]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - lib/Transforms/InstCombine/InstructionCombining.cpp
Vendor import of llvm trunk r304149:
[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 "llvm/Transforms/InstCombine/InstCombine.h"
37 #include "InstCombineInternal.h"
38 #include "llvm-c/Initialization.h"
39 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
40 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
41 #include "llvm/ADT/StringSwitch.h"
42 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
43 #include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
44 #include "llvm/Analysis/BasicAliasAnalysis.h"
45 #include "llvm/Analysis/CFG.h"
46 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
47 #include "llvm/Analysis/EHPersonalities.h"
48 #include "llvm/Analysis/GlobalsModRef.h"
49 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
50 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
51 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
52 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
53 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
54 #include "llvm/IR/CFG.h"
55 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
56 #include "llvm/IR/Dominators.h"
57 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
58 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
59 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
60 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
61 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
62 #include "llvm/Support/Debug.h"
63 #include "llvm/Support/KnownBits.h"
64 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
65 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
66 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
67 #include <algorithm>
68 #include <climits>
69 using namespace llvm;
70 using namespace llvm::PatternMatch;
71
72 #define DEBUG_TYPE "instcombine"
73
74 STATISTIC(NumCombined , "Number of insts combined");
75 STATISTIC(NumConstProp, "Number of constant folds");
76 STATISTIC(NumDeadInst , "Number of dead inst eliminated");
77 STATISTIC(NumSunkInst , "Number of instructions sunk");
78 STATISTIC(NumExpand,    "Number of expansions");
79 STATISTIC(NumFactor   , "Number of factorizations");
80 STATISTIC(NumReassoc  , "Number of reassociations");
81
82 static cl::opt<bool>
83 EnableExpensiveCombines("expensive-combines",
84                         cl::desc("Enable expensive instruction combines"));
85
86 static cl::opt<unsigned>
87 MaxArraySize("instcombine-maxarray-size", cl::init(1024),
88              cl::desc("Maximum array size considered when doing a combine"));
89
90 Value *InstCombiner::EmitGEPOffset(User *GEP) {
91   return llvm::EmitGEPOffset(Builder, DL, GEP);
92 }
93
94 /// Return true if it is desirable to convert an integer computation from a
95 /// given bit width to a new bit width.
96 /// We don't want to convert from a legal to an illegal type or from a smaller
97 /// to a larger illegal type. A width of '1' is always treated as a legal type
98 /// because i1 is a fundamental type in IR, and there are many specialized
99 /// optimizations for i1 types.
100 bool InstCombiner::shouldChangeType(unsigned FromWidth,
101                                     unsigned ToWidth) const {
102   bool FromLegal = FromWidth == 1 || DL.isLegalInteger(FromWidth);
103   bool ToLegal = ToWidth == 1 || DL.isLegalInteger(ToWidth);
104
105   // If this is a legal integer from type, and the result would be an illegal
106   // type, don't do the transformation.
107   if (FromLegal && !ToLegal)
108     return false;
109
110   // Otherwise, if both are illegal, do not increase the size of the result. We
111   // do allow things like i160 -> i64, but not i64 -> i160.
112   if (!FromLegal && !ToLegal && ToWidth > FromWidth)
113     return false;
114
115   return true;
116 }
117
118 /// Return true if it is desirable to convert a computation from 'From' to 'To'.
119 /// We don't want to convert from a legal to an illegal type or from a smaller
120 /// to a larger illegal type. i1 is always treated as a legal type because it is
121 /// a fundamental type in IR, and there are many specialized optimizations for
122 /// i1 types.
123 bool InstCombiner::shouldChangeType(Type *From, Type *To) const {
124   assert(From->isIntegerTy() && To->isIntegerTy());
125
126   unsigned FromWidth = From->getPrimitiveSizeInBits();
127   unsigned ToWidth = To->getPrimitiveSizeInBits();
128   return shouldChangeType(FromWidth, ToWidth);
129 }
130
131 // Return true, if No Signed Wrap should be maintained for I.
132 // The No Signed Wrap flag can be kept if the operation "B (I.getOpcode) C",
133 // where both B and C should be ConstantInts, results in a constant that does
134 // not overflow. This function only handles the Add and Sub opcodes. For
135 // all other opcodes, the function conservatively returns false.
136 static bool MaintainNoSignedWrap(BinaryOperator &I, Value *B, Value *C) {
137   OverflowingBinaryOperator *OBO = dyn_cast<OverflowingBinaryOperator>(&I);
138   if (!OBO || !OBO->hasNoSignedWrap())
139     return false;
140
141   // We reason about Add and Sub Only.
142   Instruction::BinaryOps Opcode = I.getOpcode();
143   if (Opcode != Instruction::Add && Opcode != Instruction::Sub)
144     return false;
145
146   const APInt *BVal, *CVal;
147   if (!match(B, m_APInt(BVal)) || !match(C, m_APInt(CVal)))
148     return false;
149
150   bool Overflow = false;
151   if (Opcode == Instruction::Add)
152     (void)BVal->sadd_ov(*CVal, Overflow);
153   else
154     (void)BVal->ssub_ov(*CVal, Overflow);
155
156   return !Overflow;
157 }
158
159 /// Conservatively clears subclassOptionalData after a reassociation or
160 /// commutation. We preserve fast-math flags when applicable as they can be
161 /// preserved.
162 static void ClearSubclassDataAfterReassociation(BinaryOperator &I) {
163   FPMathOperator *FPMO = dyn_cast<FPMathOperator>(&I);
164   if (!FPMO) {
165     I.clearSubclassOptionalData();
166     return;
167   }
168
169   FastMathFlags FMF = I.getFastMathFlags();
170   I.clearSubclassOptionalData();
171   I.setFastMathFlags(FMF);
172 }
173
174 /// Combine constant operands of associative operations either before or after a
175 /// cast to eliminate one of the associative operations:
176 /// (op (cast (op X, C2)), C1) --> (cast (op X, op (C1, C2)))
177 /// (op (cast (op X, C2)), C1) --> (op (cast X), op (C1, C2))
178 static bool simplifyAssocCastAssoc(BinaryOperator *BinOp1) {
179   auto *Cast = dyn_cast<CastInst>(BinOp1->getOperand(0));
180   if (!Cast || !Cast->hasOneUse())
181     return false;
182
183   // TODO: Enhance logic for other casts and remove this check.
184   auto CastOpcode = Cast->getOpcode();
185   if (CastOpcode != Instruction::ZExt)
186     return false;
187
188   // TODO: Enhance logic for other BinOps and remove this check.
189   if (!BinOp1->isBitwiseLogicOp())
190     return false;
191
192   auto AssocOpcode = BinOp1->getOpcode();
193   auto *BinOp2 = dyn_cast<BinaryOperator>(Cast->getOperand(0));
194   if (!BinOp2 || !BinOp2->hasOneUse() || BinOp2->getOpcode() != AssocOpcode)
195     return false;
196
197   Constant *C1, *C2;
198   if (!match(BinOp1->getOperand(1), m_Constant(C1)) ||
199       !match(BinOp2->getOperand(1), m_Constant(C2)))
200     return false;
201
202   // TODO: This assumes a zext cast.
203   // Eg, if it was a trunc, we'd cast C1 to the source type because casting C2
204   // to the destination type might lose bits.
205
206   // Fold the constants together in the destination type:
207   // (op (cast (op X, C2)), C1) --> (op (cast X), FoldedC)
208   Type *DestTy = C1->getType();
209   Constant *CastC2 = ConstantExpr::getCast(CastOpcode, C2, DestTy);
210   Constant *FoldedC = ConstantExpr::get(AssocOpcode, C1, CastC2);
211   Cast->setOperand(0, BinOp2->getOperand(0));
212   BinOp1->setOperand(1, FoldedC);
213   return true;
214 }
215
216 /// This performs a few simplifications for operators that are associative or
217 /// commutative:
218 ///
219 ///  Commutative operators:
220 ///
221 ///  1. Order operands such that they are listed from right (least complex) to
222 ///     left (most complex).  This puts constants before unary operators before
223 ///     binary operators.
224 ///
225 ///  Associative operators:
226 ///
227 ///  2. Transform: "(A op B) op C" ==> "A op (B op C)" if "B op C" simplifies.
228 ///  3. Transform: "A op (B op C)" ==> "(A op B) op C" if "A op B" simplifies.
229 ///
230 ///  Associative and commutative operators:
231 ///
232 ///  4. Transform: "(A op B) op C" ==> "(C op A) op B" if "C op A" simplifies.
233 ///  5. Transform: "A op (B op C)" ==> "B op (C op A)" if "C op A" simplifies.
234 ///  6. Transform: "(A op C1) op (B op C2)" ==> "(A op B) op (C1 op C2)"
235 ///     if C1 and C2 are constants.
236 bool InstCombiner::SimplifyAssociativeOrCommutative(BinaryOperator &I) {
237   Instruction::BinaryOps Opcode = I.getOpcode();
238   bool Changed = false;
239
240   do {
241     // Order operands such that they are listed from right (least complex) to
242     // left (most complex).  This puts constants before unary operators before
243     // binary operators.
244     if (I.isCommutative() && getComplexity(I.getOperand(0)) <
245         getComplexity(I.getOperand(1)))
246       Changed = !I.swapOperands();
247
248     BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(0));
249     BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(1));
250
251     if (I.isAssociative()) {
252       // Transform: "(A op B) op C" ==> "A op (B op C)" if "B op C" simplifies.
253       if (Op0 && Op0->getOpcode() == Opcode) {
254         Value *A = Op0->getOperand(0);
255         Value *B = Op0->getOperand(1);
256         Value *C = I.getOperand(1);
257
258         // Does "B op C" simplify?
259         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, B, C, SQ)) {
260           // It simplifies to V.  Form "A op V".
261           I.setOperand(0, A);
262           I.setOperand(1, V);
263           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
264           // preserved by the reassociation.
265           if (MaintainNoSignedWrap(I, B, C) &&
266               (!Op0 || (isa<BinaryOperator>(Op0) && Op0->hasNoSignedWrap()))) {
267             // Note: this is only valid because SimplifyBinOp doesn't look at
268             // the operands to Op0.
269             I.clearSubclassOptionalData();
270             I.setHasNoSignedWrap(true);
271           } else {
272             ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
273           }
274
275           Changed = true;
276           ++NumReassoc;
277           continue;
278         }
279       }
280
281       // Transform: "A op (B op C)" ==> "(A op B) op C" if "A op B" simplifies.
282       if (Op1 && Op1->getOpcode() == Opcode) {
283         Value *A = I.getOperand(0);
284         Value *B = Op1->getOperand(0);
285         Value *C = Op1->getOperand(1);
286
287         // Does "A op B" simplify?
288         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, A, B, SQ)) {
289           // It simplifies to V.  Form "V op C".
290           I.setOperand(0, V);
291           I.setOperand(1, C);
292           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
293           // preserved by the reassociation.
294           ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
295           Changed = true;
296           ++NumReassoc;
297           continue;
298         }
299       }
300     }
301
302     if (I.isAssociative() && I.isCommutative()) {
303       if (simplifyAssocCastAssoc(&I)) {
304         Changed = true;
305         ++NumReassoc;
306         continue;
307       }
308
309       // Transform: "(A op B) op C" ==> "(C op A) op B" if "C op A" simplifies.
310       if (Op0 && Op0->getOpcode() == Opcode) {
311         Value *A = Op0->getOperand(0);
312         Value *B = Op0->getOperand(1);
313         Value *C = I.getOperand(1);
314
315         // Does "C op A" simplify?
316         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, C, A, SQ)) {
317           // It simplifies to V.  Form "V op B".
318           I.setOperand(0, V);
319           I.setOperand(1, B);
320           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
321           // preserved by the reassociation.
322           ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
323           Changed = true;
324           ++NumReassoc;
325           continue;
326         }
327       }
328
329       // Transform: "A op (B op C)" ==> "B op (C op A)" if "C op A" simplifies.
330       if (Op1 && Op1->getOpcode() == Opcode) {
331         Value *A = I.getOperand(0);
332         Value *B = Op1->getOperand(0);
333         Value *C = Op1->getOperand(1);
334
335         // Does "C op A" simplify?
336         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, C, A, SQ)) {
337           // It simplifies to V.  Form "B op V".
338           I.setOperand(0, B);
339           I.setOperand(1, V);
340           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
341           // preserved by the reassociation.
342           ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
343           Changed = true;
344           ++NumReassoc;
345           continue;
346         }
347       }
348
349       // Transform: "(A op C1) op (B op C2)" ==> "(A op B) op (C1 op C2)"
350       // if C1 and C2 are constants.
351       if (Op0 && Op1 &&
352           Op0->getOpcode() == Opcode && Op1->getOpcode() == Opcode &&
353           isa<Constant>(Op0->getOperand(1)) &&
354           isa<Constant>(Op1->getOperand(1)) &&
355           Op0->hasOneUse() && Op1->hasOneUse()) {
356         Value *A = Op0->getOperand(0);
357         Constant *C1 = cast<Constant>(Op0->getOperand(1));
358         Value *B = Op1->getOperand(0);
359         Constant *C2 = cast<Constant>(Op1->getOperand(1));
360
361         Constant *Folded = ConstantExpr::get(Opcode, C1, C2);
362         BinaryOperator *New = BinaryOperator::Create(Opcode, A, B);
363         if (isa<FPMathOperator>(New)) {
364           FastMathFlags Flags = I.getFastMathFlags();
365           Flags &= Op0->getFastMathFlags();
366           Flags &= Op1->getFastMathFlags();
367           New->setFastMathFlags(Flags);
368         }
369         InsertNewInstWith(New, I);
370         New->takeName(Op1);
371         I.setOperand(0, New);
372         I.setOperand(1, Folded);
373         // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
374         // preserved by the reassociation.
375         ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
376
377         Changed = true;
378         continue;
379       }
380     }
381
382     // No further simplifications.
383     return Changed;
384   } while (1);
385 }
386
387 /// Return whether "X LOp (Y ROp Z)" is always equal to
388 /// "(X LOp Y) ROp (X LOp Z)".
389 static bool LeftDistributesOverRight(Instruction::BinaryOps LOp,
390                                      Instruction::BinaryOps ROp) {
391   switch (LOp) {
392   default:
393     return false;
394
395   case Instruction::And:
396     // And distributes over Or and Xor.
397     switch (ROp) {
398     default:
399       return false;
400     case Instruction::Or:
401     case Instruction::Xor:
402       return true;
403     }
404
405   case Instruction::Mul:
406     // Multiplication distributes over addition and subtraction.
407     switch (ROp) {
408     default:
409       return false;
410     case Instruction::Add:
411     case Instruction::Sub:
412       return true;
413     }
414
415   case Instruction::Or:
416     // Or distributes over And.
417     switch (ROp) {
418     default:
419       return false;
420     case Instruction::And:
421       return true;
422     }
423   }
424 }
425
426 /// Return whether "(X LOp Y) ROp Z" is always equal to
427 /// "(X ROp Z) LOp (Y ROp Z)".
428 static bool RightDistributesOverLeft(Instruction::BinaryOps LOp,
429                                      Instruction::BinaryOps ROp) {
430   if (Instruction::isCommutative(ROp))
431     return LeftDistributesOverRight(ROp, LOp);
432
433   switch (LOp) {
434   default:
435     return false;
436   // (X >> Z) & (Y >> Z)  -> (X&Y) >> Z  for all shifts.
437   // (X >> Z) | (Y >> Z)  -> (X|Y) >> Z  for all shifts.
438   // (X >> Z) ^ (Y >> Z)  -> (X^Y) >> Z  for all shifts.
439   case Instruction::And:
440   case Instruction::Or:
441   case Instruction::Xor:
442     switch (ROp) {
443     default:
444       return false;
445     case Instruction::Shl:
446     case Instruction::LShr:
447     case Instruction::AShr:
448       return true;
449     }
450   }
451   // TODO: It would be nice to handle division, aka "(X + Y)/Z = X/Z + Y/Z",
452   // but this requires knowing that the addition does not overflow and other
453   // such subtleties.
454   return false;
455 }
456
457 /// This function returns identity value for given opcode, which can be used to
458 /// factor patterns like (X * 2) + X ==> (X * 2) + (X * 1) ==> X * (2 + 1).
459 static Value *getIdentityValue(Instruction::BinaryOps Opcode, Value *V) {
460   if (isa<Constant>(V))
461     return nullptr;
462
463   return ConstantExpr::getBinOpIdentity(Opcode, V->getType());
464 }
465
466 /// This function factors binary ops which can be combined using distributive
467 /// laws. This function tries to transform 'Op' based TopLevelOpcode to enable
468 /// factorization e.g for ADD(SHL(X , 2), MUL(X, 5)), When this function called
469 /// with TopLevelOpcode == Instruction::Add and Op = SHL(X, 2), transforms
470 /// SHL(X, 2) to MUL(X, 4) i.e. returns Instruction::Mul with LHS set to 'X' and
471 /// RHS to 4.
472 static Instruction::BinaryOps
473 getBinOpsForFactorization(Instruction::BinaryOps TopLevelOpcode,
474                           BinaryOperator *Op, Value *&LHS, Value *&RHS) {
475   assert(Op && "Expected a binary operator");
476
477   LHS = Op->getOperand(0);
478   RHS = Op->getOperand(1);
479
480   switch (TopLevelOpcode) {
481   default:
482     return Op->getOpcode();
483
484   case Instruction::Add:
485   case Instruction::Sub:
486     if (Op->getOpcode() == Instruction::Shl) {
487       if (Constant *CST = dyn_cast<Constant>(Op->getOperand(1))) {
488         // The multiplier is really 1 << CST.
489         RHS = ConstantExpr::getShl(ConstantInt::get(Op->getType(), 1), CST);
490         return Instruction::Mul;
491       }
492     }
493     return Op->getOpcode();
494   }
495
496   // TODO: We can add other conversions e.g. shr => div etc.
497 }
498
499 /// This tries to simplify binary operations by factorizing out common terms
500 /// (e. g. "(A*B)+(A*C)" -> "A*(B+C)").
501 Value *InstCombiner::tryFactorization(InstCombiner::BuilderTy *Builder,
502                                       BinaryOperator &I,
503                                       Instruction::BinaryOps InnerOpcode,
504                                       Value *A, Value *B, Value *C, Value *D) {
505   assert(A && B && C && D && "All values must be provided");
506
507   Value *V = nullptr;
508   Value *SimplifiedInst = nullptr;
509   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
510   Instruction::BinaryOps TopLevelOpcode = I.getOpcode();
511
512   // Does "X op' Y" always equal "Y op' X"?
513   bool InnerCommutative = Instruction::isCommutative(InnerOpcode);
514
515   // Does "X op' (Y op Z)" always equal "(X op' Y) op (X op' Z)"?
516   if (LeftDistributesOverRight(InnerOpcode, TopLevelOpcode))
517     // Does the instruction have the form "(A op' B) op (A op' D)" or, in the
518     // commutative case, "(A op' B) op (C op' A)"?
519     if (A == C || (InnerCommutative && A == D)) {
520       if (A != C)
521         std::swap(C, D);
522       // Consider forming "A op' (B op D)".
523       // If "B op D" simplifies then it can be formed with no cost.
524       V = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, B, D, SQ);
525       // If "B op D" doesn't simplify then only go on if both of the existing
526       // operations "A op' B" and "C op' D" will be zapped as no longer used.
527       if (!V && LHS->hasOneUse() && RHS->hasOneUse())
528         V = Builder->CreateBinOp(TopLevelOpcode, B, D, RHS->getName());
529       if (V) {
530         SimplifiedInst = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, A, V);
531       }
532     }
533
534   // Does "(X op Y) op' Z" always equal "(X op' Z) op (Y op' Z)"?
535   if (!SimplifiedInst && RightDistributesOverLeft(TopLevelOpcode, InnerOpcode))
536     // Does the instruction have the form "(A op' B) op (C op' B)" or, in the
537     // commutative case, "(A op' B) op (B op' D)"?
538     if (B == D || (InnerCommutative && B == C)) {
539       if (B != D)
540         std::swap(C, D);
541       // Consider forming "(A op C) op' B".
542       // If "A op C" simplifies then it can be formed with no cost.
543       V = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, SQ);
544
545       // If "A op C" doesn't simplify then only go on if both of the existing
546       // operations "A op' B" and "C op' D" will be zapped as no longer used.
547       if (!V && LHS->hasOneUse() && RHS->hasOneUse())
548         V = Builder->CreateBinOp(TopLevelOpcode, A, C, LHS->getName());
549       if (V) {
550         SimplifiedInst = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, V, B);
551       }
552     }
553
554   if (SimplifiedInst) {
555     ++NumFactor;
556     SimplifiedInst->takeName(&I);
557
558     // Check if we can add NSW flag to SimplifiedInst. If so, set NSW flag.
559     // TODO: Check for NUW.
560     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(SimplifiedInst)) {
561       if (isa<OverflowingBinaryOperator>(SimplifiedInst)) {
562         bool HasNSW = false;
563         if (isa<OverflowingBinaryOperator>(&I))
564           HasNSW = I.hasNoSignedWrap();
565
566         if (auto *LOBO = dyn_cast<OverflowingBinaryOperator>(LHS))
567           HasNSW &= LOBO->hasNoSignedWrap();
568
569         if (auto *ROBO = dyn_cast<OverflowingBinaryOperator>(RHS))
570           HasNSW &= ROBO->hasNoSignedWrap();
571
572         // We can propagate 'nsw' if we know that
573         //  %Y = mul nsw i16 %X, C
574         //  %Z = add nsw i16 %Y, %X
575         // =>
576         //  %Z = mul nsw i16 %X, C+1
577         //
578         // iff C+1 isn't INT_MIN
579         const APInt *CInt;
580         if (TopLevelOpcode == Instruction::Add &&
581             InnerOpcode == Instruction::Mul)
582           if (match(V, m_APInt(CInt)) && !CInt->isMinSignedValue())
583             BO->setHasNoSignedWrap(HasNSW);
584       }
585     }
586   }
587   return SimplifiedInst;
588 }
589
590 /// This tries to simplify binary operations which some other binary operation
591 /// distributes over either by factorizing out common terms
592 /// (eg "(A*B)+(A*C)" -> "A*(B+C)") or expanding out if this results in
593 /// simplifications (eg: "A & (B | C) -> (A&B) | (A&C)" if this is a win).
594 /// Returns the simplified value, or null if it didn't simplify.
595 Value *InstCombiner::SimplifyUsingDistributiveLaws(BinaryOperator &I) {
596   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
597   BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(LHS);
598   BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(RHS);
599   Instruction::BinaryOps TopLevelOpcode = I.getOpcode();
600
601   {
602     // Factorization.
603     Value *A, *B, *C, *D;
604     Instruction::BinaryOps LHSOpcode, RHSOpcode;
605     if (Op0)
606       LHSOpcode = getBinOpsForFactorization(TopLevelOpcode, Op0, A, B);
607     if (Op1)
608       RHSOpcode = getBinOpsForFactorization(TopLevelOpcode, Op1, C, D);
609
610     // The instruction has the form "(A op' B) op (C op' D)".  Try to factorize
611     // a common term.
612     if (Op0 && Op1 && LHSOpcode == RHSOpcode)
613       if (Value *V = tryFactorization(Builder, I, LHSOpcode, A, B, C, D))
614         return V;
615
616     // The instruction has the form "(A op' B) op (C)".  Try to factorize common
617     // term.
618     if (Op0)
619       if (Value *Ident = getIdentityValue(LHSOpcode, RHS))
620         if (Value *V =
621                 tryFactorization(Builder, I, LHSOpcode, A, B, RHS, Ident))
622           return V;
623
624     // The instruction has the form "(B) op (C op' D)".  Try to factorize common
625     // term.
626     if (Op1)
627       if (Value *Ident = getIdentityValue(RHSOpcode, LHS))
628         if (Value *V =
629                 tryFactorization(Builder, I, RHSOpcode, LHS, Ident, C, D))
630           return V;
631   }
632
633   // Expansion.
634   if (Op0 && RightDistributesOverLeft(Op0->getOpcode(), TopLevelOpcode)) {
635     // The instruction has the form "(A op' B) op C".  See if expanding it out
636     // to "(A op C) op' (B op C)" results in simplifications.
637     Value *A = Op0->getOperand(0), *B = Op0->getOperand(1), *C = RHS;
638     Instruction::BinaryOps InnerOpcode = Op0->getOpcode(); // op'
639
640     // Do "A op C" and "B op C" both simplify?
641     if (Value *L = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, SQ))
642       if (Value *R = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, B, C, SQ)) {
643         // They do! Return "L op' R".
644         ++NumExpand;
645         C = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, L, R);
646         C->takeName(&I);
647         return C;
648       }
649   }
650
651   if (Op1 && LeftDistributesOverRight(TopLevelOpcode, Op1->getOpcode())) {
652     // The instruction has the form "A op (B op' C)".  See if expanding it out
653     // to "(A op B) op' (A op C)" results in simplifications.
654     Value *A = LHS, *B = Op1->getOperand(0), *C = Op1->getOperand(1);
655     Instruction::BinaryOps InnerOpcode = Op1->getOpcode(); // op'
656
657     // Do "A op B" and "A op C" both simplify?
658     if (Value *L = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, B, SQ))
659       if (Value *R = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, SQ)) {
660         // They do! Return "L op' R".
661         ++NumExpand;
662         A = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, L, R);
663         A->takeName(&I);
664         return A;
665       }
666   }
667
668   // (op (select (a, c, b)), (select (a, d, b))) -> (select (a, (op c, d), 0))
669   // (op (select (a, b, c)), (select (a, b, d))) -> (select (a, 0, (op c, d)))
670   if (auto *SI0 = dyn_cast<SelectInst>(LHS)) {
671     if (auto *SI1 = dyn_cast<SelectInst>(RHS)) {
672       if (SI0->getCondition() == SI1->getCondition()) {
673         Value *SI = nullptr;
674         if (Value *V = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, SI0->getFalseValue(),
675                                      SI1->getFalseValue(), SQ))
676           SI = Builder->CreateSelect(SI0->getCondition(),
677                                      Builder->CreateBinOp(TopLevelOpcode,
678                                                           SI0->getTrueValue(),
679                                                           SI1->getTrueValue()),
680                                      V);
681         if (Value *V = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, SI0->getTrueValue(),
682                                      SI1->getTrueValue(), SQ))
683           SI = Builder->CreateSelect(
684               SI0->getCondition(), V,
685               Builder->CreateBinOp(TopLevelOpcode, SI0->getFalseValue(),
686                                    SI1->getFalseValue()));
687         if (SI) {
688           SI->takeName(&I);
689           return SI;
690         }
691       }
692     }
693   }
694
695   return nullptr;
696 }
697
698 /// Given a 'sub' instruction, return the RHS of the instruction if the LHS is a
699 /// constant zero (which is the 'negate' form).
700 Value *InstCombiner::dyn_castNegVal(Value *V) const {
701   if (BinaryOperator::isNeg(V))
702     return BinaryOperator::getNegArgument(V);
703
704   // Constants can be considered to be negated values if they can be folded.
705   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(V))
706     return ConstantExpr::getNeg(C);
707
708   if (ConstantDataVector *C = dyn_cast<ConstantDataVector>(V))
709     if (C->getType()->getElementType()->isIntegerTy())
710       return ConstantExpr::getNeg(C);
711
712   if (ConstantVector *CV = dyn_cast<ConstantVector>(V)) {
713     for (unsigned i = 0, e = CV->getNumOperands(); i != e; ++i) {
714       Constant *Elt = CV->getAggregateElement(i);
715       if (!Elt)
716         return nullptr;
717
718       if (isa<UndefValue>(Elt))
719         continue;
720
721       if (!isa<ConstantInt>(Elt))
722         return nullptr;
723     }
724     return ConstantExpr::getNeg(CV);
725   }
726
727   return nullptr;
728 }
729
730 /// Given a 'fsub' instruction, return the RHS of the instruction if the LHS is
731 /// a constant negative zero (which is the 'negate' form).
732 Value *InstCombiner::dyn_castFNegVal(Value *V, bool IgnoreZeroSign) const {
733   if (BinaryOperator::isFNeg(V, IgnoreZeroSign))
734     return BinaryOperator::getFNegArgument(V);
735
736   // Constants can be considered to be negated values if they can be folded.
737   if (ConstantFP *C = dyn_cast<ConstantFP>(V))
738     return ConstantExpr::getFNeg(C);
739
740   if (ConstantDataVector *C = dyn_cast<ConstantDataVector>(V))
741     if (C->getType()->getElementType()->isFloatingPointTy())
742       return ConstantExpr::getFNeg(C);
743
744   return nullptr;
745 }
746
747 static Value *foldOperationIntoSelectOperand(Instruction &I, Value *SO,
748                                              InstCombiner *IC) {
749   if (auto *Cast = dyn_cast<CastInst>(&I))
750     return IC->Builder->CreateCast(Cast->getOpcode(), SO, I.getType());
751
752   assert(I.isBinaryOp() && "Unexpected opcode for select folding");
753
754   // Figure out if the constant is the left or the right argument.
755   bool ConstIsRHS = isa<Constant>(I.getOperand(1));
756   Constant *ConstOperand = cast<Constant>(I.getOperand(ConstIsRHS));
757
758   if (auto *SOC = dyn_cast<Constant>(SO)) {
759     if (ConstIsRHS)
760       return ConstantExpr::get(I.getOpcode(), SOC, ConstOperand);
761     return ConstantExpr::get(I.getOpcode(), ConstOperand, SOC);
762   }
763
764   Value *Op0 = SO, *Op1 = ConstOperand;
765   if (!ConstIsRHS)
766     std::swap(Op0, Op1);
767
768   auto *BO = cast<BinaryOperator>(&I);
769   Value *RI = IC->Builder->CreateBinOp(BO->getOpcode(), Op0, Op1,
770                                        SO->getName() + ".op");
771   auto *FPInst = dyn_cast<Instruction>(RI);
772   if (FPInst && isa<FPMathOperator>(FPInst))
773     FPInst->copyFastMathFlags(BO);
774   return RI;
775 }
776
777 Instruction *InstCombiner::FoldOpIntoSelect(Instruction &Op, SelectInst *SI) {
778   // Don't modify shared select instructions.
779   if (!SI->hasOneUse())
780     return nullptr;
781
782   Value *TV = SI->getTrueValue();
783   Value *FV = SI->getFalseValue();
784   if (!(isa<Constant>(TV) || isa<Constant>(FV)))
785     return nullptr;
786
787   // Bool selects with constant operands can be folded to logical ops.
788   if (SI->getType()->getScalarType()->isIntegerTy(1))
789     return nullptr;
790
791   // If it's a bitcast involving vectors, make sure it has the same number of
792   // elements on both sides.
793   if (auto *BC = dyn_cast<BitCastInst>(&Op)) {
794     VectorType *DestTy = dyn_cast<VectorType>(BC->getDestTy());
795     VectorType *SrcTy = dyn_cast<VectorType>(BC->getSrcTy());
796
797     // Verify that either both or neither are vectors.
798     if ((SrcTy == nullptr) != (DestTy == nullptr))
799       return nullptr;
800
801     // If vectors, verify that they have the same number of elements.
802     if (SrcTy && SrcTy->getNumElements() != DestTy->getNumElements())
803       return nullptr;
804   }
805
806   // Test if a CmpInst instruction is used exclusively by a select as
807   // part of a minimum or maximum operation. If so, refrain from doing
808   // any other folding. This helps out other analyses which understand
809   // non-obfuscated minimum and maximum idioms, such as ScalarEvolution
810   // and CodeGen. And in this case, at least one of the comparison
811   // operands has at least one user besides the compare (the select),
812   // which would often largely negate the benefit of folding anyway.
813   if (auto *CI = dyn_cast<CmpInst>(SI->getCondition())) {
814     if (CI->hasOneUse()) {
815       Value *Op0 = CI->getOperand(0), *Op1 = CI->getOperand(1);
816       if ((SI->getOperand(1) == Op0 && SI->getOperand(2) == Op1) ||
817           (SI->getOperand(2) == Op0 && SI->getOperand(1) == Op1))
818         return nullptr;
819     }
820   }
821
822   Value *NewTV = foldOperationIntoSelectOperand(Op, TV, this);
823   Value *NewFV = foldOperationIntoSelectOperand(Op, FV, this);
824   return SelectInst::Create(SI->getCondition(), NewTV, NewFV, "", nullptr, SI);
825 }
826
827 static Value *foldOperationIntoPhiValue(BinaryOperator *I, Value *InV,
828                                         InstCombiner *IC) {
829   bool ConstIsRHS = isa<Constant>(I->getOperand(1));
830   Constant *C = cast<Constant>(I->getOperand(ConstIsRHS));
831
832   if (auto *InC = dyn_cast<Constant>(InV)) {
833     if (ConstIsRHS)
834       return ConstantExpr::get(I->getOpcode(), InC, C);
835     return ConstantExpr::get(I->getOpcode(), C, InC);
836   }
837
838   Value *Op0 = InV, *Op1 = C;
839   if (!ConstIsRHS)
840     std::swap(Op0, Op1);
841
842   Value *RI = IC->Builder->CreateBinOp(I->getOpcode(), Op0, Op1, "phitmp");
843   auto *FPInst = dyn_cast<Instruction>(RI);
844   if (FPInst && isa<FPMathOperator>(FPInst))
845     FPInst->copyFastMathFlags(I);
846   return RI;
847 }
848
849 Instruction *InstCombiner::foldOpIntoPhi(Instruction &I, PHINode *PN) {
850   unsigned NumPHIValues = PN->getNumIncomingValues();
851   if (NumPHIValues == 0)
852     return nullptr;
853
854   // We normally only transform phis with a single use.  However, if a PHI has
855   // multiple uses and they are all the same operation, we can fold *all* of the
856   // uses into the PHI.
857   if (!PN->hasOneUse()) {
858     // Walk the use list for the instruction, comparing them to I.
859     for (User *U : PN->users()) {
860       Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
861       if (UI != &I && !I.isIdenticalTo(UI))
862         return nullptr;
863     }
864     // Otherwise, we can replace *all* users with the new PHI we form.
865   }
866
867   // Check to see if all of the operands of the PHI are simple constants
868   // (constantint/constantfp/undef).  If there is one non-constant value,
869   // remember the BB it is in.  If there is more than one or if *it* is a PHI,
870   // bail out.  We don't do arbitrary constant expressions here because moving
871   // their computation can be expensive without a cost model.
872   BasicBlock *NonConstBB = nullptr;
873   for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
874     Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
875     if (isa<Constant>(InVal) && !isa<ConstantExpr>(InVal))
876       continue;
877
878     if (isa<PHINode>(InVal)) return nullptr;  // Itself a phi.
879     if (NonConstBB) return nullptr;  // More than one non-const value.
880
881     NonConstBB = PN->getIncomingBlock(i);
882
883     // If the InVal is an invoke at the end of the pred block, then we can't
884     // insert a computation after it without breaking the edge.
885     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(InVal))
886       if (II->getParent() == NonConstBB)
887         return nullptr;
888
889     // If the incoming non-constant value is in I's block, we will remove one
890     // instruction, but insert another equivalent one, leading to infinite
891     // instcombine.
892     if (isPotentiallyReachable(I.getParent(), NonConstBB, &DT, LI))
893       return nullptr;
894   }
895
896   // If there is exactly one non-constant value, we can insert a copy of the
897   // operation in that block.  However, if this is a critical edge, we would be
898   // inserting the computation on some other paths (e.g. inside a loop).  Only
899   // do this if the pred block is unconditionally branching into the phi block.
900   if (NonConstBB != nullptr) {
901     BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(NonConstBB->getTerminator());
902     if (!BI || !BI->isUnconditional()) return nullptr;
903   }
904
905   // Okay, we can do the transformation: create the new PHI node.
906   PHINode *NewPN = PHINode::Create(I.getType(), PN->getNumIncomingValues());
907   InsertNewInstBefore(NewPN, *PN);
908   NewPN->takeName(PN);
909
910   // If we are going to have to insert a new computation, do so right before the
911   // predecessor's terminator.
912   if (NonConstBB)
913     Builder->SetInsertPoint(NonConstBB->getTerminator());
914
915   // Next, add all of the operands to the PHI.
916   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(&I)) {
917     // We only currently try to fold the condition of a select when it is a phi,
918     // not the true/false values.
919     Value *TrueV = SI->getTrueValue();
920     Value *FalseV = SI->getFalseValue();
921     BasicBlock *PhiTransBB = PN->getParent();
922     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
923       BasicBlock *ThisBB = PN->getIncomingBlock(i);
924       Value *TrueVInPred = TrueV->DoPHITranslation(PhiTransBB, ThisBB);
925       Value *FalseVInPred = FalseV->DoPHITranslation(PhiTransBB, ThisBB);
926       Value *InV = nullptr;
927       // Beware of ConstantExpr:  it may eventually evaluate to getNullValue,
928       // even if currently isNullValue gives false.
929       Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i));
930       // For vector constants, we cannot use isNullValue to fold into
931       // FalseVInPred versus TrueVInPred. When we have individual nonzero
932       // elements in the vector, we will incorrectly fold InC to
933       // `TrueVInPred`.
934       if (InC && !isa<ConstantExpr>(InC) && isa<ConstantInt>(InC))
935         InV = InC->isNullValue() ? FalseVInPred : TrueVInPred;
936       else
937         InV = Builder->CreateSelect(PN->getIncomingValue(i),
938                                     TrueVInPred, FalseVInPred, "phitmp");
939       NewPN->addIncoming(InV, ThisBB);
940     }
941   } else if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(&I)) {
942     Constant *C = cast<Constant>(I.getOperand(1));
943     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
944       Value *InV = nullptr;
945       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
946         InV = ConstantExpr::getCompare(CI->getPredicate(), InC, C);
947       else if (isa<ICmpInst>(CI))
948         InV = Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), PN->getIncomingValue(i),
949                                   C, "phitmp");
950       else
951         InV = Builder->CreateFCmp(CI->getPredicate(), PN->getIncomingValue(i),
952                                   C, "phitmp");
953       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
954     }
955   } else if (auto *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(&I)) {
956     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
957       Value *InV = foldOperationIntoPhiValue(BO, PN->getIncomingValue(i), this);
958       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
959     }
960   } else {
961     CastInst *CI = cast<CastInst>(&I);
962     Type *RetTy = CI->getType();
963     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
964       Value *InV;
965       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
966         InV = ConstantExpr::getCast(CI->getOpcode(), InC, RetTy);
967       else
968         InV = Builder->CreateCast(CI->getOpcode(),
969                                 PN->getIncomingValue(i), I.getType(), "phitmp");
970       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
971     }
972   }
973
974   for (auto UI = PN->user_begin(), E = PN->user_end(); UI != E;) {
975     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
976     if (User == &I) continue;
977     replaceInstUsesWith(*User, NewPN);
978     eraseInstFromFunction(*User);
979   }
980   return replaceInstUsesWith(I, NewPN);
981 }
982
983 Instruction *InstCombiner::foldOpWithConstantIntoOperand(BinaryOperator &I) {
984   assert(isa<Constant>(I.getOperand(1)) && "Unexpected operand type");
985
986   if (auto *Sel = dyn_cast<SelectInst>(I.getOperand(0))) {
987     if (Instruction *NewSel = FoldOpIntoSelect(I, Sel))
988       return NewSel;
989   } else if (auto *PN = dyn_cast<PHINode>(I.getOperand(0))) {
990     if (Instruction *NewPhi = foldOpIntoPhi(I, PN))
991       return NewPhi;
992   }
993   return nullptr;
994 }
995
996 /// Given a pointer type and a constant offset, determine whether or not there
997 /// is a sequence of GEP indices into the pointed type that will land us at the
998 /// specified offset. If so, fill them into NewIndices and return the resultant
999 /// element type, otherwise return null.
1000 Type *InstCombiner::FindElementAtOffset(PointerType *PtrTy, int64_t Offset,
1001                                         SmallVectorImpl<Value *> &NewIndices) {
1002   Type *Ty = PtrTy->getElementType();
1003   if (!Ty->isSized())
1004     return nullptr;
1005
1006   // Start with the index over the outer type.  Note that the type size
1007   // might be zero (even if the offset isn't zero) if the indexed type
1008   // is something like [0 x {int, int}]
1009   Type *IntPtrTy = DL.getIntPtrType(PtrTy);
1010   int64_t FirstIdx = 0;
1011   if (int64_t TySize = DL.getTypeAllocSize(Ty)) {
1012     FirstIdx = Offset/TySize;
1013     Offset -= FirstIdx*TySize;
1014
1015     // Handle hosts where % returns negative instead of values [0..TySize).
1016     if (Offset < 0) {
1017       --FirstIdx;
1018       Offset += TySize;
1019       assert(Offset >= 0);
1020     }
1021     assert((uint64_t)Offset < (uint64_t)TySize && "Out of range offset");
1022   }
1023
1024   NewIndices.push_back(ConstantInt::get(IntPtrTy, FirstIdx));
1025
1026   // Index into the types.  If we fail, set OrigBase to null.
1027   while (Offset) {
1028     // Indexing into tail padding between struct/array elements.
1029     if (uint64_t(Offset * 8) >= DL.getTypeSizeInBits(Ty))
1030       return nullptr;
1031
1032     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
1033       const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
1034       assert(Offset < (int64_t)SL->getSizeInBytes() &&
1035              "Offset must stay within the indexed type");
1036
1037       unsigned Elt = SL->getElementContainingOffset(Offset);
1038       NewIndices.push_back(ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Ty->getContext()),
1039                                             Elt));
1040
1041       Offset -= SL->getElementOffset(Elt);
1042       Ty = STy->getElementType(Elt);
1043     } else if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
1044       uint64_t EltSize = DL.getTypeAllocSize(AT->getElementType());
1045       assert(EltSize && "Cannot index into a zero-sized array");
1046       NewIndices.push_back(ConstantInt::get(IntPtrTy,Offset/EltSize));
1047       Offset %= EltSize;
1048       Ty = AT->getElementType();
1049     } else {
1050       // Otherwise, we can't index into the middle of this atomic type, bail.
1051       return nullptr;
1052     }
1053   }
1054
1055   return Ty;
1056 }
1057
1058 static bool shouldMergeGEPs(GEPOperator &GEP, GEPOperator &Src) {
1059   // If this GEP has only 0 indices, it is the same pointer as
1060   // Src. If Src is not a trivial GEP too, don't combine
1061   // the indices.
1062   if (GEP.hasAllZeroIndices() && !Src.hasAllZeroIndices() &&
1063       !Src.hasOneUse())
1064     return false;
1065   return true;
1066 }
1067
1068 /// Return a value X such that Val = X * Scale, or null if none.
1069 /// If the multiplication is known not to overflow, then NoSignedWrap is set.
1070 Value *InstCombiner::Descale(Value *Val, APInt Scale, bool &NoSignedWrap) {
1071   assert(isa<IntegerType>(Val->getType()) && "Can only descale integers!");
1072   assert(cast<IntegerType>(Val->getType())->getBitWidth() ==
1073          Scale.getBitWidth() && "Scale not compatible with value!");
1074
1075   // If Val is zero or Scale is one then Val = Val * Scale.
1076   if (match(Val, m_Zero()) || Scale == 1) {
1077     NoSignedWrap = true;
1078     return Val;
1079   }
1080
1081   // If Scale is zero then it does not divide Val.
1082   if (Scale.isMinValue())
1083     return nullptr;
1084
1085   // Look through chains of multiplications, searching for a constant that is
1086   // divisible by Scale.  For example, descaling X*(Y*(Z*4)) by a factor of 4
1087   // will find the constant factor 4 and produce X*(Y*Z).  Descaling X*(Y*8) by
1088   // a factor of 4 will produce X*(Y*2).  The principle of operation is to bore
1089   // down from Val:
1090   //
1091   //     Val = M1 * X          ||   Analysis starts here and works down
1092   //      M1 = M2 * Y          ||   Doesn't descend into terms with more
1093   //      M2 =  Z * 4          \/   than one use
1094   //
1095   // Then to modify a term at the bottom:
1096   //
1097   //     Val = M1 * X
1098   //      M1 =  Z * Y          ||   Replaced M2 with Z
1099   //
1100   // Then to work back up correcting nsw flags.
1101
1102   // Op - the term we are currently analyzing.  Starts at Val then drills down.
1103   // Replaced with its descaled value before exiting from the drill down loop.
1104   Value *Op = Val;
1105
1106   // Parent - initially null, but after drilling down notes where Op came from.
1107   // In the example above, Parent is (Val, 0) when Op is M1, because M1 is the
1108   // 0'th operand of Val.
1109   std::pair<Instruction*, unsigned> Parent;
1110
1111   // Set if the transform requires a descaling at deeper levels that doesn't
1112   // overflow.
1113   bool RequireNoSignedWrap = false;
1114
1115   // Log base 2 of the scale. Negative if not a power of 2.
1116   int32_t logScale = Scale.exactLogBase2();
1117
1118   for (;; Op = Parent.first->getOperand(Parent.second)) { // Drill down
1119
1120     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op)) {
1121       // If Op is a constant divisible by Scale then descale to the quotient.
1122       APInt Quotient(Scale), Remainder(Scale); // Init ensures right bitwidth.
1123       APInt::sdivrem(CI->getValue(), Scale, Quotient, Remainder);
1124       if (!Remainder.isMinValue())
1125         // Not divisible by Scale.
1126         return nullptr;
1127       // Replace with the quotient in the parent.
1128       Op = ConstantInt::get(CI->getType(), Quotient);
1129       NoSignedWrap = true;
1130       break;
1131     }
1132
1133     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Op)) {
1134
1135       if (BO->getOpcode() == Instruction::Mul) {
1136         // Multiplication.
1137         NoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
1138         if (RequireNoSignedWrap && !NoSignedWrap)
1139           return nullptr;
1140
1141         // There are three cases for multiplication: multiplication by exactly
1142         // the scale, multiplication by a constant different to the scale, and
1143         // multiplication by something else.
1144         Value *LHS = BO->getOperand(0);
1145         Value *RHS = BO->getOperand(1);
1146
1147         if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(RHS)) {
1148           // Multiplication by a constant.
1149           if (CI->getValue() == Scale) {
1150             // Multiplication by exactly the scale, replace the multiplication
1151             // by its left-hand side in the parent.
1152             Op = LHS;
1153             break;
1154           }
1155
1156           // Otherwise drill down into the constant.
1157           if (!Op->hasOneUse())
1158             return nullptr;
1159
1160           Parent = std::make_pair(BO, 1);
1161           continue;
1162         }
1163
1164         // Multiplication by something else. Drill down into the left-hand side
1165         // since that's where the reassociate pass puts the good stuff.
1166         if (!Op->hasOneUse())
1167           return nullptr;
1168
1169         Parent = std::make_pair(BO, 0);
1170         continue;
1171       }
1172
1173       if (logScale > 0 && BO->getOpcode() == Instruction::Shl &&
1174           isa<ConstantInt>(BO->getOperand(1))) {
1175         // Multiplication by a power of 2.
1176         NoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
1177         if (RequireNoSignedWrap && !NoSignedWrap)
1178           return nullptr;
1179
1180         Value *LHS = BO->getOperand(0);
1181         int32_t Amt = cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1))->
1182           getLimitedValue(Scale.getBitWidth());
1183         // Op = LHS << Amt.
1184
1185         if (Amt == logScale) {
1186           // Multiplication by exactly the scale, replace the multiplication
1187           // by its left-hand side in the parent.
1188           Op = LHS;
1189           break;
1190         }
1191         if (Amt < logScale || !Op->hasOneUse())
1192           return nullptr;
1193
1194         // Multiplication by more than the scale.  Reduce the multiplying amount
1195         // by the scale in the parent.
1196         Parent = std::make_pair(BO, 1);
1197         Op = ConstantInt::get(BO->getType(), Amt - logScale);
1198         break;
1199       }
1200     }
1201
1202     if (!Op->hasOneUse())
1203       return nullptr;
1204
1205     if (CastInst *Cast = dyn_cast<CastInst>(Op)) {
1206       if (Cast->getOpcode() == Instruction::SExt) {
1207         // Op is sign-extended from a smaller type, descale in the smaller type.
1208         unsigned SmallSize = Cast->getSrcTy()->getPrimitiveSizeInBits();
1209         APInt SmallScale = Scale.trunc(SmallSize);
1210         // Suppose Op = sext X, and we descale X as Y * SmallScale.  We want to
1211         // descale Op as (sext Y) * Scale.  In order to have
1212         //   sext (Y * SmallScale) = (sext Y) * Scale
1213         // some conditions need to hold however: SmallScale must sign-extend to
1214         // Scale and the multiplication Y * SmallScale should not overflow.
1215         if (SmallScale.sext(Scale.getBitWidth()) != Scale)
1216           // SmallScale does not sign-extend to Scale.
1217           return nullptr;
1218         assert(SmallScale.exactLogBase2() == logScale);
1219         // Require that Y * SmallScale must not overflow.
1220         RequireNoSignedWrap = true;
1221
1222         // Drill down through the cast.
1223         Parent = std::make_pair(Cast, 0);
1224         Scale = SmallScale;
1225         continue;
1226       }
1227
1228       if (Cast->getOpcode() == Instruction::Trunc) {
1229         // Op is truncated from a larger type, descale in the larger type.
1230         // Suppose Op = trunc X, and we descale X as Y * sext Scale.  Then
1231         //   trunc (Y * sext Scale) = (trunc Y) * Scale
1232         // always holds.  However (trunc Y) * Scale may overflow even if
1233         // trunc (Y * sext Scale) does not, so nsw flags need to be cleared
1234         // from this point up in the expression (see later).
1235         if (RequireNoSignedWrap)
1236           return nullptr;
1237
1238         // Drill down through the cast.
1239         unsigned LargeSize = Cast->getSrcTy()->getPrimitiveSizeInBits();
1240         Parent = std::make_pair(Cast, 0);
1241         Scale = Scale.sext(LargeSize);
1242         if (logScale + 1 == (int32_t)Cast->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1243           logScale = -1;
1244         assert(Scale.exactLogBase2() == logScale);
1245         continue;
1246       }
1247     }
1248
1249     // Unsupported expression, bail out.
1250     return nullptr;
1251   }
1252
1253   // If Op is zero then Val = Op * Scale.
1254   if (match(Op, m_Zero())) {
1255     NoSignedWrap = true;
1256     return Op;
1257   }
1258
1259   // We know that we can successfully descale, so from here on we can safely
1260   // modify the IR.  Op holds the descaled version of the deepest term in the
1261   // expression.  NoSignedWrap is 'true' if multiplying Op by Scale is known
1262   // not to overflow.
1263
1264   if (!Parent.first)
1265     // The expression only had one term.
1266     return Op;
1267
1268   // Rewrite the parent using the descaled version of its operand.
1269   assert(Parent.first->hasOneUse() && "Drilled down when more than one use!");
1270   assert(Op != Parent.first->getOperand(Parent.second) &&
1271          "Descaling was a no-op?");
1272   Parent.first->setOperand(Parent.second, Op);
1273   Worklist.Add(Parent.first);
1274
1275   // Now work back up the expression correcting nsw flags.  The logic is based
1276   // on the following observation: if X * Y is known not to overflow as a signed
1277   // multiplication, and Y is replaced by a value Z with smaller absolute value,
1278   // then X * Z will not overflow as a signed multiplication either.  As we work
1279   // our way up, having NoSignedWrap 'true' means that the descaled value at the
1280   // current level has strictly smaller absolute value than the original.
1281   Instruction *Ancestor = Parent.first;
1282   do {
1283     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Ancestor)) {
1284       // If the multiplication wasn't nsw then we can't say anything about the
1285       // value of the descaled multiplication, and we have to clear nsw flags
1286       // from this point on up.
1287       bool OpNoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
1288       NoSignedWrap &= OpNoSignedWrap;
1289       if (NoSignedWrap != OpNoSignedWrap) {
1290         BO->setHasNoSignedWrap(NoSignedWrap);
1291         Worklist.Add(Ancestor);
1292       }
1293     } else if (Ancestor->getOpcode() == Instruction::Trunc) {
1294       // The fact that the descaled input to the trunc has smaller absolute
1295       // value than the original input doesn't tell us anything useful about
1296       // the absolute values of the truncations.
1297       NoSignedWrap = false;
1298     }
1299     assert((Ancestor->getOpcode() != Instruction::SExt || NoSignedWrap) &&
1300            "Failed to keep proper track of nsw flags while drilling down?");
1301
1302     if (Ancestor == Val)
1303       // Got to the top, all done!
1304       return Val;
1305
1306     // Move up one level in the expression.
1307     assert(Ancestor->hasOneUse() && "Drilled down when more than one use!");
1308     Ancestor = Ancestor->user_back();
1309   } while (1);
1310 }
1311
1312 /// \brief Creates node of binary operation with the same attributes as the
1313 /// specified one but with other operands.
1314 static Value *CreateBinOpAsGiven(BinaryOperator &Inst, Value *LHS, Value *RHS,
1315                                  InstCombiner::BuilderTy *B) {
1316   Value *BO = B->CreateBinOp(Inst.getOpcode(), LHS, RHS);
1317   // If LHS and RHS are constant, BO won't be a binary operator.
1318   if (BinaryOperator *NewBO = dyn_cast<BinaryOperator>(BO))
1319     NewBO->copyIRFlags(&Inst);
1320   return BO;
1321 }
1322
1323 /// \brief Makes transformation of binary operation specific for vector types.
1324 /// \param Inst Binary operator to transform.
1325 /// \return Pointer to node that must replace the original binary operator, or
1326 ///         null pointer if no transformation was made.
1327 Value *InstCombiner::SimplifyVectorOp(BinaryOperator &Inst) {
1328   if (!Inst.getType()->isVectorTy()) return nullptr;
1329
1330   // It may not be safe to reorder shuffles and things like div, urem, etc.
1331   // because we may trap when executing those ops on unknown vector elements.
1332   // See PR20059.
1333   if (!isSafeToSpeculativelyExecute(&Inst))
1334     return nullptr;
1335
1336   unsigned VWidth = cast<VectorType>(Inst.getType())->getNumElements();
1337   Value *LHS = Inst.getOperand(0), *RHS = Inst.getOperand(1);
1338   assert(cast<VectorType>(LHS->getType())->getNumElements() == VWidth);
1339   assert(cast<VectorType>(RHS->getType())->getNumElements() == VWidth);
1340
1341   // If both arguments of the binary operation are shuffles that use the same
1342   // mask and shuffle within a single vector, move the shuffle after the binop:
1343   //   Op(shuffle(v1, m), shuffle(v2, m)) -> shuffle(Op(v1, v2), m)
1344   auto *LShuf = dyn_cast<ShuffleVectorInst>(LHS);
1345   auto *RShuf = dyn_cast<ShuffleVectorInst>(RHS);
1346   if (LShuf && RShuf && LShuf->getMask() == RShuf->getMask() &&
1347       isa<UndefValue>(LShuf->getOperand(1)) &&
1348       isa<UndefValue>(RShuf->getOperand(1)) &&
1349       LShuf->getOperand(0)->getType() == RShuf->getOperand(0)->getType()) {
1350     Value *NewBO = CreateBinOpAsGiven(Inst, LShuf->getOperand(0),
1351                                       RShuf->getOperand(0), Builder);
1352     return Builder->CreateShuffleVector(
1353         NewBO, UndefValue::get(NewBO->getType()), LShuf->getMask());
1354   }
1355
1356   // If one argument is a shuffle within one vector, the other is a constant,
1357   // try moving the shuffle after the binary operation.
1358   ShuffleVectorInst *Shuffle = nullptr;
1359   Constant *C1 = nullptr;
1360   if (isa<ShuffleVectorInst>(LHS)) Shuffle = cast<ShuffleVectorInst>(LHS);
1361   if (isa<ShuffleVectorInst>(RHS)) Shuffle = cast<ShuffleVectorInst>(RHS);
1362   if (isa<Constant>(LHS)) C1 = cast<Constant>(LHS);
1363   if (isa<Constant>(RHS)) C1 = cast<Constant>(RHS);
1364   if (Shuffle && C1 &&
1365       (isa<ConstantVector>(C1) || isa<ConstantDataVector>(C1)) &&
1366       isa<UndefValue>(Shuffle->getOperand(1)) &&
1367       Shuffle->getType() == Shuffle->getOperand(0)->getType()) {
1368     SmallVector<int, 16> ShMask = Shuffle->getShuffleMask();
1369     // Find constant C2 that has property:
1370     //   shuffle(C2, ShMask) = C1
1371     // If such constant does not exist (example: ShMask=<0,0> and C1=<1,2>)
1372     // reorder is not possible.
1373     SmallVector<Constant*, 16> C2M(VWidth,
1374                                UndefValue::get(C1->getType()->getScalarType()));
1375     bool MayChange = true;
1376     for (unsigned I = 0; I < VWidth; ++I) {
1377       if (ShMask[I] >= 0) {
1378         assert(ShMask[I] < (int)VWidth);
1379         if (!isa<UndefValue>(C2M[ShMask[I]])) {
1380           MayChange = false;
1381           break;
1382         }
1383         C2M[ShMask[I]] = C1->getAggregateElement(I);
1384       }
1385     }
1386     if (MayChange) {
1387       Constant *C2 = ConstantVector::get(C2M);
1388       Value *NewLHS = isa<Constant>(LHS) ? C2 : Shuffle->getOperand(0);
1389       Value *NewRHS = isa<Constant>(LHS) ? Shuffle->getOperand(0) : C2;
1390       Value *NewBO = CreateBinOpAsGiven(Inst, NewLHS, NewRHS, Builder);
1391       return Builder->CreateShuffleVector(NewBO,
1392           UndefValue::get(Inst.getType()), Shuffle->getMask());
1393     }
1394   }
1395
1396   return nullptr;
1397 }
1398
1399 Instruction *InstCombiner::visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEP) {
1400   SmallVector<Value*, 8> Ops(GEP.op_begin(), GEP.op_end());
1401
1402   if (Value *V = SimplifyGEPInst(GEP.getSourceElementType(), Ops, SQ))
1403     return replaceInstUsesWith(GEP, V);
1404
1405   Value *PtrOp = GEP.getOperand(0);
1406
1407   // Eliminate unneeded casts for indices, and replace indices which displace
1408   // by multiples of a zero size type with zero.
1409   bool MadeChange = false;
1410   Type *IntPtrTy =
1411     DL.getIntPtrType(GEP.getPointerOperandType()->getScalarType());
1412
1413   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
1414   for (User::op_iterator I = GEP.op_begin() + 1, E = GEP.op_end(); I != E;
1415        ++I, ++GTI) {
1416     // Skip indices into struct types.
1417     if (GTI.isStruct())
1418       continue;
1419
1420     // Index type should have the same width as IntPtr
1421     Type *IndexTy = (*I)->getType();
1422     Type *NewIndexType = IndexTy->isVectorTy() ?
1423       VectorType::get(IntPtrTy, IndexTy->getVectorNumElements()) : IntPtrTy;
1424
1425     // If the element type has zero size then any index over it is equivalent
1426     // to an index of zero, so replace it with zero if it is not zero already.
1427     Type *EltTy = GTI.getIndexedType();
1428     if (EltTy->isSized() && DL.getTypeAllocSize(EltTy) == 0)
1429       if (!isa<Constant>(*I) || !cast<Constant>(*I)->isNullValue()) {
1430         *I = Constant::getNullValue(NewIndexType);
1431         MadeChange = true;
1432       }
1433
1434     if (IndexTy != NewIndexType) {
1435       // If we are using a wider index than needed for this platform, shrink
1436       // it to what we need.  If narrower, sign-extend it to what we need.
1437       // This explicit cast can make subsequent optimizations more obvious.
1438       *I = Builder->CreateIntCast(*I, NewIndexType, true);
1439       MadeChange = true;
1440     }
1441   }
1442   if (MadeChange)
1443     return &GEP;
1444
1445   // Check to see if the inputs to the PHI node are getelementptr instructions.
1446   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(PtrOp)) {
1447     GetElementPtrInst *Op1 = dyn_cast<GetElementPtrInst>(PN->getOperand(0));
1448     if (!Op1)
1449       return nullptr;
1450
1451     // Don't fold a GEP into itself through a PHI node. This can only happen
1452     // through the back-edge of a loop. Folding a GEP into itself means that
1453     // the value of the previous iteration needs to be stored in the meantime,
1454     // thus requiring an additional register variable to be live, but not
1455     // actually achieving anything (the GEP still needs to be executed once per
1456     // loop iteration).
1457     if (Op1 == &GEP)
1458       return nullptr;
1459
1460     int DI = -1;
1461
1462     for (auto I = PN->op_begin()+1, E = PN->op_end(); I !=E; ++I) {
1463       GetElementPtrInst *Op2 = dyn_cast<GetElementPtrInst>(*I);
1464       if (!Op2 || Op1->getNumOperands() != Op2->getNumOperands())
1465         return nullptr;
1466
1467       // As for Op1 above, don't try to fold a GEP into itself.
1468       if (Op2 == &GEP)
1469         return nullptr;
1470
1471       // Keep track of the type as we walk the GEP.
1472       Type *CurTy = nullptr;
1473
1474       for (unsigned J = 0, F = Op1->getNumOperands(); J != F; ++J) {
1475         if (Op1->getOperand(J)->getType() != Op2->getOperand(J)->getType())
1476           return nullptr;
1477
1478         if (Op1->getOperand(J) != Op2->getOperand(J)) {
1479           if (DI == -1) {
1480             // We have not seen any differences yet in the GEPs feeding the
1481             // PHI yet, so we record this one if it is allowed to be a
1482             // variable.
1483
1484             // The first two arguments can vary for any GEP, the rest have to be
1485             // static for struct slots
1486             if (J > 1 && CurTy->isStructTy())
1487               return nullptr;
1488
1489             DI = J;
1490           } else {
1491             // The GEP is different by more than one input. While this could be
1492             // extended to support GEPs that vary by more than one variable it
1493             // doesn't make sense since it greatly increases the complexity and
1494             // would result in an R+R+R addressing mode which no backend
1495             // directly supports and would need to be broken into several
1496             // simpler instructions anyway.
1497             return nullptr;
1498           }
1499         }
1500
1501         // Sink down a layer of the type for the next iteration.
1502         if (J > 0) {
1503           if (J == 1) {
1504             CurTy = Op1->getSourceElementType();
1505           } else if (CompositeType *CT = dyn_cast<CompositeType>(CurTy)) {
1506             CurTy = CT->getTypeAtIndex(Op1->getOperand(J));
1507           } else {
1508             CurTy = nullptr;
1509           }
1510         }
1511       }
1512     }
1513
1514     // If not all GEPs are identical we'll have to create a new PHI node.
1515     // Check that the old PHI node has only one use so that it will get
1516     // removed.
1517     if (DI != -1 && !PN->hasOneUse())
1518       return nullptr;
1519
1520     GetElementPtrInst *NewGEP = cast<GetElementPtrInst>(Op1->clone());
1521     if (DI == -1) {
1522       // All the GEPs feeding the PHI are identical. Clone one down into our
1523       // BB so that it can be merged with the current GEP.
1524       GEP.getParent()->getInstList().insert(
1525           GEP.getParent()->getFirstInsertionPt(), NewGEP);
1526     } else {
1527       // All the GEPs feeding the PHI differ at a single offset. Clone a GEP
1528       // into the current block so it can be merged, and create a new PHI to
1529       // set that index.
1530       PHINode *NewPN;
1531       {
1532         IRBuilderBase::InsertPointGuard Guard(*Builder);
1533         Builder->SetInsertPoint(PN);
1534         NewPN = Builder->CreatePHI(Op1->getOperand(DI)->getType(),
1535                                    PN->getNumOperands());
1536       }
1537
1538       for (auto &I : PN->operands())
1539         NewPN->addIncoming(cast<GEPOperator>(I)->getOperand(DI),
1540                            PN->getIncomingBlock(I));
1541
1542       NewGEP->setOperand(DI, NewPN);
1543       GEP.getParent()->getInstList().insert(
1544           GEP.getParent()->getFirstInsertionPt(), NewGEP);
1545       NewGEP->setOperand(DI, NewPN);
1546     }
1547
1548     GEP.setOperand(0, NewGEP);
1549     PtrOp = NewGEP;
1550   }
1551
1552   // Combine Indices - If the source pointer to this getelementptr instruction
1553   // is a getelementptr instruction, combine the indices of the two
1554   // getelementptr instructions into a single instruction.
1555   //
1556   if (GEPOperator *Src = dyn_cast<GEPOperator>(PtrOp)) {
1557     if (!shouldMergeGEPs(*cast<GEPOperator>(&GEP), *Src))
1558       return nullptr;
1559
1560     // Note that if our source is a gep chain itself then we wait for that
1561     // chain to be resolved before we perform this transformation.  This
1562     // avoids us creating a TON of code in some cases.
1563     if (GEPOperator *SrcGEP =
1564           dyn_cast<GEPOperator>(Src->getOperand(0)))
1565       if (SrcGEP->getNumOperands() == 2 && shouldMergeGEPs(*Src, *SrcGEP))
1566         return nullptr;   // Wait until our source is folded to completion.
1567
1568     SmallVector<Value*, 8> Indices;
1569
1570     // Find out whether the last index in the source GEP is a sequential idx.
1571     bool EndsWithSequential = false;
1572     for (gep_type_iterator I = gep_type_begin(*Src), E = gep_type_end(*Src);
1573          I != E; ++I)
1574       EndsWithSequential = I.isSequential();
1575
1576     // Can we combine the two pointer arithmetics offsets?
1577     if (EndsWithSequential) {
1578       // Replace: gep (gep %P, long B), long A, ...
1579       // With:    T = long A+B; gep %P, T, ...
1580       //
1581       Value *SO1 = Src->getOperand(Src->getNumOperands()-1);
1582       Value *GO1 = GEP.getOperand(1);
1583
1584       // If they aren't the same type, then the input hasn't been processed
1585       // by the loop above yet (which canonicalizes sequential index types to
1586       // intptr_t).  Just avoid transforming this until the input has been
1587       // normalized.
1588       if (SO1->getType() != GO1->getType())
1589         return nullptr;
1590
1591       Value *Sum = SimplifyAddInst(GO1, SO1, false, false, SQ);
1592       // Only do the combine when we are sure the cost after the
1593       // merge is never more than that before the merge.
1594       if (Sum == nullptr)
1595         return nullptr;
1596
1597       // Update the GEP in place if possible.
1598       if (Src->getNumOperands() == 2) {
1599         GEP.setOperand(0, Src->getOperand(0));
1600         GEP.setOperand(1, Sum);
1601         return &GEP;
1602       }
1603       Indices.append(Src->op_begin()+1, Src->op_end()-1);
1604       Indices.push_back(Sum);
1605       Indices.append(GEP.op_begin()+2, GEP.op_end());
1606     } else if (isa<Constant>(*GEP.idx_begin()) &&
1607                cast<Constant>(*GEP.idx_begin())->isNullValue() &&
1608                Src->getNumOperands() != 1) {
1609       // Otherwise we can do the fold if the first index of the GEP is a zero
1610       Indices.append(Src->op_begin()+1, Src->op_end());
1611       Indices.append(GEP.idx_begin()+1, GEP.idx_end());
1612     }
1613
1614     if (!Indices.empty())
1615       return GEP.isInBounds() && Src->isInBounds()
1616                  ? GetElementPtrInst::CreateInBounds(
1617                        Src->getSourceElementType(), Src->getOperand(0), Indices,
1618                        GEP.getName())
1619                  : GetElementPtrInst::Create(Src->getSourceElementType(),
1620                                              Src->getOperand(0), Indices,
1621                                              GEP.getName());
1622   }
1623
1624   if (GEP.getNumIndices() == 1) {
1625     unsigned AS = GEP.getPointerAddressSpace();
1626     if (GEP.getOperand(1)->getType()->getScalarSizeInBits() ==
1627         DL.getPointerSizeInBits(AS)) {
1628       Type *Ty = GEP.getSourceElementType();
1629       uint64_t TyAllocSize = DL.getTypeAllocSize(Ty);
1630
1631       bool Matched = false;
1632       uint64_t C;
1633       Value *V = nullptr;
1634       if (TyAllocSize == 1) {
1635         V = GEP.getOperand(1);
1636         Matched = true;
1637       } else if (match(GEP.getOperand(1),
1638                        m_AShr(m_Value(V), m_ConstantInt(C)))) {
1639         if (TyAllocSize == 1ULL << C)
1640           Matched = true;
1641       } else if (match(GEP.getOperand(1),
1642                        m_SDiv(m_Value(V), m_ConstantInt(C)))) {
1643         if (TyAllocSize == C)
1644           Matched = true;
1645       }
1646
1647       if (Matched) {
1648         // Canonicalize (gep i8* X, -(ptrtoint Y))
1649         // to (inttoptr (sub (ptrtoint X), (ptrtoint Y)))
1650         // The GEP pattern is emitted by the SCEV expander for certain kinds of
1651         // pointer arithmetic.
1652         if (match(V, m_Neg(m_PtrToInt(m_Value())))) {
1653           Operator *Index = cast<Operator>(V);
1654           Value *PtrToInt = Builder->CreatePtrToInt(PtrOp, Index->getType());
1655           Value *NewSub = Builder->CreateSub(PtrToInt, Index->getOperand(1));
1656           return CastInst::Create(Instruction::IntToPtr, NewSub, GEP.getType());
1657         }
1658         // Canonicalize (gep i8* X, (ptrtoint Y)-(ptrtoint X))
1659         // to (bitcast Y)
1660         Value *Y;
1661         if (match(V, m_Sub(m_PtrToInt(m_Value(Y)),
1662                            m_PtrToInt(m_Specific(GEP.getOperand(0)))))) {
1663           return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(Y,
1664                                                                GEP.getType());
1665         }
1666       }
1667     }
1668   }
1669
1670   // We do not handle pointer-vector geps here.
1671   if (GEP.getType()->isVectorTy())
1672     return nullptr;
1673
1674   // Handle gep(bitcast x) and gep(gep x, 0, 0, 0).
1675   Value *StrippedPtr = PtrOp->stripPointerCasts();
1676   PointerType *StrippedPtrTy = cast<PointerType>(StrippedPtr->getType());
1677
1678   if (StrippedPtr != PtrOp) {
1679     bool HasZeroPointerIndex = false;
1680     if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(GEP.getOperand(1)))
1681       HasZeroPointerIndex = C->isZero();
1682
1683     // Transform: GEP (bitcast [10 x i8]* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1684     // into     : GEP [10 x i8]* X, i32 0, ...
1685     //
1686     // Likewise, transform: GEP (bitcast i8* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1687     //           into     : GEP i8* X, ...
1688     //
1689     // This occurs when the program declares an array extern like "int X[];"
1690     if (HasZeroPointerIndex) {
1691       if (ArrayType *CATy =
1692           dyn_cast<ArrayType>(GEP.getSourceElementType())) {
1693         // GEP (bitcast i8* X to [0 x i8]*), i32 0, ... ?
1694         if (CATy->getElementType() == StrippedPtrTy->getElementType()) {
1695           // -> GEP i8* X, ...
1696           SmallVector<Value*, 8> Idx(GEP.idx_begin()+1, GEP.idx_end());
1697           GetElementPtrInst *Res = GetElementPtrInst::Create(
1698               StrippedPtrTy->getElementType(), StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
1699           Res->setIsInBounds(GEP.isInBounds());
1700           if (StrippedPtrTy->getAddressSpace() == GEP.getAddressSpace())
1701             return Res;
1702           // Insert Res, and create an addrspacecast.
1703           // e.g.,
1704           // GEP (addrspacecast i8 addrspace(1)* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1705           // ->
1706           // %0 = GEP i8 addrspace(1)* X, ...
1707           // addrspacecast i8 addrspace(1)* %0 to i8*
1708           return new AddrSpaceCastInst(Builder->Insert(Res), GEP.getType());
1709         }
1710
1711         if (ArrayType *XATy =
1712               dyn_cast<ArrayType>(StrippedPtrTy->getElementType())){
1713           // GEP (bitcast [10 x i8]* X to [0 x i8]*), i32 0, ... ?
1714           if (CATy->getElementType() == XATy->getElementType()) {
1715             // -> GEP [10 x i8]* X, i32 0, ...
1716             // At this point, we know that the cast source type is a pointer
1717             // to an array of the same type as the destination pointer
1718             // array.  Because the array type is never stepped over (there
1719             // is a leading zero) we can fold the cast into this GEP.
1720             if (StrippedPtrTy->getAddressSpace() == GEP.getAddressSpace()) {
1721               GEP.setOperand(0, StrippedPtr);
1722               GEP.setSourceElementType(XATy);
1723               return &GEP;
1724             }
1725             // Cannot replace the base pointer directly because StrippedPtr's
1726             // address space is different. Instead, create a new GEP followed by
1727             // an addrspacecast.
1728             // e.g.,
1729             // GEP (addrspacecast [10 x i8] addrspace(1)* X to [0 x i8]*),
1730             //   i32 0, ...
1731             // ->
1732             // %0 = GEP [10 x i8] addrspace(1)* X, ...
1733             // addrspacecast i8 addrspace(1)* %0 to i8*
1734             SmallVector<Value*, 8> Idx(GEP.idx_begin(), GEP.idx_end());
1735             Value *NewGEP = GEP.isInBounds()
1736                                 ? Builder->CreateInBoundsGEP(
1737                                       nullptr, StrippedPtr, Idx, GEP.getName())
1738                                 : Builder->CreateGEP(nullptr, StrippedPtr, Idx,
1739                                                      GEP.getName());
1740             return new AddrSpaceCastInst(NewGEP, GEP.getType());
1741           }
1742         }
1743       }
1744     } else if (GEP.getNumOperands() == 2) {
1745       // Transform things like:
1746       // %t = getelementptr i32* bitcast ([2 x i32]* %str to i32*), i32 %V
1747       // into:  %t1 = getelementptr [2 x i32]* %str, i32 0, i32 %V; bitcast
1748       Type *SrcElTy = StrippedPtrTy->getElementType();
1749       Type *ResElTy = GEP.getSourceElementType();
1750       if (SrcElTy->isArrayTy() &&
1751           DL.getTypeAllocSize(SrcElTy->getArrayElementType()) ==
1752               DL.getTypeAllocSize(ResElTy)) {
1753         Type *IdxType = DL.getIntPtrType(GEP.getType());
1754         Value *Idx[2] = { Constant::getNullValue(IdxType), GEP.getOperand(1) };
1755         Value *NewGEP =
1756             GEP.isInBounds()
1757                 ? Builder->CreateInBoundsGEP(nullptr, StrippedPtr, Idx,
1758                                              GEP.getName())
1759                 : Builder->CreateGEP(nullptr, StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
1760
1761         // V and GEP are both pointer types --> BitCast
1762         return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(NewGEP,
1763                                                              GEP.getType());
1764       }
1765
1766       // Transform things like:
1767       // %V = mul i64 %N, 4
1768       // %t = getelementptr i8* bitcast (i32* %arr to i8*), i32 %V
1769       // into:  %t1 = getelementptr i32* %arr, i32 %N; bitcast
1770       if (ResElTy->isSized() && SrcElTy->isSized()) {
1771         // Check that changing the type amounts to dividing the index by a scale
1772         // factor.
1773         uint64_t ResSize = DL.getTypeAllocSize(ResElTy);
1774         uint64_t SrcSize = DL.getTypeAllocSize(SrcElTy);
1775         if (ResSize && SrcSize % ResSize == 0) {
1776           Value *Idx = GEP.getOperand(1);
1777           unsigned BitWidth = Idx->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
1778           uint64_t Scale = SrcSize / ResSize;
1779
1780           // Earlier transforms ensure that the index has type IntPtrType, which
1781           // considerably simplifies the logic by eliminating implicit casts.
1782           assert(Idx->getType() == DL.getIntPtrType(GEP.getType()) &&
1783                  "Index not cast to pointer width?");
1784
1785           bool NSW;
1786           if (Value *NewIdx = Descale(Idx, APInt(BitWidth, Scale), NSW)) {
1787             // Successfully decomposed Idx as NewIdx * Scale, form a new GEP.
1788             // If the multiplication NewIdx * Scale may overflow then the new
1789             // GEP may not be "inbounds".
1790             Value *NewGEP =
1791                 GEP.isInBounds() && NSW
1792                     ? Builder->CreateInBoundsGEP(nullptr, StrippedPtr, NewIdx,
1793                                                  GEP.getName())
1794                     : Builder->CreateGEP(nullptr, StrippedPtr, NewIdx,
1795                                          GEP.getName());
1796
1797             // The NewGEP must be pointer typed, so must the old one -> BitCast
1798             return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(NewGEP,
1799                                                                  GEP.getType());
1800           }
1801         }
1802       }
1803
1804       // Similarly, transform things like:
1805       // getelementptr i8* bitcast ([100 x double]* X to i8*), i32 %tmp
1806       //   (where tmp = 8*tmp2) into:
1807       // getelementptr [100 x double]* %arr, i32 0, i32 %tmp2; bitcast
1808       if (ResElTy->isSized() && SrcElTy->isSized() && SrcElTy->isArrayTy()) {
1809         // Check that changing to the array element type amounts to dividing the
1810         // index by a scale factor.
1811         uint64_t ResSize = DL.getTypeAllocSize(ResElTy);
1812         uint64_t ArrayEltSize =
1813             DL.getTypeAllocSize(SrcElTy->getArrayElementType());
1814         if (ResSize && ArrayEltSize % ResSize == 0) {
1815           Value *Idx = GEP.getOperand(1);
1816           unsigned BitWidth = Idx->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
1817           uint64_t Scale = ArrayEltSize / ResSize;
1818
1819           // Earlier transforms ensure that the index has type IntPtrType, which
1820           // considerably simplifies the logic by eliminating implicit casts.
1821           assert(Idx->getType() == DL.getIntPtrType(GEP.getType()) &&
1822                  "Index not cast to pointer width?");
1823
1824           bool NSW;
1825           if (Value *NewIdx = Descale(Idx, APInt(BitWidth, Scale), NSW)) {
1826             // Successfully decomposed Idx as NewIdx * Scale, form a new GEP.
1827             // If the multiplication NewIdx * Scale may overflow then the new
1828             // GEP may not be "inbounds".
1829             Value *Off[2] = {
1830                 Constant::getNullValue(DL.getIntPtrType(GEP.getType())),
1831                 NewIdx};
1832
1833             Value *NewGEP = GEP.isInBounds() && NSW
1834                                 ? Builder->CreateInBoundsGEP(
1835                                       SrcElTy, StrippedPtr, Off, GEP.getName())
1836                                 : Builder->CreateGEP(SrcElTy, StrippedPtr, Off,
1837                                                      GEP.getName());
1838             // The NewGEP must be pointer typed, so must the old one -> BitCast
1839             return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(NewGEP,
1840                                                                  GEP.getType());
1841           }
1842         }
1843       }
1844     }
1845   }
1846
1847   // addrspacecast between types is canonicalized as a bitcast, then an
1848   // addrspacecast. To take advantage of the below bitcast + struct GEP, look
1849   // through the addrspacecast.
1850   if (AddrSpaceCastInst *ASC = dyn_cast<AddrSpaceCastInst>(PtrOp)) {
1851     //   X = bitcast A addrspace(1)* to B addrspace(1)*
1852     //   Y = addrspacecast A addrspace(1)* to B addrspace(2)*
1853     //   Z = gep Y, <...constant indices...>
1854     // Into an addrspacecasted GEP of the struct.
1855     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(ASC->getOperand(0)))
1856       PtrOp = BC;
1857   }
1858
1859   /// See if we can simplify:
1860   ///   X = bitcast A* to B*
1861   ///   Y = gep X, <...constant indices...>
1862   /// into a gep of the original struct.  This is important for SROA and alias
1863   /// analysis of unions.  If "A" is also a bitcast, wait for A/X to be merged.
1864   if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(PtrOp)) {
1865     Value *Operand = BCI->getOperand(0);
1866     PointerType *OpType = cast<PointerType>(Operand->getType());
1867     unsigned OffsetBits = DL.getPointerTypeSizeInBits(GEP.getType());
1868     APInt Offset(OffsetBits, 0);
1869     if (!isa<BitCastInst>(Operand) &&
1870         GEP.accumulateConstantOffset(DL, Offset)) {
1871
1872       // If this GEP instruction doesn't move the pointer, just replace the GEP
1873       // with a bitcast of the real input to the dest type.
1874       if (!Offset) {
1875         // If the bitcast is of an allocation, and the allocation will be
1876         // converted to match the type of the cast, don't touch this.
1877         if (isa<AllocaInst>(Operand) || isAllocationFn(Operand, &TLI)) {
1878           // See if the bitcast simplifies, if so, don't nuke this GEP yet.
1879           if (Instruction *I = visitBitCast(*BCI)) {
1880             if (I != BCI) {
1881               I->takeName(BCI);
1882               BCI->getParent()->getInstList().insert(BCI->getIterator(), I);
1883               replaceInstUsesWith(*BCI, I);
1884             }
1885             return &GEP;
1886           }
1887         }
1888
1889         if (Operand->getType()->getPointerAddressSpace() != GEP.getAddressSpace())
1890           return new AddrSpaceCastInst(Operand, GEP.getType());
1891         return new BitCastInst(Operand, GEP.getType());
1892       }
1893
1894       // Otherwise, if the offset is non-zero, we need to find out if there is a
1895       // field at Offset in 'A's type.  If so, we can pull the cast through the
1896       // GEP.
1897       SmallVector<Value*, 8> NewIndices;
1898       if (FindElementAtOffset(OpType, Offset.getSExtValue(), NewIndices)) {
1899         Value *NGEP =
1900             GEP.isInBounds()
1901                 ? Builder->CreateInBoundsGEP(nullptr, Operand, NewIndices)
1902                 : Builder->CreateGEP(nullptr, Operand, NewIndices);
1903
1904         if (NGEP->getType() == GEP.getType())
1905           return replaceInstUsesWith(GEP, NGEP);
1906         NGEP->takeName(&GEP);
1907
1908         if (NGEP->getType()->getPointerAddressSpace() != GEP.getAddressSpace())
1909           return new AddrSpaceCastInst(NGEP, GEP.getType());
1910         return new BitCastInst(NGEP, GEP.getType());
1911       }
1912     }
1913   }
1914
1915   if (!GEP.isInBounds()) {
1916     unsigned PtrWidth =
1917         DL.getPointerSizeInBits(PtrOp->getType()->getPointerAddressSpace());
1918     APInt BasePtrOffset(PtrWidth, 0);
1919     Value *UnderlyingPtrOp =
1920             PtrOp->stripAndAccumulateInBoundsConstantOffsets(DL,
1921                                                              BasePtrOffset);
1922     if (auto *AI = dyn_cast<AllocaInst>(UnderlyingPtrOp)) {
1923       if (GEP.accumulateConstantOffset(DL, BasePtrOffset) &&
1924           BasePtrOffset.isNonNegative()) {
1925         APInt AllocSize(PtrWidth, DL.getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType()));
1926         if (BasePtrOffset.ule(AllocSize)) {
1927           return GetElementPtrInst::CreateInBounds(
1928               PtrOp, makeArrayRef(Ops).slice(1), GEP.getName());
1929         }
1930       }
1931     }
1932   }
1933
1934   return nullptr;
1935 }
1936
1937 static bool isNeverEqualToUnescapedAlloc(Value *V, const TargetLibraryInfo *TLI,
1938                                          Instruction *AI) {
1939   if (isa<ConstantPointerNull>(V))
1940     return true;
1941   if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(V))
1942     return isa<GlobalVariable>(LI->getPointerOperand());
1943   // Two distinct allocations will never be equal.
1944   // We rely on LookThroughBitCast in isAllocLikeFn being false, since looking
1945   // through bitcasts of V can cause
1946   // the result statement below to be true, even when AI and V (ex:
1947   // i8* ->i32* ->i8* of AI) are the same allocations.
1948   return isAllocLikeFn(V, TLI) && V != AI;
1949 }
1950
1951 static bool isAllocSiteRemovable(Instruction *AI,
1952                                  SmallVectorImpl<WeakTrackingVH> &Users,
1953                                  const TargetLibraryInfo *TLI) {
1954   SmallVector<Instruction*, 4> Worklist;
1955   Worklist.push_back(AI);
1956
1957   do {
1958     Instruction *PI = Worklist.pop_back_val();
1959     for (User *U : PI->users()) {
1960       Instruction *I = cast<Instruction>(U);
1961       switch (I->getOpcode()) {
1962       default:
1963         // Give up the moment we see something we can't handle.
1964         return false;
1965
1966       case Instruction::AddrSpaceCast:
1967       case Instruction::BitCast:
1968       case Instruction::GetElementPtr:
1969         Users.emplace_back(I);
1970         Worklist.push_back(I);
1971         continue;
1972
1973       case Instruction::ICmp: {
1974         ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(I);
1975         // We can fold eq/ne comparisons with null to false/true, respectively.
1976         // We also fold comparisons in some conditions provided the alloc has
1977         // not escaped (see isNeverEqualToUnescapedAlloc).
1978         if (!ICI->isEquality())
1979           return false;
1980         unsigned OtherIndex = (ICI->getOperand(0) == PI) ? 1 : 0;
1981         if (!isNeverEqualToUnescapedAlloc(ICI->getOperand(OtherIndex), TLI, AI))
1982           return false;
1983         Users.emplace_back(I);
1984         continue;
1985       }
1986
1987       case Instruction::Call:
1988         // Ignore no-op and store intrinsics.
1989         if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
1990           switch (II->getIntrinsicID()) {
1991           default:
1992             return false;
1993
1994           case Intrinsic::memmove:
1995           case Intrinsic::memcpy:
1996           case Intrinsic::memset: {
1997             MemIntrinsic *MI = cast<MemIntrinsic>(II);
1998             if (MI->isVolatile() || MI->getRawDest() != PI)
1999               return false;
2000             LLVM_FALLTHROUGH;
2001           }
2002           case Intrinsic::dbg_declare:
2003           case Intrinsic::dbg_value:
2004           case Intrinsic::invariant_start:
2005           case Intrinsic::invariant_end:
2006           case Intrinsic::lifetime_start:
2007           case Intrinsic::lifetime_end:
2008           case Intrinsic::objectsize:
2009             Users.emplace_back(I);
2010             continue;
2011           }
2012         }
2013
2014         if (isFreeCall(I, TLI)) {
2015           Users.emplace_back(I);
2016           continue;
2017         }
2018         return false;
2019
2020       case Instruction::Store: {
2021         StoreInst *SI = cast<StoreInst>(I);
2022         if (SI->isVolatile() || SI->getPointerOperand() != PI)
2023           return false;
2024         Users.emplace_back(I);
2025         continue;
2026       }
2027       }
2028       llvm_unreachable("missing a return?");
2029     }
2030   } while (!Worklist.empty());
2031   return true;
2032 }
2033
2034 Instruction *InstCombiner::visitAllocSite(Instruction &MI) {
2035   // If we have a malloc call which is only used in any amount of comparisons
2036   // to null and free calls, delete the calls and replace the comparisons with
2037   // true or false as appropriate.
2038   SmallVector<WeakTrackingVH, 64> Users;
2039   if (isAllocSiteRemovable(&MI, Users, &TLI)) {
2040     for (unsigned i = 0, e = Users.size(); i != e; ++i) {
2041       // Lowering all @llvm.objectsize calls first because they may
2042       // use a bitcast/GEP of the alloca we are removing.
2043       if (!Users[i])
2044        continue;
2045
2046       Instruction *I = cast<Instruction>(&*Users[i]);
2047
2048       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
2049         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::objectsize) {
2050           ConstantInt *Result = lowerObjectSizeCall(II, DL, &TLI,
2051                                                     /*MustSucceed=*/true);
2052           replaceInstUsesWith(*I, Result);
2053           eraseInstFromFunction(*I);
2054           Users[i] = nullptr; // Skip examining in the next loop.
2055         }
2056       }
2057     }
2058     for (unsigned i = 0, e = Users.size(); i != e; ++i) {
2059       if (!Users[i])
2060         continue;
2061
2062       Instruction *I = cast<Instruction>(&*Users[i]);
2063
2064       if (ICmpInst *C = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
2065         replaceInstUsesWith(*C,
2066                             ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(C->getContext()),
2067                                              C->isFalseWhenEqual()));
2068       } else if (isa<BitCastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I) ||
2069                  isa<AddrSpaceCastInst>(I)) {
2070         replaceInstUsesWith(*I, UndefValue::get(I->getType()));
2071       }
2072       eraseInstFromFunction(*I);
2073     }
2074
2075     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(&MI)) {
2076       // Replace invoke with a NOP intrinsic to maintain the original CFG
2077       Module *M = II->getModule();
2078       Function *F = Intrinsic::getDeclaration(M, Intrinsic::donothing);
2079       InvokeInst::Create(F, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
2080                          None, "", II->getParent());
2081     }
2082     return eraseInstFromFunction(MI);
2083   }
2084   return nullptr;
2085 }
2086
2087 /// \brief Move the call to free before a NULL test.
2088 ///
2089 /// Check if this free is accessed after its argument has been test
2090 /// against NULL (property 0).
2091 /// If yes, it is legal to move this call in its predecessor block.
2092 ///
2093 /// The move is performed only if the block containing the call to free
2094 /// will be removed, i.e.:
2095 /// 1. it has only one predecessor P, and P has two successors
2096 /// 2. it contains the call and an unconditional branch
2097 /// 3. its successor is the same as its predecessor's successor
2098 ///
2099 /// The profitability is out-of concern here and this function should
2100 /// be called only if the caller knows this transformation would be
2101 /// profitable (e.g., for code size).
2102 static Instruction *
2103 tryToMoveFreeBeforeNullTest(CallInst &FI) {
2104   Value *Op = FI.getArgOperand(0);
2105   BasicBlock *FreeInstrBB = FI.getParent();
2106   BasicBlock *PredBB = FreeInstrBB->getSinglePredecessor();
2107
2108   // Validate part of constraint #1: Only one predecessor
2109   // FIXME: We can extend the number of predecessor, but in that case, we
2110   //        would duplicate the call to free in each predecessor and it may
2111   //        not be profitable even for code size.
2112   if (!PredBB)
2113     return nullptr;
2114
2115   // Validate constraint #2: Does this block contains only the call to
2116   //                         free and an unconditional branch?
2117   // FIXME: We could check if we can speculate everything in the
2118   //        predecessor block
2119   if (FreeInstrBB->size() != 2)
2120     return nullptr;
2121   BasicBlock *SuccBB;
2122   if (!match(FreeInstrBB->getTerminator(), m_UnconditionalBr(SuccBB)))
2123     return nullptr;
2124
2125   // Validate the rest of constraint #1 by matching on the pred branch.
2126   TerminatorInst *TI = PredBB->getTerminator();
2127   BasicBlock *TrueBB, *FalseBB;
2128   ICmpInst::Predicate Pred;
2129   if (!match(TI, m_Br(m_ICmp(Pred, m_Specific(Op), m_Zero()), TrueBB, FalseBB)))
2130     return nullptr;
2131   if (Pred != ICmpInst::ICMP_EQ && Pred != ICmpInst::ICMP_NE)
2132     return nullptr;
2133
2134   // Validate constraint #3: Ensure the null case just falls through.
2135   if (SuccBB != (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ ? TrueBB : FalseBB))
2136     return nullptr;
2137   assert(FreeInstrBB == (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ ? FalseBB : TrueBB) &&
2138          "Broken CFG: missing edge from predecessor to successor");
2139
2140   FI.moveBefore(TI);
2141   return &FI;
2142 }
2143
2144
2145 Instruction *InstCombiner::visitFree(CallInst &FI) {
2146   Value *Op = FI.getArgOperand(0);
2147
2148   // free undef -> unreachable.
2149   if (isa<UndefValue>(Op)) {
2150     // Insert a new store to null because we cannot modify the CFG here.
2151     Builder->CreateStore(ConstantInt::getTrue(FI.getContext()),
2152                          UndefValue::get(Type::getInt1PtrTy(FI.getContext())));
2153     return eraseInstFromFunction(FI);
2154   }
2155
2156   // If we have 'free null' delete the instruction.  This can happen in stl code
2157   // when lots of inlining happens.
2158   if (isa<ConstantPointerNull>(Op))
2159     return eraseInstFromFunction(FI);
2160
2161   // If we optimize for code size, try to move the call to free before the null
2162   // test so that simplify cfg can remove the empty block and dead code
2163   // elimination the branch. I.e., helps to turn something like:
2164   // if (foo) free(foo);
2165   // into
2166   // free(foo);
2167   if (MinimizeSize)
2168     if (Instruction *I = tryToMoveFreeBeforeNullTest(FI))
2169       return I;
2170
2171   return nullptr;
2172 }
2173
2174 Instruction *InstCombiner::visitReturnInst(ReturnInst &RI) {
2175   if (RI.getNumOperands() == 0) // ret void
2176     return nullptr;
2177
2178   Value *ResultOp = RI.getOperand(0);
2179   Type *VTy = ResultOp->getType();
2180   if (!VTy->isIntegerTy())
2181     return nullptr;
2182
2183   // There might be assume intrinsics dominating this return that completely
2184   // determine the value. If so, constant fold it.
2185   KnownBits Known = computeKnownBits(ResultOp, 0, &RI);
2186   if (Known.isConstant())
2187     RI.setOperand(0, Constant::getIntegerValue(VTy, Known.getConstant()));
2188
2189   return nullptr;
2190 }
2191
2192 Instruction *InstCombiner::visitBranchInst(BranchInst &BI) {
2193   // Change br (not X), label True, label False to: br X, label False, True
2194   Value *X = nullptr;
2195   BasicBlock *TrueDest;
2196   BasicBlock *FalseDest;
2197   if (match(&BI, m_Br(m_Not(m_Value(X)), TrueDest, FalseDest)) &&
2198       !isa<Constant>(X)) {
2199     // Swap Destinations and condition...
2200     BI.setCondition(X);
2201     BI.swapSuccessors();
2202     return &BI;
2203   }
2204
2205   // If the condition is irrelevant, remove the use so that other
2206   // transforms on the condition become more effective.
2207   if (BI.isConditional() &&
2208       BI.getSuccessor(0) == BI.getSuccessor(1) &&
2209       !isa<UndefValue>(BI.getCondition())) {
2210     BI.setCondition(UndefValue::get(BI.getCondition()->getType()));
2211     return &BI;
2212   }
2213
2214   // Canonicalize, for example, icmp_ne -> icmp_eq or fcmp_one -> fcmp_oeq.
2215   CmpInst::Predicate Pred;
2216   if (match(&BI, m_Br(m_OneUse(m_Cmp(Pred, m_Value(), m_Value())), TrueDest,
2217                       FalseDest)) &&
2218       !isCanonicalPredicate(Pred)) {
2219     // Swap destinations and condition.
2220     CmpInst *Cond = cast<CmpInst>(BI.getCondition());
2221     Cond->setPredicate(CmpInst::getInversePredicate(Pred));
2222     BI.swapSuccessors();
2223     Worklist.Add(Cond);
2224     return &BI;
2225   }
2226
2227   return nullptr;
2228 }
2229
2230 Instruction *InstCombiner::visitSwitchInst(SwitchInst &SI) {
2231   Value *Cond = SI.getCondition();
2232   Value *Op0;
2233   ConstantInt *AddRHS;
2234   if (match(Cond, m_Add(m_Value(Op0), m_ConstantInt(AddRHS)))) {
2235     // Change 'switch (X+4) case 1:' into 'switch (X) case -3'.
2236     for (auto Case : SI.cases()) {
2237       Constant *NewCase = ConstantExpr::getSub(Case.getCaseValue(), AddRHS);
2238       assert(isa<ConstantInt>(NewCase) &&
2239              "Result of expression should be constant");
2240       Case.setValue(cast<ConstantInt>(NewCase));
2241     }
2242     SI.setCondition(Op0);
2243     return &SI;
2244   }
2245
2246   KnownBits Known = computeKnownBits(Cond, 0, &SI);
2247   unsigned LeadingKnownZeros = Known.countMinLeadingZeros();
2248   unsigned LeadingKnownOnes = Known.countMinLeadingOnes();
2249
2250   // Compute the number of leading bits we can ignore.
2251   // TODO: A better way to determine this would use ComputeNumSignBits().
2252   for (auto &C : SI.cases()) {
2253     LeadingKnownZeros = std::min(
2254         LeadingKnownZeros, C.getCaseValue()->getValue().countLeadingZeros());
2255     LeadingKnownOnes = std::min(
2256         LeadingKnownOnes, C.getCaseValue()->getValue().countLeadingOnes());
2257   }
2258
2259   unsigned NewWidth = Known.getBitWidth() - std::max(LeadingKnownZeros, LeadingKnownOnes);
2260
2261   // Shrink the condition operand if the new type is smaller than the old type.
2262   // This may produce a non-standard type for the switch, but that's ok because
2263   // the backend should extend back to a legal type for the target.
2264   if (NewWidth > 0 && NewWidth < Known.getBitWidth()) {
2265     IntegerType *Ty = IntegerType::get(SI.getContext(), NewWidth);
2266     Builder->SetInsertPoint(&SI);
2267     Value *NewCond = Builder->CreateTrunc(Cond, Ty, "trunc");
2268     SI.setCondition(NewCond);
2269
2270     for (auto Case : SI.cases()) {
2271       APInt TruncatedCase = Case.getCaseValue()->getValue().trunc(NewWidth);
2272       Case.setValue(ConstantInt::get(SI.getContext(), TruncatedCase));
2273     }
2274     return &SI;
2275   }
2276
2277   return nullptr;
2278 }
2279
2280 Instruction *InstCombiner::visitExtractValueInst(ExtractValueInst &EV) {
2281   Value *Agg = EV.getAggregateOperand();
2282
2283   if (!EV.hasIndices())
2284     return replaceInstUsesWith(EV, Agg);
2285
2286   if (Value *V = SimplifyExtractValueInst(Agg, EV.getIndices(), SQ))
2287     return replaceInstUsesWith(EV, V);
2288
2289   if (InsertValueInst *IV = dyn_cast<InsertValueInst>(Agg)) {
2290     // We're extracting from an insertvalue instruction, compare the indices
2291     const unsigned *exti, *exte, *insi, *inse;
2292     for (exti = EV.idx_begin(), insi = IV->idx_begin(),
2293          exte = EV.idx_end(), inse = IV->idx_end();
2294          exti != exte && insi != inse;
2295          ++exti, ++insi) {
2296       if (*insi != *exti)
2297         // The insert and extract both reference distinctly different elements.
2298         // This means the extract is not influenced by the insert, and we can
2299         // replace the aggregate operand of the extract with the aggregate
2300         // operand of the insert. i.e., replace
2301         // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, { i32 } { i32 42 }, 1
2302         // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 0
2303         // with
2304         // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %A, 0
2305         return ExtractValueInst::Create(IV->getAggregateOperand(),
2306                                         EV.getIndices());
2307     }
2308     if (exti == exte && insi == inse)
2309       // Both iterators are at the end: Index lists are identical. Replace
2310       // %B = insertvalue { i32, { i32 } } %A, i32 42, 1, 0
2311       // %C = extractvalue { i32, { i32 } } %B, 1, 0
2312       // with "i32 42"
2313       return replaceInstUsesWith(EV, IV->getInsertedValueOperand());
2314     if (exti == exte) {
2315       // The extract list is a prefix of the insert list. i.e. replace
2316       // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, i32 42, 1, 0
2317       // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 1
2318       // with
2319       // %X = extractvalue { i32, { i32 } } %A, 1
2320       // %E = insertvalue { i32 } %X, i32 42, 0
2321       // by switching the order of the insert and extract (though the
2322       // insertvalue should be left in, since it may have other uses).
2323       Value *NewEV = Builder->CreateExtractValue(IV->getAggregateOperand(),
2324                                                  EV.getIndices());
2325       return InsertValueInst::Create(NewEV, IV->getInsertedValueOperand(),
2326                                      makeArrayRef(insi, inse));
2327     }
2328     if (insi == inse)
2329       // The insert list is a prefix of the extract list
2330       // We can simply remove the common indices from the extract and make it
2331       // operate on the inserted value instead of the insertvalue result.
2332       // i.e., replace
2333       // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, { i32 } { i32 42 }, 1
2334       // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 1, 0
2335       // with
2336       // %E extractvalue { i32 } { i32 42 }, 0
2337       return ExtractValueInst::Create(IV->getInsertedValueOperand(),
2338                                       makeArrayRef(exti, exte));
2339   }
2340   if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Agg)) {
2341     // We're extracting from an intrinsic, see if we're the only user, which
2342     // allows us to simplify multiple result intrinsics to simpler things that
2343     // just get one value.
2344     if (II->hasOneUse()) {
2345       // Check if we're grabbing the overflow bit or the result of a 'with
2346       // overflow' intrinsic.  If it's the latter we can remove the intrinsic
2347       // and replace it with a traditional binary instruction.
2348       switch (II->getIntrinsicID()) {
2349       case Intrinsic::uadd_with_overflow:
2350       case Intrinsic::sadd_with_overflow:
2351         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
2352           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
2353           replaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
2354           eraseInstFromFunction(*II);
2355           return BinaryOperator::CreateAdd(LHS, RHS);
2356         }
2357
2358         // If the normal result of the add is dead, and the RHS is a constant,
2359         // we can transform this into a range comparison.
2360         // overflow = uadd a, -4  -->  overflow = icmp ugt a, 3
2361         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::uadd_with_overflow)
2362           if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(1)))
2363             return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_UGT, II->getArgOperand(0),
2364                                 ConstantExpr::getNot(CI));
2365         break;
2366       case Intrinsic::usub_with_overflow:
2367       case Intrinsic::ssub_with_overflow:
2368         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
2369           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
2370           replaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
2371           eraseInstFromFunction(*II);
2372           return BinaryOperator::CreateSub(LHS, RHS);
2373         }
2374         break;
2375       case Intrinsic::umul_with_overflow:
2376       case Intrinsic::smul_with_overflow:
2377         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
2378           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
2379           replaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
2380           eraseInstFromFunction(*II);
2381           return BinaryOperator::CreateMul(LHS, RHS);
2382         }
2383         break;
2384       default:
2385         break;
2386       }
2387     }
2388   }
2389   if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(Agg))
2390     // If the (non-volatile) load only has one use, we can rewrite this to a
2391     // load from a GEP. This reduces the size of the load. If a load is used
2392     // only by extractvalue instructions then this either must have been
2393     // optimized before, or it is a struct with padding, in which case we
2394     // don't want to do the transformation as it loses padding knowledge.
2395     if (L->isSimple() && L->hasOneUse()) {
2396       // extractvalue has integer indices, getelementptr has Value*s. Convert.
2397       SmallVector<Value*, 4> Indices;
2398       // Prefix an i32 0 since we need the first element.
2399       Indices.push_back(Builder->getInt32(0));
2400       for (ExtractValueInst::idx_iterator I = EV.idx_begin(), E = EV.idx_end();
2401             I != E; ++I)
2402         Indices.push_back(Builder->getInt32(*I));
2403
2404       // We need to insert these at the location of the old load, not at that of
2405       // the extractvalue.
2406       Builder->SetInsertPoint(L);
2407       Value *GEP = Builder->CreateInBoundsGEP(L->getType(),
2408                                               L->getPointerOperand(), Indices);
2409       // Returning the load directly will cause the main loop to insert it in
2410       // the wrong spot, so use replaceInstUsesWith().
2411       return replaceInstUsesWith(EV, Builder->CreateLoad(GEP));
2412     }
2413   // We could simplify extracts from other values. Note that nested extracts may
2414   // already be simplified implicitly by the above: extract (extract (insert) )
2415   // will be translated into extract ( insert ( extract ) ) first and then just
2416   // the value inserted, if appropriate. Similarly for extracts from single-use
2417   // loads: extract (extract (load)) will be translated to extract (load (gep))
2418   // and if again single-use then via load (gep (gep)) to load (gep).
2419   // However, double extracts from e.g. function arguments or return values
2420   // aren't handled yet.
2421   return nullptr;
2422 }
2423
2424 /// Return 'true' if the given typeinfo will match anything.
2425 static bool isCatchAll(EHPersonality Personality, Constant *TypeInfo) {
2426   switch (Personality) {
2427   case EHPersonality::GNU_C:
2428   case EHPersonality::GNU_C_SjLj:
2429   case EHPersonality::Rust:
2430     // The GCC C EH and Rust personality only exists to support cleanups, so
2431     // it's not clear what the semantics of catch clauses are.
2432     return false;
2433   case EHPersonality::Unknown:
2434     return false;
2435   case EHPersonality::GNU_Ada:
2436     // While __gnat_all_others_value will match any Ada exception, it doesn't
2437     // match foreign exceptions (or didn't, before gcc-4.7).
2438     return false;
2439   case EHPersonality::GNU_CXX:
2440   case EHPersonality::GNU_CXX_SjLj:
2441   case EHPersonality::GNU_ObjC:
2442   case EHPersonality::MSVC_X86SEH:
2443   case EHPersonality::MSVC_Win64SEH:
2444   case EHPersonality::MSVC_CXX:
2445   case EHPersonality::CoreCLR:
2446     return TypeInfo->isNullValue();
2447   }
2448   llvm_unreachable("invalid enum");
2449 }
2450
2451 static bool shorter_filter(const Value *LHS, const Value *RHS) {
2452   return
2453     cast<ArrayType>(LHS->getType())->getNumElements()
2454   <
2455     cast<ArrayType>(RHS->getType())->getNumElements();
2456 }
2457
2458 Instruction *InstCombiner::visitLandingPadInst(LandingPadInst &LI) {
2459   // The logic here should be correct for any real-world personality function.
2460   // However if that turns out not to be true, the offending logic can always
2461   // be conditioned on the personality function, like the catch-all logic is.
2462   EHPersonality Personality =
2463       classifyEHPersonality(LI.getParent()->getParent()->getPersonalityFn());
2464
2465   // Simplify the list of clauses, eg by removing repeated catch clauses
2466   // (these are often created by inlining).
2467   bool MakeNewInstruction = false; // If true, recreate using the following:
2468   SmallVector<Constant *, 16> NewClauses; // - Clauses for the new instruction;
2469   bool CleanupFlag = LI.isCleanup();   // - The new instruction is a cleanup.
2470
2471   SmallPtrSet<Value *, 16> AlreadyCaught; // Typeinfos known caught already.
2472   for (unsigned i = 0, e = LI.getNumClauses(); i != e; ++i) {
2473     bool isLastClause = i + 1 == e;
2474     if (LI.isCatch(i)) {
2475       // A catch clause.
2476       Constant *CatchClause = LI.getClause(i);
2477       Constant *TypeInfo = CatchClause->stripPointerCasts();
2478
2479       // If we already saw this clause, there is no point in having a second
2480       // copy of it.
2481       if (AlreadyCaught.insert(TypeInfo).second) {
2482         // This catch clause was not already seen.
2483         NewClauses.push_back(CatchClause);
2484       } else {
2485         // Repeated catch clause - drop the redundant copy.
2486         MakeNewInstruction = true;
2487       }
2488
2489       // If this is a catch-all then there is no point in keeping any following
2490       // clauses or marking the landingpad as having a cleanup.
2491       if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
2492         if (!isLastClause)
2493           MakeNewInstruction = true;
2494         CleanupFlag = false;
2495         break;
2496       }
2497     } else {
2498       // A filter clause.  If any of the filter elements were already caught
2499       // then they can be dropped from the filter.  It is tempting to try to
2500       // exploit the filter further by saying that any typeinfo that does not
2501       // occur in the filter can't be caught later (and thus can be dropped).
2502       // However this would be wrong, since typeinfos can match without being
2503       // equal (for example if one represents a C++ class, and the other some
2504       // class derived from it).
2505       assert(LI.isFilter(i) && "Unsupported landingpad clause!");
2506       Constant *FilterClause = LI.getClause(i);
2507       ArrayType *FilterType = cast<ArrayType>(FilterClause->getType());
2508       unsigned NumTypeInfos = FilterType->getNumElements();
2509
2510       // An empty filter catches everything, so there is no point in keeping any
2511       // following clauses or marking the landingpad as having a cleanup.  By
2512       // dealing with this case here the following code is made a bit simpler.
2513       if (!NumTypeInfos) {
2514         NewClauses.push_back(FilterClause);
2515         if (!isLastClause)
2516           MakeNewInstruction = true;
2517         CleanupFlag = false;
2518         break;
2519       }
2520
2521       bool MakeNewFilter = false; // If true, make a new filter.
2522       SmallVector<Constant *, 16> NewFilterElts; // New elements.
2523       if (isa<ConstantAggregateZero>(FilterClause)) {
2524         // Not an empty filter - it contains at least one null typeinfo.
2525         assert(NumTypeInfos > 0 && "Should have handled empty filter already!");
2526         Constant *TypeInfo =
2527           Constant::getNullValue(FilterType->getElementType());
2528         // If this typeinfo is a catch-all then the filter can never match.
2529         if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
2530           // Throw the filter away.
2531           MakeNewInstruction = true;
2532           continue;
2533         }
2534
2535         // There is no point in having multiple copies of this typeinfo, so
2536         // discard all but the first copy if there is more than one.
2537         NewFilterElts.push_back(TypeInfo);
2538         if (NumTypeInfos > 1)
2539           MakeNewFilter = true;
2540       } else {
2541         ConstantArray *Filter = cast<ConstantArray>(FilterClause);
2542         SmallPtrSet<Value *, 16> SeenInFilter; // For uniquing the elements.
2543         NewFilterElts.reserve(NumTypeInfos);
2544
2545         // Remove any filter elements that were already caught or that already
2546         // occurred in the filter.  While there, see if any of the elements are
2547         // catch-alls.  If so, the filter can be discarded.
2548         bool SawCatchAll = false;
2549         for (unsigned j = 0; j != NumTypeInfos; ++j) {
2550           Constant *Elt = Filter->getOperand(j);
2551           Constant *TypeInfo = Elt->stripPointerCasts();
2552           if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
2553             // This element is a catch-all.  Bail out, noting this fact.
2554             SawCatchAll = true;
2555             break;
2556           }
2557
2558           // Even if we've seen a type in a catch clause, we don't want to
2559           // remove it from the filter.  An unexpected type handler may be
2560           // set up for a call site which throws an exception of the same
2561           // type caught.  In order for the exception thrown by the unexpected
2562           // handler to propagate correctly, the filter must be correctly
2563           // described for the call site.
2564           //
2565           // Example:
2566           //
2567           // void unexpected() { throw 1;}
2568           // void foo() throw (int) {
2569           //   std::set_unexpected(unexpected);
2570           //   try {
2571           //     throw 2.0;
2572           //   } catch (int i) {}
2573           // }
2574
2575           // There is no point in having multiple copies of the same typeinfo in
2576           // a filter, so only add it if we didn't already.
2577           if (SeenInFilter.insert(TypeInfo).second)
2578             NewFilterElts.push_back(cast<Constant>(Elt));
2579         }
2580         // A filter containing a catch-all cannot match anything by definition.
2581         if (SawCatchAll) {
2582           // Throw the filter away.
2583           MakeNewInstruction = true;
2584           continue;
2585         }
2586
2587         // If we dropped something from the filter, make a new one.
2588         if (NewFilterElts.size() < NumTypeInfos)
2589           MakeNewFilter = true;
2590       }
2591       if (MakeNewFilter) {
2592         FilterType = ArrayType::get(FilterType->getElementType(),
2593                                     NewFilterElts.size());
2594         FilterClause = ConstantArray::get(FilterType, NewFilterElts);
2595         MakeNewInstruction = true;
2596       }
2597
2598       NewClauses.push_back(FilterClause);
2599
2600       // If the new filter is empty then it will catch everything so there is
2601       // no point in keeping any following clauses or marking the landingpad
2602       // as having a cleanup.  The case of the original filter being empty was
2603       // already handled above.
2604       if (MakeNewFilter && !NewFilterElts.size()) {
2605         assert(MakeNewInstruction && "New filter but not a new instruction!");
2606         CleanupFlag = false;
2607         break;
2608       }
2609     }
2610   }
2611
2612   // If several filters occur in a row then reorder them so that the shortest
2613   // filters come first (those with the smallest number of elements).  This is
2614   // advantageous because shorter filters are more likely to match, speeding up
2615   // unwinding, but mostly because it increases the effectiveness of the other
2616   // filter optimizations below.
2617   for (unsigned i = 0, e = NewClauses.size(); i + 1 < e; ) {
2618     unsigned j;
2619     // Find the maximal 'j' s.t. the range [i, j) consists entirely of filters.
2620     for (j = i; j != e; ++j)
2621       if (!isa<ArrayType>(NewClauses[j]->getType()))
2622         break;
2623
2624     // Check whether the filters are already sorted by length.  We need to know
2625     // if sorting them is actually going to do anything so that we only make a
2626     // new landingpad instruction if it does.
2627     for (unsigned k = i; k + 1 < j; ++k)
2628       if (shorter_filter(NewClauses[k+1], NewClauses[k])) {
2629         // Not sorted, so sort the filters now.  Doing an unstable sort would be
2630         // correct too but reordering filters pointlessly might confuse users.
2631         std::stable_sort(NewClauses.begin() + i, NewClauses.begin() + j,
2632                          shorter_filter);
2633         MakeNewInstruction = true;
2634         break;
2635       }
2636
2637     // Look for the next batch of filters.
2638     i = j + 1;
2639   }
2640
2641   // If typeinfos matched if and only if equal, then the elements of a filter L
2642   // that occurs later than a filter F could be replaced by the intersection of
2643   // the elements of F and L.  In reality two typeinfos can match without being
2644   // equal (for example if one represents a C++ class, and the other some class
2645   // derived from it) so it would be wrong to perform this transform in general.
2646   // However the transform is correct and useful if F is a subset of L.  In that
2647   // case L can be replaced by F, and thus removed altogether since repeating a
2648   // filter is pointless.  So here we look at all pairs of filters F and L where
2649   // L follows F in the list of clauses, and remove L if every element of F is
2650   // an element of L.  This can occur when inlining C++ functions with exception
2651   // specifications.
2652   for (unsigned i = 0; i + 1 < NewClauses.size(); ++i) {
2653     // Examine each filter in turn.
2654     Value *Filter = NewClauses[i];
2655     ArrayType *FTy = dyn_cast<ArrayType>(Filter->getType());
2656     if (!FTy)
2657       // Not a filter - skip it.
2658       continue;
2659     unsigned FElts = FTy->getNumElements();
2660     // Examine each filter following this one.  Doing this backwards means that
2661     // we don't have to worry about filters disappearing under us when removed.
2662     for (unsigned j = NewClauses.size() - 1; j != i; --j) {
2663       Value *LFilter = NewClauses[j];
2664       ArrayType *LTy = dyn_cast<ArrayType>(LFilter->getType());
2665       if (!LTy)
2666         // Not a filter - skip it.
2667         continue;
2668       // If Filter is a subset of LFilter, i.e. every element of Filter is also
2669       // an element of LFilter, then discard LFilter.
2670       SmallVectorImpl<Constant *>::iterator J = NewClauses.begin() + j;
2671       // If Filter is empty then it is a subset of LFilter.
2672       if (!FElts) {
2673         // Discard LFilter.
2674         NewClauses.erase(J);
2675         MakeNewInstruction = true;
2676         // Move on to the next filter.
2677         continue;
2678       }
2679       unsigned LElts = LTy->getNumElements();
2680       // If Filter is longer than LFilter then it cannot be a subset of it.
2681       if (FElts > LElts)
2682         // Move on to the next filter.
2683         continue;
2684       // At this point we know that LFilter has at least one element.
2685       if (isa<ConstantAggregateZero>(LFilter)) { // LFilter only contains zeros.
2686         // Filter is a subset of LFilter iff Filter contains only zeros (as we
2687         // already know that Filter is not longer than LFilter).
2688         if (isa<ConstantAggregateZero>(Filter)) {
2689           assert(FElts <= LElts && "Should have handled this case earlier!");
2690           // Discard LFilter.
2691           NewClauses.erase(J);
2692           MakeNewInstruction = true;
2693         }
2694         // Move on to the next filter.
2695         continue;
2696       }
2697       ConstantArray *LArray = cast<ConstantArray>(LFilter);
2698       if (isa<ConstantAggregateZero>(Filter)) { // Filter only contains zeros.
2699         // Since Filter is non-empty and contains only zeros, it is a subset of
2700         // LFilter iff LFilter contains a zero.
2701         assert(FElts > 0 && "Should have eliminated the empty filter earlier!");
2702         for (unsigned l = 0; l != LElts; ++l)
2703           if (LArray->getOperand(l)->isNullValue()) {
2704             // LFilter contains a zero - discard it.
2705             NewClauses.erase(J);
2706             MakeNewInstruction = true;
2707             break;
2708           }
2709         // Move on to the next filter.
2710         continue;
2711       }
2712       // At this point we know that both filters are ConstantArrays.  Loop over
2713       // operands to see whether every element of Filter is also an element of
2714       // LFilter.  Since filters tend to be short this is probably faster than
2715       // using a method that scales nicely.
2716       ConstantArray *FArray = cast<ConstantArray>(Filter);
2717       bool AllFound = true;
2718       for (unsigned f = 0; f != FElts; ++f) {
2719         Value *FTypeInfo = FArray->getOperand(f)->stripPointerCasts();
2720         AllFound = false;
2721         for (unsigned l = 0; l != LElts; ++l) {
2722           Value *LTypeInfo = LArray->getOperand(l)->stripPointerCasts();
2723           if (LTypeInfo == FTypeInfo) {
2724             AllFound = true;
2725             break;
2726           }
2727         }
2728         if (!AllFound)
2729           break;
2730       }
2731       if (AllFound) {
2732         // Discard LFilter.
2733         NewClauses.erase(J);
2734         MakeNewInstruction = true;
2735       }
2736       // Move on to the next filter.
2737     }
2738   }
2739
2740   // If we changed any of the clauses, replace the old landingpad instruction
2741   // with a new one.
2742   if (MakeNewInstruction) {
2743     LandingPadInst *NLI = LandingPadInst::Create(LI.getType(),
2744                                                  NewClauses.size());
2745     for (unsigned i = 0, e = NewClauses.size(); i != e; ++i)
2746       NLI->addClause(NewClauses[i]);
2747     // A landing pad with no clauses must have the cleanup flag set.  It is
2748     // theoretically possible, though highly unlikely, that we eliminated all
2749     // clauses.  If so, force the cleanup flag to true.
2750     if (NewClauses.empty())
2751       CleanupFlag = true;
2752     NLI->setCleanup(CleanupFlag);
2753     return NLI;
2754   }
2755
2756   // Even if none of the clauses changed, we may nonetheless have understood
2757   // that the cleanup flag is pointless.  Clear it if so.
2758   if (LI.isCleanup() != CleanupFlag) {
2759     assert(!CleanupFlag && "Adding a cleanup, not removing one?!");
2760     LI.setCleanup(CleanupFlag);
2761     return &LI;
2762   }
2763
2764   return nullptr;
2765 }
2766
2767 /// Try to move the specified instruction from its current block into the
2768 /// beginning of DestBlock, which can only happen if it's safe to move the
2769 /// instruction past all of the instructions between it and the end of its
2770 /// block.
2771 static bool TryToSinkInstruction(Instruction *I, BasicBlock *DestBlock) {
2772   assert(I->hasOneUse() && "Invariants didn't hold!");
2773
2774   // Cannot move control-flow-involving, volatile loads, vaarg, etc.
2775   if (isa<PHINode>(I) || I->isEHPad() || I->mayHaveSideEffects() ||
2776       isa<TerminatorInst>(I))
2777     return false;
2778
2779   // Do not sink alloca instructions out of the entry block.
2780   if (isa<AllocaInst>(I) && I->getParent() ==
2781         &DestBlock->getParent()->getEntryBlock())
2782     return false;
2783
2784   // Do not sink into catchswitch blocks.
2785   if (isa<CatchSwitchInst>(DestBlock->getTerminator()))
2786     return false;
2787
2788   // Do not sink convergent call instructions.
2789   if (auto *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
2790     if (CI->isConvergent())
2791       return false;
2792   }
2793   // We can only sink load instructions if there is nothing between the load and
2794   // the end of block that could change the value.
2795   if (I->mayReadFromMemory()) {
2796     for (BasicBlock::iterator Scan = I->getIterator(),
2797                               E = I->getParent()->end();
2798          Scan != E; ++Scan)
2799       if (Scan->mayWriteToMemory())
2800         return false;
2801   }
2802
2803   BasicBlock::iterator InsertPos = DestBlock->getFirstInsertionPt();
2804   I->moveBefore(&*InsertPos);
2805   ++NumSunkInst;
2806   return true;
2807 }
2808
2809 bool InstCombiner::run() {
2810   while (!Worklist.isEmpty()) {
2811     Instruction *I = Worklist.RemoveOne();
2812     if (I == nullptr) continue;  // skip null values.
2813
2814     // Check to see if we can DCE the instruction.
2815     if (isInstructionTriviallyDead(I, &TLI)) {
2816       DEBUG(dbgs() << "IC: DCE: " << *I << '\n');
2817       eraseInstFromFunction(*I);
2818       ++NumDeadInst;
2819       MadeIRChange = true;
2820       continue;
2821     }
2822
2823     // Instruction isn't dead, see if we can constant propagate it.
2824     if (!I->use_empty() &&
2825         (I->getNumOperands() == 0 || isa<Constant>(I->getOperand(0)))) {
2826       if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(I, DL, &TLI)) {
2827         DEBUG(dbgs() << "IC: ConstFold to: " << *C << " from: " << *I << '\n');
2828
2829         // Add operands to the worklist.
2830         replaceInstUsesWith(*I, C);
2831         ++NumConstProp;
2832         if (isInstructionTriviallyDead(I, &TLI))
2833           eraseInstFromFunction(*I);
2834         MadeIRChange = true;
2835         continue;
2836       }
2837     }
2838
2839     // In general, it is possible for computeKnownBits to determine all bits in
2840     // a value even when the operands are not all constants.
2841     Type *Ty = I->getType();
2842     if (ExpensiveCombines && !I->use_empty() && Ty->isIntOrIntVectorTy()) {
2843       KnownBits Known = computeKnownBits(I, /*Depth*/0, I);
2844       if (Known.isConstant()) {
2845         Constant *C = ConstantInt::get(Ty, Known.getConstant());
2846         DEBUG(dbgs() << "IC: ConstFold (all bits known) to: " << *C <<
2847                         " from: " << *I << '\n');
2848
2849         // Add operands to the worklist.
2850         replaceInstUsesWith(*I, C);
2851         ++NumConstProp;
2852         if (isInstructionTriviallyDead(I, &TLI))
2853           eraseInstFromFunction(*I);
2854         MadeIRChange = true;
2855         continue;
2856       }
2857     }
2858
2859     // See if we can trivially sink this instruction to a successor basic block.
2860     if (I->hasOneUse()) {
2861       BasicBlock *BB = I->getParent();
2862       Instruction *UserInst = cast<Instruction>(*I->user_begin());
2863       BasicBlock *UserParent;
2864
2865       // Get the block the use occurs in.
2866       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(UserInst))
2867         UserParent = PN->getIncomingBlock(*I->use_begin());
2868       else
2869         UserParent = UserInst->getParent();
2870
2871       if (UserParent != BB) {
2872         bool UserIsSuccessor = false;
2873         // See if the user is one of our successors.
2874         for (succ_iterator SI = succ_begin(BB), E = succ_end(BB); SI != E; ++SI)
2875           if (*SI == UserParent) {
2876             UserIsSuccessor = true;
2877             break;
2878           }
2879
2880         // If the user is one of our immediate successors, and if that successor
2881         // only has us as a predecessors (we'd have to split the critical edge
2882         // otherwise), we can keep going.
2883         if (UserIsSuccessor && UserParent->getUniquePredecessor()) {
2884           // Okay, the CFG is simple enough, try to sink this instruction.
2885           if (TryToSinkInstruction(I, UserParent)) {
2886             DEBUG(dbgs() << "IC: Sink: " << *I << '\n');
2887             MadeIRChange = true;
2888             // We'll add uses of the sunk instruction below, but since sinking
2889             // can expose opportunities for it's *operands* add them to the
2890             // worklist
2891             for (Use &U : I->operands())
2892               if (Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(U.get()))
2893                 Worklist.Add(OpI);
2894           }
2895         }
2896       }
2897     }
2898
2899     // Now that we have an instruction, try combining it to simplify it.
2900     Builder->SetInsertPoint(I);
2901     Builder->SetCurrentDebugLocation(I->getDebugLoc());
2902
2903 #ifndef NDEBUG
2904     std::string OrigI;
2905 #endif
2906     DEBUG(raw_string_ostream SS(OrigI); I->print(SS); OrigI = SS.str(););
2907     DEBUG(dbgs() << "IC: Visiting: " << OrigI << '\n');
2908
2909     if (Instruction *Result = visit(*I)) {
2910       ++NumCombined;
2911       // Should we replace the old instruction with a new one?
2912       if (Result != I) {
2913         DEBUG(dbgs() << "IC: Old = " << *I << '\n'
2914                      << "    New = " << *Result << '\n');
2915
2916         if (I->getDebugLoc())
2917           Result->setDebugLoc(I->getDebugLoc());
2918         // Everything uses the new instruction now.
2919         I->replaceAllUsesWith(Result);
2920
2921         // Move the name to the new instruction first.
2922         Result->takeName(I);
2923
2924         // Push the new instruction and any users onto the worklist.
2925         Worklist.AddUsersToWorkList(*Result);
2926         Worklist.Add(Result);
2927
2928         // Insert the new instruction into the basic block...
2929         BasicBlock *InstParent = I->getParent();
2930         BasicBlock::iterator InsertPos = I->getIterator();
2931
2932         // If we replace a PHI with something that isn't a PHI, fix up the
2933         // insertion point.
2934         if (!isa<PHINode>(Result) && isa<PHINode>(InsertPos))
2935           InsertPos = InstParent->getFirstInsertionPt();
2936
2937         InstParent->getInstList().insert(InsertPos, Result);
2938
2939         eraseInstFromFunction(*I);
2940       } else {
2941         DEBUG(dbgs() << "IC: Mod = " << OrigI << '\n'
2942                      << "    New = " << *I << '\n');
2943
2944         // If the instruction was modified, it's possible that it is now dead.
2945         // if so, remove it.
2946         if (isInstructionTriviallyDead(I, &TLI)) {
2947           eraseInstFromFunction(*I);
2948         } else {
2949           Worklist.AddUsersToWorkList(*I);
2950           Worklist.Add(I);
2951         }
2952       }
2953       MadeIRChange = true;
2954     }
2955   }
2956
2957   Worklist.Zap();
2958   return MadeIRChange;
2959 }
2960
2961 /// Walk the function in depth-first order, adding all reachable code to the
2962 /// worklist.
2963 ///
2964 /// This has a couple of tricks to make the code faster and more powerful.  In
2965 /// particular, we constant fold and DCE instructions as we go, to avoid adding
2966 /// them to the worklist (this significantly speeds up instcombine on code where
2967 /// many instructions are dead or constant).  Additionally, if we find a branch
2968 /// whose condition is a known constant, we only visit the reachable successors.
2969 ///
2970 static bool AddReachableCodeToWorklist(BasicBlock *BB, const DataLayout &DL,
2971                                        SmallPtrSetImpl<BasicBlock *> &Visited,
2972                                        InstCombineWorklist &ICWorklist,
2973                                        const TargetLibraryInfo *TLI) {
2974   bool MadeIRChange = false;
2975   SmallVector<BasicBlock*, 256> Worklist;
2976   Worklist.push_back(BB);
2977
2978   SmallVector<Instruction*, 128> InstrsForInstCombineWorklist;
2979   DenseMap<Constant *, Constant *> FoldedConstants;
2980
2981   do {
2982     BB = Worklist.pop_back_val();
2983
2984     // We have now visited this block!  If we've already been here, ignore it.
2985     if (!Visited.insert(BB).second)
2986       continue;
2987
2988     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(), E = BB->end(); BBI != E; ) {
2989       Instruction *Inst = &*BBI++;
2990
2991       // DCE instruction if trivially dead.
2992       if (isInstructionTriviallyDead(Inst, TLI)) {
2993         ++NumDeadInst;
2994         DEBUG(dbgs() << "IC: DCE: " << *Inst << '\n');
2995         Inst->eraseFromParent();
2996         continue;
2997       }
2998
2999       // ConstantProp instruction if trivially constant.
3000       if (!Inst->use_empty() &&
3001           (Inst->getNumOperands() == 0 || isa<Constant>(Inst->getOperand(0))))
3002         if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(Inst, DL, TLI)) {
3003           DEBUG(dbgs() << "IC: ConstFold to: " << *C << " from: "
3004                        << *Inst << '\n');
3005           Inst->replaceAllUsesWith(C);
3006           ++NumConstProp;
3007           if (isInstructionTriviallyDead(Inst, TLI))
3008             Inst->eraseFromParent();
3009           continue;
3010         }
3011
3012       // See if we can constant fold its operands.
3013       for (Use &U : Inst->operands()) {
3014         if (!isa<ConstantVector>(U) && !isa<ConstantExpr>(U))
3015           continue;
3016
3017         auto *C = cast<Constant>(U);
3018         Constant *&FoldRes = FoldedConstants[C];
3019         if (!FoldRes)
3020           FoldRes = ConstantFoldConstant(C, DL, TLI);
3021         if (!FoldRes)
3022           FoldRes = C;
3023
3024         if (FoldRes != C) {
3025           DEBUG(dbgs() << "IC: ConstFold operand of: " << *Inst
3026                        << "\n    Old = " << *C
3027                        << "\n    New = " << *FoldRes << '\n');
3028           U = FoldRes;
3029           MadeIRChange = true;
3030         }
3031       }
3032
3033       // Skip processing debug intrinsics in InstCombine. Processing these call instructions
3034       // consumes non-trivial amount of time and provides no value for the optimization.
3035       if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(Inst))
3036         InstrsForInstCombineWorklist.push_back(Inst);
3037     }
3038
3039     // Recursively visit successors.  If this is a branch or switch on a
3040     // constant, only visit the reachable successor.
3041     TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
3042     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
3043       if (BI->isConditional() && isa<ConstantInt>(BI->getCondition())) {
3044         bool CondVal = cast<ConstantInt>(BI->getCondition())->getZExtValue();
3045         BasicBlock *ReachableBB = BI->getSuccessor(!CondVal);
3046         Worklist.push_back(ReachableBB);
3047         continue;
3048       }
3049     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
3050       if (ConstantInt *Cond = dyn_cast<ConstantInt>(SI->getCondition())) {
3051         Worklist.push_back(SI->findCaseValue(Cond)->getCaseSuccessor());
3052         continue;
3053       }
3054     }
3055
3056     for (BasicBlock *SuccBB : TI->successors())
3057       Worklist.push_back(SuccBB);
3058   } while (!Worklist.empty());
3059
3060   // Once we've found all of the instructions to add to instcombine's worklist,
3061   // add them in reverse order.  This way instcombine will visit from the top
3062   // of the function down.  This jives well with the way that it adds all uses
3063   // of instructions to the worklist after doing a transformation, thus avoiding
3064   // some N^2 behavior in pathological cases.
3065   ICWorklist.AddInitialGroup(InstrsForInstCombineWorklist);
3066
3067   return MadeIRChange;
3068 }
3069
3070 /// \brief Populate the IC worklist from a function, and prune any dead basic
3071 /// blocks discovered in the process.
3072 ///
3073 /// This also does basic constant propagation and other forward fixing to make
3074 /// the combiner itself run much faster.
3075 static bool prepareICWorklistFromFunction(Function &F, const DataLayout &DL,
3076                                           TargetLibraryInfo *TLI,
3077                                           InstCombineWorklist &ICWorklist) {
3078   bool MadeIRChange = false;
3079
3080   // Do a depth-first traversal of the function, populate the worklist with
3081   // the reachable instructions.  Ignore blocks that are not reachable.  Keep
3082   // track of which blocks we visit.
3083   SmallPtrSet<BasicBlock *, 32> Visited;
3084   MadeIRChange |=
3085       AddReachableCodeToWorklist(&F.front(), DL, Visited, ICWorklist, TLI);
3086
3087   // Do a quick scan over the function.  If we find any blocks that are
3088   // unreachable, remove any instructions inside of them.  This prevents
3089   // the instcombine code from having to deal with some bad special cases.
3090   for (BasicBlock &BB : F) {
3091     if (Visited.count(&BB))
3092       continue;
3093
3094     unsigned NumDeadInstInBB = removeAllNonTerminatorAndEHPadInstructions(&BB);
3095     MadeIRChange |= NumDeadInstInBB > 0;
3096     NumDeadInst += NumDeadInstInBB;
3097   }
3098
3099   return MadeIRChange;
3100 }
3101
3102 static bool
3103 combineInstructionsOverFunction(Function &F, InstCombineWorklist &Worklist,
3104                                 AliasAnalysis *AA, AssumptionCache &AC,
3105                                 TargetLibraryInfo &TLI, DominatorTree &DT,
3106                                 bool ExpensiveCombines = true,
3107                                 LoopInfo *LI = nullptr) {
3108   auto &DL = F.getParent()->getDataLayout();
3109   ExpensiveCombines |= EnableExpensiveCombines;
3110
3111   /// Builder - This is an IRBuilder that automatically inserts new
3112   /// instructions into the worklist when they are created.
3113   IRBuilder<TargetFolder, IRBuilderCallbackInserter> Builder(
3114       F.getContext(), TargetFolder(DL),
3115       IRBuilderCallbackInserter([&Worklist, &AC](Instruction *I) {
3116         Worklist.Add(I);
3117
3118         using namespace llvm::PatternMatch;
3119         if (match(I, m_Intrinsic<Intrinsic::assume>()))
3120           AC.registerAssumption(cast<CallInst>(I));
3121       }));
3122
3123   // Lower dbg.declare intrinsics otherwise their value may be clobbered
3124   // by instcombiner.
3125   bool MadeIRChange = LowerDbgDeclare(F);
3126
3127   // Iterate while there is work to do.
3128   int Iteration = 0;
3129   for (;;) {
3130     ++Iteration;
3131     DEBUG(dbgs() << "\n\nINSTCOMBINE ITERATION #" << Iteration << " on "
3132                  << F.getName() << "\n");
3133
3134     MadeIRChange |= prepareICWorklistFromFunction(F, DL, &TLI, Worklist);
3135
3136     InstCombiner IC(Worklist, &Builder, F.optForMinSize(), ExpensiveCombines,
3137                     AA, AC, TLI, DT, DL, LI);
3138     IC.MaxArraySizeForCombine = MaxArraySize;
3139
3140     if (!IC.run())
3141       break;
3142   }
3143
3144   return MadeIRChange || Iteration > 1;
3145 }
3146
3147 PreservedAnalyses InstCombinePass::run(Function &F,
3148                                        FunctionAnalysisManager &AM) {
3149   auto &AC = AM.getResult<AssumptionAnalysis>(F);
3150   auto &DT = AM.getResult<DominatorTreeAnalysis>(F);
3151   auto &TLI = AM.getResult<TargetLibraryAnalysis>(F);
3152
3153   auto *LI = AM.getCachedResult<LoopAnalysis>(F);
3154
3155   // FIXME: The AliasAnalysis is not yet supported in the new pass manager
3156   if (!combineInstructionsOverFunction(F, Worklist, nullptr, AC, TLI, DT,
3157                                        ExpensiveCombines, LI))
3158     // No changes, all analyses are preserved.
3159     return PreservedAnalyses::all();
3160
3161   // Mark all the analyses that instcombine updates as preserved.
3162   PreservedAnalyses PA;
3163   PA.preserveSet<CFGAnalyses>();
3164   PA.preserve<AAManager>();
3165   PA.preserve<GlobalsAA>();
3166   return PA;
3167 }
3168
3169 void InstructionCombiningPass::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
3170   AU.setPreservesCFG();
3171   AU.addRequired<AAResultsWrapperPass>();
3172   AU.addRequired<AssumptionCacheTracker>();
3173   AU.addRequired<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
3174   AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
3175   AU.addPreserved<DominatorTreeWrapperPass>();
3176   AU.addPreserved<AAResultsWrapperPass>();
3177   AU.addPreserved<BasicAAWrapperPass>();
3178   AU.addPreserved<GlobalsAAWrapperPass>();
3179 }
3180
3181 bool InstructionCombiningPass::runOnFunction(Function &F) {
3182   if (skipFunction(F))
3183     return false;
3184
3185   // Required analyses.
3186   auto AA = &getAnalysis<AAResultsWrapperPass>().getAAResults();
3187   auto &AC = getAnalysis<AssumptionCacheTracker>().getAssumptionCache(F);
3188   auto &TLI = getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI();
3189   auto &DT = getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
3190
3191   // Optional analyses.
3192   auto *LIWP = getAnalysisIfAvailable<LoopInfoWrapperPass>();
3193   auto *LI = LIWP ? &LIWP->getLoopInfo() : nullptr;
3194
3195   return combineInstructionsOverFunction(F, Worklist, AA, AC, TLI, DT,
3196                                          ExpensiveCombines, LI);
3197 }
3198
3199 char InstructionCombiningPass::ID = 0;
3200 INITIALIZE_PASS_BEGIN(InstructionCombiningPass, "instcombine",
3201                       "Combine redundant instructions", false, false)
3202 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
3203 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfoWrapperPass)
3204 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
3205 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AAResultsWrapperPass)
3206 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(GlobalsAAWrapperPass)
3207 INITIALIZE_PASS_END(InstructionCombiningPass, "instcombine",
3208                     "Combine redundant instructions", false, false)
3209
3210 // Initialization Routines
3211 void llvm::initializeInstCombine(PassRegistry &Registry) {
3212   initializeInstructionCombiningPassPass(Registry);
3213 }
3214
3215 void LLVMInitializeInstCombine(LLVMPassRegistryRef R) {
3216   initializeInstructionCombiningPassPass(*unwrap(R));
3217 }
3218
3219 FunctionPass *llvm::createInstructionCombiningPass(bool ExpensiveCombines) {
3220   return new InstructionCombiningPass(ExpensiveCombines);
3221 }