]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm-project/llvm/lib/Analysis/LazyValueInfo.cpp
Merge llvm-project main llvmorg-17-init-19304-gd0b54bb50e51
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm-project / llvm / lib / Analysis / LazyValueInfo.cpp
1 //===- LazyValueInfo.cpp - Value constraint analysis ------------*- C++ -*-===//
2 //
3 // Part of the LLVM Project, under the Apache License v2.0 with LLVM Exceptions.
4 // See https://llvm.org/LICENSE.txt for license information.
5 // SPDX-License-Identifier: Apache-2.0 WITH LLVM-exception
6 //
7 //===----------------------------------------------------------------------===//
8 //
9 // This file defines the interface for lazy computation of value constraint
10 // information.
11 //
12 //===----------------------------------------------------------------------===//
13
14 #include "llvm/Analysis/LazyValueInfo.h"
15 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
16 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
17 #include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
18 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
19 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
20 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
21 #include "llvm/Analysis/ValueLattice.h"
22 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
23 #include "llvm/IR/AssemblyAnnotationWriter.h"
24 #include "llvm/IR/CFG.h"
25 #include "llvm/IR/ConstantRange.h"
26 #include "llvm/IR/Constants.h"
27 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
28 #include "llvm/IR/Dominators.h"
29 #include "llvm/IR/Instructions.h"
30 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
31 #include "llvm/IR/Intrinsics.h"
32 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
33 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
34 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
35 #include "llvm/InitializePasses.h"
36 #include "llvm/Support/Debug.h"
37 #include "llvm/Support/FormattedStream.h"
38 #include "llvm/Support/KnownBits.h"
39 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
40 #include <optional>
41 using namespace llvm;
42 using namespace PatternMatch;
43
44 #define DEBUG_TYPE "lazy-value-info"
45
46 // This is the number of worklist items we will process to try to discover an
47 // answer for a given value.
48 static const unsigned MaxProcessedPerValue = 500;
49
50 char LazyValueInfoWrapperPass::ID = 0;
51 LazyValueInfoWrapperPass::LazyValueInfoWrapperPass() : FunctionPass(ID) {
52   initializeLazyValueInfoWrapperPassPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
53 }
54 INITIALIZE_PASS_BEGIN(LazyValueInfoWrapperPass, "lazy-value-info",
55                 "Lazy Value Information Analysis", false, true)
56 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
57 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfoWrapperPass)
58 INITIALIZE_PASS_END(LazyValueInfoWrapperPass, "lazy-value-info",
59                 "Lazy Value Information Analysis", false, true)
60
61 namespace llvm {
62   FunctionPass *createLazyValueInfoPass() { return new LazyValueInfoWrapperPass(); }
63 }
64
65 AnalysisKey LazyValueAnalysis::Key;
66
67 /// Returns true if this lattice value represents at most one possible value.
68 /// This is as precise as any lattice value can get while still representing
69 /// reachable code.
70 static bool hasSingleValue(const ValueLatticeElement &Val) {
71   if (Val.isConstantRange() &&
72       Val.getConstantRange().isSingleElement())
73     // Integer constants are single element ranges
74     return true;
75   if (Val.isConstant())
76     // Non integer constants
77     return true;
78   return false;
79 }
80
81 /// Combine two sets of facts about the same value into a single set of
82 /// facts.  Note that this method is not suitable for merging facts along
83 /// different paths in a CFG; that's what the mergeIn function is for.  This
84 /// is for merging facts gathered about the same value at the same location
85 /// through two independent means.
86 /// Notes:
87 /// * This method does not promise to return the most precise possible lattice
88 ///   value implied by A and B.  It is allowed to return any lattice element
89 ///   which is at least as strong as *either* A or B (unless our facts
90 ///   conflict, see below).
91 /// * Due to unreachable code, the intersection of two lattice values could be
92 ///   contradictory.  If this happens, we return some valid lattice value so as
93 ///   not confuse the rest of LVI.  Ideally, we'd always return Undefined, but
94 ///   we do not make this guarantee.  TODO: This would be a useful enhancement.
95 static ValueLatticeElement intersect(const ValueLatticeElement &A,
96                                      const ValueLatticeElement &B) {
97   // Undefined is the strongest state.  It means the value is known to be along
98   // an unreachable path.
99   if (A.isUnknown())
100     return A;
101   if (B.isUnknown())
102     return B;
103
104   // If we gave up for one, but got a useable fact from the other, use it.
105   if (A.isOverdefined())
106     return B;
107   if (B.isOverdefined())
108     return A;
109
110   // Can't get any more precise than constants.
111   if (hasSingleValue(A))
112     return A;
113   if (hasSingleValue(B))
114     return B;
115
116   // Could be either constant range or not constant here.
117   if (!A.isConstantRange() || !B.isConstantRange()) {
118     // TODO: Arbitrary choice, could be improved
119     return A;
120   }
121
122   // Intersect two constant ranges
123   ConstantRange Range =
124       A.getConstantRange().intersectWith(B.getConstantRange());
125   // Note: An empty range is implicitly converted to unknown or undef depending
126   // on MayIncludeUndef internally.
127   return ValueLatticeElement::getRange(
128       std::move(Range), /*MayIncludeUndef=*/A.isConstantRangeIncludingUndef() ||
129                             B.isConstantRangeIncludingUndef());
130 }
131
132 //===----------------------------------------------------------------------===//
133 //                          LazyValueInfoCache Decl
134 //===----------------------------------------------------------------------===//
135
136 namespace {
137   /// A callback value handle updates the cache when values are erased.
138   class LazyValueInfoCache;
139   struct LVIValueHandle final : public CallbackVH {
140     LazyValueInfoCache *Parent;
141
142     LVIValueHandle(Value *V, LazyValueInfoCache *P = nullptr)
143       : CallbackVH(V), Parent(P) { }
144
145     void deleted() override;
146     void allUsesReplacedWith(Value *V) override {
147       deleted();
148     }
149   };
150 } // end anonymous namespace
151
152 namespace {
153   using NonNullPointerSet = SmallDenseSet<AssertingVH<Value>, 2>;
154
155   /// This is the cache kept by LazyValueInfo which
156   /// maintains information about queries across the clients' queries.
157   class LazyValueInfoCache {
158     /// This is all of the cached information for one basic block. It contains
159     /// the per-value lattice elements, as well as a separate set for
160     /// overdefined values to reduce memory usage. Additionally pointers
161     /// dereferenced in the block are cached for nullability queries.
162     struct BlockCacheEntry {
163       SmallDenseMap<AssertingVH<Value>, ValueLatticeElement, 4> LatticeElements;
164       SmallDenseSet<AssertingVH<Value>, 4> OverDefined;
165       // std::nullopt indicates that the nonnull pointers for this basic block
166       // block have not been computed yet.
167       std::optional<NonNullPointerSet> NonNullPointers;
168     };
169
170     /// Cached information per basic block.
171     DenseMap<PoisoningVH<BasicBlock>, std::unique_ptr<BlockCacheEntry>>
172         BlockCache;
173     /// Set of value handles used to erase values from the cache on deletion.
174     DenseSet<LVIValueHandle, DenseMapInfo<Value *>> ValueHandles;
175
176     const BlockCacheEntry *getBlockEntry(BasicBlock *BB) const {
177       auto It = BlockCache.find_as(BB);
178       if (It == BlockCache.end())
179         return nullptr;
180       return It->second.get();
181     }
182
183     BlockCacheEntry *getOrCreateBlockEntry(BasicBlock *BB) {
184       auto It = BlockCache.find_as(BB);
185       if (It == BlockCache.end())
186         It = BlockCache.insert({ BB, std::make_unique<BlockCacheEntry>() })
187                        .first;
188
189       return It->second.get();
190     }
191
192     void addValueHandle(Value *Val) {
193       auto HandleIt = ValueHandles.find_as(Val);
194       if (HandleIt == ValueHandles.end())
195         ValueHandles.insert({ Val, this });
196     }
197
198   public:
199     void insertResult(Value *Val, BasicBlock *BB,
200                       const ValueLatticeElement &Result) {
201       BlockCacheEntry *Entry = getOrCreateBlockEntry(BB);
202
203       // Insert over-defined values into their own cache to reduce memory
204       // overhead.
205       if (Result.isOverdefined())
206         Entry->OverDefined.insert(Val);
207       else
208         Entry->LatticeElements.insert({ Val, Result });
209
210       addValueHandle(Val);
211     }
212
213     std::optional<ValueLatticeElement>
214     getCachedValueInfo(Value *V, BasicBlock *BB) const {
215       const BlockCacheEntry *Entry = getBlockEntry(BB);
216       if (!Entry)
217         return std::nullopt;
218
219       if (Entry->OverDefined.count(V))
220         return ValueLatticeElement::getOverdefined();
221
222       auto LatticeIt = Entry->LatticeElements.find_as(V);
223       if (LatticeIt == Entry->LatticeElements.end())
224         return std::nullopt;
225
226       return LatticeIt->second;
227     }
228
229     bool isNonNullAtEndOfBlock(
230         Value *V, BasicBlock *BB,
231         function_ref<NonNullPointerSet(BasicBlock *)> InitFn) {
232       BlockCacheEntry *Entry = getOrCreateBlockEntry(BB);
233       if (!Entry->NonNullPointers) {
234         Entry->NonNullPointers = InitFn(BB);
235         for (Value *V : *Entry->NonNullPointers)
236           addValueHandle(V);
237       }
238
239       return Entry->NonNullPointers->count(V);
240     }
241
242     /// clear - Empty the cache.
243     void clear() {
244       BlockCache.clear();
245       ValueHandles.clear();
246     }
247
248     /// Inform the cache that a given value has been deleted.
249     void eraseValue(Value *V);
250
251     /// This is part of the update interface to inform the cache
252     /// that a block has been deleted.
253     void eraseBlock(BasicBlock *BB);
254
255     /// Updates the cache to remove any influence an overdefined value in
256     /// OldSucc might have (unless also overdefined in NewSucc).  This just
257     /// flushes elements from the cache and does not add any.
258     void threadEdgeImpl(BasicBlock *OldSucc,BasicBlock *NewSucc);
259   };
260 }
261
262 void LazyValueInfoCache::eraseValue(Value *V) {
263   for (auto &Pair : BlockCache) {
264     Pair.second->LatticeElements.erase(V);
265     Pair.second->OverDefined.erase(V);
266     if (Pair.second->NonNullPointers)
267       Pair.second->NonNullPointers->erase(V);
268   }
269
270   auto HandleIt = ValueHandles.find_as(V);
271   if (HandleIt != ValueHandles.end())
272     ValueHandles.erase(HandleIt);
273 }
274
275 void LVIValueHandle::deleted() {
276   // This erasure deallocates *this, so it MUST happen after we're done
277   // using any and all members of *this.
278   Parent->eraseValue(*this);
279 }
280
281 void LazyValueInfoCache::eraseBlock(BasicBlock *BB) {
282   BlockCache.erase(BB);
283 }
284
285 void LazyValueInfoCache::threadEdgeImpl(BasicBlock *OldSucc,
286                                         BasicBlock *NewSucc) {
287   // When an edge in the graph has been threaded, values that we could not
288   // determine a value for before (i.e. were marked overdefined) may be
289   // possible to solve now. We do NOT try to proactively update these values.
290   // Instead, we clear their entries from the cache, and allow lazy updating to
291   // recompute them when needed.
292
293   // The updating process is fairly simple: we need to drop cached info
294   // for all values that were marked overdefined in OldSucc, and for those same
295   // values in any successor of OldSucc (except NewSucc) in which they were
296   // also marked overdefined.
297   std::vector<BasicBlock*> worklist;
298   worklist.push_back(OldSucc);
299
300   const BlockCacheEntry *Entry = getBlockEntry(OldSucc);
301   if (!Entry || Entry->OverDefined.empty())
302     return; // Nothing to process here.
303   SmallVector<Value *, 4> ValsToClear(Entry->OverDefined.begin(),
304                                       Entry->OverDefined.end());
305
306   // Use a worklist to perform a depth-first search of OldSucc's successors.
307   // NOTE: We do not need a visited list since any blocks we have already
308   // visited will have had their overdefined markers cleared already, and we
309   // thus won't loop to their successors.
310   while (!worklist.empty()) {
311     BasicBlock *ToUpdate = worklist.back();
312     worklist.pop_back();
313
314     // Skip blocks only accessible through NewSucc.
315     if (ToUpdate == NewSucc) continue;
316
317     // If a value was marked overdefined in OldSucc, and is here too...
318     auto OI = BlockCache.find_as(ToUpdate);
319     if (OI == BlockCache.end() || OI->second->OverDefined.empty())
320       continue;
321     auto &ValueSet = OI->second->OverDefined;
322
323     bool changed = false;
324     for (Value *V : ValsToClear) {
325       if (!ValueSet.erase(V))
326         continue;
327
328       // If we removed anything, then we potentially need to update
329       // blocks successors too.
330       changed = true;
331     }
332
333     if (!changed) continue;
334
335     llvm::append_range(worklist, successors(ToUpdate));
336   }
337 }
338
339
340 namespace {
341 /// An assembly annotator class to print LazyValueCache information in
342 /// comments.
343 class LazyValueInfoImpl;
344 class LazyValueInfoAnnotatedWriter : public AssemblyAnnotationWriter {
345   LazyValueInfoImpl *LVIImpl;
346   // While analyzing which blocks we can solve values for, we need the dominator
347   // information.
348   DominatorTree &DT;
349
350 public:
351   LazyValueInfoAnnotatedWriter(LazyValueInfoImpl *L, DominatorTree &DTree)
352       : LVIImpl(L), DT(DTree) {}
353
354   void emitBasicBlockStartAnnot(const BasicBlock *BB,
355                                 formatted_raw_ostream &OS) override;
356
357   void emitInstructionAnnot(const Instruction *I,
358                             formatted_raw_ostream &OS) override;
359 };
360 }
361 namespace {
362 // The actual implementation of the lazy analysis and update.  Note that the
363 // inheritance from LazyValueInfoCache is intended to be temporary while
364 // splitting the code and then transitioning to a has-a relationship.
365 class LazyValueInfoImpl {
366
367   /// Cached results from previous queries
368   LazyValueInfoCache TheCache;
369
370   /// This stack holds the state of the value solver during a query.
371   /// It basically emulates the callstack of the naive
372   /// recursive value lookup process.
373   SmallVector<std::pair<BasicBlock*, Value*>, 8> BlockValueStack;
374
375   /// Keeps track of which block-value pairs are in BlockValueStack.
376   DenseSet<std::pair<BasicBlock*, Value*> > BlockValueSet;
377
378   /// Push BV onto BlockValueStack unless it's already in there.
379   /// Returns true on success.
380   bool pushBlockValue(const std::pair<BasicBlock *, Value *> &BV) {
381     if (!BlockValueSet.insert(BV).second)
382       return false;  // It's already in the stack.
383
384     LLVM_DEBUG(dbgs() << "PUSH: " << *BV.second << " in "
385                       << BV.first->getName() << "\n");
386     BlockValueStack.push_back(BV);
387     return true;
388   }
389
390   AssumptionCache *AC;  ///< A pointer to the cache of @llvm.assume calls.
391   const DataLayout &DL; ///< A mandatory DataLayout
392
393   /// Declaration of the llvm.experimental.guard() intrinsic,
394   /// if it exists in the module.
395   Function *GuardDecl;
396
397   std::optional<ValueLatticeElement> getBlockValue(Value *Val, BasicBlock *BB,
398                                                    Instruction *CxtI);
399   std::optional<ValueLatticeElement> getEdgeValue(Value *V, BasicBlock *F,
400                                                   BasicBlock *T,
401                                                   Instruction *CxtI = nullptr);
402
403   // These methods process one work item and may add more. A false value
404   // returned means that the work item was not completely processed and must
405   // be revisited after going through the new items.
406   bool solveBlockValue(Value *Val, BasicBlock *BB);
407   std::optional<ValueLatticeElement> solveBlockValueImpl(Value *Val,
408                                                          BasicBlock *BB);
409   std::optional<ValueLatticeElement> solveBlockValueNonLocal(Value *Val,
410                                                              BasicBlock *BB);
411   std::optional<ValueLatticeElement> solveBlockValuePHINode(PHINode *PN,
412                                                             BasicBlock *BB);
413   std::optional<ValueLatticeElement> solveBlockValueSelect(SelectInst *S,
414                                                            BasicBlock *BB);
415   std::optional<ConstantRange> getRangeFor(Value *V, Instruction *CxtI,
416                                            BasicBlock *BB);
417   std::optional<ValueLatticeElement> solveBlockValueBinaryOpImpl(
418       Instruction *I, BasicBlock *BB,
419       std::function<ConstantRange(const ConstantRange &, const ConstantRange &)>
420           OpFn);
421   std::optional<ValueLatticeElement>
422   solveBlockValueBinaryOp(BinaryOperator *BBI, BasicBlock *BB);
423   std::optional<ValueLatticeElement> solveBlockValueCast(CastInst *CI,
424                                                          BasicBlock *BB);
425   std::optional<ValueLatticeElement>
426   solveBlockValueOverflowIntrinsic(WithOverflowInst *WO, BasicBlock *BB);
427   std::optional<ValueLatticeElement> solveBlockValueIntrinsic(IntrinsicInst *II,
428                                                               BasicBlock *BB);
429   std::optional<ValueLatticeElement>
430   solveBlockValueExtractValue(ExtractValueInst *EVI, BasicBlock *BB);
431   bool isNonNullAtEndOfBlock(Value *Val, BasicBlock *BB);
432   void intersectAssumeOrGuardBlockValueConstantRange(Value *Val,
433                                                      ValueLatticeElement &BBLV,
434                                                      Instruction *BBI);
435
436   void solve();
437
438 public:
439   /// This is the query interface to determine the lattice value for the
440   /// specified Value* at the context instruction (if specified) or at the
441   /// start of the block.
442   ValueLatticeElement getValueInBlock(Value *V, BasicBlock *BB,
443                                       Instruction *CxtI = nullptr);
444
445   /// This is the query interface to determine the lattice value for the
446   /// specified Value* at the specified instruction using only information
447   /// from assumes/guards and range metadata. Unlike getValueInBlock(), no
448   /// recursive query is performed.
449   ValueLatticeElement getValueAt(Value *V, Instruction *CxtI);
450
451   /// This is the query interface to determine the lattice
452   /// value for the specified Value* that is true on the specified edge.
453   ValueLatticeElement getValueOnEdge(Value *V, BasicBlock *FromBB,
454                                      BasicBlock *ToBB,
455                                      Instruction *CxtI = nullptr);
456
457   /// Complete flush all previously computed values
458   void clear() {
459     TheCache.clear();
460   }
461
462   /// Printing the LazyValueInfo Analysis.
463   void printLVI(Function &F, DominatorTree &DTree, raw_ostream &OS) {
464     LazyValueInfoAnnotatedWriter Writer(this, DTree);
465     F.print(OS, &Writer);
466   }
467
468   /// This is part of the update interface to inform the cache
469   /// that a block has been deleted.
470   void eraseBlock(BasicBlock *BB) {
471     TheCache.eraseBlock(BB);
472   }
473
474   /// This is the update interface to inform the cache that an edge from
475   /// PredBB to OldSucc has been threaded to be from PredBB to NewSucc.
476   void threadEdge(BasicBlock *PredBB,BasicBlock *OldSucc,BasicBlock *NewSucc);
477
478   LazyValueInfoImpl(AssumptionCache *AC, const DataLayout &DL,
479                     Function *GuardDecl)
480       : AC(AC), DL(DL), GuardDecl(GuardDecl) {}
481 };
482 } // end anonymous namespace
483
484
485 void LazyValueInfoImpl::solve() {
486   SmallVector<std::pair<BasicBlock *, Value *>, 8> StartingStack(
487       BlockValueStack.begin(), BlockValueStack.end());
488
489   unsigned processedCount = 0;
490   while (!BlockValueStack.empty()) {
491     processedCount++;
492     // Abort if we have to process too many values to get a result for this one.
493     // Because of the design of the overdefined cache currently being per-block
494     // to avoid naming-related issues (IE it wants to try to give different
495     // results for the same name in different blocks), overdefined results don't
496     // get cached globally, which in turn means we will often try to rediscover
497     // the same overdefined result again and again.  Once something like
498     // PredicateInfo is used in LVI or CVP, we should be able to make the
499     // overdefined cache global, and remove this throttle.
500     if (processedCount > MaxProcessedPerValue) {
501       LLVM_DEBUG(
502           dbgs() << "Giving up on stack because we are getting too deep\n");
503       // Fill in the original values
504       while (!StartingStack.empty()) {
505         std::pair<BasicBlock *, Value *> &e = StartingStack.back();
506         TheCache.insertResult(e.second, e.first,
507                               ValueLatticeElement::getOverdefined());
508         StartingStack.pop_back();
509       }
510       BlockValueSet.clear();
511       BlockValueStack.clear();
512       return;
513     }
514     std::pair<BasicBlock *, Value *> e = BlockValueStack.back();
515     assert(BlockValueSet.count(e) && "Stack value should be in BlockValueSet!");
516
517     if (solveBlockValue(e.second, e.first)) {
518       // The work item was completely processed.
519       assert(BlockValueStack.back() == e && "Nothing should have been pushed!");
520 #ifndef NDEBUG
521       std::optional<ValueLatticeElement> BBLV =
522           TheCache.getCachedValueInfo(e.second, e.first);
523       assert(BBLV && "Result should be in cache!");
524       LLVM_DEBUG(
525           dbgs() << "POP " << *e.second << " in " << e.first->getName() << " = "
526                  << *BBLV << "\n");
527 #endif
528
529       BlockValueStack.pop_back();
530       BlockValueSet.erase(e);
531     } else {
532       // More work needs to be done before revisiting.
533       assert(BlockValueStack.back() != e && "Stack should have been pushed!");
534     }
535   }
536 }
537
538 std::optional<ValueLatticeElement>
539 LazyValueInfoImpl::getBlockValue(Value *Val, BasicBlock *BB,
540                                  Instruction *CxtI) {
541   // If already a constant, there is nothing to compute.
542   if (Constant *VC = dyn_cast<Constant>(Val))
543     return ValueLatticeElement::get(VC);
544
545   if (std::optional<ValueLatticeElement> OptLatticeVal =
546           TheCache.getCachedValueInfo(Val, BB)) {
547     intersectAssumeOrGuardBlockValueConstantRange(Val, *OptLatticeVal, CxtI);
548     return OptLatticeVal;
549   }
550
551   // We have hit a cycle, assume overdefined.
552   if (!pushBlockValue({ BB, Val }))
553     return ValueLatticeElement::getOverdefined();
554
555   // Yet to be resolved.
556   return std::nullopt;
557 }
558
559 static ValueLatticeElement getFromRangeMetadata(Instruction *BBI) {
560   switch (BBI->getOpcode()) {
561   default: break;
562   case Instruction::Load:
563   case Instruction::Call:
564   case Instruction::Invoke:
565     if (MDNode *Ranges = BBI->getMetadata(LLVMContext::MD_range))
566       if (isa<IntegerType>(BBI->getType())) {
567         return ValueLatticeElement::getRange(
568             getConstantRangeFromMetadata(*Ranges));
569       }
570     break;
571   };
572   // Nothing known - will be intersected with other facts
573   return ValueLatticeElement::getOverdefined();
574 }
575
576 bool LazyValueInfoImpl::solveBlockValue(Value *Val, BasicBlock *BB) {
577   assert(!isa<Constant>(Val) && "Value should not be constant");
578   assert(!TheCache.getCachedValueInfo(Val, BB) &&
579          "Value should not be in cache");
580
581   // Hold off inserting this value into the Cache in case we have to return
582   // false and come back later.
583   std::optional<ValueLatticeElement> Res = solveBlockValueImpl(Val, BB);
584   if (!Res)
585     // Work pushed, will revisit
586     return false;
587
588   TheCache.insertResult(Val, BB, *Res);
589   return true;
590 }
591
592 std::optional<ValueLatticeElement>
593 LazyValueInfoImpl::solveBlockValueImpl(Value *Val, BasicBlock *BB) {
594   Instruction *BBI = dyn_cast<Instruction>(Val);
595   if (!BBI || BBI->getParent() != BB)
596     return solveBlockValueNonLocal(Val, BB);
597
598   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BBI))
599     return solveBlockValuePHINode(PN, BB);
600
601   if (auto *SI = dyn_cast<SelectInst>(BBI))
602     return solveBlockValueSelect(SI, BB);
603
604   // If this value is a nonnull pointer, record it's range and bailout.  Note
605   // that for all other pointer typed values, we terminate the search at the
606   // definition.  We could easily extend this to look through geps, bitcasts,
607   // and the like to prove non-nullness, but it's not clear that's worth it
608   // compile time wise.  The context-insensitive value walk done inside
609   // isKnownNonZero gets most of the profitable cases at much less expense.
610   // This does mean that we have a sensitivity to where the defining
611   // instruction is placed, even if it could legally be hoisted much higher.
612   // That is unfortunate.
613   PointerType *PT = dyn_cast<PointerType>(BBI->getType());
614   if (PT && isKnownNonZero(BBI, DL))
615     return ValueLatticeElement::getNot(ConstantPointerNull::get(PT));
616
617   if (BBI->getType()->isIntegerTy()) {
618     if (auto *CI = dyn_cast<CastInst>(BBI))
619       return solveBlockValueCast(CI, BB);
620
621     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(BBI))
622       return solveBlockValueBinaryOp(BO, BB);
623
624     if (auto *EVI = dyn_cast<ExtractValueInst>(BBI))
625       return solveBlockValueExtractValue(EVI, BB);
626
627     if (auto *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(BBI))
628       return solveBlockValueIntrinsic(II, BB);
629   }
630
631   LLVM_DEBUG(dbgs() << " compute BB '" << BB->getName()
632                     << "' - unknown inst def found.\n");
633   return getFromRangeMetadata(BBI);
634 }
635
636 static void AddNonNullPointer(Value *Ptr, NonNullPointerSet &PtrSet) {
637   // TODO: Use NullPointerIsDefined instead.
638   if (Ptr->getType()->getPointerAddressSpace() == 0)
639     PtrSet.insert(getUnderlyingObject(Ptr));
640 }
641
642 static void AddNonNullPointersByInstruction(
643     Instruction *I, NonNullPointerSet &PtrSet) {
644   if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
645     AddNonNullPointer(L->getPointerOperand(), PtrSet);
646   } else if (StoreInst *S = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
647     AddNonNullPointer(S->getPointerOperand(), PtrSet);
648   } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(I)) {
649     if (MI->isVolatile()) return;
650
651     // FIXME: check whether it has a valuerange that excludes zero?
652     ConstantInt *Len = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
653     if (!Len || Len->isZero()) return;
654
655     AddNonNullPointer(MI->getRawDest(), PtrSet);
656     if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(MI))
657       AddNonNullPointer(MTI->getRawSource(), PtrSet);
658   }
659 }
660
661 bool LazyValueInfoImpl::isNonNullAtEndOfBlock(Value *Val, BasicBlock *BB) {
662   if (NullPointerIsDefined(BB->getParent(),
663                            Val->getType()->getPointerAddressSpace()))
664     return false;
665
666   Val = Val->stripInBoundsOffsets();
667   return TheCache.isNonNullAtEndOfBlock(Val, BB, [](BasicBlock *BB) {
668     NonNullPointerSet NonNullPointers;
669     for (Instruction &I : *BB)
670       AddNonNullPointersByInstruction(&I, NonNullPointers);
671     return NonNullPointers;
672   });
673 }
674
675 std::optional<ValueLatticeElement>
676 LazyValueInfoImpl::solveBlockValueNonLocal(Value *Val, BasicBlock *BB) {
677   ValueLatticeElement Result;  // Start Undefined.
678
679   // If this is the entry block, we must be asking about an argument.  The
680   // value is overdefined.
681   if (BB->isEntryBlock()) {
682     assert(isa<Argument>(Val) && "Unknown live-in to the entry block");
683     return ValueLatticeElement::getOverdefined();
684   }
685
686   // Loop over all of our predecessors, merging what we know from them into
687   // result.  If we encounter an unexplored predecessor, we eagerly explore it
688   // in a depth first manner.  In practice, this has the effect of discovering
689   // paths we can't analyze eagerly without spending compile times analyzing
690   // other paths.  This heuristic benefits from the fact that predecessors are
691   // frequently arranged such that dominating ones come first and we quickly
692   // find a path to function entry.  TODO: We should consider explicitly
693   // canonicalizing to make this true rather than relying on this happy
694   // accident.
695   for (BasicBlock *Pred : predecessors(BB)) {
696     std::optional<ValueLatticeElement> EdgeResult = getEdgeValue(Val, Pred, BB);
697     if (!EdgeResult)
698       // Explore that input, then return here
699       return std::nullopt;
700
701     Result.mergeIn(*EdgeResult);
702
703     // If we hit overdefined, exit early.  The BlockVals entry is already set
704     // to overdefined.
705     if (Result.isOverdefined()) {
706       LLVM_DEBUG(dbgs() << " compute BB '" << BB->getName()
707                         << "' - overdefined because of pred '"
708                         << Pred->getName() << "' (non local).\n");
709       return Result;
710     }
711   }
712
713   // Return the merged value, which is more precise than 'overdefined'.
714   assert(!Result.isOverdefined());
715   return Result;
716 }
717
718 std::optional<ValueLatticeElement>
719 LazyValueInfoImpl::solveBlockValuePHINode(PHINode *PN, BasicBlock *BB) {
720   ValueLatticeElement Result;  // Start Undefined.
721
722   // Loop over all of our predecessors, merging what we know from them into
723   // result.  See the comment about the chosen traversal order in
724   // solveBlockValueNonLocal; the same reasoning applies here.
725   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
726     BasicBlock *PhiBB = PN->getIncomingBlock(i);
727     Value *PhiVal = PN->getIncomingValue(i);
728     // Note that we can provide PN as the context value to getEdgeValue, even
729     // though the results will be cached, because PN is the value being used as
730     // the cache key in the caller.
731     std::optional<ValueLatticeElement> EdgeResult =
732         getEdgeValue(PhiVal, PhiBB, BB, PN);
733     if (!EdgeResult)
734       // Explore that input, then return here
735       return std::nullopt;
736
737     Result.mergeIn(*EdgeResult);
738
739     // If we hit overdefined, exit early.  The BlockVals entry is already set
740     // to overdefined.
741     if (Result.isOverdefined()) {
742       LLVM_DEBUG(dbgs() << " compute BB '" << BB->getName()
743                         << "' - overdefined because of pred (local).\n");
744
745       return Result;
746     }
747   }
748
749   // Return the merged value, which is more precise than 'overdefined'.
750   assert(!Result.isOverdefined() && "Possible PHI in entry block?");
751   return Result;
752 }
753
754 static ValueLatticeElement getValueFromCondition(Value *Val, Value *Cond,
755                                                  bool isTrueDest = true);
756
757 // If we can determine a constraint on the value given conditions assumed by
758 // the program, intersect those constraints with BBLV
759 void LazyValueInfoImpl::intersectAssumeOrGuardBlockValueConstantRange(
760         Value *Val, ValueLatticeElement &BBLV, Instruction *BBI) {
761   BBI = BBI ? BBI : dyn_cast<Instruction>(Val);
762   if (!BBI)
763     return;
764
765   BasicBlock *BB = BBI->getParent();
766   for (auto &AssumeVH : AC->assumptionsFor(Val)) {
767     if (!AssumeVH)
768       continue;
769
770     // Only check assumes in the block of the context instruction. Other
771     // assumes will have already been taken into account when the value was
772     // propagated from predecessor blocks.
773     auto *I = cast<CallInst>(AssumeVH);
774     if (I->getParent() != BB || !isValidAssumeForContext(I, BBI))
775       continue;
776
777     BBLV = intersect(BBLV, getValueFromCondition(Val, I->getArgOperand(0)));
778   }
779
780   // If guards are not used in the module, don't spend time looking for them
781   if (GuardDecl && !GuardDecl->use_empty() &&
782       BBI->getIterator() != BB->begin()) {
783     for (Instruction &I : make_range(std::next(BBI->getIterator().getReverse()),
784                                      BB->rend())) {
785       Value *Cond = nullptr;
786       if (match(&I, m_Intrinsic<Intrinsic::experimental_guard>(m_Value(Cond))))
787         BBLV = intersect(BBLV, getValueFromCondition(Val, Cond));
788     }
789   }
790
791   if (BBLV.isOverdefined()) {
792     // Check whether we're checking at the terminator, and the pointer has
793     // been dereferenced in this block.
794     PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(Val->getType());
795     if (PTy && BB->getTerminator() == BBI &&
796         isNonNullAtEndOfBlock(Val, BB))
797       BBLV = ValueLatticeElement::getNot(ConstantPointerNull::get(PTy));
798   }
799 }
800
801 static ConstantRange getConstantRangeOrFull(const ValueLatticeElement &Val,
802                                             Type *Ty, const DataLayout &DL) {
803   if (Val.isConstantRange())
804     return Val.getConstantRange();
805   return ConstantRange::getFull(DL.getTypeSizeInBits(Ty));
806 }
807
808 std::optional<ValueLatticeElement>
809 LazyValueInfoImpl::solveBlockValueSelect(SelectInst *SI, BasicBlock *BB) {
810   // Recurse on our inputs if needed
811   std::optional<ValueLatticeElement> OptTrueVal =
812       getBlockValue(SI->getTrueValue(), BB, SI);
813   if (!OptTrueVal)
814     return std::nullopt;
815   ValueLatticeElement &TrueVal = *OptTrueVal;
816
817   std::optional<ValueLatticeElement> OptFalseVal =
818       getBlockValue(SI->getFalseValue(), BB, SI);
819   if (!OptFalseVal)
820     return std::nullopt;
821   ValueLatticeElement &FalseVal = *OptFalseVal;
822
823   if (TrueVal.isConstantRange() || FalseVal.isConstantRange()) {
824     const ConstantRange &TrueCR =
825         getConstantRangeOrFull(TrueVal, SI->getType(), DL);
826     const ConstantRange &FalseCR =
827         getConstantRangeOrFull(FalseVal, SI->getType(), DL);
828     Value *LHS = nullptr;
829     Value *RHS = nullptr;
830     SelectPatternResult SPR = matchSelectPattern(SI, LHS, RHS);
831     // Is this a min specifically of our two inputs?  (Avoid the risk of
832     // ValueTracking getting smarter looking back past our immediate inputs.)
833     if (SelectPatternResult::isMinOrMax(SPR.Flavor) &&
834         ((LHS == SI->getTrueValue() && RHS == SI->getFalseValue()) ||
835          (RHS == SI->getTrueValue() && LHS == SI->getFalseValue()))) {
836       ConstantRange ResultCR = [&]() {
837         switch (SPR.Flavor) {
838         default:
839           llvm_unreachable("unexpected minmax type!");
840         case SPF_SMIN:                   /// Signed minimum
841           return TrueCR.smin(FalseCR);
842         case SPF_UMIN:                   /// Unsigned minimum
843           return TrueCR.umin(FalseCR);
844         case SPF_SMAX:                   /// Signed maximum
845           return TrueCR.smax(FalseCR);
846         case SPF_UMAX:                   /// Unsigned maximum
847           return TrueCR.umax(FalseCR);
848         };
849       }();
850       return ValueLatticeElement::getRange(
851           ResultCR, TrueVal.isConstantRangeIncludingUndef() ||
852                         FalseVal.isConstantRangeIncludingUndef());
853     }
854
855     if (SPR.Flavor == SPF_ABS) {
856       if (LHS == SI->getTrueValue())
857         return ValueLatticeElement::getRange(
858             TrueCR.abs(), TrueVal.isConstantRangeIncludingUndef());
859       if (LHS == SI->getFalseValue())
860         return ValueLatticeElement::getRange(
861             FalseCR.abs(), FalseVal.isConstantRangeIncludingUndef());
862     }
863
864     if (SPR.Flavor == SPF_NABS) {
865       ConstantRange Zero(APInt::getZero(TrueCR.getBitWidth()));
866       if (LHS == SI->getTrueValue())
867         return ValueLatticeElement::getRange(
868             Zero.sub(TrueCR.abs()), FalseVal.isConstantRangeIncludingUndef());
869       if (LHS == SI->getFalseValue())
870         return ValueLatticeElement::getRange(
871             Zero.sub(FalseCR.abs()), FalseVal.isConstantRangeIncludingUndef());
872     }
873   }
874
875   // Can we constrain the facts about the true and false values by using the
876   // condition itself?  This shows up with idioms like e.g. select(a > 5, a, 5).
877   // TODO: We could potentially refine an overdefined true value above.
878   Value *Cond = SI->getCondition();
879   // If the value is undef, a different value may be chosen in
880   // the select condition.
881   if (isGuaranteedNotToBeUndefOrPoison(Cond, AC)) {
882     TrueVal = intersect(TrueVal,
883                         getValueFromCondition(SI->getTrueValue(), Cond, true));
884     FalseVal = intersect(
885         FalseVal, getValueFromCondition(SI->getFalseValue(), Cond, false));
886   }
887
888   ValueLatticeElement Result = TrueVal;
889   Result.mergeIn(FalseVal);
890   return Result;
891 }
892
893 std::optional<ConstantRange>
894 LazyValueInfoImpl::getRangeFor(Value *V, Instruction *CxtI, BasicBlock *BB) {
895   std::optional<ValueLatticeElement> OptVal = getBlockValue(V, BB, CxtI);
896   if (!OptVal)
897     return std::nullopt;
898   return getConstantRangeOrFull(*OptVal, V->getType(), DL);
899 }
900
901 std::optional<ValueLatticeElement>
902 LazyValueInfoImpl::solveBlockValueCast(CastInst *CI, BasicBlock *BB) {
903   // Without knowing how wide the input is, we can't analyze it in any useful
904   // way.
905   if (!CI->getOperand(0)->getType()->isSized())
906     return ValueLatticeElement::getOverdefined();
907
908   // Filter out casts we don't know how to reason about before attempting to
909   // recurse on our operand.  This can cut a long search short if we know we're
910   // not going to be able to get any useful information anways.
911   switch (CI->getOpcode()) {
912   case Instruction::Trunc:
913   case Instruction::SExt:
914   case Instruction::ZExt:
915   case Instruction::BitCast:
916     break;
917   default:
918     // Unhandled instructions are overdefined.
919     LLVM_DEBUG(dbgs() << " compute BB '" << BB->getName()
920                       << "' - overdefined (unknown cast).\n");
921     return ValueLatticeElement::getOverdefined();
922   }
923
924   // Figure out the range of the LHS.  If that fails, we still apply the
925   // transfer rule on the full set since we may be able to locally infer
926   // interesting facts.
927   std::optional<ConstantRange> LHSRes = getRangeFor(CI->getOperand(0), CI, BB);
928   if (!LHSRes)
929     // More work to do before applying this transfer rule.
930     return std::nullopt;
931   const ConstantRange &LHSRange = *LHSRes;
932
933   const unsigned ResultBitWidth = CI->getType()->getIntegerBitWidth();
934
935   // NOTE: We're currently limited by the set of operations that ConstantRange
936   // can evaluate symbolically.  Enhancing that set will allows us to analyze
937   // more definitions.
938   return ValueLatticeElement::getRange(LHSRange.castOp(CI->getOpcode(),
939                                                        ResultBitWidth));
940 }
941
942 std::optional<ValueLatticeElement>
943 LazyValueInfoImpl::solveBlockValueBinaryOpImpl(
944     Instruction *I, BasicBlock *BB,
945     std::function<ConstantRange(const ConstantRange &, const ConstantRange &)>
946         OpFn) {
947   // Figure out the ranges of the operands.  If that fails, use a
948   // conservative range, but apply the transfer rule anyways.  This
949   // lets us pick up facts from expressions like "and i32 (call i32
950   // @foo()), 32"
951   std::optional<ConstantRange> LHSRes = getRangeFor(I->getOperand(0), I, BB);
952   std::optional<ConstantRange> RHSRes = getRangeFor(I->getOperand(1), I, BB);
953   if (!LHSRes || !RHSRes)
954     // More work to do before applying this transfer rule.
955     return std::nullopt;
956
957   const ConstantRange &LHSRange = *LHSRes;
958   const ConstantRange &RHSRange = *RHSRes;
959   return ValueLatticeElement::getRange(OpFn(LHSRange, RHSRange));
960 }
961
962 std::optional<ValueLatticeElement>
963 LazyValueInfoImpl::solveBlockValueBinaryOp(BinaryOperator *BO, BasicBlock *BB) {
964   assert(BO->getOperand(0)->getType()->isSized() &&
965          "all operands to binary operators are sized");
966   if (auto *OBO = dyn_cast<OverflowingBinaryOperator>(BO)) {
967     unsigned NoWrapKind = 0;
968     if (OBO->hasNoUnsignedWrap())
969       NoWrapKind |= OverflowingBinaryOperator::NoUnsignedWrap;
970     if (OBO->hasNoSignedWrap())
971       NoWrapKind |= OverflowingBinaryOperator::NoSignedWrap;
972
973     return solveBlockValueBinaryOpImpl(
974         BO, BB,
975         [BO, NoWrapKind](const ConstantRange &CR1, const ConstantRange &CR2) {
976           return CR1.overflowingBinaryOp(BO->getOpcode(), CR2, NoWrapKind);
977         });
978   }
979
980   return solveBlockValueBinaryOpImpl(
981       BO, BB, [BO](const ConstantRange &CR1, const ConstantRange &CR2) {
982         return CR1.binaryOp(BO->getOpcode(), CR2);
983       });
984 }
985
986 std::optional<ValueLatticeElement>
987 LazyValueInfoImpl::solveBlockValueOverflowIntrinsic(WithOverflowInst *WO,
988                                                     BasicBlock *BB) {
989   return solveBlockValueBinaryOpImpl(
990       WO, BB, [WO](const ConstantRange &CR1, const ConstantRange &CR2) {
991         return CR1.binaryOp(WO->getBinaryOp(), CR2);
992       });
993 }
994
995 std::optional<ValueLatticeElement>
996 LazyValueInfoImpl::solveBlockValueIntrinsic(IntrinsicInst *II, BasicBlock *BB) {
997   ValueLatticeElement MetadataVal = getFromRangeMetadata(II);
998   if (!ConstantRange::isIntrinsicSupported(II->getIntrinsicID())) {
999     LLVM_DEBUG(dbgs() << " compute BB '" << BB->getName()
1000                       << "' - unknown intrinsic.\n");
1001     return MetadataVal;
1002   }
1003
1004   SmallVector<ConstantRange, 2> OpRanges;
1005   for (Value *Op : II->args()) {
1006     std::optional<ConstantRange> Range = getRangeFor(Op, II, BB);
1007     if (!Range)
1008       return std::nullopt;
1009     OpRanges.push_back(*Range);
1010   }
1011
1012   return intersect(ValueLatticeElement::getRange(ConstantRange::intrinsic(
1013                        II->getIntrinsicID(), OpRanges)),
1014                    MetadataVal);
1015 }
1016
1017 std::optional<ValueLatticeElement>
1018 LazyValueInfoImpl::solveBlockValueExtractValue(ExtractValueInst *EVI,
1019                                                BasicBlock *BB) {
1020   if (auto *WO = dyn_cast<WithOverflowInst>(EVI->getAggregateOperand()))
1021     if (EVI->getNumIndices() == 1 && *EVI->idx_begin() == 0)
1022       return solveBlockValueOverflowIntrinsic(WO, BB);
1023
1024   // Handle extractvalue of insertvalue to allow further simplification
1025   // based on replaced with.overflow intrinsics.
1026   if (Value *V = simplifyExtractValueInst(
1027           EVI->getAggregateOperand(), EVI->getIndices(),
1028           EVI->getModule()->getDataLayout()))
1029     return getBlockValue(V, BB, EVI);
1030
1031   LLVM_DEBUG(dbgs() << " compute BB '" << BB->getName()
1032                     << "' - overdefined (unknown extractvalue).\n");
1033   return ValueLatticeElement::getOverdefined();
1034 }
1035
1036 static bool matchICmpOperand(APInt &Offset, Value *LHS, Value *Val,
1037                              ICmpInst::Predicate Pred) {
1038   if (LHS == Val)
1039     return true;
1040
1041   // Handle range checking idiom produced by InstCombine. We will subtract the
1042   // offset from the allowed range for RHS in this case.
1043   const APInt *C;
1044   if (match(LHS, m_Add(m_Specific(Val), m_APInt(C)))) {
1045     Offset = *C;
1046     return true;
1047   }
1048
1049   // Handle the symmetric case. This appears in saturation patterns like
1050   // (x == 16) ? 16 : (x + 1).
1051   if (match(Val, m_Add(m_Specific(LHS), m_APInt(C)))) {
1052     Offset = -*C;
1053     return true;
1054   }
1055
1056   // If (x | y) < C, then (x < C) && (y < C).
1057   if (match(LHS, m_c_Or(m_Specific(Val), m_Value())) &&
1058       (Pred == ICmpInst::ICMP_ULT || Pred == ICmpInst::ICMP_ULE))
1059     return true;
1060
1061   // If (x & y) > C, then (x > C) && (y > C).
1062   if (match(LHS, m_c_And(m_Specific(Val), m_Value())) &&
1063       (Pred == ICmpInst::ICMP_UGT || Pred == ICmpInst::ICMP_UGE))
1064     return true;
1065
1066   return false;
1067 }
1068
1069 /// Get value range for a "(Val + Offset) Pred RHS" condition.
1070 static ValueLatticeElement getValueFromSimpleICmpCondition(
1071     CmpInst::Predicate Pred, Value *RHS, const APInt &Offset) {
1072   ConstantRange RHSRange(RHS->getType()->getIntegerBitWidth(),
1073                          /*isFullSet=*/true);
1074   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(RHS))
1075     RHSRange = ConstantRange(CI->getValue());
1076   else if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(RHS))
1077     if (auto *Ranges = I->getMetadata(LLVMContext::MD_range))
1078       RHSRange = getConstantRangeFromMetadata(*Ranges);
1079
1080   ConstantRange TrueValues =
1081       ConstantRange::makeAllowedICmpRegion(Pred, RHSRange);
1082   return ValueLatticeElement::getRange(TrueValues.subtract(Offset));
1083 }
1084
1085 static ValueLatticeElement getValueFromICmpCondition(Value *Val, ICmpInst *ICI,
1086                                                      bool isTrueDest) {
1087   Value *LHS = ICI->getOperand(0);
1088   Value *RHS = ICI->getOperand(1);
1089
1090   // Get the predicate that must hold along the considered edge.
1091   CmpInst::Predicate EdgePred =
1092       isTrueDest ? ICI->getPredicate() : ICI->getInversePredicate();
1093
1094   if (isa<Constant>(RHS)) {
1095     if (ICI->isEquality() && LHS == Val) {
1096       if (EdgePred == ICmpInst::ICMP_EQ)
1097         return ValueLatticeElement::get(cast<Constant>(RHS));
1098       else if (!isa<UndefValue>(RHS))
1099         return ValueLatticeElement::getNot(cast<Constant>(RHS));
1100     }
1101   }
1102
1103   Type *Ty = Val->getType();
1104   if (!Ty->isIntegerTy())
1105     return ValueLatticeElement::getOverdefined();
1106
1107   unsigned BitWidth = Ty->getScalarSizeInBits();
1108   APInt Offset(BitWidth, 0);
1109   if (matchICmpOperand(Offset, LHS, Val, EdgePred))
1110     return getValueFromSimpleICmpCondition(EdgePred, RHS, Offset);
1111
1112   CmpInst::Predicate SwappedPred = CmpInst::getSwappedPredicate(EdgePred);
1113   if (matchICmpOperand(Offset, RHS, Val, SwappedPred))
1114     return getValueFromSimpleICmpCondition(SwappedPred, LHS, Offset);
1115
1116   const APInt *Mask, *C;
1117   if (match(LHS, m_And(m_Specific(Val), m_APInt(Mask))) &&
1118       match(RHS, m_APInt(C))) {
1119     // If (Val & Mask) == C then all the masked bits are known and we can
1120     // compute a value range based on that.
1121     if (EdgePred == ICmpInst::ICMP_EQ) {
1122       KnownBits Known;
1123       Known.Zero = ~*C & *Mask;
1124       Known.One = *C & *Mask;
1125       return ValueLatticeElement::getRange(
1126           ConstantRange::fromKnownBits(Known, /*IsSigned*/ false));
1127     }
1128     // If (Val & Mask) != 0 then the value must be larger than the lowest set
1129     // bit of Mask.
1130     if (EdgePred == ICmpInst::ICMP_NE && !Mask->isZero() && C->isZero()) {
1131       return ValueLatticeElement::getRange(ConstantRange::getNonEmpty(
1132           APInt::getOneBitSet(BitWidth, Mask->countr_zero()),
1133           APInt::getZero(BitWidth)));
1134     }
1135   }
1136
1137   // If (X urem Modulus) >= C, then X >= C.
1138   // If trunc X >= C, then X >= C.
1139   // TODO: An upper bound could be computed as well.
1140   if (match(LHS, m_CombineOr(m_URem(m_Specific(Val), m_Value()),
1141                              m_Trunc(m_Specific(Val)))) &&
1142       match(RHS, m_APInt(C))) {
1143     // Use the icmp region so we don't have to deal with different predicates.
1144     ConstantRange CR = ConstantRange::makeExactICmpRegion(EdgePred, *C);
1145     if (!CR.isEmptySet())
1146       return ValueLatticeElement::getRange(ConstantRange::getNonEmpty(
1147           CR.getUnsignedMin().zext(BitWidth), APInt(BitWidth, 0)));
1148   }
1149
1150   return ValueLatticeElement::getOverdefined();
1151 }
1152
1153 // Handle conditions of the form
1154 // extractvalue(op.with.overflow(%x, C), 1).
1155 static ValueLatticeElement getValueFromOverflowCondition(
1156     Value *Val, WithOverflowInst *WO, bool IsTrueDest) {
1157   // TODO: This only works with a constant RHS for now. We could also compute
1158   // the range of the RHS, but this doesn't fit into the current structure of
1159   // the edge value calculation.
1160   const APInt *C;
1161   if (WO->getLHS() != Val || !match(WO->getRHS(), m_APInt(C)))
1162     return ValueLatticeElement::getOverdefined();
1163
1164   // Calculate the possible values of %x for which no overflow occurs.
1165   ConstantRange NWR = ConstantRange::makeExactNoWrapRegion(
1166       WO->getBinaryOp(), *C, WO->getNoWrapKind());
1167
1168   // If overflow is false, %x is constrained to NWR. If overflow is true, %x is
1169   // constrained to it's inverse (all values that might cause overflow).
1170   if (IsTrueDest)
1171     NWR = NWR.inverse();
1172   return ValueLatticeElement::getRange(NWR);
1173 }
1174
1175 // Tracks a Value * condition and whether we're interested in it or its inverse
1176 typedef PointerIntPair<Value *, 1, bool> CondValue;
1177
1178 static std::optional<ValueLatticeElement> getValueFromConditionImpl(
1179     Value *Val, CondValue CondVal, bool isRevisit,
1180     SmallDenseMap<CondValue, ValueLatticeElement> &Visited,
1181     SmallVectorImpl<CondValue> &Worklist) {
1182
1183   Value *Cond = CondVal.getPointer();
1184   bool isTrueDest = CondVal.getInt();
1185   if (!isRevisit) {
1186     if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(Cond))
1187       return getValueFromICmpCondition(Val, ICI, isTrueDest);
1188
1189     if (auto *EVI = dyn_cast<ExtractValueInst>(Cond))
1190       if (auto *WO = dyn_cast<WithOverflowInst>(EVI->getAggregateOperand()))
1191         if (EVI->getNumIndices() == 1 && *EVI->idx_begin() == 1)
1192           return getValueFromOverflowCondition(Val, WO, isTrueDest);
1193   }
1194
1195   Value *N;
1196   if (match(Cond, m_Not(m_Value(N)))) {
1197     CondValue NKey(N, !isTrueDest);
1198     auto NV = Visited.find(NKey);
1199     if (NV == Visited.end()) {
1200       Worklist.push_back(NKey);
1201       return std::nullopt;
1202     }
1203     return NV->second;
1204   }
1205
1206   Value *L, *R;
1207   bool IsAnd;
1208   if (match(Cond, m_LogicalAnd(m_Value(L), m_Value(R))))
1209     IsAnd = true;
1210   else if (match(Cond, m_LogicalOr(m_Value(L), m_Value(R))))
1211     IsAnd = false;
1212   else
1213     return ValueLatticeElement::getOverdefined();
1214
1215   auto LV = Visited.find(CondValue(L, isTrueDest));
1216   auto RV = Visited.find(CondValue(R, isTrueDest));
1217
1218   // if (L && R) -> intersect L and R
1219   // if (!(L || R)) -> intersect !L and !R
1220   // if (L || R) -> union L and R
1221   // if (!(L && R)) -> union !L and !R
1222   if ((isTrueDest ^ IsAnd) && (LV != Visited.end())) {
1223     ValueLatticeElement V = LV->second;
1224     if (V.isOverdefined())
1225       return V;
1226     if (RV != Visited.end()) {
1227       V.mergeIn(RV->second);
1228       return V;
1229     }
1230   }
1231
1232   if (LV == Visited.end() || RV == Visited.end()) {
1233     assert(!isRevisit);
1234     if (LV == Visited.end())
1235       Worklist.push_back(CondValue(L, isTrueDest));
1236     if (RV == Visited.end())
1237       Worklist.push_back(CondValue(R, isTrueDest));
1238     return std::nullopt;
1239   }
1240
1241   return intersect(LV->second, RV->second);
1242 }
1243
1244 ValueLatticeElement getValueFromCondition(Value *Val, Value *Cond,
1245                                           bool isTrueDest) {
1246   assert(Cond && "precondition");
1247   SmallDenseMap<CondValue, ValueLatticeElement> Visited;
1248   SmallVector<CondValue> Worklist;
1249
1250   CondValue CondKey(Cond, isTrueDest);
1251   Worklist.push_back(CondKey);
1252   do {
1253     CondValue CurrentCond = Worklist.back();
1254     // Insert an Overdefined placeholder into the set to prevent
1255     // infinite recursion if there exists IRs that use not
1256     // dominated by its def as in this example:
1257     //   "%tmp3 = or i1 undef, %tmp4"
1258     //   "%tmp4 = or i1 undef, %tmp3"
1259     auto Iter =
1260         Visited.try_emplace(CurrentCond, ValueLatticeElement::getOverdefined());
1261     bool isRevisit = !Iter.second;
1262     std::optional<ValueLatticeElement> Result = getValueFromConditionImpl(
1263         Val, CurrentCond, isRevisit, Visited, Worklist);
1264     if (Result) {
1265       Visited[CurrentCond] = *Result;
1266       Worklist.pop_back();
1267     }
1268   } while (!Worklist.empty());
1269
1270   auto Result = Visited.find(CondKey);
1271   assert(Result != Visited.end());
1272   return Result->second;
1273 }
1274
1275 // Return true if Usr has Op as an operand, otherwise false.
1276 static bool usesOperand(User *Usr, Value *Op) {
1277   return is_contained(Usr->operands(), Op);
1278 }
1279
1280 // Return true if the instruction type of Val is supported by
1281 // constantFoldUser(). Currently CastInst, BinaryOperator and FreezeInst only.
1282 // Call this before calling constantFoldUser() to find out if it's even worth
1283 // attempting to call it.
1284 static bool isOperationFoldable(User *Usr) {
1285   return isa<CastInst>(Usr) || isa<BinaryOperator>(Usr) || isa<FreezeInst>(Usr);
1286 }
1287
1288 // Check if Usr can be simplified to an integer constant when the value of one
1289 // of its operands Op is an integer constant OpConstVal. If so, return it as an
1290 // lattice value range with a single element or otherwise return an overdefined
1291 // lattice value.
1292 static ValueLatticeElement constantFoldUser(User *Usr, Value *Op,
1293                                             const APInt &OpConstVal,
1294                                             const DataLayout &DL) {
1295   assert(isOperationFoldable(Usr) && "Precondition");
1296   Constant* OpConst = Constant::getIntegerValue(Op->getType(), OpConstVal);
1297   // Check if Usr can be simplified to a constant.
1298   if (auto *CI = dyn_cast<CastInst>(Usr)) {
1299     assert(CI->getOperand(0) == Op && "Operand 0 isn't Op");
1300     if (auto *C = dyn_cast_or_null<ConstantInt>(
1301             simplifyCastInst(CI->getOpcode(), OpConst,
1302                              CI->getDestTy(), DL))) {
1303       return ValueLatticeElement::getRange(ConstantRange(C->getValue()));
1304     }
1305   } else if (auto *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Usr)) {
1306     bool Op0Match = BO->getOperand(0) == Op;
1307     bool Op1Match = BO->getOperand(1) == Op;
1308     assert((Op0Match || Op1Match) &&
1309            "Operand 0 nor Operand 1 isn't a match");
1310     Value *LHS = Op0Match ? OpConst : BO->getOperand(0);
1311     Value *RHS = Op1Match ? OpConst : BO->getOperand(1);
1312     if (auto *C = dyn_cast_or_null<ConstantInt>(
1313             simplifyBinOp(BO->getOpcode(), LHS, RHS, DL))) {
1314       return ValueLatticeElement::getRange(ConstantRange(C->getValue()));
1315     }
1316   } else if (isa<FreezeInst>(Usr)) {
1317     assert(cast<FreezeInst>(Usr)->getOperand(0) == Op && "Operand 0 isn't Op");
1318     return ValueLatticeElement::getRange(ConstantRange(OpConstVal));
1319   }
1320   return ValueLatticeElement::getOverdefined();
1321 }
1322
1323 /// Compute the value of Val on the edge BBFrom -> BBTo. Returns false if
1324 /// Val is not constrained on the edge.  Result is unspecified if return value
1325 /// is false.
1326 static std::optional<ValueLatticeElement> getEdgeValueLocal(Value *Val,
1327                                                        BasicBlock *BBFrom,
1328                                                        BasicBlock *BBTo) {
1329   // TODO: Handle more complex conditionals. If (v == 0 || v2 < 1) is false, we
1330   // know that v != 0.
1331   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BBFrom->getTerminator())) {
1332     // If this is a conditional branch and only one successor goes to BBTo, then
1333     // we may be able to infer something from the condition.
1334     if (BI->isConditional() &&
1335         BI->getSuccessor(0) != BI->getSuccessor(1)) {
1336       bool isTrueDest = BI->getSuccessor(0) == BBTo;
1337       assert(BI->getSuccessor(!isTrueDest) == BBTo &&
1338              "BBTo isn't a successor of BBFrom");
1339       Value *Condition = BI->getCondition();
1340
1341       // If V is the condition of the branch itself, then we know exactly what
1342       // it is.
1343       if (Condition == Val)
1344         return ValueLatticeElement::get(ConstantInt::get(
1345                               Type::getInt1Ty(Val->getContext()), isTrueDest));
1346
1347       // If the condition of the branch is an equality comparison, we may be
1348       // able to infer the value.
1349       ValueLatticeElement Result = getValueFromCondition(Val, Condition,
1350                                                          isTrueDest);
1351       if (!Result.isOverdefined())
1352         return Result;
1353
1354       if (User *Usr = dyn_cast<User>(Val)) {
1355         assert(Result.isOverdefined() && "Result isn't overdefined");
1356         // Check with isOperationFoldable() first to avoid linearly iterating
1357         // over the operands unnecessarily which can be expensive for
1358         // instructions with many operands.
1359         if (isa<IntegerType>(Usr->getType()) && isOperationFoldable(Usr)) {
1360           const DataLayout &DL = BBTo->getModule()->getDataLayout();
1361           if (usesOperand(Usr, Condition)) {
1362             // If Val has Condition as an operand and Val can be folded into a
1363             // constant with either Condition == true or Condition == false,
1364             // propagate the constant.
1365             // eg.
1366             //   ; %Val is true on the edge to %then.
1367             //   %Val = and i1 %Condition, true.
1368             //   br %Condition, label %then, label %else
1369             APInt ConditionVal(1, isTrueDest ? 1 : 0);
1370             Result = constantFoldUser(Usr, Condition, ConditionVal, DL);
1371           } else {
1372             // If one of Val's operand has an inferred value, we may be able to
1373             // infer the value of Val.
1374             // eg.
1375             //    ; %Val is 94 on the edge to %then.
1376             //    %Val = add i8 %Op, 1
1377             //    %Condition = icmp eq i8 %Op, 93
1378             //    br i1 %Condition, label %then, label %else
1379             for (unsigned i = 0; i < Usr->getNumOperands(); ++i) {
1380               Value *Op = Usr->getOperand(i);
1381               ValueLatticeElement OpLatticeVal =
1382                   getValueFromCondition(Op, Condition, isTrueDest);
1383               if (std::optional<APInt> OpConst =
1384                       OpLatticeVal.asConstantInteger()) {
1385                 Result = constantFoldUser(Usr, Op, *OpConst, DL);
1386                 break;
1387               }
1388             }
1389           }
1390         }
1391       }
1392       if (!Result.isOverdefined())
1393         return Result;
1394     }
1395   }
1396
1397   // If the edge was formed by a switch on the value, then we may know exactly
1398   // what it is.
1399   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(BBFrom->getTerminator())) {
1400     Value *Condition = SI->getCondition();
1401     if (!isa<IntegerType>(Val->getType()))
1402       return std::nullopt;
1403     bool ValUsesConditionAndMayBeFoldable = false;
1404     if (Condition != Val) {
1405       // Check if Val has Condition as an operand.
1406       if (User *Usr = dyn_cast<User>(Val))
1407         ValUsesConditionAndMayBeFoldable = isOperationFoldable(Usr) &&
1408             usesOperand(Usr, Condition);
1409       if (!ValUsesConditionAndMayBeFoldable)
1410         return std::nullopt;
1411     }
1412     assert((Condition == Val || ValUsesConditionAndMayBeFoldable) &&
1413            "Condition != Val nor Val doesn't use Condition");
1414
1415     bool DefaultCase = SI->getDefaultDest() == BBTo;
1416     unsigned BitWidth = Val->getType()->getIntegerBitWidth();
1417     ConstantRange EdgesVals(BitWidth, DefaultCase/*isFullSet*/);
1418
1419     for (auto Case : SI->cases()) {
1420       APInt CaseValue = Case.getCaseValue()->getValue();
1421       ConstantRange EdgeVal(CaseValue);
1422       if (ValUsesConditionAndMayBeFoldable) {
1423         User *Usr = cast<User>(Val);
1424         const DataLayout &DL = BBTo->getModule()->getDataLayout();
1425         ValueLatticeElement EdgeLatticeVal =
1426             constantFoldUser(Usr, Condition, CaseValue, DL);
1427         if (EdgeLatticeVal.isOverdefined())
1428           return std::nullopt;
1429         EdgeVal = EdgeLatticeVal.getConstantRange();
1430       }
1431       if (DefaultCase) {
1432         // It is possible that the default destination is the destination of
1433         // some cases. We cannot perform difference for those cases.
1434         // We know Condition != CaseValue in BBTo.  In some cases we can use
1435         // this to infer Val == f(Condition) is != f(CaseValue).  For now, we
1436         // only do this when f is identity (i.e. Val == Condition), but we
1437         // should be able to do this for any injective f.
1438         if (Case.getCaseSuccessor() != BBTo && Condition == Val)
1439           EdgesVals = EdgesVals.difference(EdgeVal);
1440       } else if (Case.getCaseSuccessor() == BBTo)
1441         EdgesVals = EdgesVals.unionWith(EdgeVal);
1442     }
1443     return ValueLatticeElement::getRange(std::move(EdgesVals));
1444   }
1445   return std::nullopt;
1446 }
1447
1448 /// Compute the value of Val on the edge BBFrom -> BBTo or the value at
1449 /// the basic block if the edge does not constrain Val.
1450 std::optional<ValueLatticeElement>
1451 LazyValueInfoImpl::getEdgeValue(Value *Val, BasicBlock *BBFrom,
1452                                 BasicBlock *BBTo, Instruction *CxtI) {
1453   // If already a constant, there is nothing to compute.
1454   if (Constant *VC = dyn_cast<Constant>(Val))
1455     return ValueLatticeElement::get(VC);
1456
1457   ValueLatticeElement LocalResult =
1458       getEdgeValueLocal(Val, BBFrom, BBTo)
1459           .value_or(ValueLatticeElement::getOverdefined());
1460   if (hasSingleValue(LocalResult))
1461     // Can't get any more precise here
1462     return LocalResult;
1463
1464   std::optional<ValueLatticeElement> OptInBlock =
1465       getBlockValue(Val, BBFrom, BBFrom->getTerminator());
1466   if (!OptInBlock)
1467     return std::nullopt;
1468   ValueLatticeElement &InBlock = *OptInBlock;
1469
1470   // We can use the context instruction (generically the ultimate instruction
1471   // the calling pass is trying to simplify) here, even though the result of
1472   // this function is generally cached when called from the solve* functions
1473   // (and that cached result might be used with queries using a different
1474   // context instruction), because when this function is called from the solve*
1475   // functions, the context instruction is not provided. When called from
1476   // LazyValueInfoImpl::getValueOnEdge, the context instruction is provided,
1477   // but then the result is not cached.
1478   intersectAssumeOrGuardBlockValueConstantRange(Val, InBlock, CxtI);
1479
1480   return intersect(LocalResult, InBlock);
1481 }
1482
1483 ValueLatticeElement LazyValueInfoImpl::getValueInBlock(Value *V, BasicBlock *BB,
1484                                                        Instruction *CxtI) {
1485   LLVM_DEBUG(dbgs() << "LVI Getting block end value " << *V << " at '"
1486                     << BB->getName() << "'\n");
1487
1488   assert(BlockValueStack.empty() && BlockValueSet.empty());
1489   std::optional<ValueLatticeElement> OptResult = getBlockValue(V, BB, CxtI);
1490   if (!OptResult) {
1491     solve();
1492     OptResult = getBlockValue(V, BB, CxtI);
1493     assert(OptResult && "Value not available after solving");
1494   }
1495
1496   ValueLatticeElement Result = *OptResult;
1497   LLVM_DEBUG(dbgs() << "  Result = " << Result << "\n");
1498   return Result;
1499 }
1500
1501 ValueLatticeElement LazyValueInfoImpl::getValueAt(Value *V, Instruction *CxtI) {
1502   LLVM_DEBUG(dbgs() << "LVI Getting value " << *V << " at '" << CxtI->getName()
1503                     << "'\n");
1504
1505   if (auto *C = dyn_cast<Constant>(V))
1506     return ValueLatticeElement::get(C);
1507
1508   ValueLatticeElement Result = ValueLatticeElement::getOverdefined();
1509   if (auto *I = dyn_cast<Instruction>(V))
1510     Result = getFromRangeMetadata(I);
1511   intersectAssumeOrGuardBlockValueConstantRange(V, Result, CxtI);
1512
1513   LLVM_DEBUG(dbgs() << "  Result = " << Result << "\n");
1514   return Result;
1515 }
1516
1517 ValueLatticeElement LazyValueInfoImpl::
1518 getValueOnEdge(Value *V, BasicBlock *FromBB, BasicBlock *ToBB,
1519                Instruction *CxtI) {
1520   LLVM_DEBUG(dbgs() << "LVI Getting edge value " << *V << " from '"
1521                     << FromBB->getName() << "' to '" << ToBB->getName()
1522                     << "'\n");
1523
1524   std::optional<ValueLatticeElement> Result =
1525       getEdgeValue(V, FromBB, ToBB, CxtI);
1526   if (!Result) {
1527     solve();
1528     Result = getEdgeValue(V, FromBB, ToBB, CxtI);
1529     assert(Result && "More work to do after problem solved?");
1530   }
1531
1532   LLVM_DEBUG(dbgs() << "  Result = " << *Result << "\n");
1533   return *Result;
1534 }
1535
1536 void LazyValueInfoImpl::threadEdge(BasicBlock *PredBB, BasicBlock *OldSucc,
1537                                    BasicBlock *NewSucc) {
1538   TheCache.threadEdgeImpl(OldSucc, NewSucc);
1539 }
1540
1541 //===----------------------------------------------------------------------===//
1542 //                            LazyValueInfo Impl
1543 //===----------------------------------------------------------------------===//
1544
1545 /// This lazily constructs the LazyValueInfoImpl.
1546 static LazyValueInfoImpl &getImpl(void *&PImpl, AssumptionCache *AC,
1547                                   const Module *M) {
1548   if (!PImpl) {
1549     assert(M && "getCache() called with a null Module");
1550     const DataLayout &DL = M->getDataLayout();
1551     Function *GuardDecl = M->getFunction(
1552         Intrinsic::getName(Intrinsic::experimental_guard));
1553     PImpl = new LazyValueInfoImpl(AC, DL, GuardDecl);
1554   }
1555   return *static_cast<LazyValueInfoImpl*>(PImpl);
1556 }
1557
1558 bool LazyValueInfoWrapperPass::runOnFunction(Function &F) {
1559   Info.AC = &getAnalysis<AssumptionCacheTracker>().getAssumptionCache(F);
1560   Info.TLI = &getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI(F);
1561
1562   if (Info.PImpl)
1563     getImpl(Info.PImpl, Info.AC, F.getParent()).clear();
1564
1565   // Fully lazy.
1566   return false;
1567 }
1568
1569 void LazyValueInfoWrapperPass::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
1570   AU.setPreservesAll();
1571   AU.addRequired<AssumptionCacheTracker>();
1572   AU.addRequired<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
1573 }
1574
1575 LazyValueInfo &LazyValueInfoWrapperPass::getLVI() { return Info; }
1576
1577 LazyValueInfo::~LazyValueInfo() { releaseMemory(); }
1578
1579 void LazyValueInfo::releaseMemory() {
1580   // If the cache was allocated, free it.
1581   if (PImpl) {
1582     delete &getImpl(PImpl, AC, nullptr);
1583     PImpl = nullptr;
1584   }
1585 }
1586
1587 bool LazyValueInfo::invalidate(Function &F, const PreservedAnalyses &PA,
1588                                FunctionAnalysisManager::Invalidator &Inv) {
1589   // We need to invalidate if we have either failed to preserve this analyses
1590   // result directly or if any of its dependencies have been invalidated.
1591   auto PAC = PA.getChecker<LazyValueAnalysis>();
1592   if (!(PAC.preserved() || PAC.preservedSet<AllAnalysesOn<Function>>()))
1593     return true;
1594
1595   return false;
1596 }
1597
1598 void LazyValueInfoWrapperPass::releaseMemory() { Info.releaseMemory(); }
1599
1600 LazyValueInfo LazyValueAnalysis::run(Function &F,
1601                                      FunctionAnalysisManager &FAM) {
1602   auto &AC = FAM.getResult<AssumptionAnalysis>(F);
1603   auto &TLI = FAM.getResult<TargetLibraryAnalysis>(F);
1604
1605   return LazyValueInfo(&AC, &F.getParent()->getDataLayout(), &TLI);
1606 }
1607
1608 /// Returns true if we can statically tell that this value will never be a
1609 /// "useful" constant.  In practice, this means we've got something like an
1610 /// alloca or a malloc call for which a comparison against a constant can
1611 /// only be guarding dead code.  Note that we are potentially giving up some
1612 /// precision in dead code (a constant result) in favour of avoiding a
1613 /// expensive search for a easily answered common query.
1614 static bool isKnownNonConstant(Value *V) {
1615   V = V->stripPointerCasts();
1616   // The return val of alloc cannot be a Constant.
1617   if (isa<AllocaInst>(V))
1618     return true;
1619   return false;
1620 }
1621
1622 Constant *LazyValueInfo::getConstant(Value *V, Instruction *CxtI) {
1623   // Bail out early if V is known not to be a Constant.
1624   if (isKnownNonConstant(V))
1625     return nullptr;
1626
1627   BasicBlock *BB = CxtI->getParent();
1628   ValueLatticeElement Result =
1629       getImpl(PImpl, AC, BB->getModule()).getValueInBlock(V, BB, CxtI);
1630
1631   if (Result.isConstant())
1632     return Result.getConstant();
1633   if (Result.isConstantRange()) {
1634     const ConstantRange &CR = Result.getConstantRange();
1635     if (const APInt *SingleVal = CR.getSingleElement())
1636       return ConstantInt::get(V->getContext(), *SingleVal);
1637   }
1638   return nullptr;
1639 }
1640
1641 ConstantRange LazyValueInfo::getConstantRange(Value *V, Instruction *CxtI,
1642                                               bool UndefAllowed) {
1643   assert(V->getType()->isIntegerTy());
1644   unsigned Width = V->getType()->getIntegerBitWidth();
1645   BasicBlock *BB = CxtI->getParent();
1646   ValueLatticeElement Result =
1647       getImpl(PImpl, AC, BB->getModule()).getValueInBlock(V, BB, CxtI);
1648   if (Result.isUnknown())
1649     return ConstantRange::getEmpty(Width);
1650   if (Result.isConstantRange(UndefAllowed))
1651     return Result.getConstantRange(UndefAllowed);
1652   // We represent ConstantInt constants as constant ranges but other kinds
1653   // of integer constants, i.e. ConstantExpr will be tagged as constants
1654   assert(!(Result.isConstant() && isa<ConstantInt>(Result.getConstant())) &&
1655          "ConstantInt value must be represented as constantrange");
1656   return ConstantRange::getFull(Width);
1657 }
1658
1659 ConstantRange LazyValueInfo::getConstantRangeAtUse(const Use &U,
1660                                                    bool UndefAllowed) {
1661   Value *V = U.get();
1662   ConstantRange CR =
1663       getConstantRange(V, cast<Instruction>(U.getUser()), UndefAllowed);
1664
1665   // Check whether the only (possibly transitive) use of the value is in a
1666   // position where V can be constrained by a select or branch condition.
1667   const Use *CurrU = &U;
1668   // TODO: Increase limit?
1669   const unsigned MaxUsesToInspect = 3;
1670   for (unsigned I = 0; I < MaxUsesToInspect; ++I) {
1671     std::optional<ValueLatticeElement> CondVal;
1672     auto *CurrI = cast<Instruction>(CurrU->getUser());
1673     if (auto *SI = dyn_cast<SelectInst>(CurrI)) {
1674       // If the value is undef, a different value may be chosen in
1675       // the select condition and at use.
1676       if (!isGuaranteedNotToBeUndefOrPoison(SI->getCondition(), AC))
1677         break;
1678       if (CurrU->getOperandNo() == 1)
1679         CondVal = getValueFromCondition(V, SI->getCondition(), true);
1680       else if (CurrU->getOperandNo() == 2)
1681         CondVal = getValueFromCondition(V, SI->getCondition(), false);
1682     } else if (auto *PHI = dyn_cast<PHINode>(CurrI)) {
1683       // TODO: Use non-local query?
1684       CondVal =
1685           getEdgeValueLocal(V, PHI->getIncomingBlock(*CurrU), PHI->getParent());
1686     }
1687     if (CondVal && CondVal->isConstantRange())
1688       CR = CR.intersectWith(CondVal->getConstantRange());
1689
1690     // Only follow one-use chain, to allow direct intersection of conditions.
1691     // If there are multiple uses, we would have to intersect with the union of
1692     // all conditions at different uses.
1693     // Stop walking if we hit a non-speculatable instruction. Even if the
1694     // result is only used under a specific condition, executing the
1695     // instruction itself may cause side effects or UB already.
1696     // This also disallows looking through phi nodes: If the phi node is part
1697     // of a cycle, we might end up reasoning about values from different cycle
1698     // iterations (PR60629).
1699     if (!CurrI->hasOneUse() || !isSafeToSpeculativelyExecute(CurrI))
1700       break;
1701     CurrU = &*CurrI->use_begin();
1702   }
1703   return CR;
1704 }
1705
1706 /// Determine whether the specified value is known to be a
1707 /// constant on the specified edge. Return null if not.
1708 Constant *LazyValueInfo::getConstantOnEdge(Value *V, BasicBlock *FromBB,
1709                                            BasicBlock *ToBB,
1710                                            Instruction *CxtI) {
1711   Module *M = FromBB->getModule();
1712   ValueLatticeElement Result =
1713       getImpl(PImpl, AC, M).getValueOnEdge(V, FromBB, ToBB, CxtI);
1714
1715   if (Result.isConstant())
1716     return Result.getConstant();
1717   if (Result.isConstantRange()) {
1718     const ConstantRange &CR = Result.getConstantRange();
1719     if (const APInt *SingleVal = CR.getSingleElement())
1720       return ConstantInt::get(V->getContext(), *SingleVal);
1721   }
1722   return nullptr;
1723 }
1724
1725 ConstantRange LazyValueInfo::getConstantRangeOnEdge(Value *V,
1726                                                     BasicBlock *FromBB,
1727                                                     BasicBlock *ToBB,
1728                                                     Instruction *CxtI) {
1729   unsigned Width = V->getType()->getIntegerBitWidth();
1730   Module *M = FromBB->getModule();
1731   ValueLatticeElement Result =
1732       getImpl(PImpl, AC, M).getValueOnEdge(V, FromBB, ToBB, CxtI);
1733
1734   if (Result.isUnknown())
1735     return ConstantRange::getEmpty(Width);
1736   if (Result.isConstantRange())
1737     return Result.getConstantRange();
1738   // We represent ConstantInt constants as constant ranges but other kinds
1739   // of integer constants, i.e. ConstantExpr will be tagged as constants
1740   assert(!(Result.isConstant() && isa<ConstantInt>(Result.getConstant())) &&
1741          "ConstantInt value must be represented as constantrange");
1742   return ConstantRange::getFull(Width);
1743 }
1744
1745 static LazyValueInfo::Tristate
1746 getPredicateResult(unsigned Pred, Constant *C, const ValueLatticeElement &Val,
1747                    const DataLayout &DL, TargetLibraryInfo *TLI) {
1748   // If we know the value is a constant, evaluate the conditional.
1749   Constant *Res = nullptr;
1750   if (Val.isConstant()) {
1751     Res = ConstantFoldCompareInstOperands(Pred, Val.getConstant(), C, DL, TLI);
1752     if (ConstantInt *ResCI = dyn_cast_or_null<ConstantInt>(Res))
1753       return ResCI->isZero() ? LazyValueInfo::False : LazyValueInfo::True;
1754     return LazyValueInfo::Unknown;
1755   }
1756
1757   if (Val.isConstantRange()) {
1758     ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(C);
1759     if (!CI) return LazyValueInfo::Unknown;
1760
1761     const ConstantRange &CR = Val.getConstantRange();
1762     if (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ) {
1763       if (!CR.contains(CI->getValue()))
1764         return LazyValueInfo::False;
1765
1766       if (CR.isSingleElement())
1767         return LazyValueInfo::True;
1768     } else if (Pred == ICmpInst::ICMP_NE) {
1769       if (!CR.contains(CI->getValue()))
1770         return LazyValueInfo::True;
1771
1772       if (CR.isSingleElement())
1773         return LazyValueInfo::False;
1774     } else {
1775       // Handle more complex predicates.
1776       ConstantRange TrueValues = ConstantRange::makeExactICmpRegion(
1777           (ICmpInst::Predicate)Pred, CI->getValue());
1778       if (TrueValues.contains(CR))
1779         return LazyValueInfo::True;
1780       if (TrueValues.inverse().contains(CR))
1781         return LazyValueInfo::False;
1782     }
1783     return LazyValueInfo::Unknown;
1784   }
1785
1786   if (Val.isNotConstant()) {
1787     // If this is an equality comparison, we can try to fold it knowing that
1788     // "V != C1".
1789     if (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ) {
1790       // !C1 == C -> false iff C1 == C.
1791       Res = ConstantFoldCompareInstOperands(ICmpInst::ICMP_NE,
1792                                             Val.getNotConstant(), C, DL,
1793                                             TLI);
1794       if (Res && Res->isNullValue())
1795         return LazyValueInfo::False;
1796     } else if (Pred == ICmpInst::ICMP_NE) {
1797       // !C1 != C -> true iff C1 == C.
1798       Res = ConstantFoldCompareInstOperands(ICmpInst::ICMP_NE,
1799                                             Val.getNotConstant(), C, DL,
1800                                             TLI);
1801       if (Res && Res->isNullValue())
1802         return LazyValueInfo::True;
1803     }
1804     return LazyValueInfo::Unknown;
1805   }
1806
1807   return LazyValueInfo::Unknown;
1808 }
1809
1810 /// Determine whether the specified value comparison with a constant is known to
1811 /// be true or false on the specified CFG edge. Pred is a CmpInst predicate.
1812 LazyValueInfo::Tristate
1813 LazyValueInfo::getPredicateOnEdge(unsigned Pred, Value *V, Constant *C,
1814                                   BasicBlock *FromBB, BasicBlock *ToBB,
1815                                   Instruction *CxtI) {
1816   Module *M = FromBB->getModule();
1817   ValueLatticeElement Result =
1818       getImpl(PImpl, AC, M).getValueOnEdge(V, FromBB, ToBB, CxtI);
1819
1820   return getPredicateResult(Pred, C, Result, M->getDataLayout(), TLI);
1821 }
1822
1823 LazyValueInfo::Tristate
1824 LazyValueInfo::getPredicateAt(unsigned Pred, Value *V, Constant *C,
1825                               Instruction *CxtI, bool UseBlockValue) {
1826   // Is or is not NonNull are common predicates being queried. If
1827   // isKnownNonZero can tell us the result of the predicate, we can
1828   // return it quickly. But this is only a fastpath, and falling
1829   // through would still be correct.
1830   Module *M = CxtI->getModule();
1831   const DataLayout &DL = M->getDataLayout();
1832   if (V->getType()->isPointerTy() && C->isNullValue() &&
1833       isKnownNonZero(V->stripPointerCastsSameRepresentation(), DL)) {
1834     if (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ)
1835       return LazyValueInfo::False;
1836     else if (Pred == ICmpInst::ICMP_NE)
1837       return LazyValueInfo::True;
1838   }
1839
1840   ValueLatticeElement Result = UseBlockValue
1841       ? getImpl(PImpl, AC, M).getValueInBlock(V, CxtI->getParent(), CxtI)
1842       : getImpl(PImpl, AC, M).getValueAt(V, CxtI);
1843   Tristate Ret = getPredicateResult(Pred, C, Result, DL, TLI);
1844   if (Ret != Unknown)
1845     return Ret;
1846
1847   // Note: The following bit of code is somewhat distinct from the rest of LVI;
1848   // LVI as a whole tries to compute a lattice value which is conservatively
1849   // correct at a given location.  In this case, we have a predicate which we
1850   // weren't able to prove about the merged result, and we're pushing that
1851   // predicate back along each incoming edge to see if we can prove it
1852   // separately for each input.  As a motivating example, consider:
1853   // bb1:
1854   //   %v1 = ... ; constantrange<1, 5>
1855   //   br label %merge
1856   // bb2:
1857   //   %v2 = ... ; constantrange<10, 20>
1858   //   br label %merge
1859   // merge:
1860   //   %phi = phi [%v1, %v2] ; constantrange<1,20>
1861   //   %pred = icmp eq i32 %phi, 8
1862   // We can't tell from the lattice value for '%phi' that '%pred' is false
1863   // along each path, but by checking the predicate over each input separately,
1864   // we can.
1865   // We limit the search to one step backwards from the current BB and value.
1866   // We could consider extending this to search further backwards through the
1867   // CFG and/or value graph, but there are non-obvious compile time vs quality
1868   // tradeoffs.
1869   BasicBlock *BB = CxtI->getParent();
1870
1871   // Function entry or an unreachable block.  Bail to avoid confusing
1872   // analysis below.
1873   pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB);
1874   if (PI == PE)
1875     return Unknown;
1876
1877   // If V is a PHI node in the same block as the context, we need to ask
1878   // questions about the predicate as applied to the incoming value along
1879   // each edge. This is useful for eliminating cases where the predicate is
1880   // known along all incoming edges.
1881   if (auto *PHI = dyn_cast<PHINode>(V))
1882     if (PHI->getParent() == BB) {
1883       Tristate Baseline = Unknown;
1884       for (unsigned i = 0, e = PHI->getNumIncomingValues(); i < e; i++) {
1885         Value *Incoming = PHI->getIncomingValue(i);
1886         BasicBlock *PredBB = PHI->getIncomingBlock(i);
1887         // Note that PredBB may be BB itself.
1888         Tristate Result =
1889             getPredicateOnEdge(Pred, Incoming, C, PredBB, BB, CxtI);
1890
1891         // Keep going as long as we've seen a consistent known result for
1892         // all inputs.
1893         Baseline = (i == 0) ? Result /* First iteration */
1894                             : (Baseline == Result ? Baseline
1895                                                   : Unknown); /* All others */
1896         if (Baseline == Unknown)
1897           break;
1898       }
1899       if (Baseline != Unknown)
1900         return Baseline;
1901     }
1902
1903   // For a comparison where the V is outside this block, it's possible
1904   // that we've branched on it before. Look to see if the value is known
1905   // on all incoming edges.
1906   if (!isa<Instruction>(V) || cast<Instruction>(V)->getParent() != BB) {
1907     // For predecessor edge, determine if the comparison is true or false
1908     // on that edge. If they're all true or all false, we can conclude
1909     // the value of the comparison in this block.
1910     Tristate Baseline = getPredicateOnEdge(Pred, V, C, *PI, BB, CxtI);
1911     if (Baseline != Unknown) {
1912       // Check that all remaining incoming values match the first one.
1913       while (++PI != PE) {
1914         Tristate Ret = getPredicateOnEdge(Pred, V, C, *PI, BB, CxtI);
1915         if (Ret != Baseline)
1916           break;
1917       }
1918       // If we terminated early, then one of the values didn't match.
1919       if (PI == PE) {
1920         return Baseline;
1921       }
1922     }
1923   }
1924
1925   return Unknown;
1926 }
1927
1928 LazyValueInfo::Tristate LazyValueInfo::getPredicateAt(unsigned P, Value *LHS,
1929                                                       Value *RHS,
1930                                                       Instruction *CxtI,
1931                                                       bool UseBlockValue) {
1932   CmpInst::Predicate Pred = (CmpInst::Predicate)P;
1933
1934   if (auto *C = dyn_cast<Constant>(RHS))
1935     return getPredicateAt(P, LHS, C, CxtI, UseBlockValue);
1936   if (auto *C = dyn_cast<Constant>(LHS))
1937     return getPredicateAt(CmpInst::getSwappedPredicate(Pred), RHS, C, CxtI,
1938                           UseBlockValue);
1939
1940   // Got two non-Constant values. Try to determine the comparison results based
1941   // on the block values of the two operands, e.g. because they have
1942   // non-overlapping ranges.
1943   if (UseBlockValue) {
1944     Module *M = CxtI->getModule();
1945     ValueLatticeElement L =
1946         getImpl(PImpl, AC, M).getValueInBlock(LHS, CxtI->getParent(), CxtI);
1947     if (L.isOverdefined())
1948       return LazyValueInfo::Unknown;
1949
1950     ValueLatticeElement R =
1951         getImpl(PImpl, AC, M).getValueInBlock(RHS, CxtI->getParent(), CxtI);
1952     Type *Ty = CmpInst::makeCmpResultType(LHS->getType());
1953     if (Constant *Res = L.getCompare((CmpInst::Predicate)P, Ty, R,
1954                                      M->getDataLayout())) {
1955       if (Res->isNullValue())
1956         return LazyValueInfo::False;
1957       if (Res->isOneValue())
1958         return LazyValueInfo::True;
1959     }
1960   }
1961   return LazyValueInfo::Unknown;
1962 }
1963
1964 void LazyValueInfo::threadEdge(BasicBlock *PredBB, BasicBlock *OldSucc,
1965                                BasicBlock *NewSucc) {
1966   if (PImpl) {
1967     getImpl(PImpl, AC, PredBB->getModule())
1968         .threadEdge(PredBB, OldSucc, NewSucc);
1969   }
1970 }
1971
1972 void LazyValueInfo::eraseBlock(BasicBlock *BB) {
1973   if (PImpl) {
1974     getImpl(PImpl, AC, BB->getModule()).eraseBlock(BB);
1975   }
1976 }
1977
1978 void LazyValueInfo::clear(const Module *M) {
1979   if (PImpl) {
1980     getImpl(PImpl, AC, M).clear();
1981   }
1982 }
1983
1984 void LazyValueInfo::printLVI(Function &F, DominatorTree &DTree, raw_ostream &OS) {
1985   if (PImpl) {
1986     getImpl(PImpl, AC, F.getParent()).printLVI(F, DTree, OS);
1987   }
1988 }
1989
1990 // Print the LVI for the function arguments at the start of each basic block.
1991 void LazyValueInfoAnnotatedWriter::emitBasicBlockStartAnnot(
1992     const BasicBlock *BB, formatted_raw_ostream &OS) {
1993   // Find if there are latticevalues defined for arguments of the function.
1994   auto *F = BB->getParent();
1995   for (const auto &Arg : F->args()) {
1996     ValueLatticeElement Result = LVIImpl->getValueInBlock(
1997         const_cast<Argument *>(&Arg), const_cast<BasicBlock *>(BB));
1998     if (Result.isUnknown())
1999       continue;
2000     OS << "; LatticeVal for: '" << Arg << "' is: " << Result << "\n";
2001   }
2002 }
2003
2004 // This function prints the LVI analysis for the instruction I at the beginning
2005 // of various basic blocks. It relies on calculated values that are stored in
2006 // the LazyValueInfoCache, and in the absence of cached values, recalculate the
2007 // LazyValueInfo for `I`, and print that info.
2008 void LazyValueInfoAnnotatedWriter::emitInstructionAnnot(
2009     const Instruction *I, formatted_raw_ostream &OS) {
2010
2011   auto *ParentBB = I->getParent();
2012   SmallPtrSet<const BasicBlock*, 16> BlocksContainingLVI;
2013   // We can generate (solve) LVI values only for blocks that are dominated by
2014   // the I's parent. However, to avoid generating LVI for all dominating blocks,
2015   // that contain redundant/uninteresting information, we print LVI for
2016   // blocks that may use this LVI information (such as immediate successor
2017   // blocks, and blocks that contain uses of `I`).
2018   auto printResult = [&](const BasicBlock *BB) {
2019     if (!BlocksContainingLVI.insert(BB).second)
2020       return;
2021     ValueLatticeElement Result = LVIImpl->getValueInBlock(
2022         const_cast<Instruction *>(I), const_cast<BasicBlock *>(BB));
2023       OS << "; LatticeVal for: '" << *I << "' in BB: '";
2024       BB->printAsOperand(OS, false);
2025       OS << "' is: " << Result << "\n";
2026   };
2027
2028   printResult(ParentBB);
2029   // Print the LVI analysis results for the immediate successor blocks, that
2030   // are dominated by `ParentBB`.
2031   for (const auto *BBSucc : successors(ParentBB))
2032     if (DT.dominates(ParentBB, BBSucc))
2033       printResult(BBSucc);
2034
2035   // Print LVI in blocks where `I` is used.
2036   for (const auto *U : I->users())
2037     if (auto *UseI = dyn_cast<Instruction>(U))
2038       if (!isa<PHINode>(UseI) || DT.dominates(ParentBB, UseI->getParent()))
2039         printResult(UseI->getParent());
2040
2041 }
2042
2043 namespace {
2044 // Printer class for LazyValueInfo results.
2045 class LazyValueInfoPrinter : public FunctionPass {
2046 public:
2047   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
2048   LazyValueInfoPrinter() : FunctionPass(ID) {
2049     initializeLazyValueInfoPrinterPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
2050   }
2051
2052   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
2053     AU.setPreservesAll();
2054     AU.addRequired<LazyValueInfoWrapperPass>();
2055     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
2056   }
2057
2058   // Get the mandatory dominator tree analysis and pass this in to the
2059   // LVIPrinter. We cannot rely on the LVI's DT, since it's optional.
2060   bool runOnFunction(Function &F) override {
2061     dbgs() << "LVI for function '" << F.getName() << "':\n";
2062     auto &LVI = getAnalysis<LazyValueInfoWrapperPass>().getLVI();
2063     auto &DTree = getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
2064     LVI.printLVI(F, DTree, dbgs());
2065     return false;
2066   }
2067 };
2068 }
2069
2070 char LazyValueInfoPrinter::ID = 0;
2071 INITIALIZE_PASS_BEGIN(LazyValueInfoPrinter, "print-lazy-value-info",
2072                 "Lazy Value Info Printer Pass", false, false)
2073 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LazyValueInfoWrapperPass)
2074 INITIALIZE_PASS_END(LazyValueInfoPrinter, "print-lazy-value-info",
2075                 "Lazy Value Info Printer Pass", false, false)