Instruction::Call:
2223         // Ignore no-op and store intrinsics.
2224         if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
2225           switch (II->getIntrinsicID()) {
2226           default:
2227             return false;
2228
2229           case Intrinsic::memmove:
2230           case Intrinsic::memcpy:
2231           case Intrinsic::memset: {
2232             MemIntrinsic *MI = cast<MemIntrinsic>(II);
2233             if (MI->isVolatile() || MI->getRawDest() != PI)
2234               return false;
2235             LLVM_FALLTHROUGH;
2236           }
2237           case Intrinsic::invariant_start:
2238           case Intrinsic::invariant_end:
2239           case Intrinsic::lifetime_start:
2240           case Intrinsic::lifetime_end:
2241           case Intrinsic::objectsize:
2242             Users.emplace_back(I);
2243             continue;
2244           }
2245         }
2246
2247         if (isFreeCall(I, TLI)) {
2248           Users.emplace_back(I);
2249           continue;
2250         }
2251         return false;
2252
2253       case Instruction::Store: {
2254         StoreInst *SI = cast<StoreInst>(I);
2255         if (SI->isVolatile() || SI->getPointerOperand() != PI)
2256           return false;
2257         Users.emplace_back(I);
2258         continue;
2259       }
2260       }
2261       llvm_unreachable("missing a return?");
2262     }
2263   } while (!Worklist.empty());
2264   return true;
2265 }
2266
2267 Instruction *InstCombiner::visitAllocSite(Instruction &MI) {
2268   // If we have a malloc call which is only used in any amount of comparisons to
2269   // null and free calls, delete the calls and replace the comparisons with true
2270   // or false as appropriate.
2271
2272   // This is based on the principle that we can substitute our own allocation
2273   // function (which will never return null) rather than knowledge of the
2274   // specific function being called. In some sense this can change the permitted
2275   // outputs of a program (when we convert a malloc to an alloca, the fact that
2276   // the allocation is now on the stack is potentially visible, for example),
2277   // but we believe in a permissible manner.
2278   SmallVector<WeakTrackingVH, 64> Users;
2279
2280   // If we are removing an alloca with a dbg.declare, insert dbg.value calls
2281   // before each store.
2282   TinyPtrVector<DbgVariableIntrinsic *> DIIs;
2283   std::unique_ptr<DIBuilder> DIB;
2284   if (isa<AllocaInst>(MI)) {
2285     DIIs = FindDbgAddrUses(&MI);
2286     DIB.reset(new DIBuilder(*MI.getModule(), /*AllowUnresolved=*/false));
2287   }
2288
2289   if (isAllocSiteRemovable(&MI, Users, &TLI)) {
2290     for (unsigned i = 0, e = Users.size(); i != e; ++i) {
2291       // Lowering all @llvm.objectsize calls first because they may
2292       // use a bitcast/GEP of the alloca we are removing.
2293       if (!Users[i])
2294        continue;
2295
2296       Instruction *I = cast<Instruction>(&*Users[i]);
2297
2298       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
2299         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::objectsize) {
2300           ConstantInt *Result = lowerObjectSizeCall(II, DL, &TLI,
2301                                                     /*MustSucceed=*/true);
2302           replaceInstUsesWith(*I, Result);
2303           eraseInstFromFunction(*I);
2304           Users[i] = nullptr; // Skip examining in the next loop.
2305         }
2306       }
2307     }
2308     for (unsigned i = 0, e = Users.size(); i != e; ++i) {
2309       if (!Users[i])
2310         continue;
2311
2312       Instruction *I = cast<Instruction>(&*Users[i]);
2313
2314       if (ICmpInst *C = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
2315         replaceInstUsesWith(*C,
2316                             ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(C->getContext()),
2317                                              C->isFalseWhenEqual()));
2318       } else if (isa<BitCastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I) ||
2319                  isa<AddrSpaceCastInst>(I)) {
2320         replaceInstUsesWith(*I, UndefValue::get(I->getType()));
2321       } else if (auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
2322         for (auto *DII : DIIs)
2323           ConvertDebugDeclareToDebugValue(DII, SI, *DIB);
2324       }
2325       eraseInstFromFunction(*I);
2326     }
2327
2328     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(&MI)) {
2329       // Replace invoke with a NOP intrinsic to maintain the original CFG
2330       Module *M = II->getModule();
2331       Function *F = Intrinsic::getDeclaration(M, Intrinsic::donothing);
2332       InvokeInst::Create(F, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
2333                          None, "", II->getParent());
2334     }
2335
2336     for (auto *DII : DIIs)
2337       eraseInstFromFunction(*DII);
2338
2339     return eraseInstFromFunction(MI);
2340   }
2341   return nullptr;
2342 }
2343
2344 /// Move the call to free before a NULL test.
2345 ///
2346 /// Check if this free is accessed after its argument has been test
2347 /// against NULL (property 0).
2348 /// If yes, it is legal to move this call in its predecessor block.
2349 ///
2350 /// The move is performed only if the block containing the call to free
2351 /// will be removed, i.e.:
2352 /// 1. it has only one predecessor P, and P has two successors
2353 /// 2. it contains the call, noops, and an unconditional branch
2354 /// 3. its successor is the same as its predecessor's successor
2355 ///
2356 /// The profitability is out-of concern here and this function should
2357 /// be called only if the caller knows this transformation would be
2358 /// profitable (e.g., for code size).
2359 static Instruction *tryToMoveFreeBeforeNullTest(CallInst &FI,
2360                                                 const DataLayout &DL) {
2361   Value *Op = FI.getArgOperand(0);
2362   BasicBlock *FreeInstrBB = FI.getParent();
2363   BasicBlock *PredBB = FreeInstrBB->getSinglePredecessor();
2364
2365   // Validate part of constraint #1: Only one predecessor
2366   // FIXME: We can extend the number of predecessor, but in that case, we
2367   //        would duplicate the call to free in each predecessor and it may
2368   //        not be profitable even for code size.
2369   if (!PredBB)
2370     return nullptr;
2371
2372   // Validate constraint #2: Does this block contains only the call to
2373   //                         free, noops, and an unconditional branch?
2374   BasicBlock *SuccBB;
2375   Instruction *FreeInstrBBTerminator = FreeInstrBB->getTerminator();
2376   if (!match(FreeInstrBBTerminator, m_UnconditionalBr(SuccBB)))
2377     return nullptr;
2378
2379   // If there are only 2 instructions in the block, at this point,
2380   // this is the call to free and unconditional.
2381   // If there are more than 2 instructions, check that they are noops
2382   // i.e., they won't hurt the performance of the generated code.
2383   if (FreeInstrBB->size() != 2) {
2384     for (const Instruction &Inst : *FreeInstrBB) {
2385       if (&Inst == &FI || &Inst == FreeInstrBBTerminator)
2386         continue;
2387       auto *Cast = dyn_cast<CastInst>(&Inst);
2388       if (!Cast || !Cast->isNoopCast(DL))
2389         return nullptr;
2390     }
2391   }
2392   // Validate the rest of constraint #1 by matching on the pred branch.
2393   Instruction *TI = PredBB->getTerminator();
2394   BasicBlock *TrueBB, *FalseBB;
2395   ICmpInst::Predicate Pred;
2396   if (!match(TI, m_Br(m_ICmp(Pred,
2397                              m_CombineOr(m_Specific(Op),
2398                                          m_Specific(Op->stripPointerCasts())),
2399                              m_Zero()),
2400                       TrueBB, FalseBB)))
2401     return nullptr;
2402   if (Pred != ICmpInst::ICMP_EQ && Pred != ICmpInst::ICMP_NE)
2403     return nullptr;
2404
2405   // Validate constraint #3: Ensure the null case just falls through.
2406   if (SuccBB != (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ ? TrueBB : FalseBB))
2407     return nullptr;
2408   assert(FreeInstrBB == (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ ? FalseBB : TrueBB) &&
2409          "Broken CFG: missing edge from predecessor to successor");
2410
2411   // At this point, we know that everything in FreeInstrBB can be moved
2412   // before TI.
2413   for (BasicBlock::iterator It = FreeInstrBB->begin(), End = FreeInstrBB->end();
2414        It != End;) {
2415     Instruction &Instr = *It++;
2416     if (&Instr == FreeInstrBBTerminator)
2417       break;
2418     Instr.moveBefore(TI);
2419   }
2420   assert(FreeInstrBB->size() == 1 &&
2421          "Only the branch instruction should remain");
2422   return &FI;
2423 }
2424
2425 Instruction *InstCombiner::visitFree(CallInst &FI) {
2426   Value *Op = FI.getArgOperand(0);
2427
2428   // free undef -> unreachable.
2429   if (isa<UndefValue>(Op)) {
2430     // Insert a new store to null because we cannot modify the CFG here.
2431     Builder.CreateStore(ConstantInt::getTrue(FI.getContext()),
2432                         UndefValue::get(Type::getInt1PtrTy(FI.getContext())));
2433     return eraseInstFromFunction(FI);
2434   }
2435
2436   // If we have 'free null' delete the instruction.  This can happen in stl code
2437   // when lots of inlining happens.
2438   if (isa<ConstantPointerNull>(Op))
2439     return eraseInstFromFunction(FI);
2440
2441   // If we optimize for code size, try to move the call to free before the null
2442   // test so that simplify cfg can remove the empty block and dead code
2443   // elimination the branch. I.e., helps to turn something like:
2444   // if (foo) free(foo);
2445   // into
2446   // free(foo);
2447   if (MinimizeSize)
2448     if (Instruction *I = tryToMoveFreeBeforeNullTest(FI, DL))
2449       return I;
2450
2451   return nullptr;
2452 }
2453
2454 Instruction *InstCombiner::visitReturnInst(ReturnInst &RI) {
2455   if (RI.getNumOperands() == 0) // ret void
2456     return nullptr;
2457
2458   Value *ResultOp = RI.getOperand(0);
2459   Type *VTy = ResultOp->getType();
2460   if (!VTy->isIntegerTy())
2461     return nullptr;
2462
2463   // There might be assume intrinsics dominating this return that completely
2464   // determine the value. If so, constant fold it.
2465   KnownBits Known = computeKnownBits(ResultOp, 0, &RI);
2466   if (Known.isConstant())
2467     RI.setOperand(0, Constant::getIntegerValue(VTy, Known.getConstant()));
2468
2469   return nullptr;
2470 }
2471
2472 Instruction *InstCombiner::visitBranchInst(BranchInst &BI) {
2473   // Change br (not X), label True, label False to: br X, label False, True
2474   Value *X = nullptr;
2475   BasicBlock *TrueDest;
2476   BasicBlock *FalseDest;
2477   if (match(&BI, m_Br(m_Not(m_Value(X)), TrueDest, FalseDest)) &&
2478       !isa<Constant>(X)) {
2479     // Swap Destinations and condition...
2480     BI.setCondition(X);
2481     BI.swapSuccessors();
2482     return &BI;
2483   }
2484
2485   // If the condition is irrelevant, remove the use so that other
2486   // transforms on the condition become more effective.
2487   if (BI.isConditional() && !isa<ConstantInt>(BI.getCondition()) &&
2488       BI.getSuccessor(0) == BI.getSuccessor(1)) {
2489     BI.setCondition(ConstantInt::getFalse(BI.getCondition()->getType()));
2490     return &BI;
2491   }
2492
2493   // Canonicalize, for example, icmp_ne -> icmp_eq or fcmp_one -> fcmp_oeq.
2494   CmpInst::Predicate Pred;
2495   if (match(&BI, m_Br(m_OneUse(m_Cmp(Pred, m_Value(), m_Value())), TrueDest,
2496                       FalseDest)) &&
2497       !isCanonicalPredicate(Pred)) {
2498     // Swap destinations and condition.
2499     CmpInst *Cond = cast<CmpInst>(BI.getCondition());
2500     Cond->setPredicate(CmpInst::getInversePredicate(Pred));
2501     BI.swapSuccessors();
2502     Worklist.Add(Cond);
2503     return &BI;
2504   }
2505
2506   return nullptr;
2507 }
2508
2509 Instruction *InstCombiner::visitSwitchInst(SwitchInst &SI) {
2510   Value *Cond = SI.getCondition();
2511   Value *Op0;
2512   ConstantInt *AddRHS;
2513   if (match(Cond, m_Add(m_Value(Op0), m_ConstantInt(AddRHS)))) {
2514     // Change 'switch (X+4) case 1:' into 'switch (X) case -3'.
2515     for (auto Case : SI.cases()) {
2516       Constant *NewCase = ConstantExpr::getSub(Case.getCaseValue(), AddRHS);
2517       assert(isa<ConstantInt>(NewCase) &&
2518              "Result of expression should be constant");
2519       Case.setValue(cast<ConstantInt>(NewCase));
2520     }
2521     SI.setCondition(Op0);
2522     return &SI;
2523   }
2524
2525   KnownBits Known = computeKnownBits(Cond, 0, &SI);
2526   unsigned LeadingKnownZeros = Known.countMinLeadingZeros();
2527   unsigned LeadingKnownOnes = Known.countMinLeadingOnes();
2528
2529   // Compute the number of leading bits we can ignore.
2530   // TODO: A better way to determine this would use ComputeNumSignBits().
2531   for (auto &C : SI.cases()) {
2532     LeadingKnownZeros = std::min(
2533         LeadingKnownZeros, C.getCaseValue()->getValue().countLeadingZeros());
2534     LeadingKnownOnes = std::min(
2535         LeadingKnownOnes, C.getCaseValue()->getValue().countLeadingOnes());
2536   }
2537
2538   unsigned NewWidth = Known.getBitWidth() - std::max(LeadingKnownZeros, LeadingKnownOnes);
2539
2540   // Shrink the condition operand if the new type is smaller than the old type.
2541   // But do not shrink to a non-standard type, because backend can't generate 
2542   // good code for that yet.
2543   // TODO: We can make it aggressive again after fixing PR39569.
2544   if (NewWidth > 0 && NewWidth < Known.getBitWidth() &&
2545       shouldChangeType(Known.getBitWidth(), NewWidth)) {
2546     IntegerType *Ty = IntegerType::get(SI.getContext(), NewWidth);
2547     Builder.SetInsertPoint(&SI);
2548     Value *NewCond = Builder.CreateTrunc(Cond, Ty, "trunc");
2549     SI.setCondition(NewCond);
2550
2551     for (auto Case : SI.cases()) {
2552       APInt TruncatedCase = Case.getCaseValue()->getValue().trunc(NewWidth);
2553       Case.setValue(ConstantInt::get(SI.getContext(), TruncatedCase));
2554     }
2555     return &SI;
2556   }
2557
2558   return nullptr;
2559 }
2560
2561 Instruction *InstCombiner::visitExtractValueInst(ExtractValueInst &EV) {
2562   Value *Agg = EV.getAggregateOperand();
2563
2564   if (!EV.hasIndices())
2565     return replaceInstUsesWith(EV, Agg);
2566
2567   if (Value *V = SimplifyExtractValueInst(Agg, EV.getIndices(),
2568                                           SQ.getWithInstruction(&EV)))
2569     return replaceInstUsesWith(EV, V);
2570
2571   if (InsertValueInst *IV = dyn_cast<InsertValueInst>(Agg)) {
2572     // We're extracting from an insertvalue instruction, compare the indices
2573     const unsigned *exti, *exte, *insi, *inse;
2574     for (exti = EV.idx_begin(), insi = IV->idx_begin(),
2575          exte = EV.idx_end(), inse = IV->idx_end();
2576          exti != exte && insi != inse;
2577          ++exti, ++insi) {
2578       if (*insi != *exti)
2579         // The insert and extract both reference distinctly different elements.
2580         // This means the extract is not influenced by the insert, and we can
2581         // replace the aggregate operand of the extract with the aggregate
2582         // operand of the insert. i.e., replace
2583         // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, { i32 } { i32 42 }, 1
2584         // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 0
2585         // with
2586         // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %A, 0
2587         return ExtractValueInst::Create(IV->getAggregateOperand(),
2588                                         EV.getIndices());
2589     }
2590     if (exti == exte && insi == inse)
2591       // Both iterators are at the end: Index lists are identical. Replace
2592       // %B = insertvalue { i32, { i32 } } %A, i32 42, 1, 0
2593       // %C = extractvalue { i32, { i32 } } %B, 1, 0
2594       // with "i32 42"
2595       return replaceInstUsesWith(EV, IV->getInsertedValueOperand());
2596     if (exti == exte) {
2597       // The extract list is a prefix of the insert list. i.e. replace
2598       // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, i32 42, 1, 0
2599       // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 1
2600       // with
2601       // %X = extractvalue { i32, { i32 } } %A, 1
2602       // %E = insertvalue { i32 } %X, i32 42, 0
2603       // by switching the order of the insert and extract (though the
2604       // insertvalue should be left in, since it may have other uses).
2605       Value *NewEV = Builder.CreateExtractValue(IV->getAggregateOperand(),
2606                                                 EV.getIndices());
2607       return InsertValueInst::Create(NewEV, IV->getInsertedValueOperand(),
2608                                      makeArrayRef(insi, inse));
2609     }
2610     if (insi == inse)
2611       // The insert list is a prefix of the extract list
2612       // We can simply remove the common indices from the extract and make it
2613       // operate on the inserted value instead of the insertvalue result.
2614       // i.e., replace
2615       // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, { i32 } { i32 42 }, 1
2616       // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 1, 0
2617       // with
2618       // %E extractvalue { i32 } { i32 42 }, 0
2619       return ExtractValueInst::Create(IV->getInsertedValueOperand(),
2620                                       makeArrayRef(exti, exte));
2621   }
2622   if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Agg)) {
2623     // We're extracting from an intrinsic, see if we're the only user, which
2624     // allows us to simplify multiple result intrinsics to simpler things that
2625     // just get one value.
2626     if (II->hasOneUse()) {
2627       // Check if we're grabbing the overflow bit or the result of a 'with
2628       // overflow' intrinsic.  If it's the latter we can remove the intrinsic
2629       // and replace it with a traditional binary instruction.
2630       switch (II->getIntrinsicID()) {
2631       case Intrinsic::uadd_with_overflow:
2632       case Intrinsic::sadd_with_overflow:
2633         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
2634           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
2635           replaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
2636           eraseInstFromFunction(*II);
2637           return BinaryOperator::CreateAdd(LHS, RHS);
2638         }
2639
2640         // If the normal result of the add is dead, and the RHS is a constant,
2641         // we can transform this into a range comparison.
2642         // overflow = uadd a, -4  -->  overflow = icmp ugt a, 3
2643         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::uadd_with_overflow)
2644           if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(1)))
2645             return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_UGT, II->getArgOperand(0),
2646                                 ConstantExpr::getNot(CI));
2647         break;
2648       case Intrinsic::usub_with_overflow:
2649       case Intrinsic::ssub_with_overflow:
2650         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
2651           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
2652           replaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
2653           eraseInstFromFunction(*II);
2654           return BinaryOperator::CreateSub(LHS, RHS);
2655         }
2656         break;
2657       case Intrinsic::umul_with_overflow:
2658       case Intrinsic::smul_with_overflow:
2659         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
2660           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
2661           replaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
2662           eraseInstFromFunction(*II);
2663           return BinaryOperator::CreateMul(LHS, RHS);
2664         }
2665         break;
2666       default:
2667         break;
2668       }
2669     }
2670   }
2671   if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(Agg))
2672     // If the (non-volatile) load only has one use, we can rewrite this to a
2673     // load from a GEP. This reduces the size of the load. If a load is used
2674     // only by extractvalue instructions then this either must have been
2675     // optimized before, or it is a struct with padding, in which case we
2676     // don't want to do the transformation as it loses padding knowledge.
2677     if (L->isSimple() && L->hasOneUse()) {
2678       // extractvalue has integer indices, getelementptr has Value*s. Convert.
2679       SmallVector<Value*, 4> Indices;
2680       // Prefix an i32 0 since we need the first element.
2681       Indices.push_back(Builder.getInt32(0));
2682       for (ExtractValueInst::idx_iterator I = EV.idx_begin(), E = EV.idx_end();
2683             I != E; ++I)
2684         Indices.push_back(Builder.getInt32(*I));
2685
2686       // We need to insert these at the location of the old load, not at that of
2687       // the extractvalue.
2688       Builder.SetInsertPoint(L);
2689       Value *GEP = Builder.CreateInBoundsGEP(L->getType(),
2690                                              L->getPointerOperand(), Indices);
2691       Instruction *NL = Builder.CreateLoad(GEP);
2692       // Whatever aliasing information we had for the orignal load must also
2693       // hold for the smaller load, so propagate the annotations.
2694       AAMDNodes Nodes;
2695       L->getAAMetadata(Nodes);
2696       NL->setAAMetadata(Nodes);
2697       // Returning the load directly will cause the main loop to insert it in
2698       // the wrong spot, so use replaceInstUsesWith().
2699       return replaceInstUsesWith(EV, NL);
2700     }
2701   // We could simplify extracts from other values. Note that nested extracts may
2702   // already be simplified implicitly by the above: extract (extract (insert) )
2703   // will be translated into extract ( insert ( extract ) ) first and then just
2704   // the value inserted, if appropriate. Similarly for extracts from single-use
2705   // loads: extract (extract (load)) will be translated to extract (load (gep))
2706   // and if again single-use then via load (gep (gep)) to load (gep).
2707   // However, double extracts from e.g. function arguments or return values
2708   // aren't handled yet.
2709   return nullptr;
2710 }
2711
2712 /// Return 'true' if the given typeinfo will match anything.
2713 static bool isCatchAll(EHPersonality Personality, Constant *TypeInfo) {
2714   switch (Personality) {
2715   case EHPersonality::GNU_C:
2716   case EHPersonality::GNU_C_SjLj:
2717   case EHPersonality::Rust:
2718     // The GCC C EH and Rust personality only exists to support cleanups, so
2719     // it's not clear what the semantics of catch clauses are.
2720     return false;
2721   case EHPersonality::Unknown:
2722     return false;
2723   case EHPersonality::GNU_Ada:
2724     // While __gnat_all_others_value will match any Ada exception, it doesn't
2725     // match foreign exceptions (or didn't, before gcc-4.7).
2726     return false;
2727   case EHPersonality::GNU_CXX:
2728   case EHPersonality::GNU_CXX_SjLj:
2729   case EHPersonality::GNU_ObjC:
2730   case EHPersonality::MSVC_X86SEH:
2731   case EHPersonality::MSVC_Win64SEH:
2732   case EHPersonality::MSVC_CXX:
2733   case EHPersonality::CoreCLR:
2734   case EHPersonality::Wasm_CXX:
2735     return TypeInfo->isNullValue();
2736   }
2737   llvm_unreachable("invalid enum");
2738 }
2739
2740 static bool shorter_filter(const Value *LHS, const Value *RHS) {
2741   return
2742     cast<ArrayType>(LHS->getType())->getNumElements()
2743   <
2744     cast<ArrayType>(RHS->getType())->getNumElements();
2745 }
2746
2747 Instruction *InstCombiner::visitLandingPadInst(LandingPadInst &LI) {
2748   // The logic here should be correct for any real-world personality function.
2749   // However if that turns out not to be true, the offending logic can always
2750   // be conditioned on the personality function, like the catch-all logic is.
2751   EHPersonality Personality =
2752       classifyEHPersonality(LI.getParent()->getParent()->getPersonalityFn());
2753
2754   // Simplify the list of clauses, eg by removing repeated catch clauses
2755   // (these are often created by inlining).
2756   bool MakeNewInstruction = false; // If true, recreate using the following:
2757   SmallVector<Constant *, 16> NewClauses; // - Clauses for the new instruction;
2758   bool CleanupFlag = LI.isCleanup();   // - The new instruction is a cleanup.
2759
2760   SmallPtrSet<Value *, 16> AlreadyCaught; // Typeinfos known caught already.
2761   for (unsigned i = 0, e = LI.getNumClauses(); i != e; ++i) {
2762     bool isLastClause = i + 1 == e;
2763     if (LI.isCatch(i)) {
2764       // A catch clause.
2765       Constant *CatchClause = LI.getClause(i);
2766       Constant *TypeInfo = CatchClause->stripPointerCasts();
2767
2768       // If we already saw this clause, there is no point in having a second
2769       // copy of it.
2770       if (AlreadyCaught.insert(TypeInfo).second) {
2771         // This catch clause was not already seen.
2772         NewClauses.push_back(CatchClause);
2773       } else {
2774         // Repeated catch clause - drop the redundant copy.
2775         MakeNewInstruction = true;
2776       }
2777
2778       // If this is a catch-all then there is no point in keeping any following
2779       // clauses or marking the landingpad as having a cleanup.
2780       if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
2781         if (!isLastClause)
2782           MakeNewInstruction = true;
2783         CleanupFlag = false;
2784         break;
2785       }
2786     } else {
2787       // A filter clause.  If any of the filter elements were already caught
2788       // then they can be dropped from the filter.  It is tempting to try to
2789       // exploit the filter further by saying that any typeinfo that does not
2790       // occur in the filter can't be caught later (and thus can be dropped).
2791       // However this would be wrong, since typeinfos can match without being
2792       // equal (for example if one represents a C++ class, and the other some
2793       // class derived from it).
2794       assert(LI.isFilter(i) && "Unsupported landingpad clause!");
2795       Constant *FilterClause = LI.getClause(i);
2796       ArrayType *FilterType = cast<ArrayType>(FilterClause->getType());
2797       unsigned NumTypeInfos = FilterType->getNumElements();
2798
2799       // An empty filter catches everything, so there is no point in keeping any
2800       // following clauses or marking the landingpad as having a cleanup.  By
2801       // dealing with this case here the following code is made a bit simpler.
2802       if (!NumTypeInfos) {
2803         NewClauses.push_back(FilterClause);
2804         if (!isLastClause)
2805           MakeNewInstruction = true;
2806         CleanupFlag = false;
2807         break;
2808       }
2809
2810       bool MakeNewFilter = false; // If true, make a new filter.
2811       SmallVector<Constant *, 16> NewFilterElts; // New elements.
2812       if (isa<ConstantAggregateZero>(FilterClause)) {
2813         // Not an empty filter - it contains at least one null typeinfo.
2814         assert(NumTypeInfos > 0 && "Should have handled empty filter already!");
2815         Constant *TypeInfo =
2816           Constant::getNullValue(FilterType->getElementType());
2817         // If this typeinfo is a catch-all then the filter can never match.
2818         if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
2819           // Throw the filter away.
2820           MakeNewInstruction = true;
2821           continue;
2822         }
2823
2824         // There is no point in having multiple copies of this typeinfo, so
2825         // discard all but the first copy if there is more than one.
2826         NewFilterElts.push_back(TypeInfo);
2827         if (NumTypeInfos > 1)
2828           MakeNewFilter = true;
2829       } else {
2830         ConstantArray *Filter = cast<ConstantArray>(FilterClause);
2831         SmallPtrSet<Value *, 16> SeenInFilter; // For uniquing the elements.
2832         NewFilterElts.reserve(NumTypeInfos);
2833
2834         // Remove any filter elements that were already caught or that already
2835         // occurred in the filter.  While there, see if any of the elements are
2836         // catch-alls.  If so, the filter can be discarded.
2837         bool SawCatchAll = false;
2838         for (unsigned j = 0; j != NumTypeInfos; ++j) {
2839           Constant *Elt = Filter->getOperand(j);
2840           Constant *TypeInfo = Elt->stripPointerCasts();
2841           if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
2842             // This element is a catch-all.  Bail out, noting this fact.
2843             SawCatchAll = true;
2844             break;
2845           }
2846
2847           // Even if we've seen a type in a catch clause, we don't want to
2848           // remove it from the filter.  An unexpected type handler may be
2849           // set up for a call site which throws an exception of the same
2850           // type caught.  In order for the exception thrown by the unexpected
2851           // handler to propagate correctly, the filter must be correctly
2852           // described for the call site.
2853           //
2854           // Example:
2855           //
2856           // void unexpected() { throw 1;}
2857           // void foo() throw (int) {
2858           //   std::set_unexpected(unexpected);
2859           //   try {
2860           //     throw 2.0;
2861           //   } catch (int i) {}
2862           // }
2863
2864           // There is no point in having multiple copies of the same typeinfo in
2865           // a filter, so only add it if we didn't already.
2866           if (SeenInFilter.insert(TypeInfo).second)
2867             NewFilterElts.push_back(cast<Constant>(Elt));
2868         }
2869         // A filter containing a catch-all cannot match anything by definition.
2870         if (SawCatchAll) {
2871           // Throw the filter away.
2872           MakeNewInstruction = true;
2873           continue;
2874         }
2875
2876         // If we dropped something from the filter, make a new one.
2877         if (NewFilterElts.size() < NumTypeInfos)
2878           MakeNewFilter = true;
2879       }
2880       if (MakeNewFilter) {
2881         FilterType = ArrayType::get(FilterType->getElementType(),
2882                                     NewFilterElts.size());
2883         FilterClause = ConstantArray::get(FilterType, NewFilterElts);
2884         MakeNewInstruction = true;
2885       }
2886
2887       NewClauses.push_back(FilterClause);
2888
2889       // If the new filter is empty then it will catch everything so there is
2890       // no point in keeping any following clauses or marking the landingpad
2891       // as having a cleanup.  The case of the original filter being empty was
2892       // already handled above.
2893       if (MakeNewFilter && !NewFilterElts.size()) {
2894         assert(MakeNewInstruction && "New filter but not a new instruction!");
2895         CleanupFlag = false;
2896         break;
2897       }
2898     }
2899   }
2900
2901   // If several filters occur in a row then reorder them so that the shortest
2902   // filters come first (those with the smallest number of elements).  This is
2903   // advantageous because shorter filters are more likely to match, speeding up
2904   // unwinding, but mostly because it increases the effectiveness of the other
2905   // filter optimizations below.
2906   for (unsigned i = 0, e = NewClauses.size(); i + 1 < e; ) {
2907     unsigned j;
2908     // Find the maximal 'j' s.t. the range [i, j) consists entirely of filters.
2909     for (j = i; j != e; ++j)
2910       if (!isa<ArrayType>(NewClauses[j]->getType()))
2911         break;
2912
2913     // Check whether the filters are already sorted by length.  We need to know
2914     // if sorting them is actually going to do anything so that we only make a
2915     // new landingpad instruction if it does.
2916     for (unsigned k = i; k + 1 < j; ++k)
2917       if (shorter_filter(NewClauses[k+1], NewClauses[k])) {
2918         // Not sorted, so sort the filters now.  Doing an unstable sort would be
2919         // correct too but reordering filters pointlessly might confuse users.
2920         std::stable_sort(NewClauses.begin() + i, NewClauses.begin() + j,
2921                          shorter_filter);
2922         MakeNewInstruction = true;
2923         break;
2924       }
2925
2926     // Look for the next batch of filters.
2927     i = j + 1;
2928   }
2929
2930   // If typeinfos matched if and only if equal, then the elements of a filter L
2931   // that occurs later than a filter F could be replaced by the intersection of
2932   // the elements of F and L.  In reality two typeinfos can match without being
2933   // equal (for example if one represents a C++ class, and the other some class
2934   // derived from it) so it would be wrong to perform this transform in general.
2935   // However the transform is correct and useful if F is a subset of L.  In that
2936   // case L can be replaced by F, and thus removed altogether since repeating a
2937   // filter is pointless.  So here we look at all pairs of filters F and L where
2938   // L follows F in the list of clauses, and remove L if every element of F is
2939   // an element of L.  This can occur when inlining C++ functions with exception
2940   // specifications.
2941   for (unsigned i = 0; i + 1 < NewClauses.size(); ++i) {
2942     // Examine each filter in turn.
2943     Value *Filter = NewClauses[i];
2944     ArrayType *FTy = dyn_cast<ArrayType>(Filter->getType());
2945     if (!FTy)
2946       // Not a filter - skip it.
2947       continue;
2948     unsigned FElts = FTy->getNumElements();
2949     // Examine each filter following this one.  Doing this backwards means that
2950     // we don't have to worry about filters disappearing under us when removed.
2951     for (unsigned j = NewClauses.size() - 1; j != i; --j) {
2952       Value *LFilter = NewClauses[j];
2953       ArrayType *LTy = dyn_cast<ArrayType>(LFilter->getType());
2954       if (!LTy)
2955         // Not a filter - skip it.
2956         continue;
2957       // If Filter is a subset of LFilter, i.e. every element of Filter is also
2958       // an element of LFilter, then discard LFilter.
2959       SmallVectorImpl<Constant *>::iterator J = NewClauses.begin() + j;
2960       // If Filter is empty then it is a subset of LFilter.
2961       if (!FElts) {
2962         // Discard LFilter.
2963         NewClauses.erase(J);
2964         MakeNewInstruction = true;
2965         // Move on to the next filter.
2966         continue;
2967       }
2968       unsigned LElts = LTy->getNumElements();
2969       // If Filter is longer than LFilter then it cannot be a subset of it.
2970       if (FElts > LElts)
2971         // Move on to the next filter.
2972         continue;
2973       // At this point we know that LFilter has at least one element.
2974       if (isa<ConstantAggregateZero>(LFilter)) { // LFilter only contains zeros.
2975         // Filter is a subset of LFilter iff Filter contains only zeros (as we
2976         // already know that Filter is not longer than LFilter).
2977         if (isa<ConstantAggregateZero>(Filter)) {
2978           assert(FElts <= LElts && "Should have handled this case earlier!");
2979           // Discard LFilter.
2980           NewClauses.erase(J);
2981           MakeNewInstruction = true;
2982         }
2983         // Move on to the next filter.
2984         continue;
2985       }
2986       ConstantArray *LArray = cast<ConstantArray>(LFilter);
2987       if (isa<ConstantAggregateZero>(Filter)) { // Filter only contains zeros.
2988         // Since Filter is non-empty and contains only zeros, it is a subset of
2989         // LFilter iff LFilter contains a zero.
2990         assert(FElts > 0 && "Should have eliminated the empty filter earlier!");
2991         for (unsigned l = 0; l != LElts; ++l)
2992           if (LArray->getOperand(l)->isNullValue()) {
2993             // LFilter contains a zero - discard it.
2994             NewClauses.erase(J);
2995             MakeNewInstruction = true;
2996             break;
2997           }
2998         // Move on to the next filter.
2999         continue;
3000       }
3001       // At this point we know that both filters are ConstantArrays.  Loop over
3002       // operands to see whether every element of Filter is also an element of
3003       // LFilter.  Since filters tend to be short this is probably faster than
3004       // using a method that scales nicely.
3005       ConstantArray *FArray = cast<ConstantArray>(Filter);
3006       bool AllFound = true;
3007       for (unsigned f = 0; f != FElts; ++f) {
3008         Value *FTypeInfo = FArray->getOperand(f)->stripPointerCasts();
3009         AllFound = false;
3010         for (unsigned l = 0; l != LElts; ++l) {
3011           Value *LTypeInfo = LArray->getOperand(l)->stripPointerCasts();
3012           if (LTypeInfo == FTypeInfo) {
3013             AllFound = true;
3014             break;
3015           }
3016         }
3017         if (!AllFound)
3018           break;
3019       }
3020       if (AllFound) {
3021         // Discard LFilter.
3022         NewClauses.erase(J);
3023         MakeNewInstruction = true;
3024       }
3025       // Move on to the next filter.
3026     }
3027   }
3028
3029   // If we changed any of the clauses, replace the old landingpad instruction
3030   // with a new one.
3031   if (MakeNewInstruction) {
3032     LandingPadInst *NLI = LandingPadInst::Create(LI.getType(),
3033                                                  NewClauses.size());
3034     for (unsigned i = 0, e = NewClauses.size(); i != e; ++i)
3035       NLI->addClause(NewClauses[i]);
3036     // A landing pad with no clauses must have the cleanup flag set.  It is
3037     // theoretically possible, though highly unlikely, that we eliminated all
3038     // clauses.  If so, force the cleanup flag to true.
3039     if (NewClauses.empty())
3040       CleanupFlag = true;
3041     NLI->setCleanup(CleanupFlag);
3042     return NLI;
3043   }
3044
3045   // Even if none of the clauses changed, we may nonetheless have understood
3046   // that the cleanup flag is pointless.  Clear it if so.
3047   if (LI.isCleanup() != CleanupFlag) {
3048     assert(!CleanupFlag && "Adding a cleanup, not removing one?!");
3049     LI.setCleanup(CleanupFlag);
3050     return &LI;
3051   }
3052
3053   return nullptr;
3054 }
3055
3056 /// Try to move the specified instruction from its current block into the
3057 /// beginning of DestBlock, which can only happen if it's safe to move the
3058 /// instruction past all of the instructions between it and the end of its
3059 /// block.
3060 static bool TryToSinkInstruction(Instruction *I, BasicBlock *DestBlock) {
3061   assert(I->hasOneUse() && "Invariants didn't hold!");
3062   BasicBlock *SrcBlock = I->getParent();
3063
3064   // Cannot move control-flow-involving, volatile loads, vaarg, etc.
3065   if (isa<PHINode>(I) || I->isEHPad() || I->mayHaveSideEffects() ||
3066       I->isTerminator())
3067     return false;
3068
3069   // Do not sink static or dynamic alloca instructions. Static allocas must
3070   // remain in the entry block, and dynamic allocas must not be sunk in between
3071   // a stacksave / stackrestore pair, which would incorrectly shorten its
3072   // lifetime.
3073   if (isa<AllocaInst>(I))
3074     return false;
3075
3076   // Do not sink into catchswitch blocks.
3077   if (isa<CatchSwitchInst>(DestBlock->getTerminator()))
3078     return false;
3079
3080   // Do not sink convergent call instructions.
3081   if (auto *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
3082     if (CI->isConvergent())
3083       return false;
3084   }
3085   // We can only sink load instructions if there is nothing between the load and
3086   // the end of block that could change the value.
3087   if (I->mayReadFromMemory()) {
3088     for (BasicBlock::iterator Scan = I->getIterator(),
3089                               E = I->getParent()->end();
3090          Scan != E; ++Scan)
3091       if (Scan->mayWriteToMemory())
3092         return false;
3093   }
3094   BasicBlock::iterator InsertPos = DestBlock->getFirstInsertionPt();
3095   I->moveBefore(&*InsertPos);
3096   ++NumSunkInst;
3097
3098   // Also sink all related debug uses from the source basic block. Otherwise we
3099   // get debug use before the def.
3100   SmallVector<DbgVariableIntrinsic *, 1> DbgUsers;
3101   findDbgUsers(DbgUsers, I);
3102   for (auto *DII : DbgUsers) {
3103     if (DII->getParent() == SrcBlock) {
3104       DII->moveBefore(&*InsertPos);
3105       LLVM_DEBUG(dbgs() << "SINK: " << *DII << '\n');
3106     }
3107   }
3108   return true;
3109 }
3110
3111 bool InstCombiner::run() {
3112   while (!Worklist.isEmpty()) {
3113     Instruction *I = Worklist.RemoveOne();
3114     if (I == nullptr) continue;  // skip null values.
3115
3116     // Check to see if we can DCE the instruction.
3117     if (isInstructionTriviallyDead(I, &TLI)) {
3118       LLVM_DEBUG(dbgs() << "IC: DCE: " << *I << '\n');
3119       eraseInstFromFunction(*I);
3120       ++NumDeadInst;
3121       MadeIRChange = true;
3122       continue;
3123     }
3124
3125     if (!DebugCounter::shouldExecute(VisitCounter))
3126       continue;
3127
3128     // Instruction isn't dead, see if we can constant propagate it.
3129     if (!I->use_empty() &&
3130         (I->getNumOperands() == 0 || isa<Constant>(I->getOperand(0)))) {
3131       if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(I, DL, &TLI)) {
3132         LLVM_DEBUG(dbgs() << "IC: ConstFold to: " << *C << " from: " << *I
3133                           << '\n');
3134
3135         // Add operands to the worklist.
3136         replaceInstUsesWith(*I, C);
3137         ++NumConstProp;
3138         if (isInstructionTriviallyDead(I, &TLI))
3139           eraseInstFromFunction(*I);
3140         MadeIRChange = true;
3141         continue;
3142       }
3143     }
3144
3145     // In general, it is possible for computeKnownBits to determine all bits in
3146     // a value even when the operands are not all constants.
3147     Type *Ty = I->getType();
3148     if (ExpensiveCombines && !I->use_empty() && Ty->isIntOrIntVectorTy()) {
3149       KnownBits Known = computeKnownBits(I, /*Depth*/0, I);
3150       if (Known.isConstant()) {
3151         Constant *C = ConstantInt::get(Ty, Known.getConstant());
3152         LLVM_DEBUG(dbgs() << "IC: ConstFold (all bits known) to: " << *C
3153                           << " from: " << *I << '\n');
3154
3155         // Add operands to the worklist.
3156         replaceInstUsesWith(*I, C);
3157         ++NumConstProp;
3158         if (isInstructionTriviallyDead(I, &TLI))
3159           eraseInstFromFunction(*I);
3160         MadeIRChange = true;
3161         continue;
3162       }
3163     }
3164
3165     // See if we can trivially sink this instruction to a successor basic block.
3166     if (EnableCodeSinking && I->hasOneUse()) {
3167       BasicBlock *BB = I->getParent();
3168       Instruction *UserInst = cast<Instruction>(*I->user_begin());
3169       BasicBlock *UserParent;
3170
3171       // Get the block the use occurs in.
3172       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(UserInst))
3173         UserParent = PN->getIncomingBlock(*I->use_begin());
3174       else
3175         UserParent = UserInst->getParent();
3176
3177       if (UserParent != BB) {
3178         bool UserIsSuccessor = false;
3179         // See if the user is one of our successors.
3180         for (succ_iterator SI = succ_begin(BB), E = succ_end(BB); SI != E; ++SI)
3181           if (*SI == UserParent) {
3182             UserIsSuccessor = true;
3183             break;
3184           }
3185
3186         // If the user is one of our immediate successors, and if that successor
3187         // only has us as a predecessors (we'd have to split the critical edge
3188         // otherwise), we can keep going.
3189         if (UserIsSuccessor && UserParent->getUniquePredecessor()) {
3190           // Okay, the CFG is simple enough, try to sink this instruction.
3191           if (TryToSinkInstruction(I, UserParent)) {
3192             LLVM_DEBUG(dbgs() << "IC: Sink: " << *I << '\n');
3193             MadeIRChange = true;
3194             // We'll add uses of the sunk instruction below, but since sinking
3195             // can expose opportunities for it's *operands* add them to the
3196             // worklist
3197             for (Use &U : I->operands())
3198               if (Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(U.get()))
3199                 Worklist.Add(OpI);
3200           }
3201         }
3202       }
3203     }
3204
3205     // Now that we have an instruction, try combining it to simplify it.
3206     Builder.SetInsertPoint(I);
3207     Builder.SetCurrentDebugLocation(I->getDebugLoc());
3208
3209 #ifndef NDEBUG
3210     std::string OrigI;
3211 #endif
3212     LLVM_DEBUG(raw_string_ostream SS(OrigI); I->print(SS); OrigI = SS.str(););
3213     LLVM_DEBUG(dbgs() << "IC: Visiting: " << OrigI << '\n');
3214
3215     if (Instruction *Result = visit(*I)) {
3216       ++NumCombined;
3217       // Should we replace the old instruction with a new one?
3218       if (Result != I) {
3219         LLVM_DEBUG(dbgs() << "IC: Old = " << *I << '\n'
3220                           << "    New = " << *Result << '\n');
3221
3222         if (I->getDebugLoc())
3223           Result->setDebugLoc(I->getDebugLoc());
3224         // Everything uses the new instruction now.
3225         I->replaceAllUsesWith(Result);
3226
3227         // Move the name to the new instruction first.
3228         Result->takeName(I);
3229
3230         // Push the new instruction and any users onto the worklist.
3231         Worklist.AddUsersToWorkList(*Result);
3232         Worklist.Add(Result);
3233
3234         // Insert the new instruction into the basic block...
3235         BasicBlock *InstParent = I->getParent();
3236         BasicBlock::iterator InsertPos = I->getIterator();
3237
3238         // If we replace a PHI with something that isn't a PHI, fix up the
3239         // insertion point.
3240         if (!isa<PHINode>(Result) && isa<PHINode>(InsertPos))
3241           InsertPos = InstParent->getFirstInsertionPt();
3242
3243         InstParent->getInstList().insert(InsertPos, Result);
3244
3245         eraseInstFromFunction(*I);
3246       } else {
3247         LLVM_DEBUG(dbgs() << "IC: Mod = " << OrigI << '\n'
3248                           << "    New = " << *I << '\n');
3249
3250         // If the instruction was modified, it's possible that it is now dead.
3251         // if so, remove it.
3252         if (isInstructionTriviallyDead(I, &TLI)) {
3253           eraseInstFromFunction(*I);
3254         } else {
3255           Worklist.AddUsersToWorkList(*I);
3256           Worklist.Add(I);
3257         }
3258       }
3259       MadeIRChange = true;
3260     }
3261   }
3262
3263   Worklist.Zap();
3264   return MadeIRChange;
3265 }
3266
3267 /// Walk the function in depth-first order, adding all reachable code to the
3268 /// worklist.
3269 ///
3270 /// This has a couple of tricks to make the code faster and more powerful.  In
3271 /// particular, we constant fold and DCE instructions as we go, to avoid adding
3272 /// them to the worklist (this significantly speeds up instcombine on code where
3273 /// many instructions are dead or constant).  Additionally, if we find a branch
3274 /// whose condition is a known constant, we only visit the reachable successors.
3275 static bool AddReachableCodeToWorklist(BasicBlock *BB, const DataLayout &DL,
3276                                        SmallPtrSetImpl<BasicBlock *> &Visited,
3277                                        InstCombineWorklist &ICWorklist,
3278                                        const TargetLibraryInfo *TLI) {
3279   bool MadeIRChange = false;
3280   SmallVector<BasicBlock*, 256> Worklist;
3281   Worklist.push_back(BB);
3282
3283   SmallVector<Instruction*, 128> InstrsForInstCombineWorklist;
3284   DenseMap<Constant *, Constant *> FoldedConstants;
3285
3286   do {
3287     BB = Worklist.pop_back_val();
3288
3289     // We have now visited this block!  If we've already been here, ignore it.
3290     if (!Visited.insert(BB).second)
3291       continue;
3292
3293     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(), E = BB->end(); BBI != E; ) {
3294       Instruction *Inst = &*BBI++;
3295
3296       // DCE instruction if trivially dead.
3297       if (isInstructionTriviallyDead(Inst, TLI)) {
3298         ++NumDeadInst;
3299         LLVM_DEBUG(dbgs() << "IC: DCE: " << *Inst << '\n');
3300         salvageDebugInfo(*Inst);
3301         Inst->eraseFromParent();
3302         MadeIRChange = true;
3303         continue;
3304       }
3305
3306       // ConstantProp instruction if trivially constant.
3307       if (!Inst->use_empty() &&
3308           (Inst->getNumOperands() == 0 || isa<Constant>(Inst->getOperand(0))))
3309         if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(Inst, DL, TLI)) {
3310           LLVM_DEBUG(dbgs() << "IC: ConstFold to: " << *C << " from: " << *Inst
3311                             << '\n');
3312           Inst->replaceAllUsesWith(C);
3313           ++NumConstProp;
3314           if (isInstructionTriviallyDead(Inst, TLI))
3315             Inst->eraseFromParent();
3316           MadeIRChange = true;
3317           continue;
3318         }
3319
3320       // See if we can constant fold its operands.
3321       for (Use &U : Inst->operands()) {
3322         if (!isa<ConstantVector>(U) && !isa<ConstantExpr>(U))
3323           continue;
3324
3325         auto *C = cast<Constant>(U);
3326         Constant *&FoldRes = FoldedConstants[C];
3327         if (!FoldRes)
3328           FoldRes = ConstantFoldConstant(C, DL, TLI);
3329         if (!FoldRes)
3330           FoldRes = C;
3331
3332         if (FoldRes != C) {
3333           LLVM_DEBUG(dbgs() << "IC: ConstFold operand of: " << *Inst
3334                             << "\n    Old = " << *C
3335                             << "\n    New = " << *FoldRes << '\n');
3336           U = FoldRes;
3337           MadeIRChange = true;
3338         }
3339       }
3340
3341       // Skip processing debug intrinsics in InstCombine. Processing these call instructions
3342       // consumes non-trivial amount of time and provides no value for the optimization.
3343       if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(Inst))
3344         InstrsForInstCombineWorklist.push_back(Inst);
3345     }
3346
3347     // Recursively visit successors.  If this is a branch or switch on a
3348     // constant, only visit the reachable successor.
3349     Instruction *TI = BB->getTerminator();
3350     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
3351       if (BI->isConditional() && isa<ConstantInt>(BI->getCondition())) {
3352         bool CondVal = cast<ConstantInt>(BI->getCondition())->getZExtValue();
3353         BasicBlock *ReachableBB = BI->getSuccessor(!CondVal);
3354         Worklist.push_back(ReachableBB);
3355         continue;
3356       }
3357     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
3358       if (ConstantInt *Cond = dyn_cast<ConstantInt>(SI->getCondition())) {
3359         Worklist.push_back(SI->findCaseValue(Cond)->getCaseSuccessor());
3360         continue;
3361       }
3362     }
3363
3364     for (BasicBlock *SuccBB : successors(TI))
3365       Worklist.push_back(SuccBB);
3366   } while (!Worklist.empty());
3367
3368   // Once we've found all of the instructions to add to instcombine's worklist,
3369   // add them in reverse order.  This way instcombine will visit from the top
3370   // of the function down.  This jives well with the way that it adds all uses
3371   // of instructions to the worklist after doing a transformation, thus avoiding
3372   // some N^2 behavior in pathological cases.
3373   ICWorklist.AddInitialGroup(InstrsForInstCombineWorklist);
3374
3375   return MadeIRChange;
3376 }
3377
3378 /// Populate the IC worklist from a function, and prune any dead basic
3379 /// blocks discovered in the process.
3380 ///
3381 /// This also does basic constant propagation and other forward fixing to make
3382 /// the combiner itself run much faster.
3383 static bool prepareICWorklistFromFunction(Function &F, const DataLayout &DL,
3384                                           TargetLibraryInfo *TLI,
3385                                           InstCombineWorklist &ICWorklist) {
3386   bool MadeIRChange = false;
3387
3388   // Do a depth-first traversal of the function, populate the worklist with
3389   // the reachable instructions.  Ignore blocks that are not reachable.  Keep
3390   // track of which blocks we visit.
3391   SmallPtrSet<BasicBlock *, 32> Visited;
3392   MadeIRChange |=
3393       AddReachableCodeToWorklist(&F.front(), DL, Visited, ICWorklist, TLI);
3394
3395   // Do a quick scan over the function.  If we find any blocks that are
3396   // unreachable, remove any instructions inside of them.  This prevents
3397   // the instcombine code from having to deal with some bad special cases.
3398   for (BasicBlock &BB : F) {
3399     if (Visited.count(&BB))
3400       continue;
3401
3402     unsigned NumDeadInstInBB = removeAllNonTerminatorAndEHPadInstructions(&BB);
3403     MadeIRChange |= NumDeadInstInBB > 0;
3404     NumDeadInst += NumDeadInstInBB;
3405   }
3406
3407   return MadeIRChange;
3408 }
3409
3410 static bool combineInstructionsOverFunction(
3411     Function &F, InstCombineWorklist &Worklist, AliasAnalysis *AA,
3412     AssumptionCache &AC, TargetLibraryInfo &TLI, DominatorTree &DT,
3413     OptimizationRemarkEmitter &ORE, bool ExpensiveCombines = true,
3414     LoopInfo *LI = nullptr) {
3415   auto &DL = F.getParent()->getDataLayout();
3416   ExpensiveCombines |= EnableExpensiveCombines;
3417
3418   /// Builder - This is an IRBuilder that automatically inserts new
3419   /// instructions into the worklist when they are created.
3420   IRBuilder<TargetFolder, IRBuilderCallbackInserter> Builder(
3421       F.getContext(), TargetFolder(DL),
3422       IRBuilderCallbackInserter([&Worklist, &AC](Instruction *I) {
3423         Worklist.Add(I);
3424         if (match(I, m_Intrinsic<Intrinsic::assume>()))
3425           AC.registerAssumption(cast<CallInst>(I));
3426       }));
3427
3428   // Lower dbg.declare intrinsics otherwise their value may be clobbered
3429   // by instcombiner.
3430   bool MadeIRChange = false;
3431   if (ShouldLowerDbgDeclare)
3432     MadeIRChange = LowerDbgDeclare(F);
3433
3434   // Iterate while there is work to do.
3435   int Iteration = 0;
3436   while (true) {
3437     ++Iteration;
3438     LLVM_DEBUG(dbgs() << "\n\nINSTCOMBINE ITERATION #" << Iteration << " on "
3439                       << F.getName() << "\n");
3440
3441     MadeIRChange |= prepareICWorklistFromFunction(F, DL, &TLI, Worklist);
3442
3443     InstCombiner IC(Worklist, Builder, F.optForMinSize(), ExpensiveCombines, AA,
3444                     AC, TLI, DT, ORE, DL, LI);
3445     IC.MaxArraySizeForCombine = MaxArraySize;
3446
3447     if (!IC.run())
3448       break;
3449   }
3450
3451   return MadeIRChange || Iteration > 1;
3452 }
3453
3454 PreservedAnalyses InstCombinePass::run(Function &F,
3455                                        FunctionAnalysisManager &AM) {
3456   auto &AC = AM.getResult<AssumptionAnalysis>(F);
3457   auto &DT = AM.getResult<DominatorTreeAnalysis>(F);
3458   auto &TLI = AM.getResult<TargetLibraryAnalysis>(F);
3459   auto &ORE = AM.getResult<OptimizationRemarkEmitterAnalysis>(F);
3460
3461   auto *LI = AM.getCachedResult<LoopAnalysis>(F);
3462
3463   auto *AA = &AM.getResult<AAManager>(F);
3464   if (!combineInstructionsOverFunction(F, Worklist, AA, AC, TLI, DT, ORE,
3465                                        ExpensiveCombines, LI))
3466     // No changes, all analyses are preserved.
3467     return PreservedAnalyses::all();
3468
3469   // Mark all the analyses that instcombine updates as preserved.
3470   PreservedAnalyses PA;
3471   PA.preserveSet<CFGAnalyses>();
3472   PA.preserve<AAManager>();
3473   PA.preserve<BasicAA>();
3474   PA.preserve<GlobalsAA>();
3475   return PA;
3476 }
3477
3478 void InstructionCombiningPass::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
3479   AU.setPreservesCFG();
3480   AU.addRequired<AAResultsWrapperPass>();
3481   AU.addRequired<AssumptionCacheTracker>();
3482   AU.addRequired<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
3483   AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
3484   AU.addRequired<OptimizationRemarkEmitterWrapperPass>();
3485   AU.addPreserved<DominatorTreeWrapperPass>();
3486   AU.addPreserved<AAResultsWrapperPass>();
3487   AU.addPreserved<BasicAAWrapperPass>();
3488   AU.addPreserved<GlobalsAAWrapperPass>();
3489 }
3490
3491 bool InstructionCombiningPass::runOnFunction(Function &F) {
3492   if (skipFunction(F))
3493     return false;
3494
3495   // Required analyses.
3496   auto AA = &getAnalysis<AAResultsWrapperPass>().getAAResults();
3497   auto &AC = getAnalysis<AssumptionCacheTracker>().getAssumptionCache(F);
3498   auto &TLI = getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI();
3499   auto &DT = getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
3500   auto &ORE = getAnalysis<OptimizationRemarkEmitterWrapperPass>().getORE();
3501
3502   // Optional analyses.
3503   auto *LIWP = getAnalysisIfAvailable<LoopInfoWrapperPass>();
3504   auto *LI = LIWP ? &LIWP->getLoopInfo() : nullptr;
3505
3506   return combineInstructionsOverFunction(F, Worklist, AA, AC, TLI, DT, ORE,
3507                                          ExpensiveCombines, LI);
3508 }
3509
3510 char InstructionCombiningPass::ID = 0;
3511
3512 INITIALIZE_PASS_BEGIN(InstructionCombiningPass, "instcombine",
3513                       "Combine redundant instructions", false, false)
3514 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
3515 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfoWrapperPass)
3516 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
3517 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AAResultsWrapperPass)
3518 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(GlobalsAAWrapperPass)
3519 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(OptimizationRemarkEmitterWrapperPass)
3520 INITIALIZE_PASS_END(InstructionCombiningPass, "instcombine",
3521                     "Combine redundant instructions", false, false)
3522
3523 // Initialization Routines
3524 void llvm::initializeInstCombine(PassRegistry &Registry) {
3525   initializeInstructionCombiningPassPass(Registry);
3526 }
3527
3528 void LLVMInitializeInstCombine(LLVMPassRegistryRef R) {
3529   initializeInstructionCombiningPassPass(*unwrap(R));
3530 }
3531
3532 FunctionPass *llvm::createInstructionCombiningPass(bool ExpensiveCombines) {
3533   return new InstructionCombiningPass(ExpensiveCombines);
3534 }
3535
3536 void LLVMAddInstructionCombiningPass(LLVMPassManagerRef PM) {
3537   unwrap(PM)->add(createInstructionCombiningPass());
3538 }