]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - lib/Transforms/InstCombine/InstructionCombining.cpp
Vendor import of llvm trunk r351319 (just before the release_80 branch
[FreeBSD/FreeBSD.git] / 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     // This transform does not have the speculative execution constraint as
1381     // below because the shuffle is a concatenation. The new binops are
1382     // operating on exactly the same elements as the existing binop.
1383     // TODO: We could ease the mask requirement to allow different undef lanes,
1384     //       but that requires an analysis of the binop-with-undef output value.
1385     Value *NewBO0 = Builder.CreateBinOp(Opcode, L0, R0);
1386     if (auto *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(NewBO0))
1387       BO->copyIRFlags(&Inst);
1388     Value *NewBO1 = Builder.CreateBinOp(Opcode, L1, R1);
1389     if (auto *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(NewBO1))
1390       BO->copyIRFlags(&Inst);
1391     return new ShuffleVectorInst(NewBO0, NewBO1, Mask);
1392   }
1393
1394   // It may not be safe to reorder shuffles and things like div, urem, etc.
1395   // because we may trap when executing those ops on unknown vector elements.
1396   // See PR20059.
1397   if (!isSafeToSpeculativelyExecute(&Inst))
1398     return nullptr;
1399
1400   auto createBinOpShuffle = [&](Value *X, Value *Y, Constant *M) {
1401     Value *XY = Builder.CreateBinOp(Opcode, X, Y);
1402     if (auto *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(XY))
1403       BO->copyIRFlags(&Inst);
1404     return new ShuffleVectorInst(XY, UndefValue::get(XY->getType()), M);
1405   };
1406
1407   // If both arguments of the binary operation are shuffles that use the same
1408   // mask and shuffle within a single vector, move the shuffle after the binop.
1409   Value *V1, *V2;
1410   if (match(LHS, m_ShuffleVector(m_Value(V1), m_Undef(), m_Constant(Mask))) &&
1411       match(RHS, m_ShuffleVector(m_Value(V2), m_Undef(), m_Specific(Mask))) &&
1412       V1->getType() == V2->getType() &&
1413       (LHS->hasOneUse() || RHS->hasOneUse() || LHS == RHS)) {
1414     // Op(shuffle(V1, Mask), shuffle(V2, Mask)) -> shuffle(Op(V1, V2), Mask)
1415     return createBinOpShuffle(V1, V2, Mask);
1416   }
1417
1418   // If one argument is a shuffle within one vector and the other is a constant,
1419   // try moving the shuffle after the binary operation. This canonicalization
1420   // intends to move shuffles closer to other shuffles and binops closer to
1421   // other binops, so they can be folded. It may also enable demanded elements
1422   // transforms.
1423   Constant *C;
1424   if (match(&Inst, m_c_BinOp(
1425           m_OneUse(m_ShuffleVector(m_Value(V1), m_Undef(), m_Constant(Mask))),
1426           m_Constant(C))) &&
1427       V1->getType()->getVectorNumElements() <= NumElts) {
1428     assert(Inst.getType()->getScalarType() == V1->getType()->getScalarType() &&
1429            "Shuffle should not change scalar type");
1430
1431     // Find constant NewC that has property:
1432     //   shuffle(NewC, ShMask) = C
1433     // If such constant does not exist (example: ShMask=<0,0> and C=<1,2>)
1434     // reorder is not possible. A 1-to-1 mapping is not required. Example:
1435     // ShMask = <1,1,2,2> and C = <5,5,6,6> --> NewC = <undef,5,6,undef>
1436     bool ConstOp1 = isa<Constant>(RHS);
1437     SmallVector<int, 16> ShMask;
1438     ShuffleVectorInst::getShuffleMask(Mask, ShMask);
1439     unsigned SrcVecNumElts = V1->getType()->getVectorNumElements();
1440     UndefValue *UndefScalar = UndefValue::get(C->getType()->getScalarType());
1441     SmallVector<Constant *, 16> NewVecC(SrcVecNumElts, UndefScalar);
1442     bool MayChange = true;
1443     for (unsigned I = 0; I < NumElts; ++I) {
1444       Constant *CElt = C->getAggregateElement(I);
1445       if (ShMask[I] >= 0) {
1446         assert(ShMask[I] < (int)NumElts && "Not expecting narrowing shuffle");
1447         Constant *NewCElt = NewVecC[ShMask[I]];
1448         // Bail out if:
1449         // 1. The constant vector contains a constant expression.
1450         // 2. The shuffle needs an element of the constant vector that can't
1451         //    be mapped to a new constant vector.
1452         // 3. This is a widening shuffle that copies elements of V1 into the
1453         //    extended elements (extending with undef is allowed).
1454         if (!CElt || (!isa<UndefValue>(NewCElt) && NewCElt != CElt) ||
1455             I >= SrcVecNumElts) {
1456           MayChange = false;
1457           break;
1458         }
1459         NewVecC[ShMask[I]] = CElt;
1460       }
1461       // If this is a widening shuffle, we must be able to extend with undef
1462       // elements. If the original binop does not produce an undef in the high
1463       // lanes, then this transform is not safe.
1464       // TODO: We could shuffle those non-undef constant values into the
1465       //       result by using a constant vector (rather than an undef vector)
1466       //       as operand 1 of the new binop, but that might be too aggressive
1467       //       for target-independent shuffle creation.
1468       if (I >= SrcVecNumElts) {
1469         Constant *MaybeUndef =
1470             ConstOp1 ? ConstantExpr::get(Opcode, UndefScalar, CElt)
1471                      : ConstantExpr::get(Opcode, CElt, UndefScalar);
1472         if (!isa<UndefValue>(MaybeUndef)) {
1473           MayChange = false;
1474           break;
1475         }
1476       }
1477     }
1478     if (MayChange) {
1479       Constant *NewC = ConstantVector::get(NewVecC);
1480       // It may not be safe to execute a binop on a vector with undef elements
1481       // because the entire instruction can be folded to undef or create poison
1482       // that did not exist in the original code.
1483       if (Inst.isIntDivRem() || (Inst.isShift() && ConstOp1))
1484         NewC = getSafeVectorConstantForBinop(Opcode, NewC, ConstOp1);
1485
1486       // Op(shuffle(V1, Mask), C) -> shuffle(Op(V1, NewC), Mask)
1487       // Op(C, shuffle(V1, Mask)) -> shuffle(Op(NewC, V1), Mask)
1488       Value *NewLHS = ConstOp1 ? V1 : NewC;
1489       Value *NewRHS = ConstOp1 ? NewC : V1;
1490       return createBinOpShuffle(NewLHS, NewRHS, Mask);
1491     }
1492   }
1493
1494   return nullptr;
1495 }
1496
1497 /// Try to narrow the width of a binop if at least 1 operand is an extend of
1498 /// of a value. This requires a potentially expensive known bits check to make
1499 /// sure the narrow op does not overflow.
1500 Instruction *InstCombiner::narrowMathIfNoOverflow(BinaryOperator &BO) {
1501   // We need at least one extended operand.
1502   Value *Op0 = BO.getOperand(0), *Op1 = BO.getOperand(1);
1503
1504   // If this is a sub, we swap the operands since we always want an extension
1505   // on the RHS. The LHS can be an extension or a constant.
1506   if (BO.getOpcode() == Instruction::Sub)
1507     std::swap(Op0, Op1);
1508
1509   Value *X;
1510   bool IsSext = match(Op0, m_SExt(m_Value(X)));
1511   if (!IsSext && !match(Op0, m_ZExt(m_Value(X))))
1512     return nullptr;
1513
1514   // If both operands are the same extension from the same source type and we
1515   // can eliminate at least one (hasOneUse), this might work.
1516   CastInst::CastOps CastOpc = IsSext ? Instruction::SExt : Instruction::ZExt;
1517   Value *Y;
1518   if (!(match(Op1, m_ZExtOrSExt(m_Value(Y))) && X->getType() == Y->getType() &&
1519         cast<Operator>(Op1)->getOpcode() == CastOpc &&
1520         (Op0->hasOneUse() || Op1->hasOneUse()))) {
1521     // If that did not match, see if we have a suitable constant operand.
1522     // Truncating and extending must produce the same constant.
1523     Constant *WideC;
1524     if (!Op0->hasOneUse() || !match(Op1, m_Constant(WideC)))
1525       return nullptr;
1526     Constant *NarrowC = ConstantExpr::getTrunc(WideC, X->getType());
1527     if (ConstantExpr::getCast(CastOpc, NarrowC, BO.getType()) != WideC)
1528       return nullptr;
1529     Y = NarrowC;
1530   }
1531
1532   // Swap back now that we found our operands.
1533   if (BO.getOpcode() == Instruction::Sub)
1534     std::swap(X, Y);
1535
1536   // Both operands have narrow versions. Last step: the math must not overflow
1537   // in the narrow width.
1538   if (!willNotOverflow(BO.getOpcode(), X, Y, BO, IsSext))
1539     return nullptr;
1540
1541   // bo (ext X), (ext Y) --> ext (bo X, Y)
1542   // bo (ext X), C       --> ext (bo X, C')
1543   Value *NarrowBO = Builder.CreateBinOp(BO.getOpcode(), X, Y, "narrow");
1544   if (auto *NewBinOp = dyn_cast<BinaryOperator>(NarrowBO)) {
1545     if (IsSext)
1546       NewBinOp->setHasNoSignedWrap();
1547     else
1548       NewBinOp->setHasNoUnsignedWrap();
1549   }
1550   return CastInst::Create(CastOpc, NarrowBO, BO.getType());
1551 }
1552
1553 Instruction *InstCombiner::visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEP) {
1554   SmallVector<Value*, 8> Ops(GEP.op_begin(), GEP.op_end());
1555   Type *GEPType = GEP.getType();
1556   Type *GEPEltType = GEP.getSourceElementType();
1557   if (Value *V = SimplifyGEPInst(GEPEltType, Ops, SQ.getWithInstruction(&GEP)))
1558     return replaceInstUsesWith(GEP, V);
1559
1560   Value *PtrOp = GEP.getOperand(0);
1561
1562   // Eliminate unneeded casts for indices, and replace indices which displace
1563   // by multiples of a zero size type with zero.
1564   bool MadeChange = false;
1565
1566   // Index width may not be the same width as pointer width.
1567   // Data layout chooses the right type based on supported integer types.
1568   Type *NewScalarIndexTy =
1569       DL.getIndexType(GEP.getPointerOperandType()->getScalarType());
1570
1571   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
1572   for (User::op_iterator I = GEP.op_begin() + 1, E = GEP.op_end(); I != E;
1573        ++I, ++GTI) {
1574     // Skip indices into struct types.
1575     if (GTI.isStruct())
1576       continue;
1577
1578     Type *IndexTy = (*I)->getType();
1579     Type *NewIndexType =
1580         IndexTy->isVectorTy()
1581             ? VectorType::get(NewScalarIndexTy, IndexTy->getVectorNumElements())
1582             : NewScalarIndexTy;
1583
1584     // If the element type has zero size then any index over it is equivalent
1585     // to an index of zero, so replace it with zero if it is not zero already.
1586     Type *EltTy = GTI.getIndexedType();
1587     if (EltTy->isSized() && DL.getTypeAllocSize(EltTy) == 0)
1588       if (!isa<Constant>(*I) || !cast<Constant>(*I)->isNullValue()) {
1589         *I = Constant::getNullValue(NewIndexType);
1590         MadeChange = true;
1591       }
1592
1593     if (IndexTy != NewIndexType) {
1594       // If we are using a wider index than needed for this platform, shrink
1595       // it to what we need.  If narrower, sign-extend it to what we need.
1596       // This explicit cast can make subsequent optimizations more obvious.
1597       *I = Builder.CreateIntCast(*I, NewIndexType, true);
1598       MadeChange = true;
1599     }
1600   }
1601   if (MadeChange)
1602     return &GEP;
1603
1604   // Check to see if the inputs to the PHI node are getelementptr instructions.
1605   if (auto *PN = dyn_cast<PHINode>(PtrOp)) {
1606     auto *Op1 = dyn_cast<GetElementPtrInst>(PN->getOperand(0));
1607     if (!Op1)
1608       return nullptr;
1609
1610     // Don't fold a GEP into itself through a PHI node. This can only happen
1611     // through the back-edge of a loop. Folding a GEP into itself means that
1612     // the value of the previous iteration needs to be stored in the meantime,
1613     // thus requiring an additional register variable to be live, but not
1614     // actually achieving anything (the GEP still needs to be executed once per
1615     // loop iteration).
1616     if (Op1 == &GEP)
1617       return nullptr;
1618
1619     int DI = -1;
1620
1621     for (auto I = PN->op_begin()+1, E = PN->op_end(); I !=E; ++I) {
1622       auto *Op2 = dyn_cast<GetElementPtrInst>(*I);
1623       if (!Op2 || Op1->getNumOperands() != Op2->getNumOperands())
1624         return nullptr;
1625
1626       // As for Op1 above, don't try to fold a GEP into itself.
1627       if (Op2 == &GEP)
1628         return nullptr;
1629
1630       // Keep track of the type as we walk the GEP.
1631       Type *CurTy = nullptr;
1632
1633       for (unsigned J = 0, F = Op1->getNumOperands(); J != F; ++J) {
1634         if (Op1->getOperand(J)->getType() != Op2->getOperand(J)->getType())
1635           return nullptr;
1636
1637         if (Op1->getOperand(J) != Op2->getOperand(J)) {
1638           if (DI == -1) {
1639             // We have not seen any differences yet in the GEPs feeding the
1640             // PHI yet, so we record this one if it is allowed to be a
1641             // variable.
1642
1643             // The first two arguments can vary for any GEP, the rest have to be
1644             // static for struct slots
1645             if (J > 1 && CurTy->isStructTy())
1646               return nullptr;
1647
1648             DI = J;
1649           } else {
1650             // The GEP is different by more than one input. While this could be
1651             // extended to support GEPs that vary by more than one variable it
1652             // doesn't make sense since it greatly increases the complexity and
1653             // would result in an R+R+R addressing mode which no backend
1654             // directly supports and would need to be broken into several
1655             // simpler instructions anyway.
1656             return nullptr;
1657           }
1658         }
1659
1660         // Sink down a layer of the type for the next iteration.
1661         if (J > 0) {
1662           if (J == 1) {
1663             CurTy = Op1->getSourceElementType();
1664           } else if (auto *CT = dyn_cast<CompositeType>(CurTy)) {
1665             CurTy = CT->getTypeAtIndex(Op1->getOperand(J));
1666           } else {
1667             CurTy = nullptr;
1668           }
1669         }
1670       }
1671     }
1672
1673     // If not all GEPs are identical we'll have to create a new PHI node.
1674     // Check that the old PHI node has only one use so that it will get
1675     // removed.
1676     if (DI != -1 && !PN->hasOneUse())
1677       return nullptr;
1678
1679     auto *NewGEP = cast<GetElementPtrInst>(Op1->clone());
1680     if (DI == -1) {
1681       // All the GEPs feeding the PHI are identical. Clone one down into our
1682       // BB so that it can be merged with the current GEP.
1683       GEP.getParent()->getInstList().insert(
1684           GEP.getParent()->getFirstInsertionPt(), NewGEP);
1685     } else {
1686       // All the GEPs feeding the PHI differ at a single offset. Clone a GEP
1687       // into the current block so it can be merged, and create a new PHI to
1688       // set that index.
1689       PHINode *NewPN;
1690       {
1691         IRBuilderBase::InsertPointGuard Guard(Builder);
1692         Builder.SetInsertPoint(PN);
1693         NewPN = Builder.CreatePHI(Op1->getOperand(DI)->getType(),
1694                                   PN->getNumOperands());
1695       }
1696
1697       for (auto &I : PN->operands())
1698         NewPN->addIncoming(cast<GEPOperator>(I)->getOperand(DI),
1699                            PN->getIncomingBlock(I));
1700
1701       NewGEP->setOperand(DI, NewPN);
1702       GEP.getParent()->getInstList().insert(
1703           GEP.getParent()->getFirstInsertionPt(), NewGEP);
1704       NewGEP->setOperand(DI, NewPN);
1705     }
1706
1707     GEP.setOperand(0, NewGEP);
1708     PtrOp = NewGEP;
1709   }
1710
1711   // Combine Indices - If the source pointer to this getelementptr instruction
1712   // is a getelementptr instruction, combine the indices of the two
1713   // getelementptr instructions into a single instruction.
1714   if (auto *Src = dyn_cast<GEPOperator>(PtrOp)) {
1715     if (!shouldMergeGEPs(*cast<GEPOperator>(&GEP), *Src))
1716       return nullptr;
1717
1718     // Try to reassociate loop invariant GEP chains to enable LICM.
1719     if (LI && Src->getNumOperands() == 2 && GEP.getNumOperands() == 2 &&
1720         Src->hasOneUse()) {
1721       if (Loop *L = LI->getLoopFor(GEP.getParent())) {
1722         Value *GO1 = GEP.getOperand(1);
1723         Value *SO1 = Src->getOperand(1);
1724         // Reassociate the two GEPs if SO1 is variant in the loop and GO1 is
1725         // invariant: this breaks the dependence between GEPs and allows LICM
1726         // to hoist the invariant part out of the loop.
1727         if (L->isLoopInvariant(GO1) && !L->isLoopInvariant(SO1)) {
1728           // We have to be careful here.
1729           // We have something like:
1730           //  %src = getelementptr <ty>, <ty>* %base, <ty> %idx
1731           //  %gep = getelementptr <ty>, <ty>* %src, <ty> %idx2
1732           // If we just swap idx & idx2 then we could inadvertantly
1733           // change %src from a vector to a scalar, or vice versa.
1734           // Cases:
1735           //  1) %base a scalar & idx a scalar & idx2 a vector
1736           //      => Swapping idx & idx2 turns %src into a vector type.
1737           //  2) %base a scalar & idx a vector & idx2 a scalar
1738           //      => Swapping idx & idx2 turns %src in a scalar type
1739           //  3) %base, %idx, and %idx2 are scalars
1740           //      => %src & %gep are scalars
1741           //      => swapping idx & idx2 is safe
1742           //  4) %base a vector
1743           //      => %src is a vector
1744           //      => swapping idx & idx2 is safe.
1745           auto *SO0 = Src->getOperand(0);
1746           auto *SO0Ty = SO0->getType();
1747           if (!isa<VectorType>(GEPType) || // case 3
1748               isa<VectorType>(SO0Ty)) {    // case 4
1749             Src->setOperand(1, GO1);
1750             GEP.setOperand(1, SO1);
1751             return &GEP;
1752           } else {
1753             // Case 1 or 2
1754             // -- have to recreate %src & %gep
1755             // put NewSrc at same location as %src
1756             Builder.SetInsertPoint(cast<Instruction>(PtrOp));
1757             auto *NewSrc = cast<GetElementPtrInst>(
1758                 Builder.CreateGEP(SO0, GO1, Src->getName()));
1759             NewSrc->setIsInBounds(Src->isInBounds());
1760             auto *NewGEP = GetElementPtrInst::Create(nullptr, NewSrc, {SO1});
1761             NewGEP->setIsInBounds(GEP.isInBounds());
1762             return NewGEP;
1763           }
1764         }
1765       }
1766     }
1767
1768     // Note that if our source is a gep chain itself then we wait for that
1769     // chain to be resolved before we perform this transformation.  This
1770     // avoids us creating a TON of code in some cases.
1771     if (auto *SrcGEP = dyn_cast<GEPOperator>(Src->getOperand(0)))
1772       if (SrcGEP->getNumOperands() == 2 && shouldMergeGEPs(*Src, *SrcGEP))
1773         return nullptr;   // Wait until our source is folded to completion.
1774
1775     SmallVector<Value*, 8> Indices;
1776
1777     // Find out whether the last index in the source GEP is a sequential idx.
1778     bool EndsWithSequential = false;
1779     for (gep_type_iterator I = gep_type_begin(*Src), E = gep_type_end(*Src);
1780          I != E; ++I)
1781       EndsWithSequential = I.isSequential();
1782
1783     // Can we combine the two pointer arithmetics offsets?
1784     if (EndsWithSequential) {
1785       // Replace: gep (gep %P, long B), long A, ...
1786       // With:    T = long A+B; gep %P, T, ...
1787       Value *SO1 = Src->getOperand(Src->getNumOperands()-1);
1788       Value *GO1 = GEP.getOperand(1);
1789
1790       // If they aren't the same type, then the input hasn't been processed
1791       // by the loop above yet (which canonicalizes sequential index types to
1792       // intptr_t).  Just avoid transforming this until the input has been
1793       // normalized.
1794       if (SO1->getType() != GO1->getType())
1795         return nullptr;
1796
1797       Value *Sum =
1798           SimplifyAddInst(GO1, SO1, false, false, SQ.getWithInstruction(&GEP));
1799       // Only do the combine when we are sure the cost after the
1800       // merge is never more than that before the merge.
1801       if (Sum == nullptr)
1802         return nullptr;
1803
1804       // Update the GEP in place if possible.
1805       if (Src->getNumOperands() == 2) {
1806         GEP.setOperand(0, Src->getOperand(0));
1807         GEP.setOperand(1, Sum);
1808         return &GEP;
1809       }
1810       Indices.append(Src->op_begin()+1, Src->op_end()-1);
1811       Indices.push_back(Sum);
1812       Indices.append(GEP.op_begin()+2, GEP.op_end());
1813     } else if (isa<Constant>(*GEP.idx_begin()) &&
1814                cast<Constant>(*GEP.idx_begin())->isNullValue() &&
1815                Src->getNumOperands() != 1) {
1816       // Otherwise we can do the fold if the first index of the GEP is a zero
1817       Indices.append(Src->op_begin()+1, Src->op_end());
1818       Indices.append(GEP.idx_begin()+1, GEP.idx_end());
1819     }
1820
1821     if (!Indices.empty())
1822       return GEP.isInBounds() && Src->isInBounds()
1823                  ? GetElementPtrInst::CreateInBounds(
1824                        Src->getSourceElementType(), Src->getOperand(0), Indices,
1825                        GEP.getName())
1826                  : GetElementPtrInst::Create(Src->getSourceElementType(),
1827                                              Src->getOperand(0), Indices,
1828                                              GEP.getName());
1829   }
1830
1831   if (GEP.getNumIndices() == 1) {
1832     unsigned AS = GEP.getPointerAddressSpace();
1833     if (GEP.getOperand(1)->getType()->getScalarSizeInBits() ==
1834         DL.getIndexSizeInBits(AS)) {
1835       uint64_t TyAllocSize = DL.getTypeAllocSize(GEPEltType);
1836
1837       bool Matched = false;
1838       uint64_t C;
1839       Value *V = nullptr;
1840       if (TyAllocSize == 1) {
1841         V = GEP.getOperand(1);
1842         Matched = true;
1843       } else if (match(GEP.getOperand(1),
1844                        m_AShr(m_Value(V), m_ConstantInt(C)))) {
1845         if (TyAllocSize == 1ULL << C)
1846           Matched = true;
1847       } else if (match(GEP.getOperand(1),
1848                        m_SDiv(m_Value(V), m_ConstantInt(C)))) {
1849         if (TyAllocSize == C)
1850           Matched = true;
1851       }
1852
1853       if (Matched) {
1854         // Canonicalize (gep i8* X, -(ptrtoint Y))
1855         // to (inttoptr (sub (ptrtoint X), (ptrtoint Y)))
1856         // The GEP pattern is emitted by the SCEV expander for certain kinds of
1857         // pointer arithmetic.
1858         if (match(V, m_Neg(m_PtrToInt(m_Value())))) {
1859           Operator *Index = cast<Operator>(V);
1860           Value *PtrToInt = Builder.CreatePtrToInt(PtrOp, Index->getType());
1861           Value *NewSub = Builder.CreateSub(PtrToInt, Index->getOperand(1));
1862           return CastInst::Create(Instruction::IntToPtr, NewSub, GEPType);
1863         }
1864         // Canonicalize (gep i8* X, (ptrtoint Y)-(ptrtoint X))
1865         // to (bitcast Y)
1866         Value *Y;
1867         if (match(V, m_Sub(m_PtrToInt(m_Value(Y)),
1868                            m_PtrToInt(m_Specific(GEP.getOperand(0))))))
1869           return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(Y, GEPType);
1870       }
1871     }
1872   }
1873
1874   // We do not handle pointer-vector geps here.
1875   if (GEPType->isVectorTy())
1876     return nullptr;
1877
1878   // Handle gep(bitcast x) and gep(gep x, 0, 0, 0).
1879   Value *StrippedPtr = PtrOp->stripPointerCasts();
1880   PointerType *StrippedPtrTy = cast<PointerType>(StrippedPtr->getType());
1881
1882   if (StrippedPtr != PtrOp) {
1883     bool HasZeroPointerIndex = false;
1884     if (auto *C = dyn_cast<ConstantInt>(GEP.getOperand(1)))
1885       HasZeroPointerIndex = C->isZero();
1886
1887     // Transform: GEP (bitcast [10 x i8]* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1888     // into     : GEP [10 x i8]* X, i32 0, ...
1889     //
1890     // Likewise, transform: GEP (bitcast i8* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1891     //           into     : GEP i8* X, ...
1892     //
1893     // This occurs when the program declares an array extern like "int X[];"
1894     if (HasZeroPointerIndex) {
1895       if (auto *CATy = dyn_cast<ArrayType>(GEPEltType)) {
1896         // GEP (bitcast i8* X to [0 x i8]*), i32 0, ... ?
1897         if (CATy->getElementType() == StrippedPtrTy->getElementType()) {
1898           // -> GEP i8* X, ...
1899           SmallVector<Value*, 8> Idx(GEP.idx_begin()+1, GEP.idx_end());
1900           GetElementPtrInst *Res = GetElementPtrInst::Create(
1901               StrippedPtrTy->getElementType(), StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
1902           Res->setIsInBounds(GEP.isInBounds());
1903           if (StrippedPtrTy->getAddressSpace() == GEP.getAddressSpace())
1904             return Res;
1905           // Insert Res, and create an addrspacecast.
1906           // e.g.,
1907           // GEP (addrspacecast i8 addrspace(1)* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1908           // ->
1909           // %0 = GEP i8 addrspace(1)* X, ...
1910           // addrspacecast i8 addrspace(1)* %0 to i8*
1911           return new AddrSpaceCastInst(Builder.Insert(Res), GEPType);
1912         }
1913
1914         if (auto *XATy = dyn_cast<ArrayType>(StrippedPtrTy->getElementType())) {
1915           // GEP (bitcast [10 x i8]* X to [0 x i8]*), i32 0, ... ?
1916           if (CATy->getElementType() == XATy->getElementType()) {
1917             // -> GEP [10 x i8]* X, i32 0, ...
1918             // At this point, we know that the cast source type is a pointer
1919             // to an array of the same type as the destination pointer
1920             // array.  Because the array type is never stepped over (there
1921             // is a leading zero) we can fold the cast into this GEP.
1922             if (StrippedPtrTy->getAddressSpace() == GEP.getAddressSpace()) {
1923               GEP.setOperand(0, StrippedPtr);
1924               GEP.setSourceElementType(XATy);
1925               return &GEP;
1926             }
1927             // Cannot replace the base pointer directly because StrippedPtr's
1928             // address space is different. Instead, create a new GEP followed by
1929             // an addrspacecast.
1930             // e.g.,
1931             // GEP (addrspacecast [10 x i8] addrspace(1)* X to [0 x i8]*),
1932             //   i32 0, ...
1933             // ->
1934             // %0 = GEP [10 x i8] addrspace(1)* X, ...
1935             // addrspacecast i8 addrspace(1)* %0 to i8*
1936             SmallVector<Value*, 8> Idx(GEP.idx_begin(), GEP.idx_end());
1937             Value *NewGEP = GEP.isInBounds()
1938                                 ? Builder.CreateInBoundsGEP(
1939                                       nullptr, StrippedPtr, Idx, GEP.getName())
1940                                 : Builder.CreateGEP(nullptr, StrippedPtr, Idx,
1941                                                     GEP.getName());
1942             return new AddrSpaceCastInst(NewGEP, GEPType);
1943           }
1944         }
1945       }
1946     } else if (GEP.getNumOperands() == 2) {
1947       // Transform things like:
1948       // %t = getelementptr i32* bitcast ([2 x i32]* %str to i32*), i32 %V
1949       // into:  %t1 = getelementptr [2 x i32]* %str, i32 0, i32 %V; bitcast
1950       Type *SrcEltTy = StrippedPtrTy->getElementType();
1951       if (SrcEltTy->isArrayTy() &&
1952           DL.getTypeAllocSize(SrcEltTy->getArrayElementType()) ==
1953               DL.getTypeAllocSize(GEPEltType)) {
1954         Type *IdxType = DL.getIndexType(GEPType);
1955         Value *Idx[2] = { Constant::getNullValue(IdxType), GEP.getOperand(1) };
1956         Value *NewGEP =
1957             GEP.isInBounds()
1958                 ? Builder.CreateInBoundsGEP(nullptr, StrippedPtr, Idx,
1959                                             GEP.getName())
1960                 : Builder.CreateGEP(nullptr, StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
1961
1962         // V and GEP are both pointer types --> BitCast
1963         return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(NewGEP, GEPType);
1964       }
1965
1966       // Transform things like:
1967       // %V = mul i64 %N, 4
1968       // %t = getelementptr i8* bitcast (i32* %arr to i8*), i32 %V
1969       // into:  %t1 = getelementptr i32* %arr, i32 %N; bitcast
1970       if (GEPEltType->isSized() && SrcEltTy->isSized()) {
1971         // Check that changing the type amounts to dividing the index by a scale
1972         // factor.
1973         uint64_t ResSize = DL.getTypeAllocSize(GEPEltType);
1974         uint64_t SrcSize = DL.getTypeAllocSize(SrcEltTy);
1975         if (ResSize && SrcSize % ResSize == 0) {
1976           Value *Idx = GEP.getOperand(1);
1977           unsigned BitWidth = Idx->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
1978           uint64_t Scale = SrcSize / ResSize;
1979
1980           // Earlier transforms ensure that the index has the right type
1981           // according to Data Layout, which considerably simplifies the
1982           // logic by eliminating implicit casts.
1983           assert(Idx->getType() == DL.getIndexType(GEPType) &&
1984                  "Index type does not match the Data Layout preferences");
1985
1986           bool NSW;
1987           if (Value *NewIdx = Descale(Idx, APInt(BitWidth, Scale), NSW)) {
1988             // Successfully decomposed Idx as NewIdx * Scale, form a new GEP.
1989             // If the multiplication NewIdx * Scale may overflow then the new
1990             // GEP may not be "inbounds".
1991             Value *NewGEP =
1992                 GEP.isInBounds() && NSW
1993                     ? Builder.CreateInBoundsGEP(nullptr, StrippedPtr, NewIdx,
1994                                                 GEP.getName())
1995                     : Builder.CreateGEP(nullptr, StrippedPtr, NewIdx,
1996                                         GEP.getName());
1997
1998             // The NewGEP must be pointer typed, so must the old one -> BitCast
1999             return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(NewGEP,
2000                                                                  GEPType);
2001           }
2002         }
2003       }
2004
2005       // Similarly, transform things like:
2006       // getelementptr i8* bitcast ([100 x double]* X to i8*), i32 %tmp
2007       //   (where tmp = 8*tmp2) into:
2008       // getelementptr [100 x double]* %arr, i32 0, i32 %tmp2; bitcast
2009       if (GEPEltType->isSized() && SrcEltTy->isSized() &&
2010           SrcEltTy->isArrayTy()) {
2011         // Check that changing to the array element type amounts to dividing the
2012         // index by a scale factor.
2013         uint64_t ResSize = DL.getTypeAllocSize(GEPEltType);
2014         uint64_t ArrayEltSize =
2015             DL.getTypeAllocSize(SrcEltTy->getArrayElementType());
2016         if (ResSize && ArrayEltSize % ResSize == 0) {
2017           Value *Idx = GEP.getOperand(1);
2018           unsigned BitWidth = Idx->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
2019           uint64_t Scale = ArrayEltSize / ResSize;
2020
2021           // Earlier transforms ensure that the index has the right type
2022           // according to the Data Layout, which considerably simplifies
2023           // the logic by eliminating implicit casts.
2024           assert(Idx->getType() == DL.getIndexType(GEPType) &&
2025                  "Index type does not match the Data Layout preferences");
2026
2027           bool NSW;
2028           if (Value *NewIdx = Descale(Idx, APInt(BitWidth, Scale), NSW)) {
2029             // Successfully decomposed Idx as NewIdx * Scale, form a new GEP.
2030             // If the multiplication NewIdx * Scale may overflow then the new
2031             // GEP may not be "inbounds".
2032             Type *IndTy = DL.getIndexType(GEPType);
2033             Value *Off[2] = {Constant::getNullValue(IndTy), NewIdx};
2034
2035             Value *NewGEP = GEP.isInBounds() && NSW
2036                                 ? Builder.CreateInBoundsGEP(
2037                                       SrcEltTy, StrippedPtr, Off, GEP.getName())
2038                                 : Builder.CreateGEP(SrcEltTy, StrippedPtr, Off,
2039                                                     GEP.getName());
2040             // The NewGEP must be pointer typed, so must the old one -> BitCast
2041             return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(NewGEP,
2042                                                                  GEPType);
2043           }
2044         }
2045       }
2046     }
2047   }
2048
2049   // addrspacecast between types is canonicalized as a bitcast, then an
2050   // addrspacecast. To take advantage of the below bitcast + struct GEP, look
2051   // through the addrspacecast.
2052   Value *ASCStrippedPtrOp = PtrOp;
2053   if (auto *ASC = dyn_cast<AddrSpaceCastInst>(PtrOp)) {
2054     //   X = bitcast A addrspace(1)* to B addrspace(1)*
2055     //   Y = addrspacecast A addrspace(1)* to B addrspace(2)*
2056     //   Z = gep Y, <...constant indices...>
2057     // Into an addrspacecasted GEP of the struct.
2058     if (auto *BC = dyn_cast<BitCastInst>(ASC->getOperand(0)))
2059       ASCStrippedPtrOp = BC;
2060   }
2061
2062   if (auto *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(ASCStrippedPtrOp)) {
2063     Value *SrcOp = BCI->getOperand(0);
2064     PointerType *SrcType = cast<PointerType>(BCI->getSrcTy());
2065     Type *SrcEltType = SrcType->getElementType();
2066
2067     // GEP directly using the source operand if this GEP is accessing an element
2068     // of a bitcasted pointer to vector or array of the same dimensions:
2069     // gep (bitcast <c x ty>* X to [c x ty]*), Y, Z --> gep X, Y, Z
2070     // gep (bitcast [c x ty]* X to <c x ty>*), Y, Z --> gep X, Y, Z
2071     auto areMatchingArrayAndVecTypes = [](Type *ArrTy, Type *VecTy) {
2072       return ArrTy->getArrayElementType() == VecTy->getVectorElementType() &&
2073              ArrTy->getArrayNumElements() == VecTy->getVectorNumElements();
2074     };
2075     if (GEP.getNumOperands() == 3 &&
2076         ((GEPEltType->isArrayTy() && SrcEltType->isVectorTy() &&
2077           areMatchingArrayAndVecTypes(GEPEltType, SrcEltType)) ||
2078          (GEPEltType->isVectorTy() && SrcEltType->isArrayTy() &&
2079           areMatchingArrayAndVecTypes(SrcEltType, GEPEltType)))) {
2080
2081       // Create a new GEP here, as using `setOperand()` followed by
2082       // `setSourceElementType()` won't actually update the type of the
2083       // existing GEP Value. Causing issues if this Value is accessed when
2084       // constructing an AddrSpaceCastInst
2085       Value *NGEP =
2086           GEP.isInBounds()
2087               ? Builder.CreateInBoundsGEP(nullptr, SrcOp, {Ops[1], Ops[2]})
2088               : Builder.CreateGEP(nullptr, SrcOp, {Ops[1], Ops[2]});
2089       NGEP->takeName(&GEP);
2090
2091       // Preserve GEP address space to satisfy users
2092       if (NGEP->getType()->getPointerAddressSpace() != GEP.getAddressSpace())
2093         return new AddrSpaceCastInst(NGEP, GEPType);
2094
2095       return replaceInstUsesWith(GEP, NGEP);
2096     }
2097
2098     // See if we can simplify:
2099     //   X = bitcast A* to B*
2100     //   Y = gep X, <...constant indices...>
2101     // into a gep of the original struct. This is important for SROA and alias
2102     // analysis of unions. If "A" is also a bitcast, wait for A/X to be merged.
2103     unsigned OffsetBits = DL.getIndexTypeSizeInBits(GEPType);
2104     APInt Offset(OffsetBits, 0);
2105     if (!isa<BitCastInst>(SrcOp) && GEP.accumulateConstantOffset(DL, Offset)) {
2106       // If this GEP instruction doesn't move the pointer, just replace the GEP
2107       // with a bitcast of the real input to the dest type.
2108       if (!Offset) {
2109         // If the bitcast is of an allocation, and the allocation will be
2110         // converted to match the type of the cast, don't touch this.
2111         if (isa<AllocaInst>(SrcOp) || isAllocationFn(SrcOp, &TLI)) {
2112           // See if the bitcast simplifies, if so, don't nuke this GEP yet.
2113           if (Instruction *I = visitBitCast(*BCI)) {
2114             if (I != BCI) {
2115               I->takeName(BCI);
2116               BCI->getParent()->getInstList().insert(BCI->getIterator(), I);
2117               replaceInstUsesWith(*BCI, I);
2118             }
2119             return &GEP;
2120           }
2121         }
2122
2123         if (SrcType->getPointerAddressSpace() != GEP.getAddressSpace())
2124           return new AddrSpaceCastInst(SrcOp, GEPType);
2125         return new BitCastInst(SrcOp, GEPType);
2126       }
2127
2128       // Otherwise, if the offset is non-zero, we need to find out if there is a
2129       // field at Offset in 'A's type.  If so, we can pull the cast through the
2130       // GEP.
2131       SmallVector<Value*, 8> NewIndices;
2132       if (FindElementAtOffset(SrcType, Offset.getSExtValue(), NewIndices)) {
2133         Value *NGEP =
2134             GEP.isInBounds()
2135                 ? Builder.CreateInBoundsGEP(nullptr, SrcOp, NewIndices)
2136                 : Builder.CreateGEP(nullptr, SrcOp, NewIndices);
2137
2138         if (NGEP->getType() == GEPType)
2139           return replaceInstUsesWith(GEP, NGEP);
2140         NGEP->takeName(&GEP);
2141
2142         if (NGEP->getType()->getPointerAddressSpace() != GEP.getAddressSpace())
2143           return new AddrSpaceCastInst(NGEP, GEPType);
2144         return new BitCastInst(NGEP, GEPType);
2145       }
2146     }
2147   }
2148
2149   if (!GEP.isInBounds()) {
2150     unsigned IdxWidth =
2151         DL.getIndexSizeInBits(PtrOp->getType()->getPointerAddressSpace());
2152     APInt BasePtrOffset(IdxWidth, 0);
2153     Value *UnderlyingPtrOp =
2154             PtrOp->stripAndAccumulateInBoundsConstantOffsets(DL,
2155                                                              BasePtrOffset);
2156     if (auto *AI = dyn_cast<AllocaInst>(UnderlyingPtrOp)) {
2157       if (GEP.accumulateConstantOffset(DL, BasePtrOffset) &&
2158           BasePtrOffset.isNonNegative()) {
2159         APInt AllocSize(IdxWidth, DL.getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType()));
2160         if (BasePtrOffset.ule(AllocSize)) {
2161           return GetElementPtrInst::CreateInBounds(
2162               PtrOp, makeArrayRef(Ops).slice(1), GEP.getName());
2163         }
2164       }
2165     }
2166   }
2167
2168   return nullptr;
2169 }
2170
2171 static bool isNeverEqualToUnescapedAlloc(Value *V, const TargetLibraryInfo *TLI,
2172                                          Instruction *AI) {
2173   if (isa<ConstantPointerNull>(V))
2174     return true;
2175   if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(V))
2176     return isa<GlobalVariable>(LI->getPointerOperand());
2177   // Two distinct allocations will never be equal.
2178   // We rely on LookThroughBitCast in isAllocLikeFn being false, since looking
2179   // through bitcasts of V can cause
2180   // the result statement below to be true, even when AI and V (ex:
2181   // i8* ->i32* ->i8* of AI) are the same allocations.
2182   return isAllocLikeFn(V, TLI) && V != AI;
2183 }
2184
2185 static bool isAllocSiteRemovable(Instruction *AI,
2186                                  SmallVectorImpl<WeakTrackingVH> &Users,
2187                                  const TargetLibraryInfo *TLI) {
2188   SmallVector<Instruction*, 4> Worklist;
2189   Worklist.push_back(AI);
2190
2191   do {
2192     Instruction *PI = Worklist.pop_back_val();
2193     for (User *U : PI->users()) {
2194       Instruction *I = cast<Instruction>(U);
2195       switch (I->getOpcode()) {
2196       default:
2197         // Give up the moment we see something we can't handle.
2198         return false;
2199
2200       case Instruction::AddrSpaceCast:
2201       case Instruction::BitCast:
2202       case Instruction::GetElementPtr:
2203         Users.emplace_back(I);
2204         Worklist.push_back(I);
2205         continue;
2206
2207       case Instruction::ICmp: {
2208         ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(I);
2209         // We can fold eq/ne comparisons with null to false/true, respectively.
2210         // We also fold comparisons in some conditions provided the alloc has
2211         // not escaped (see isNeverEqualToUnescapedAlloc).
2212         if (!ICI->isEquality())
2213           return false;
2214         unsigned OtherIndex = (ICI->getOperand(0) == PI) ? 1 : 0;
2215         if (!isNeverEqualToUnescapedAlloc(ICI->getOperand(OtherIndex), TLI, AI))
2216           return false;
2217         Users.emplace_back(I);
2218         continue;
2219       }
2220
2221       case Instruction::Call:
2222         // Ignore no-op and store intrinsics.
2223         if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
2224           switch (II->getIntrinsicID()) {
2225           default:
2226             return false;
2227
2228           case Intrinsic::memmove:
2229           case Intrinsic::memcpy:
2230           case Intrinsic::memset: {
2231             MemIntrinsic *MI = cast<MemIntrinsic>(II);
2232             if (MI->isVolatile() || MI->getRawDest() != PI)
2233               return false;
2234             LLVM_FALLTHROUGH;
2235           }
2236           case Intrinsic::invariant_start:
2237           case Intrinsic::invariant_end:
2238           case Intrinsic::lifetime_start:
2239           case Intrinsic::lifetime_end:
2240           case Intrinsic::objectsize:
2241             Users.emplace_back(I);
2242             continue;
2243           }
2244         }
2245
2246         if (isFreeCall(I, TLI)) {
2247           Users.emplace_back(I);
2248           continue;
2249         }
2250         return false;
2251
2252       case Instruction::Store: {
2253         StoreInst *SI = cast<StoreInst>(I);
2254         if (SI->isVolatile() || SI->getPointerOperand() != PI)
2255           return false;
2256         Users.emplace_back(I);
2257         continue;
2258       }
2259       }
2260       llvm_unreachable("missing a return?");
2261     }
2262   } while (!Worklist.empty());
2263   return true;
2264 }
2265
2266 Instruction *InstCombiner::visitAllocSite(Instruction &MI) {
2267   // If we have a malloc call which is only used in any amount of comparisons to
2268   // null and free calls, delete the calls and replace the comparisons with true
2269   // or false as appropriate.
2270
2271   // This is based on the principle that we can substitute our own allocation
2272   // function (which will never return null) rather than knowledge of the
2273   // specific function being called. In some sense this can change the permitted
2274   // outputs of a program (when we convert a malloc to an alloca, the fact that
2275   // the allocation is now on the stack is potentially visible, for example),
2276   // but we believe in a permissible manner.
2277   SmallVector<WeakTrackingVH, 64> Users;
2278
2279   // If we are removing an alloca with a dbg.declare, insert dbg.value calls
2280   // before each store.
2281   TinyPtrVector<DbgVariableIntrinsic *> DIIs;
2282   std::unique_ptr<DIBuilder> DIB;
2283   if (isa<AllocaInst>(MI)) {
2284     DIIs = FindDbgAddrUses(&MI);
2285     DIB.reset(new DIBuilder(*MI.getModule(), /*AllowUnresolved=*/false));
2286   }
2287
2288   if (isAllocSiteRemovable(&MI, Users, &TLI)) {
2289     for (unsigned i = 0, e = Users.size(); i != e; ++i) {
2290       // Lowering all @llvm.objectsize calls first because they may
2291       // use a bitcast/GEP of the alloca we are removing.
2292       if (!Users[i])
2293        continue;
2294
2295       Instruction *I = cast<Instruction>(&*Users[i]);
2296
2297       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
2298         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::objectsize) {
2299           ConstantInt *Result = lowerObjectSizeCall(II, DL, &TLI,
2300                                                     /*MustSucceed=*/true);
2301           replaceInstUsesWith(*I, Result);
2302           eraseInstFromFunction(*I);
2303           Users[i] = nullptr; // Skip examining in the next loop.
2304         }
2305       }
2306     }
2307     for (unsigned i = 0, e = Users.size(); i != e; ++i) {
2308       if (!Users[i])
2309         continue;
2310
2311       Instruction *I = cast<Instruction>(&*Users[i]);
2312
2313       if (ICmpInst *C = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
2314         replaceInstUsesWith(*C,
2315                             ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(C->getContext()),
2316                                              C->isFalseWhenEqual()));
2317       } else if (isa<BitCastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I) ||
2318                  isa<AddrSpaceCastInst>(I)) {
2319         replaceInstUsesWith(*I, UndefValue::get(I->getType()));
2320       } else if (auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
2321         for (auto *DII : DIIs)
2322           ConvertDebugDeclareToDebugValue(DII, SI, *DIB);
2323       }
2324       eraseInstFromFunction(*I);
2325     }
2326
2327     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(&MI)) {
2328       // Replace invoke with a NOP intrinsic to maintain the original CFG
2329       Module *M = II->getModule();
2330       Function *F = Intrinsic::getDeclaration(M, Intrinsic::donothing);
2331       InvokeInst::Create(F, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
2332                          None, "", II->getParent());
2333     }
2334
2335     for (auto *DII : DIIs)
2336       eraseInstFromFunction(*DII);
2337
2338     return eraseInstFromFunction(MI);
2339   }
2340   return nullptr;
2341 }
2342
2343 /// Move the call to free before a NULL test.
2344 ///
2345 /// Check if this free is accessed after its argument has been test
2346 /// against NULL (property 0).
2347 /// If yes, it is legal to move this call in its predecessor block.
2348 ///
2349 /// The move is performed only if the block containing the call to free
2350 /// will be removed, i.e.:
2351 /// 1. it has only one predecessor P, and P has two successors
2352 /// 2. it contains the call, noops, and an unconditional branch
2353 /// 3. its successor is the same as its predecessor's successor
2354 ///
2355 /// The profitability is out-of concern here and this function should
2356 /// be called only if the caller knows this transformation would be
2357 /// profitable (e.g., for code size).
2358 static Instruction *tryToMoveFreeBeforeNullTest(CallInst &FI,
2359                                                 const DataLayout &DL) {
2360   Value *Op = FI.getArgOperand(0);
2361   BasicBlock *FreeInstrBB = FI.getParent();
2362   BasicBlock *PredBB = FreeInstrBB->getSinglePredecessor();
2363
2364   // Validate part of constraint #1: Only one predecessor
2365   // FIXME: We can extend the number of predecessor, but in that case, we
2366   //        would duplicate the call to free in each predecessor and it may
2367   //        not be profitable even for code size.
2368   if (!PredBB)
2369     return nullptr;
2370
2371   // Validate constraint #2: Does this block contains only the call to
2372   //                         free, noops, and an unconditional branch?
2373   BasicBlock *SuccBB;
2374   Instruction *FreeInstrBBTerminator = FreeInstrBB->getTerminator();
2375   if (!match(FreeInstrBBTerminator, m_UnconditionalBr(SuccBB)))
2376     return nullptr;
2377
2378   // If there are only 2 instructions in the block, at this point,
2379   // this is the call to free and unconditional.
2380   // If there are more than 2 instructions, check that they are noops
2381   // i.e., they won't hurt the performance of the generated code.
2382   if (FreeInstrBB->size() != 2) {
2383     for (const Instruction &Inst : *FreeInstrBB) {
2384       if (&Inst == &FI || &Inst == FreeInstrBBTerminator)
2385         continue;
2386       auto *Cast = dyn_cast<CastInst>(&Inst);
2387       if (!Cast || !Cast->isNoopCast(DL))
2388         return nullptr;
2389     }
2390   }
2391   // Validate the rest of constraint #1 by matching on the pred branch.
2392   Instruction *TI = PredBB->getTerminator();
2393   BasicBlock *TrueBB, *FalseBB;
2394   ICmpInst::Predicate Pred;
2395   if (!match(TI, m_Br(m_ICmp(Pred,
2396                              m_CombineOr(m_Specific(Op),
2397                                          m_Specific(Op->stripPointerCasts())),
2398                              m_Zero()),
2399                       TrueBB, FalseBB)))
2400     return nullptr;
2401   if (Pred != ICmpInst::ICMP_EQ && Pred != ICmpInst::ICMP_NE)
2402     return nullptr;
2403
2404   // Validate constraint #3: Ensure the null case just falls through.
2405   if (SuccBB != (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ ? TrueBB : FalseBB))
2406     return nullptr;
2407   assert(FreeInstrBB == (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ ? FalseBB : TrueBB) &&
2408          "Broken CFG: missing edge from predecessor to successor");
2409
2410   // At this point, we know that everything in FreeInstrBB can be moved
2411   // before TI.
2412   for (BasicBlock::iterator It = FreeInstrBB->begin(), End = FreeInstrBB->end();
2413        It != End;) {
2414     Instruction &Instr = *It++;
2415     if (&Instr == FreeInstrBBTerminator)
2416       break;
2417     Instr.moveBefore(TI);
2418   }
2419   assert(FreeInstrBB->size() == 1 &&
2420          "Only the branch instruction should remain");
2421   return &FI;
2422 }
2423
2424 Instruction *InstCombiner::visitFree(CallInst &FI) {
2425   Value *Op = FI.getArgOperand(0);
2426
2427   // free undef -> unreachable.
2428   if (isa<UndefValue>(Op)) {
2429     // Insert a new store to null because we cannot modify the CFG here.
2430     Builder.CreateStore(ConstantInt::getTrue(FI.getContext()),
2431                         UndefValue::get(Type::getInt1PtrTy(FI.getContext())));
2432     return eraseInstFromFunction(FI);
2433   }
2434
2435   // If we have 'free null' delete the instruction.  This can happen in stl code
2436   // when lots of inlining happens.
2437   if (isa<ConstantPointerNull>(Op))
2438     return eraseInstFromFunction(FI);
2439
2440   // If we optimize for code size, try to move the call to free before the null
2441   // test so that simplify cfg can remove the empty block and dead code
2442   // elimination the branch. I.e., helps to turn something like:
2443   // if (foo) free(foo);
2444   // into
2445   // free(foo);
2446   if (MinimizeSize)
2447     if (Instruction *I = tryToMoveFreeBeforeNullTest(FI, DL))
2448       return I;
2449
2450   return nullptr;
2451 }
2452
2453 Instruction *InstCombiner::visitReturnInst(ReturnInst &RI) {
2454   if (RI.getNumOperands() == 0) // ret void
2455     return nullptr;
2456
2457   Value *ResultOp = RI.getOperand(0);
2458   Type *VTy = ResultOp->getType();
2459   if (!VTy->isIntegerTy())
2460     return nullptr;
2461
2462   // There might be assume intrinsics dominating this return that completely
2463   // determine the value. If so, constant fold it.
2464   KnownBits Known = computeKnownBits(ResultOp, 0, &RI);
2465   if (Known.isConstant())
2466     RI.setOperand(0, Constant::getIntegerValue(VTy, Known.getConstant()));
2467
2468   return nullptr;
2469 }
2470
2471 Instruction *InstCombiner::visitBranchInst(BranchInst &BI) {
2472   // Change br (not X), label True, label False to: br X, label False, True
2473   Value *X = nullptr;
2474   BasicBlock *TrueDest;
2475   BasicBlock *FalseDest;
2476   if (match(&BI, m_Br(m_Not(m_Value(X)), TrueDest, FalseDest)) &&
2477       !isa<Constant>(X)) {
2478     // Swap Destinations and condition...
2479     BI.setCondition(X);
2480     BI.swapSuccessors();
2481     return &BI;
2482   }
2483
2484   // If the condition is irrelevant, remove the use so that other
2485   // transforms on the condition become more effective.
2486   if (BI.isConditional() && !isa<ConstantInt>(BI.getCondition()) &&
2487       BI.getSuccessor(0) == BI.getSuccessor(1)) {
2488     BI.setCondition(ConstantInt::getFalse(BI.getCondition()->getType()));
2489     return &BI;
2490   }
2491
2492   // Canonicalize, for example, icmp_ne -> icmp_eq or fcmp_one -> fcmp_oeq.
2493   CmpInst::Predicate Pred;
2494   if (match(&BI, m_Br(m_OneUse(m_Cmp(Pred, m_Value(), m_Value())), TrueDest,
2495                       FalseDest)) &&
2496       !isCanonicalPredicate(Pred)) {
2497     // Swap destinations and condition.
2498     CmpInst *Cond = cast<CmpInst>(BI.getCondition());
2499     Cond->setPredicate(CmpInst::getInversePredicate(Pred));
2500     BI.swapSuccessors();
2501     Worklist.Add(Cond);
2502     return &BI;
2503   }
2504
2505   return nullptr;
2506 }
2507
2508 Instruction *InstCombiner::visitSwitchInst(SwitchInst &SI) {
2509   Value *Cond = SI.getCondition();
2510   Value *Op0;
2511   ConstantInt *AddRHS;
2512   if (match(Cond, m_Add(m_Value(Op0), m_ConstantInt(AddRHS)))) {
2513     // Change 'switch (X+4) case 1:' into 'switch (X) case -3'.
2514     for (auto Case : SI.cases()) {
2515       Constant *NewCase = ConstantExpr::getSub(Case.getCaseValue(), AddRHS);
2516       assert(isa<ConstantInt>(NewCase) &&
2517              "Result of expression should be constant");
2518       Case.setValue(cast<ConstantInt>(NewCase));
2519     }
2520     SI.setCondition(Op0);
2521     return &SI;
2522   }
2523
2524   KnownBits Known = computeKnownBits(Cond, 0, &SI);
2525   unsigned LeadingKnownZeros = Known.countMinLeadingZeros();
2526   unsigned LeadingKnownOnes = Known.countMinLeadingOnes();
2527
2528   // Compute the number of leading bits we can ignore.
2529   // TODO: A better way to determine this would use ComputeNumSignBits().
2530   for (auto &C : SI.cases()) {
2531     LeadingKnownZeros = std::min(
2532         LeadingKnownZeros, C.getCaseValue()->getValue().countLeadingZeros());
2533     LeadingKnownOnes = std::min(
2534         LeadingKnownOnes, C.getCaseValue()->getValue().countLeadingOnes());
2535   }
2536
2537   unsigned NewWidth = Known.getBitWidth() - std::max(LeadingKnownZeros, LeadingKnownOnes);
2538
2539   // Shrink the condition operand if the new type is smaller than the old type.
2540   // But do not shrink to a non-standard type, because backend can't generate 
2541   // good code for that yet.
2542   // TODO: We can make it aggressive again after fixing PR39569.
2543   if (NewWidth > 0 && NewWidth < Known.getBitWidth() &&
2544       shouldChangeType(Known.getBitWidth(), NewWidth)) {
2545     IntegerType *Ty = IntegerType::get(SI.getContext(), NewWidth);
2546     Builder.SetInsertPoint(&SI);
2547     Value *NewCond = Builder.CreateTrunc(Cond, Ty, "trunc");
2548     SI.setCondition(NewCond);
2549
2550     for (auto Case : SI.cases()) {
2551       APInt TruncatedCase = Case.getCaseValue()->getValue().trunc(NewWidth);
2552       Case.setValue(ConstantInt::get(SI.getContext(), TruncatedCase));
2553     }
2554     return &SI;
2555   }
2556
2557   return nullptr;
2558 }
2559
2560 Instruction *InstCombiner::visitExtractValueInst(ExtractValueInst &EV) {
2561   Value *Agg = EV.getAggregateOperand();
2562
2563   if (!EV.hasIndices())
2564     return replaceInstUsesWith(EV, Agg);
2565
2566   if (Value *V = SimplifyExtractValueInst(Agg, EV.getIndices(),
2567                                           SQ.getWithInstruction(&EV)))
2568     return replaceInstUsesWith(EV, V);
2569
2570   if (InsertValueInst *IV = dyn_cast<InsertValueInst>(Agg)) {
2571     // We're extracting from an insertvalue instruction, compare the indices
2572     const unsigned *exti, *exte, *insi, *inse;
2573     for (exti = EV.idx_begin(), insi = IV->idx_begin(),
2574          exte = EV.idx_end(), inse = IV->idx_end();
2575          exti != exte && insi != inse;
2576          ++exti, ++insi) {
2577       if (*insi != *exti)
2578         // The insert and extract both reference distinctly different elements.
2579         // This means the extract is not influenced by the insert, and we can
2580         // replace the aggregate operand of the extract with the aggregate
2581         // operand of the insert. i.e., replace
2582         // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, { i32 } { i32 42 }, 1
2583         // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 0
2584         // with
2585         // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %A, 0
2586         return ExtractValueInst::Create(IV->getAggregateOperand(),
2587                                         EV.getIndices());
2588     }
2589     if (exti == exte && insi == inse)
2590       // Both iterators are at the end: Index lists are identical. Replace
2591       // %B = insertvalue { i32, { i32 } } %A, i32 42, 1, 0
2592       // %C = extractvalue { i32, { i32 } } %B, 1, 0
2593       // with "i32 42"
2594       return replaceInstUsesWith(EV, IV->getInsertedValueOperand());
2595     if (exti == exte) {
2596       // The extract list is a prefix of the insert list. i.e. replace
2597       // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, i32 42, 1, 0
2598       // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 1
2599       // with
2600       // %X = extractvalue { i32, { i32 } } %A, 1
2601       // %E = insertvalue { i32 } %X, i32 42, 0
2602       // by switching the order of the insert and extract (though the
2603       // insertvalue should be left in, since it may have other uses).
2604       Value *NewEV = Builder.CreateExtractValue(IV->getAggregateOperand(),
2605                                                 EV.getIndices());
2606       return InsertValueInst::Create(NewEV, IV->getInsertedValueOperand(),
2607                                      makeArrayRef(insi, inse));
2608     }
2609     if (insi == inse)
2610       // The insert list is a prefix of the extract list
2611       // We can simply remove the common indices from the extract and make it
2612       // operate on the inserted value instead of the insertvalue result.
2613       // i.e., replace
2614       // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, { i32 } { i32 42 }, 1
2615       // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 1, 0
2616       // with
2617       // %E extractvalue { i32 } { i32 42 }, 0
2618       return ExtractValueInst::Create(IV->getInsertedValueOperand(),
2619                                       makeArrayRef(exti, exte));
2620   }
2621   if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Agg)) {
2622     // We're extracting from an intrinsic, see if we're the only user, which
2623     // allows us to simplify multiple result intrinsics to simpler things that
2624     // just get one value.
2625     if (II->hasOneUse()) {
2626       // Check if we're grabbing the overflow bit or the result of a 'with
2627       // overflow' intrinsic.  If it's the latter we can remove the intrinsic
2628       // and replace it with a traditional binary instruction.
2629       switch (II->getIntrinsicID()) {
2630       case Intrinsic::uadd_with_overflow:
2631       case Intrinsic::sadd_with_overflow:
2632         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
2633           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
2634           replaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
2635           eraseInstFromFunction(*II);
2636           return BinaryOperator::CreateAdd(LHS, RHS);
2637         }
2638
2639         // If the normal result of the add is dead, and the RHS is a constant,
2640         // we can transform this into a range comparison.
2641         // overflow = uadd a, -4  -->  overflow = icmp ugt a, 3
2642         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::uadd_with_overflow)
2643           if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(1)))
2644             return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_UGT, II->getArgOperand(0),
2645                                 ConstantExpr::getNot(CI));
2646         break;
2647       case Intrinsic::usub_with_overflow:
2648       case Intrinsic::ssub_with_overflow:
2649         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
2650           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
2651           replaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
2652           eraseInstFromFunction(*II);
2653           return BinaryOperator::CreateSub(LHS, RHS);
2654         }
2655         break;
2656       case Intrinsic::umul_with_overflow:
2657       case Intrinsic::smul_with_overflow:
2658         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
2659           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
2660           replaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
2661           eraseInstFromFunction(*II);
2662           return BinaryOperator::CreateMul(LHS, RHS);
2663         }
2664         break;
2665       default:
2666         break;
2667       }
2668     }
2669   }
2670   if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(Agg))
2671     // If the (non-volatile) load only has one use, we can rewrite this to a
2672     // load from a GEP. This reduces the size of the load. If a load is used
2673     // only by extractvalue instructions then this either must have been
2674     // optimized before, or it is a struct with padding, in which case we
2675     // don't want to do the transformation as it loses padding knowledge.
2676     if (L->isSimple() && L->hasOneUse()) {
2677       // extractvalue has integer indices, getelementptr has Value*s. Convert.
2678       SmallVector<Value*, 4> Indices;
2679       // Prefix an i32 0 since we need the first element.
2680       Indices.push_back(Builder.getInt32(0));
2681       for (ExtractValueInst::idx_iterator I = EV.idx_begin(), E = EV.idx_end();
2682             I != E; ++I)
2683         Indices.push_back(Builder.getInt32(*I));
2684
2685       // We need to insert these at the location of the old load, not at that of
2686       // the extractvalue.
2687       Builder.SetInsertPoint(L);
2688       Value *GEP = Builder.CreateInBoundsGEP(L->getType(),
2689                                              L->getPointerOperand(), Indices);
2690       Instruction *NL = Builder.CreateLoad(GEP);
2691       // Whatever aliasing information we had for the orignal load must also
2692       // hold for the smaller load, so propagate the annotations.
2693       AAMDNodes Nodes;
2694       L->getAAMetadata(Nodes);
2695       NL->setAAMetadata(Nodes);
2696       // Returning the load directly will cause the main loop to insert it in
2697       // the wrong spot, so use replaceInstUsesWith().
2698       return replaceInstUsesWith(EV, NL);
2699     }
2700   // We could simplify extracts from other values. Note that nested extracts may
2701   // already be simplified implicitly by the above: extract (extract (insert) )
2702   // will be translated into extract ( insert ( extract ) ) first and then just
2703   // the value inserted, if appropriate. Similarly for extracts from single-use
2704   // loads: extract (extract (load)) will be translated to extract (load (gep))
2705   // and if again single-use then via load (gep (gep)) to load (gep).
2706   // However, double extracts from e.g. function arguments or return values
2707   // aren't handled yet.
2708   return nullptr;
2709 }
2710
2711 /// Return 'true' if the given typeinfo will match anything.
2712 static bool isCatchAll(EHPersonality Personality, Constant *TypeInfo) {
2713   switch (Personality) {
2714   case EHPersonality::GNU_C:
2715   case EHPersonality::GNU_C_SjLj:
2716   case EHPersonality::Rust:
2717     // The GCC C EH and Rust personality only exists to support cleanups, so
2718     // it's not clear what the semantics of catch clauses are.
2719     return false;
2720   case EHPersonality::Unknown:
2721     return false;
2722   case EHPersonality::GNU_Ada:
2723     // While __gnat_all_others_value will match any Ada exception, it doesn't
2724     // match foreign exceptions (or didn't, before gcc-4.7).
2725     return false;
2726   case EHPersonality::GNU_CXX:
2727   case EHPersonality::GNU_CXX_SjLj:
2728   case EHPersonality::GNU_ObjC:
2729   case EHPersonality::MSVC_X86SEH:
2730   case EHPersonality::MSVC_Win64SEH:
2731   case EHPersonality::MSVC_CXX:
2732   case EHPersonality::CoreCLR:
2733   case EHPersonality::Wasm_CXX:
2734     return TypeInfo->isNullValue();
2735   }
2736   llvm_unreachable("invalid enum");
2737 }
2738
2739 static bool shorter_filter(const Value *LHS, const Value *RHS) {
2740   return
2741     cast<ArrayType>(LHS->getType())->getNumElements()
2742   <
2743     cast<ArrayType>(RHS->getType())->getNumElements();
2744 }
2745
2746 Instruction *InstCombiner::visitLandingPadInst(LandingPadInst &LI) {
2747   // The logic here should be correct for any real-world personality function.
2748   // However if that turns out not to be true, the offending logic can always
2749   // be conditioned on the personality function, like the catch-all logic is.
2750   EHPersonality Personality =
2751       classifyEHPersonality(LI.getParent()->getParent()->getPersonalityFn());
2752
2753   // Simplify the list of clauses, eg by removing repeated catch clauses
2754   // (these are often created by inlining).
2755   bool MakeNewInstruction = false; // If true, recreate using the following:
2756   SmallVector<Constant *, 16> NewClauses; // - Clauses for the new instruction;
2757   bool CleanupFlag = LI.isCleanup();   // - The new instruction is a cleanup.
2758
2759   SmallPtrSet<Value *, 16> AlreadyCaught; // Typeinfos known caught already.
2760   for (unsigned i = 0, e = LI.getNumClauses(); i != e; ++i) {
2761     bool isLastClause = i + 1 == e;
2762     if (LI.isCatch(i)) {
2763       // A catch clause.
2764       Constant *CatchClause = LI.getClause(i);
2765       Constant *TypeInfo = CatchClause->stripPointerCasts();
2766
2767       // If we already saw this clause, there is no point in having a second
2768       // copy of it.
2769       if (AlreadyCaught.insert(TypeInfo).second) {
2770         // This catch clause was not already seen.
2771         NewClauses.push_back(CatchClause);
2772       } else {
2773         // Repeated catch clause - drop the redundant copy.
2774         MakeNewInstruction = true;
2775       }
2776
2777       // If this is a catch-all then there is no point in keeping any following
2778       // clauses or marking the landingpad as having a cleanup.
2779       if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
2780         if (!isLastClause)
2781           MakeNewInstruction = true;
2782         CleanupFlag = false;
2783         break;
2784       }
2785     } else {
2786       // A filter clause.  If any of the filter elements were already caught
2787       // then they can be dropped from the filter.  It is tempting to try to
2788       // exploit the filter further by saying that any typeinfo that does not
2789       // occur in the filter can't be caught later (and thus can be dropped).
2790       // However this would be wrong, since typeinfos can match without being
2791       // equal (for example if one represents a C++ class, and the other some
2792       // class derived from it).
2793       assert(LI.isFilter(i) && "Unsupported landingpad clause!");
2794       Constant *FilterClause = LI.getClause(i);
2795       ArrayType *FilterType = cast<ArrayType>(FilterClause->getType());
2796       unsigned NumTypeInfos = FilterType->getNumElements();
2797
2798       // An empty filter catches everything, so there is no point in keeping any
2799       // following clauses or marking the landingpad as having a cleanup.  By
2800       // dealing with this case here the following code is made a bit simpler.
2801       if (!NumTypeInfos) {
2802         NewClauses.push_back(FilterClause);
2803         if (!isLastClause)
2804           MakeNewInstruction = true;
2805         CleanupFlag = false;
2806         break;
2807       }
2808
2809       bool MakeNewFilter = false; // If true, make a new filter.
2810       SmallVector<Constant *, 16> NewFilterElts; // New elements.
2811       if (isa<ConstantAggregateZero>(FilterClause)) {
2812         // Not an empty filter - it contains at least one null typeinfo.
2813         assert(NumTypeInfos > 0 && "Should have handled empty filter already!");
2814         Constant *TypeInfo =
2815           Constant::getNullValue(FilterType->getElementType());
2816         // If this typeinfo is a catch-all then the filter can never match.
2817         if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
2818           // Throw the filter away.
2819           MakeNewInstruction = true;
2820           continue;
2821         }
2822
2823         // There is no point in having multiple copies of this typeinfo, so
2824         // discard all but the first copy if there is more than one.
2825         NewFilterElts.push_back(TypeInfo);
2826         if (NumTypeInfos > 1)
2827           MakeNewFilter = true;
2828       } else {
2829         ConstantArray *Filter = cast<ConstantArray>(FilterClause);
2830         SmallPtrSet<Value *, 16> SeenInFilter; // For uniquing the elements.
2831         NewFilterElts.reserve(NumTypeInfos);
2832
2833         // Remove any filter elements that were already caught or that already
2834         // occurred in the filter.  While there, see if any of the elements are
2835         // catch-alls.  If so, the filter can be discarded.
2836         bool SawCatchAll = false;
2837         for (unsigned j = 0; j != NumTypeInfos; ++j) {
2838           Constant *Elt = Filter->getOperand(j);
2839           Constant *TypeInfo = Elt->stripPointerCasts();
2840           if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
2841             // This element is a catch-all.  Bail out, noting this fact.
2842             SawCatchAll = true;
2843             break;
2844           }
2845
2846           // Even if we've seen a type in a catch clause, we don't want to
2847           // remove it from the filter.  An unexpected type handler may be
2848           // set up for a call site which throws an exception of the same
2849           // type caught.  In order for the exception thrown by the unexpected
2850           // handler to propagate correctly, the filter must be correctly
2851           // described for the call site.
2852           //
2853           // Example:
2854           //
2855           // void unexpected() { throw 1;}
2856           // void foo() throw (int) {
2857           //   std::set_unexpected(unexpected);
2858           //   try {
2859           //     throw 2.0;
2860           //   } catch (int i) {}
2861           // }
2862
2863           // There is no point in having multiple copies of the same typeinfo in
2864           // a filter, so only add it if we didn't already.
2865           if (SeenInFilter.insert(TypeInfo).second)
2866             NewFilterElts.push_back(cast<Constant>(Elt));
2867         }
2868         // A filter containing a catch-all cannot match anything by definition.
2869         if (SawCatchAll) {
2870           // Throw the filter away.
2871           MakeNewInstruction = true;
2872           continue;
2873         }
2874
2875         // If we dropped something from the filter, make a new one.
2876         if (NewFilterElts.size() < NumTypeInfos)
2877           MakeNewFilter = true;
2878       }
2879       if (MakeNewFilter) {
2880         FilterType = ArrayType::get(FilterType->getElementType(),
2881                                     NewFilterElts.size());
2882         FilterClause = ConstantArray::get(FilterType, NewFilterElts);
2883         MakeNewInstruction = true;
2884       }
2885
2886       NewClauses.push_back(FilterClause);
2887
2888       // If the new filter is empty then it will catch everything so there is
2889       // no point in keeping any following clauses or marking the landingpad
2890       // as having a cleanup.  The case of the original filter being empty was
2891       // already handled above.
2892       if (MakeNewFilter && !NewFilterElts.size()) {
2893         assert(MakeNewInstruction && "New filter but not a new instruction!");
2894         CleanupFlag = false;
2895         break;
2896       }
2897     }
2898   }
2899
2900   // If several filters occur in a row then reorder them so that the shortest
2901   // filters come first (those with the smallest number of elements).  This is
2902   // advantageous because shorter filters are more likely to match, speeding up
2903   // unwinding, but mostly because it increases the effectiveness of the other
2904   // filter optimizations below.
2905   for (unsigned i = 0, e = NewClauses.size(); i + 1 < e; ) {
2906     unsigned j;
2907     // Find the maximal 'j' s.t. the range [i, j) consists entirely of filters.
2908     for (j = i; j != e; ++j)
2909       if (!isa<ArrayType>(NewClauses[j]->getType()))
2910         break;
2911
2912     // Check whether the filters are already sorted by length.  We need to know
2913     // if sorting them is actually going to do anything so that we only make a
2914     // new landingpad instruction if it does.
2915     for (unsigned k = i; k + 1 < j; ++k)
2916       if (shorter_filter(NewClauses[k+1], NewClauses[k])) {
2917         // Not sorted, so sort the filters now.  Doing an unstable sort would be
2918         // correct too but reordering filters pointlessly might confuse users.
2919         std::stable_sort(NewClauses.begin() + i, NewClauses.begin() + j,
2920                          shorter_filter);
2921         MakeNewInstruction = true;
2922         break;
2923       }
2924
2925     // Look for the next batch of filters.
2926     i = j + 1;
2927   }
2928
2929   // If typeinfos matched if and only if equal, then the elements of a filter L
2930   // that occurs later than a filter F could be replaced by the intersection of
2931   // the elements of F and L.  In reality two typeinfos can match without being
2932   // equal (for example if one represents a C++ class, and the other some class
2933   // derived from it) so it would be wrong to perform this transform in general.
2934   // However the transform is correct and useful if F is a subset of L.  In that
2935   // case L can be replaced by F, and thus removed altogether since repeating a
2936   // filter is pointless.  So here we look at all pairs of filters F and L where
2937   // L follows F in the list of clauses, and remove L if every element of F is
2938   // an element of L.  This can occur when inlining C++ functions with exception
2939   // specifications.
2940   for (unsigned i = 0; i + 1 < NewClauses.size(); ++i) {
2941     // Examine each filter in turn.
2942     Value *Filter = NewClauses[i];
2943     ArrayType *FTy = dyn_cast<ArrayType>(Filter->getType());
2944     if (!FTy)
2945       // Not a filter - skip it.
2946       continue;
2947     unsigned FElts = FTy->getNumElements();
2948     // Examine each filter following this one.  Doing this backwards means that
2949     // we don't have to worry about filters disappearing under us when removed.
2950     for (unsigned j = NewClauses.size() - 1; j != i; --j) {
2951       Value *LFilter = NewClauses[j];
2952       ArrayType *LTy = dyn_cast<ArrayType>(LFilter->getType());
2953       if (!LTy)
2954         // Not a filter - skip it.
2955         continue;
2956       // If Filter is a subset of LFilter, i.e. every element of Filter is also
2957       // an element of LFilter, then discard LFilter.
2958       SmallVectorImpl<Constant *>::iterator J = NewClauses.begin() + j;
2959       // If Filter is empty then it is a subset of LFilter.
2960       if (!FElts) {
2961         // Discard LFilter.
2962         NewClauses.erase(J);
2963         MakeNewInstruction = true;
2964         // Move on to the next filter.
2965         continue;
2966       }
2967       unsigned LElts = LTy->getNumElements();
2968       // If Filter is longer than LFilter then it cannot be a subset of it.
2969       if (FElts > LElts)
2970         // Move on to the next filter.
2971         continue;
2972       // At this point we know that LFilter has at least one element.
2973       if (isa<ConstantAggregateZero>(LFilter)) { // LFilter only contains zeros.
2974         // Filter is a subset of LFilter iff Filter contains only zeros (as we
2975         // already know that Filter is not longer than LFilter).
2976         if (isa<ConstantAggregateZero>(Filter)) {
2977           assert(FElts <= LElts && "Should have handled this case earlier!");
2978           // Discard LFilter.
2979           NewClauses.erase(J);
2980           MakeNewInstruction = true;
2981         }
2982         // Move on to the next filter.
2983         continue;
2984       }
2985       ConstantArray *LArray = cast<ConstantArray>(LFilter);
2986       if (isa<ConstantAggregateZero>(Filter)) { // Filter only contains zeros.
2987         // Since Filter is non-empty and contains only zeros, it is a subset of
2988         // LFilter iff LFilter contains a zero.
2989         assert(FElts > 0 && "Should have eliminated the empty filter earlier!");
2990         for (unsigned l = 0; l != LElts; ++l)
2991           if (LArray->getOperand(l)->isNullValue()) {
2992             // LFilter contains a zero - discard it.
2993             NewClauses.erase(J);
2994             MakeNewInstruction = true;
2995             break;
2996           }
2997         // Move on to the next filter.
2998         continue;
2999       }
3000       // At this point we know that both filters are ConstantArrays.  Loop over
3001       // operands to see whether every element of Filter is also an element of
3002       // LFilter.  Since filters tend to be short this is probably faster than
3003       // using a method that scales nicely.
3004       ConstantArray *FArray = cast<ConstantArray>(Filter);
3005       bool AllFound = true;
3006       for (unsigned f = 0; f != FElts; ++f) {
3007         Value *FTypeInfo = FArray->getOperand(f)->stripPointerCasts();
3008         AllFound = false;
3009         for (unsigned l = 0; l != LElts; ++l) {
3010           Value *LTypeInfo = LArray->getOperand(l)->stripPointerCasts();
3011           if (LTypeInfo == FTypeInfo) {
3012             AllFound = true;
3013             break;
3014           }
3015         }
3016         if (!AllFound)
3017           break;
3018       }
3019       if (AllFound) {
3020         // Discard LFilter.
3021         NewClauses.erase(J);
3022         MakeNewInstruction = true;
3023       }
3024       // Move on to the next filter.
3025     }
3026   }
3027
3028   // If we changed any of the clauses, replace the old landingpad instruction
3029   // with a new one.
3030   if (MakeNewInstruction) {
3031     LandingPadInst *NLI = LandingPadInst::Create(LI.getType(),
3032                                                  NewClauses.size());
3033     for (unsigned i = 0, e = NewClauses.size(); i != e; ++i)
3034       NLI->addClause(NewClauses[i]);
3035     // A landing pad with no clauses must have the cleanup flag set.  It is
3036     // theoretically possible, though highly unlikely, that we eliminated all
3037     // clauses.  If so, force the cleanup flag to true.
3038     if (NewClauses.empty())
3039       CleanupFlag = true;
3040     NLI->setCleanup(CleanupFlag);
3041     return NLI;
3042   }
3043
3044   // Even if none of the clauses changed, we may nonetheless have understood
3045   // that the cleanup flag is pointless.  Clear it if so.
3046   if (LI.isCleanup() != CleanupFlag) {
3047     assert(!CleanupFlag && "Adding a cleanup, not removing one?!");
3048     LI.setCleanup(CleanupFlag);
3049     return &LI;
3050   }
3051
3052   return nullptr;
3053 }
3054
3055 /// Try to move the specified instruction from its current block into the
3056 /// beginning of DestBlock, which can only happen if it's safe to move the
3057 /// instruction past all of the instructions between it and the end of its
3058 /// block.
3059 static bool TryToSinkInstruction(Instruction *I, BasicBlock *DestBlock) {
3060   assert(I->hasOneUse() && "Invariants didn't hold!");
3061   BasicBlock *SrcBlock = I->getParent();
3062
3063   // Cannot move control-flow-involving, volatile loads, vaarg, etc.
3064   if (isa<PHINode>(I) || I->isEHPad() || I->mayHaveSideEffects() ||
3065       I->isTerminator())
3066     return false;
3067
3068   // Do not sink alloca instructions out of the entry block.
3069   if (isa<AllocaInst>(I) && I->getParent() ==
3070         &DestBlock->getParent()->getEntryBlock())
3071     return false;
3072
3073   // Do not sink into catchswitch blocks.
3074   if (isa<CatchSwitchInst>(DestBlock->getTerminator()))
3075     return false;
3076
3077   // Do not sink convergent call instructions.
3078   if (auto *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
3079     if (CI->isConvergent())
3080       return false;
3081   }
3082   // We can only sink load instructions if there is nothing between the load and
3083   // the end of block that could change the value.
3084   if (I->mayReadFromMemory()) {
3085     for (BasicBlock::iterator Scan = I->getIterator(),
3086                               E = I->getParent()->end();
3087          Scan != E; ++Scan)
3088       if (Scan->mayWriteToMemory())
3089         return false;
3090   }
3091   BasicBlock::iterator InsertPos = DestBlock->getFirstInsertionPt();
3092   I->moveBefore(&*InsertPos);
3093   ++NumSunkInst;
3094
3095   // Also sink all related debug uses from the source basic block. Otherwise we
3096   // get debug use before the def.
3097   SmallVector<DbgVariableIntrinsic *, 1> DbgUsers;
3098   findDbgUsers(DbgUsers, I);
3099   for (auto *DII : DbgUsers) {
3100     if (DII->getParent() == SrcBlock) {
3101       DII->moveBefore(&*InsertPos);
3102       LLVM_DEBUG(dbgs() << "SINK: " << *DII << '\n');
3103     }
3104   }
3105   return true;
3106 }
3107
3108 bool InstCombiner::run() {
3109   while (!Worklist.isEmpty()) {
3110     Instruction *I = Worklist.RemoveOne();
3111     if (I == nullptr) continue;  // skip null values.
3112
3113     // Check to see if we can DCE the instruction.
3114     if (isInstructionTriviallyDead(I, &TLI)) {
3115       LLVM_DEBUG(dbgs() << "IC: DCE: " << *I << '\n');
3116       eraseInstFromFunction(*I);
3117       ++NumDeadInst;
3118       MadeIRChange = true;
3119       continue;
3120     }
3121
3122     if (!DebugCounter::shouldExecute(VisitCounter))
3123       continue;
3124
3125     // Instruction isn't dead, see if we can constant propagate it.
3126     if (!I->use_empty() &&
3127         (I->getNumOperands() == 0 || isa<Constant>(I->getOperand(0)))) {
3128       if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(I, DL, &TLI)) {
3129         LLVM_DEBUG(dbgs() << "IC: ConstFold to: " << *C << " from: " << *I
3130                           << '\n');
3131
3132         // Add operands to the worklist.
3133         replaceInstUsesWith(*I, C);
3134         ++NumConstProp;
3135         if (isInstructionTriviallyDead(I, &TLI))
3136           eraseInstFromFunction(*I);
3137         MadeIRChange = true;
3138         continue;
3139       }
3140     }
3141
3142     // In general, it is possible for computeKnownBits to determine all bits in
3143     // a value even when the operands are not all constants.
3144     Type *Ty = I->getType();
3145     if (ExpensiveCombines && !I->use_empty() && Ty->isIntOrIntVectorTy()) {
3146       KnownBits Known = computeKnownBits(I, /*Depth*/0, I);
3147       if (Known.isConstant()) {
3148         Constant *C = ConstantInt::get(Ty, Known.getConstant());
3149         LLVM_DEBUG(dbgs() << "IC: ConstFold (all bits known) to: " << *C
3150                           << " from: " << *I << '\n');
3151
3152         // Add operands to the worklist.
3153         replaceInstUsesWith(*I, C);
3154         ++NumConstProp;
3155         if (isInstructionTriviallyDead(I, &TLI))
3156           eraseInstFromFunction(*I);
3157         MadeIRChange = true;
3158         continue;
3159       }
3160     }
3161
3162     // See if we can trivially sink this instruction to a successor basic block.
3163     if (EnableCodeSinking && I->hasOneUse()) {
3164       BasicBlock *BB = I->getParent();
3165       Instruction *UserInst = cast<Instruction>(*I->user_begin());
3166       BasicBlock *UserParent;
3167
3168       // Get the block the use occurs in.
3169       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(UserInst))
3170         UserParent = PN->getIncomingBlock(*I->use_begin());
3171       else
3172         UserParent = UserInst->getParent();
3173
3174       if (UserParent != BB) {
3175         bool UserIsSuccessor = false;
3176         // See if the user is one of our successors.
3177         for (succ_iterator SI = succ_begin(BB), E = succ_end(BB); SI != E; ++SI)
3178           if (*SI == UserParent) {
3179             UserIsSuccessor = true;
3180             break;
3181           }
3182
3183         // If the user is one of our immediate successors, and if that successor
3184         // only has us as a predecessors (we'd have to split the critical edge
3185         // otherwise), we can keep going.
3186         if (UserIsSuccessor && UserParent->getUniquePredecessor()) {
3187           // Okay, the CFG is simple enough, try to sink this instruction.
3188           if (TryToSinkInstruction(I, UserParent)) {
3189             LLVM_DEBUG(dbgs() << "IC: Sink: " << *I << '\n');
3190             MadeIRChange = true;
3191             // We'll add uses of the sunk instruction below, but since sinking
3192             // can expose opportunities for it's *operands* add them to the
3193             // worklist
3194             for (Use &U : I->operands())
3195               if (Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(U.get()))
3196                 Worklist.Add(OpI);
3197           }
3198         }
3199       }
3200     }
3201
3202     // Now that we have an instruction, try combining it to simplify it.
3203     Builder.SetInsertPoint(I);
3204     Builder.SetCurrentDebugLocation(I->getDebugLoc());
3205
3206 #ifndef NDEBUG
3207     std::string OrigI;
3208 #endif
3209     LLVM_DEBUG(raw_string_ostream SS(OrigI); I->print(SS); OrigI = SS.str(););
3210     LLVM_DEBUG(dbgs() << "IC: Visiting: " << OrigI << '\n');
3211
3212     if (Instruction *Result = visit(*I)) {
3213       ++NumCombined;
3214       // Should we replace the old instruction with a new one?
3215       if (Result != I) {
3216         LLVM_DEBUG(dbgs() << "IC: Old = " << *I << '\n'
3217                           << "    New = " << *Result << '\n');
3218
3219         if (I->getDebugLoc())
3220           Result->setDebugLoc(I->getDebugLoc());
3221         // Everything uses the new instruction now.
3222         I->replaceAllUsesWith(Result);
3223
3224         // Move the name to the new instruction first.
3225         Result->takeName(I);
3226
3227         // Push the new instruction and any users onto the worklist.
3228         Worklist.AddUsersToWorkList(*Result);
3229         Worklist.Add(Result);
3230
3231         // Insert the new instruction into the basic block...
3232         BasicBlock *InstParent = I->getParent();
3233         BasicBlock::iterator InsertPos = I->getIterator();
3234
3235         // If we replace a PHI with something that isn't a PHI, fix up the
3236         // insertion point.
3237         if (!isa<PHINode>(Result) && isa<PHINode>(InsertPos))
3238           InsertPos = InstParent->getFirstInsertionPt();
3239
3240         InstParent->getInstList().insert(InsertPos, Result);
3241
3242         eraseInstFromFunction(*I);
3243       } else {
3244         LLVM_DEBUG(dbgs() << "IC: Mod = " << OrigI << '\n'
3245                           << "    New = " << *I << '\n');
3246
3247         // If the instruction was modified, it's possible that it is now dead.
3248         // if so, remove it.
3249         if (isInstructionTriviallyDead(I, &TLI)) {
3250           eraseInstFromFunction(*I);
3251         } else {
3252           Worklist.AddUsersToWorkList(*I);
3253           Worklist.Add(I);
3254         }
3255       }
3256       MadeIRChange = true;
3257     }
3258   }
3259
3260   Worklist.Zap();
3261   return MadeIRChange;
3262 }
3263
3264 /// Walk the function in depth-first order, adding all reachable code to the
3265 /// worklist.
3266 ///
3267 /// This has a couple of tricks to make the code faster and more powerful.  In
3268 /// particular, we constant fold and DCE instructions as we go, to avoid adding
3269 /// them to the worklist (this significantly speeds up instcombine on code where
3270 /// many instructions are dead or constant).  Additionally, if we find a branch
3271 /// whose condition is a known constant, we only visit the reachable successors.
3272 static bool AddReachableCodeToWorklist(BasicBlock *BB, const DataLayout &DL,
3273                                        SmallPtrSetImpl<BasicBlock *> &Visited,
3274                                        InstCombineWorklist &ICWorklist,
3275                                        const TargetLibraryInfo *TLI) {
3276   bool MadeIRChange = false;
3277   SmallVector<BasicBlock*, 256> Worklist;
3278   Worklist.push_back(BB);
3279
3280   SmallVector<Instruction*, 128> InstrsForInstCombineWorklist;
3281   DenseMap<Constant *, Constant *> FoldedConstants;
3282
3283   do {
3284     BB = Worklist.pop_back_val();
3285
3286     // We have now visited this block!  If we've already been here, ignore it.
3287     if (!Visited.insert(BB).second)
3288       continue;
3289
3290     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(), E = BB->end(); BBI != E; ) {
3291       Instruction *Inst = &*BBI++;
3292
3293       // DCE instruction if trivially dead.
3294       if (isInstructionTriviallyDead(Inst, TLI)) {
3295         ++NumDeadInst;
3296         LLVM_DEBUG(dbgs() << "IC: DCE: " << *Inst << '\n');
3297         salvageDebugInfo(*Inst);
3298         Inst->eraseFromParent();
3299         MadeIRChange = true;
3300         continue;
3301       }
3302
3303       // ConstantProp instruction if trivially constant.
3304       if (!Inst->use_empty() &&
3305           (Inst->getNumOperands() == 0 || isa<Constant>(Inst->getOperand(0))))
3306         if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(Inst, DL, TLI)) {
3307           LLVM_DEBUG(dbgs() << "IC: ConstFold to: " << *C << " from: " << *Inst
3308                             << '\n');
3309           Inst->replaceAllUsesWith(C);
3310           ++NumConstProp;
3311           if (isInstructionTriviallyDead(Inst, TLI))
3312             Inst->eraseFromParent();
3313           MadeIRChange = true;
3314           continue;
3315         }
3316
3317       // See if we can constant fold its operands.
3318       for (Use &U : Inst->operands()) {
3319         if (!isa<ConstantVector>(U) && !isa<ConstantExpr>(U))
3320           continue;
3321
3322         auto *C = cast<Constant>(U);
3323         Constant *&FoldRes = FoldedConstants[C];
3324         if (!FoldRes)
3325           FoldRes = ConstantFoldConstant(C, DL, TLI);
3326         if (!FoldRes)
3327           FoldRes = C;
3328
3329         if (FoldRes != C) {
3330           LLVM_DEBUG(dbgs() << "IC: ConstFold operand of: " << *Inst
3331                             << "\n    Old = " << *C
3332                             << "\n    New = " << *FoldRes << '\n');
3333           U = FoldRes;
3334           MadeIRChange = true;
3335         }
3336       }
3337
3338       // Skip processing debug intrinsics in InstCombine. Processing these call instructions
3339       // consumes non-trivial amount of time and provides no value for the optimization.
3340       if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(Inst))
3341         InstrsForInstCombineWorklist.push_back(Inst);
3342     }
3343
3344     // Recursively visit successors.  If this is a branch or switch on a
3345     // constant, only visit the reachable successor.
3346     Instruction *TI = BB->getTerminator();
3347     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
3348       if (BI->isConditional() && isa<ConstantInt>(BI->getCondition())) {
3349         bool CondVal = cast<ConstantInt>(BI->getCondition())->getZExtValue();
3350         BasicBlock *ReachableBB = BI->getSuccessor(!CondVal);
3351         Worklist.push_back(ReachableBB);
3352         continue;
3353       }
3354     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
3355       if (ConstantInt *Cond = dyn_cast<ConstantInt>(SI->getCondition())) {
3356         Worklist.push_back(SI->findCaseValue(Cond)->getCaseSuccessor());
3357         continue;
3358       }
3359     }
3360
3361     for (BasicBlock *SuccBB : successors(TI))
3362       Worklist.push_back(SuccBB);
3363   } while (!Worklist.empty());
3364
3365   // Once we've found all of the instructions to add to instcombine's worklist,
3366   // add them in reverse order.  This way instcombine will visit from the top
3367   // of the function down.  This jives well with the way that it adds all uses
3368   // of instructions to the worklist after doing a transformation, thus avoiding
3369   // some N^2 behavior in pathological cases.
3370   ICWorklist.AddInitialGroup(InstrsForInstCombineWorklist);
3371
3372   return MadeIRChange;
3373 }
3374
3375 /// Populate the IC worklist from a function, and prune any dead basic
3376 /// blocks discovered in the process.
3377 ///
3378 /// This also does basic constant propagation and other forward fixing to make
3379 /// the combiner itself run much faster.
3380 static bool prepareICWorklistFromFunction(Function &F, const DataLayout &DL,
3381                                           TargetLibraryInfo *TLI,
3382                                           InstCombineWorklist &ICWorklist) {
3383   bool MadeIRChange = false;
3384
3385   // Do a depth-first traversal of the function, populate the worklist with
3386   // the reachable instructions.  Ignore blocks that are not reachable.  Keep
3387   // track of which blocks we visit.
3388   SmallPtrSet<BasicBlock *, 32> Visited;
3389   MadeIRChange |=
3390       AddReachableCodeToWorklist(&F.front(), DL, Visited, ICWorklist, TLI);
3391
3392   // Do a quick scan over the function.  If we find any blocks that are
3393   // unreachable, remove any instructions inside of them.  This prevents
3394   // the instcombine code from having to deal with some bad special cases.
3395   for (BasicBlock &BB : F) {
3396     if (Visited.count(&BB))
3397       continue;
3398
3399     unsigned NumDeadInstInBB = removeAllNonTerminatorAndEHPadInstructions(&BB);
3400     MadeIRChange |= NumDeadInstInBB > 0;
3401     NumDeadInst += NumDeadInstInBB;
3402   }
3403
3404   return MadeIRChange;
3405 }
3406
3407 static bool combineInstructionsOverFunction(
3408     Function &F, InstCombineWorklist &Worklist, AliasAnalysis *AA,
3409     AssumptionCache &AC, TargetLibraryInfo &TLI, DominatorTree &DT,
3410     OptimizationRemarkEmitter &ORE, bool ExpensiveCombines = true,
3411     LoopInfo *LI = nullptr) {
3412   auto &DL = F.getParent()->getDataLayout();
3413   ExpensiveCombines |= EnableExpensiveCombines;
3414
3415   /// Builder - This is an IRBuilder that automatically inserts new
3416   /// instructions into the worklist when they are created.
3417   IRBuilder<TargetFolder, IRBuilderCallbackInserter> Builder(
3418       F.getContext(), TargetFolder(DL),
3419       IRBuilderCallbackInserter([&Worklist, &AC](Instruction *I) {
3420         Worklist.Add(I);
3421         if (match(I, m_Intrinsic<Intrinsic::assume>()))
3422           AC.registerAssumption(cast<CallInst>(I));
3423       }));
3424
3425   // Lower dbg.declare intrinsics otherwise their value may be clobbered
3426   // by instcombiner.
3427   bool MadeIRChange = false;
3428   if (ShouldLowerDbgDeclare)
3429     MadeIRChange = LowerDbgDeclare(F);
3430
3431   // Iterate while there is work to do.
3432   int Iteration = 0;
3433   while (true) {
3434     ++Iteration;
3435     LLVM_DEBUG(dbgs() << "\n\nINSTCOMBINE ITERATION #" << Iteration << " on "
3436                       << F.getName() << "\n");
3437
3438     MadeIRChange |= prepareICWorklistFromFunction(F, DL, &TLI, Worklist);
3439
3440     InstCombiner IC(Worklist, Builder, F.optForMinSize(), ExpensiveCombines, AA,
3441                     AC, TLI, DT, ORE, DL, LI);
3442     IC.MaxArraySizeForCombine = MaxArraySize;
3443
3444     if (!IC.run())
3445       break;
3446   }
3447
3448   return MadeIRChange || Iteration > 1;
3449 }
3450
3451 PreservedAnalyses InstCombinePass::run(Function &F,
3452                                        FunctionAnalysisManager &AM) {
3453   auto &AC = AM.getResult<AssumptionAnalysis>(F);
3454   auto &DT = AM.getResult<DominatorTreeAnalysis>(F);
3455   auto &TLI = AM.getResult<TargetLibraryAnalysis>(F);
3456   auto &ORE = AM.getResult<OptimizationRemarkEmitterAnalysis>(F);
3457
3458   auto *LI = AM.getCachedResult<LoopAnalysis>(F);
3459
3460   auto *AA = &AM.getResult<AAManager>(F);
3461   if (!combineInstructionsOverFunction(F, Worklist, AA, AC, TLI, DT, ORE,
3462                                        ExpensiveCombines, LI))
3463     // No changes, all analyses are preserved.
3464     return PreservedAnalyses::all();
3465
3466   // Mark all the analyses that instcombine updates as preserved.
3467   PreservedAnalyses PA;
3468   PA.preserveSet<CFGAnalyses>();
3469   PA.preserve<AAManager>();
3470   PA.preserve<BasicAA>();
3471   PA.preserve<GlobalsAA>();
3472   return PA;
3473 }
3474
3475 void InstructionCombiningPass::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
3476   AU.setPreservesCFG();
3477   AU.addRequired<AAResultsWrapperPass>();
3478   AU.addRequired<AssumptionCacheTracker>();
3479   AU.addRequired<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
3480   AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
3481   AU.addRequired<OptimizationRemarkEmitterWrapperPass>();
3482   AU.addPreserved<DominatorTreeWrapperPass>();
3483   AU.addPreserved<AAResultsWrapperPass>();
3484   AU.addPreserved<BasicAAWrapperPass>();
3485   AU.addPreserved<GlobalsAAWrapperPass>();
3486 }
3487
3488 bool InstructionCombiningPass::runOnFunction(Function &F) {
3489   if (skipFunction(F))
3490     return false;
3491
3492   // Required analyses.
3493   auto AA = &getAnalysis<AAResultsWrapperPass>().getAAResults();
3494   auto &AC = getAnalysis<AssumptionCacheTracker>().getAssumptionCache(F);
3495   auto &TLI = getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI();
3496   auto &DT = getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
3497   auto &ORE = getAnalysis<OptimizationRemarkEmitterWrapperPass>().getORE();
3498
3499   // Optional analyses.
3500   auto *LIWP = getAnalysisIfAvailable<LoopInfoWrapperPass>();
3501   auto *LI = LIWP ? &LIWP->getLoopInfo() : nullptr;
3502
3503   return combineInstructionsOverFunction(F, Worklist, AA, AC, TLI, DT, ORE,
3504                                          ExpensiveCombines, LI);
3505 }
3506
3507 char InstructionCombiningPass::ID = 0;
3508
3509 INITIALIZE_PASS_BEGIN(InstructionCombiningPass, "instcombine",
3510                       "Combine redundant instructions", false, false)
3511 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
3512 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfoWrapperPass)
3513 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
3514 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AAResultsWrapperPass)
3515 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(GlobalsAAWrapperPass)
3516 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(OptimizationRemarkEmitterWrapperPass)
3517 INITIALIZE_PASS_END(InstructionCombiningPass, "instcombine",
3518                     "Combine redundant instructions", false, false)
3519
3520 // Initialization Routines
3521 void llvm::initializeInstCombine(PassRegistry &Registry) {
3522   initializeInstructionCombiningPassPass(Registry);
3523 }
3524
3525 void LLVMInitializeInstCombine(LLVMPassRegistryRef R) {
3526   initializeInstructionCombiningPassPass(*unwrap(R));
3527 }
3528
3529 FunctionPass *llvm::createInstructionCombiningPass(bool ExpensiveCombines) {
3530   return new InstructionCombiningPass(ExpensiveCombines);
3531 }
3532
3533 void LLVMAddInstructionCombiningPass(LLVMPassManagerRef PM) {
3534   unwrap(PM)->add(createInstructionCombiningPass());
3535 }