contrib/llvm/lib/Transforms/InstCombine/InstCombineShifts.cpp

   1 //===- InstCombineShifts.cpp ----------------------------------------------===//
   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 // This file implements the visitShl, visitLShr, and visitAShr functions.
  11 //
  12 //===----------------------------------------------------------------------===//
  13
  14 #include "InstCombine.h"
  15 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
  16 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
  17 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
  18 #include "llvm/Support/PatternMatch.h"
  19 using namespace llvm;
  20 using namespace PatternMatch;
  21
  22 Instruction *InstCombiner::commonShiftTransforms(BinaryOperator &I) {
  23   assert(I.getOperand(1)->getType() == I.getOperand(0)->getType());
  24   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
  25
  26   // See if we can fold away this shift.
  27   if (SimplifyDemandedInstructionBits(I))
  28     return &I;
  29
  30   // Try to fold constant and into select arguments.
  31   if (isa<Constant>(Op0))
  32     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(Op1))
  33       if (Instruction *R = FoldOpIntoSelect(I, SI))
  34         return R;
  35
  36   if (ConstantInt *CUI = dyn_cast<ConstantInt>(Op1))
  37     if (Instruction *Res = FoldShiftByConstant(Op0, CUI, I))
  38       return Res;
  39
  40   // X shift (A srem B) -> X shift (A and B-1) iff B is a power of 2.
  41   // Because shifts by negative values (which could occur if A were negative)
  42   // are undefined.
  43   Value *A; const APInt *B;
  44   if (Op1->hasOneUse() && match(Op1, m_SRem(m_Value(A), m_Power2(B)))) {
  45     // FIXME: Should this get moved into SimplifyDemandedBits by saying we don't
  46     // demand the sign bit (and many others) here??
  47     Value *Rem = Builder->CreateAnd(A, ConstantInt::get(I.getType(), *B-1),
  48                                     Op1->getName());
  49     I.setOperand(1, Rem);
  50     return &I;
  51   }
  52
  53   return 0;
  54 }
  55
  56 /// CanEvaluateShifted - See if we can compute the specified value, but shifted
  57 /// logically to the left or right by some number of bits.  This should return
  58 /// true if the expression can be computed for the same cost as the current
  59 /// expression tree.  This is used to eliminate extraneous shifting from things
  60 /// like:
  61 ///      %C = shl i128 %A, 64
  62 ///      %D = shl i128 %B, 96
  63 ///      %E = or i128 %C, %D
  64 ///      %F = lshr i128 %E, 64
  65 /// where the client will ask if E can be computed shifted right by 64-bits.  If
  66 /// this succeeds, the GetShiftedValue function will be called to produce the
  67 /// value.
  68 static bool CanEvaluateShifted(Value *V, unsigned NumBits, bool isLeftShift,
  69                                InstCombiner &IC) {
  70   // We can always evaluate constants shifted.
  71   if (isa<Constant>(V))
  72     return true;
  73
  74   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
  75   if (!I) return false;
  76
  77   // If this is the opposite shift, we can directly reuse the input of the shift
  78   // if the needed bits are already zero in the input.  This allows us to reuse
  79   // the value which means that we don't care if the shift has multiple uses.
  80   //  TODO:  Handle opposite shift by exact value.
  81   ConstantInt *CI = 0;
  82   if ((isLeftShift && match(I, m_LShr(m_Value(), m_ConstantInt(CI)))) ||
  83       (!isLeftShift && match(I, m_Shl(m_Value(), m_ConstantInt(CI))))) {
  84     if (CI->getZExtValue() == NumBits) {
  85       // TODO: Check that the input bits are already zero with MaskedValueIsZero
  86 #if 0
  87       // If this is a truncate of a logical shr, we can truncate it to a smaller
  88       // lshr iff we know that the bits we would otherwise be shifting in are
  89       // already zeros.
  90       uint32_t OrigBitWidth = OrigTy->getScalarSizeInBits();
  91       uint32_t BitWidth = Ty->getScalarSizeInBits();
  92       if (MaskedValueIsZero(I->getOperand(0),
  93             APInt::getHighBitsSet(OrigBitWidth, OrigBitWidth-BitWidth)) &&
  94           CI->getLimitedValue(BitWidth) < BitWidth) {
  95         return CanEvaluateTruncated(I->getOperand(0), Ty);
  96       }
  97 #endif
  98
  99     }
 100   }
 101
 102   // We can't mutate something that has multiple uses: doing so would
 103   // require duplicating the instruction in general, which isn't profitable.
 104   if (!I->hasOneUse()) return false;
 105
 106   switch (I->getOpcode()) {
 107   default: return false;
 108   case Instruction::And:
 109   case Instruction::Or:
 110   case Instruction::Xor:
 111     // Bitwise operators can all arbitrarily be arbitrarily evaluated shifted.
 112     return CanEvaluateShifted(I->getOperand(0), NumBits, isLeftShift, IC) &&
 113            CanEvaluateShifted(I->getOperand(1), NumBits, isLeftShift, IC);
 114
 115   case Instruction::Shl: {
 116     // We can often fold the shift into shifts-by-a-constant.
 117     CI = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1));
 118     if (CI == 0) return false;
 119
 120     // We can always fold shl(c1)+shl(c2) -> shl(c1+c2).
 121     if (isLeftShift) return true;
 122
 123     // We can always turn shl(c)+shr(c) -> and(c2).
 124     if (CI->getValue() == NumBits) return true;
 125
 126     unsigned TypeWidth = I->getType()->getScalarSizeInBits();
 127
 128     // We can turn shl(c1)+shr(c2) -> shl(c3)+and(c4), but it isn't
 129     // profitable unless we know the and'd out bits are already zero.
 130     if (CI->getZExtValue() > NumBits) {
 131       unsigned LowBits = TypeWidth - CI->getZExtValue();
 132       if (MaskedValueIsZero(I->getOperand(0),
 133                        APInt::getLowBitsSet(TypeWidth, NumBits) << LowBits))
 134         return true;
 135     }
 136
 137     return false;
 138   }
 139   case Instruction::LShr: {
 140     // We can often fold the shift into shifts-by-a-constant.
 141     CI = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1));
 142     if (CI == 0) return false;
 143
 144     // We can always fold lshr(c1)+lshr(c2) -> lshr(c1+c2).
 145     if (!isLeftShift) return true;
 146
 147     // We can always turn lshr(c)+shl(c) -> and(c2).
 148     if (CI->getValue() == NumBits) return true;
 149
 150     unsigned TypeWidth = I->getType()->getScalarSizeInBits();
 151
 152     // We can always turn lshr(c1)+shl(c2) -> lshr(c3)+and(c4), but it isn't
 153     // profitable unless we know the and'd out bits are already zero.
 154     if (CI->getZExtValue() > NumBits) {
 155       unsigned LowBits = CI->getZExtValue() - NumBits;
 156       if (MaskedValueIsZero(I->getOperand(0),
 157                           APInt::getLowBitsSet(TypeWidth, NumBits) << LowBits))
 158         return true;
 159     }
 160
 161     return false;
 162   }
 163   case Instruction::Select: {
 164     SelectInst *SI = cast<SelectInst>(I);
 165     return CanEvaluateShifted(SI->getTrueValue(), NumBits, isLeftShift, IC) &&
 166            CanEvaluateShifted(SI->getFalseValue(), NumBits, isLeftShift, IC);
 167   }
 168   case Instruction::PHI: {
 169     // We can change a phi if we can change all operands.  Note that we never
 170     // get into trouble with cyclic PHIs here because we only consider
 171     // instructions with a single use.
 172     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
 173     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
 174       if (!CanEvaluateShifted(PN->getIncomingValue(i), NumBits, isLeftShift,IC))
 175         return false;
 176     return true;
 177   }
 178   }
 179 }
 180
 181 /// GetShiftedValue - When CanEvaluateShifted returned true for an expression,
 182 /// this value inserts the new computation that produces the shifted value.
 183 static Value *GetShiftedValue(Value *V, unsigned NumBits, bool isLeftShift,
 184                               InstCombiner &IC) {
 185   // We can always evaluate constants shifted.
 186   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
 187     if (isLeftShift)
 188       V = IC.Builder->CreateShl(C, NumBits);
 189     else
 190       V = IC.Builder->CreateLShr(C, NumBits);
 191     // If we got a constantexpr back, try to simplify it with TD info.
 192     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
 193       V = ConstantFoldConstantExpression(CE, IC.getTargetData());
 194     return V;
 195   }
 196
 197   Instruction *I = cast<Instruction>(V);
 198   IC.Worklist.Add(I);
 199
 200   switch (I->getOpcode()) {
 201   default: assert(0 && "Inconsistency with CanEvaluateShifted");
 202   case Instruction::And:
 203   case Instruction::Or:
 204   case Instruction::Xor:
 205     // Bitwise operators can all arbitrarily be arbitrarily evaluated shifted.
 206     I->setOperand(0, GetShiftedValue(I->getOperand(0), NumBits,isLeftShift,IC));
 207     I->setOperand(1, GetShiftedValue(I->getOperand(1), NumBits,isLeftShift,IC));
 208     return I;
 209
 210   case Instruction::Shl: {
 211     BinaryOperator *BO = cast<BinaryOperator>(I);
 212     unsigned TypeWidth = BO->getType()->getScalarSizeInBits();
 213
 214     // We only accept shifts-by-a-constant in CanEvaluateShifted.
 215     ConstantInt *CI = cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1));
 216
 217     // We can always fold shl(c1)+shl(c2) -> shl(c1+c2).
 218     if (isLeftShift) {
 219       // If this is oversized composite shift, then unsigned shifts get 0.
 220       unsigned NewShAmt = NumBits+CI->getZExtValue();
 221       if (NewShAmt >= TypeWidth)
 222         return Constant::getNullValue(I->getType());
 223
 224       BO->setOperand(1, ConstantInt::get(BO->getType(), NewShAmt));
 225       BO->setHasNoUnsignedWrap(false);
 226       BO->setHasNoSignedWrap(false);
 227       return I;
 228     }
 229
 230     // We turn shl(c)+lshr(c) -> and(c2) if the input doesn't already have
 231     // zeros.
 232     if (CI->getValue() == NumBits) {
 233       APInt Mask(APInt::getLowBitsSet(TypeWidth, TypeWidth - NumBits));
 234       V = IC.Builder->CreateAnd(BO->getOperand(0),
 235                                 ConstantInt::get(BO->getContext(), Mask));
 236       if (Instruction *VI = dyn_cast<Instruction>(V)) {
 237         VI->moveBefore(BO);
 238         VI->takeName(BO);
 239       }
 240       return V;
 241     }
 242
 243     // We turn shl(c1)+shr(c2) -> shl(c3)+and(c4), but only when we know that
 244     // the and won't be needed.
 245     assert(CI->getZExtValue() > NumBits);
 246     BO->setOperand(1, ConstantInt::get(BO->getType(),
 247                                        CI->getZExtValue() - NumBits));
 248     BO->setHasNoUnsignedWrap(false);
 249     BO->setHasNoSignedWrap(false);
 250     return BO;
 251   }
 252   case Instruction::LShr: {
 253     BinaryOperator *BO = cast<BinaryOperator>(I);
 254     unsigned TypeWidth = BO->getType()->getScalarSizeInBits();
 255     // We only accept shifts-by-a-constant in CanEvaluateShifted.
 256     ConstantInt *CI = cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1));
 257
 258     // We can always fold lshr(c1)+lshr(c2) -> lshr(c1+c2).
 259     if (!isLeftShift) {
 260       // If this is oversized composite shift, then unsigned shifts get 0.
 261       unsigned NewShAmt = NumBits+CI->getZExtValue();
 262       if (NewShAmt >= TypeWidth)
 263         return Constant::getNullValue(BO->getType());
 264
 265       BO->setOperand(1, ConstantInt::get(BO->getType(), NewShAmt));
 266       BO->setIsExact(false);
 267       return I;
 268     }
 269
 270     // We turn lshr(c)+shl(c) -> and(c2) if the input doesn't already have
 271     // zeros.
 272     if (CI->getValue() == NumBits) {
 273       APInt Mask(APInt::getHighBitsSet(TypeWidth, TypeWidth - NumBits));
 274       V = IC.Builder->CreateAnd(I->getOperand(0),
 275                                 ConstantInt::get(BO->getContext(), Mask));
 276       if (Instruction *VI = dyn_cast<Instruction>(V)) {
 277         VI->moveBefore(I);
 278         VI->takeName(I);
 279       }
 280       return V;
 281     }
 282
 283     // We turn lshr(c1)+shl(c2) -> lshr(c3)+and(c4), but only when we know that
 284     // the and won't be needed.
 285     assert(CI->getZExtValue() > NumBits);
 286     BO->setOperand(1, ConstantInt::get(BO->getType(),
 287                                        CI->getZExtValue() - NumBits));
 288     BO->setIsExact(false);
 289     return BO;
 290   }
 291
 292   case Instruction::Select:
 293     I->setOperand(1, GetShiftedValue(I->getOperand(1), NumBits,isLeftShift,IC));
 294     I->setOperand(2, GetShiftedValue(I->getOperand(2), NumBits,isLeftShift,IC));
 295     return I;
 296   case Instruction::PHI: {
 297     // We can change a phi if we can change all operands.  Note that we never
 298     // get into trouble with cyclic PHIs here because we only consider
 299     // instructions with a single use.
 300     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
 301     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
 302       PN->setIncomingValue(i, GetShiftedValue(PN->getIncomingValue(i),
 303                                               NumBits, isLeftShift, IC));
 304     return PN;
 305   }
 306   }
 307 }
 308
 309
 310
 311 Instruction *InstCombiner::FoldShiftByConstant(Value *Op0, ConstantInt *Op1,
 312                                                BinaryOperator &I) {
 313   bool isLeftShift = I.getOpcode() == Instruction::Shl;
 314
 315
 316   // See if we can propagate this shift into the input, this covers the trivial
 317   // cast of lshr(shl(x,c1),c2) as well as other more complex cases.
 318   if (I.getOpcode() != Instruction::AShr &&
 319       CanEvaluateShifted(Op0, Op1->getZExtValue(), isLeftShift, *this)) {
 320     DEBUG(dbgs() << "ICE: GetShiftedValue propagating shift through expression"
 321               " to eliminate shift:\n  IN: " << *Op0 << "\n  SH: " << I <<"\n");
 322
 323     return ReplaceInstUsesWith(I,
 324                  GetShiftedValue(Op0, Op1->getZExtValue(), isLeftShift, *this));
 325   }
 326
 327
 328   // See if we can simplify any instructions used by the instruction whose sole
 329   // purpose is to compute bits we don't care about.
 330   uint32_t TypeBits = Op0->getType()->getScalarSizeInBits();
 331
 332   // shl i32 X, 32 = 0 and srl i8 Y, 9 = 0, ... just don't eliminate
 333   // a signed shift.
 334   //
 335   if (Op1->uge(TypeBits)) {
 336     if (I.getOpcode() != Instruction::AShr)
 337       return ReplaceInstUsesWith(I, Constant::getNullValue(Op0->getType()));
 338     // ashr i32 X, 32 --> ashr i32 X, 31
 339     I.setOperand(1, ConstantInt::get(I.getType(), TypeBits-1));
 340     return &I;
 341   }
 342
 343   // ((X*C1) << C2) == (X * (C1 << C2))
 344   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Op0))
 345     if (BO->getOpcode() == Instruction::Mul && isLeftShift)
 346       if (Constant *BOOp = dyn_cast<Constant>(BO->getOperand(1)))
 347         return BinaryOperator::CreateMul(BO->getOperand(0),
 348                                         ConstantExpr::getShl(BOOp, Op1));
 349
 350   // Try to fold constant and into select arguments.
 351   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(Op0))
 352     if (Instruction *R = FoldOpIntoSelect(I, SI))
 353       return R;
 354   if (isa<PHINode>(Op0))
 355     if (Instruction *NV = FoldOpIntoPhi(I))
 356       return NV;
 357
 358   // Fold shift2(trunc(shift1(x,c1)), c2) -> trunc(shift2(shift1(x,c1),c2))
 359   if (TruncInst *TI = dyn_cast<TruncInst>(Op0)) {
 360     Instruction *TrOp = dyn_cast<Instruction>(TI->getOperand(0));
 361     // If 'shift2' is an ashr, we would have to get the sign bit into a funny
 362     // place.  Don't try to do this transformation in this case.  Also, we
 363     // require that the input operand is a shift-by-constant so that we have
 364     // confidence that the shifts will get folded together.  We could do this
 365     // xform in more cases, but it is unlikely to be profitable.
 366     if (TrOp && I.isLogicalShift() && TrOp->isShift() &&
 367         isa<ConstantInt>(TrOp->getOperand(1))) {
 368       // Okay, we'll do this xform.  Make the shift of shift.
 369       Constant *ShAmt = ConstantExpr::getZExt(Op1, TrOp->getType());
 370       // (shift2 (shift1 & 0x00FF), c2)
 371       Value *NSh = Builder->CreateBinOp(I.getOpcode(), TrOp, ShAmt,I.getName());
 372
 373       // For logical shifts, the truncation has the effect of making the high
 374       // part of the register be zeros.  Emulate this by inserting an AND to
 375       // clear the top bits as needed.  This 'and' will usually be zapped by
 376       // other xforms later if dead.
 377       unsigned SrcSize = TrOp->getType()->getScalarSizeInBits();
 378       unsigned DstSize = TI->getType()->getScalarSizeInBits();
 379       APInt MaskV(APInt::getLowBitsSet(SrcSize, DstSize));
 380
 381       // The mask we constructed says what the trunc would do if occurring
 382       // between the shifts.  We want to know the effect *after* the second
 383       // shift.  We know that it is a logical shift by a constant, so adjust the
 384       // mask as appropriate.
 385       if (I.getOpcode() == Instruction::Shl)
 386         MaskV <<= Op1->getZExtValue();
 387       else {
 388         assert(I.getOpcode() == Instruction::LShr && "Unknown logical shift");
 389         MaskV = MaskV.lshr(Op1->getZExtValue());
 390       }
 391
 392       // shift1 & 0x00FF
 393       Value *And = Builder->CreateAnd(NSh,
 394                                       ConstantInt::get(I.getContext(), MaskV),
 395                                       TI->getName());
 396
 397       // Return the value truncated to the interesting size.
 398       return new TruncInst(And, I.getType());
 399     }
 400   }
 401
 402   if (Op0->hasOneUse()) {
 403     if (BinaryOperator *Op0BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Op0)) {
 404       // Turn ((X >> C) + Y) << C  ->  (X + (Y << C)) & (~0 << C)
 405       Value *V1, *V2;
 406       ConstantInt *CC;
 407       switch (Op0BO->getOpcode()) {
 408       default: break;
 409       case Instruction::Add:
 410       case Instruction::And:
 411       case Instruction::Or:
 412       case Instruction::Xor: {
 413         // These operators commute.
 414         // Turn (Y + (X >> C)) << C  ->  (X + (Y << C)) & (~0 << C)
 415         if (isLeftShift && Op0BO->getOperand(1)->hasOneUse() &&
 416             match(Op0BO->getOperand(1), m_Shr(m_Value(V1),
 417                   m_Specific(Op1)))) {
 418           Value *YS =         // (Y << C)
 419             Builder->CreateShl(Op0BO->getOperand(0), Op1, Op0BO->getName());
 420           // (X + (Y << C))
 421           Value *X = Builder->CreateBinOp(Op0BO->getOpcode(), YS, V1,
 422                                           Op0BO->getOperand(1)->getName());
 423           uint32_t Op1Val = Op1->getLimitedValue(TypeBits);
 424           return BinaryOperator::CreateAnd(X, ConstantInt::get(I.getContext(),
 425                      APInt::getHighBitsSet(TypeBits, TypeBits-Op1Val)));
 426         }
 427
 428         // Turn (Y + ((X >> C) & CC)) << C  ->  ((X & (CC << C)) + (Y << C))
 429         Value *Op0BOOp1 = Op0BO->getOperand(1);
 430         if (isLeftShift && Op0BOOp1->hasOneUse() &&
 431             match(Op0BOOp1,
 432                   m_And(m_Shr(m_Value(V1), m_Specific(Op1)),
 433                         m_ConstantInt(CC))) &&
 434             cast<BinaryOperator>(Op0BOOp1)->getOperand(0)->hasOneUse()) {
 435           Value *YS =   // (Y << C)
 436             Builder->CreateShl(Op0BO->getOperand(0), Op1,
 437                                          Op0BO->getName());
 438           // X & (CC << C)
 439           Value *XM = Builder->CreateAnd(V1, ConstantExpr::getShl(CC, Op1),
 440                                          V1->getName()+".mask");
 441           return BinaryOperator::Create(Op0BO->getOpcode(), YS, XM);
 442         }
 443       }
 444
 445       // FALL THROUGH.
 446       case Instruction::Sub: {
 447         // Turn ((X >> C) + Y) << C  ->  (X + (Y << C)) & (~0 << C)
 448         if (isLeftShift && Op0BO->getOperand(0)->hasOneUse() &&
 449             match(Op0BO->getOperand(0), m_Shr(m_Value(V1),
 450                   m_Specific(Op1)))) {
 451           Value *YS =  // (Y << C)
 452             Builder->CreateShl(Op0BO->getOperand(1), Op1, Op0BO->getName());
 453           // (X + (Y << C))
 454           Value *X = Builder->CreateBinOp(Op0BO->getOpcode(), V1, YS,
 455                                           Op0BO->getOperand(0)->getName());
 456           uint32_t Op1Val = Op1->getLimitedValue(TypeBits);
 457           return BinaryOperator::CreateAnd(X, ConstantInt::get(I.getContext(),
 458                      APInt::getHighBitsSet(TypeBits, TypeBits-Op1Val)));
 459         }
 460
 461         // Turn (((X >> C)&CC) + Y) << C  ->  (X + (Y << C)) & (CC << C)
 462         if (isLeftShift && Op0BO->getOperand(0)->hasOneUse() &&
 463             match(Op0BO->getOperand(0),
 464                   m_And(m_Shr(m_Value(V1), m_Value(V2)),
 465                         m_ConstantInt(CC))) && V2 == Op1 &&
 466             cast<BinaryOperator>(Op0BO->getOperand(0))
 467                 ->getOperand(0)->hasOneUse()) {
 468           Value *YS = // (Y << C)
 469             Builder->CreateShl(Op0BO->getOperand(1), Op1, Op0BO->getName());
 470           // X & (CC << C)
 471           Value *XM = Builder->CreateAnd(V1, ConstantExpr::getShl(CC, Op1),
 472                                          V1->getName()+".mask");
 473
 474           return BinaryOperator::Create(Op0BO->getOpcode(), XM, YS);
 475         }
 476
 477         break;
 478       }
 479       }
 480
 481
 482       // If the operand is an bitwise operator with a constant RHS, and the
 483       // shift is the only use, we can pull it out of the shift.
 484       if (ConstantInt *Op0C = dyn_cast<ConstantInt>(Op0BO->getOperand(1))) {
 485         bool isValid = true;     // Valid only for And, Or, Xor
 486         bool highBitSet = false; // Transform if high bit of constant set?
 487
 488         switch (Op0BO->getOpcode()) {
 489         default: isValid = false; break;   // Do not perform transform!
 490         case Instruction::Add:
 491           isValid = isLeftShift;
 492           break;
 493         case Instruction::Or:
 494         case Instruction::Xor:
 495           highBitSet = false;
 496           break;
 497         case Instruction::And:
 498           highBitSet = true;
 499           break;
 500         }
 501
 502         // If this is a signed shift right, and the high bit is modified
 503         // by the logical operation, do not perform the transformation.
 504         // The highBitSet boolean indicates the value of the high bit of
 505         // the constant which would cause it to be modified for this
 506         // operation.
 507         //
 508         if (isValid && I.getOpcode() == Instruction::AShr)
 509           isValid = Op0C->getValue()[TypeBits-1] == highBitSet;
 510
 511         if (isValid) {
 512           Constant *NewRHS = ConstantExpr::get(I.getOpcode(), Op0C, Op1);
 513
 514           Value *NewShift =
 515             Builder->CreateBinOp(I.getOpcode(), Op0BO->getOperand(0), Op1);
 516           NewShift->takeName(Op0BO);
 517
 518           return BinaryOperator::Create(Op0BO->getOpcode(), NewShift,
 519                                         NewRHS);
 520         }
 521       }
 522     }
 523   }
 524
 525   // Find out if this is a shift of a shift by a constant.
 526   BinaryOperator *ShiftOp = dyn_cast<BinaryOperator>(Op0);
 527   if (ShiftOp && !ShiftOp->isShift())
 528     ShiftOp = 0;
 529
 530   if (ShiftOp && isa<ConstantInt>(ShiftOp->getOperand(1))) {
 531     ConstantInt *ShiftAmt1C = cast<ConstantInt>(ShiftOp->getOperand(1));
 532     uint32_t ShiftAmt1 = ShiftAmt1C->getLimitedValue(TypeBits);
 533     uint32_t ShiftAmt2 = Op1->getLimitedValue(TypeBits);
 534     assert(ShiftAmt2 != 0 && "Should have been simplified earlier");
 535     if (ShiftAmt1 == 0) return 0;  // Will be simplified in the future.
 536     Value *X = ShiftOp->getOperand(0);
 537
 538     uint32_t AmtSum = ShiftAmt1+ShiftAmt2;   // Fold into one big shift.
 539
 540     IntegerType *Ty = cast<IntegerType>(I.getType());
 541
 542     // Check for (X << c1) << c2  and  (X >> c1) >> c2
 543     if (I.getOpcode() == ShiftOp->getOpcode()) {
 544       // If this is oversized composite shift, then unsigned shifts get 0, ashr
 545       // saturates.
 546       if (AmtSum >= TypeBits) {
 547         if (I.getOpcode() != Instruction::AShr)
 548           return ReplaceInstUsesWith(I, Constant::getNullValue(I.getType()));
 549         AmtSum = TypeBits-1;  // Saturate to 31 for i32 ashr.
 550       }
 551
 552       return BinaryOperator::Create(I.getOpcode(), X,
 553                                     ConstantInt::get(Ty, AmtSum));
 554     }
 555
 556     if (ShiftAmt1 == ShiftAmt2) {
 557       // If we have ((X >>? C) << C), turn this into X & (-1 << C).
 558       if (I.getOpcode() == Instruction::Shl &&
 559           ShiftOp->getOpcode() != Instruction::Shl) {
 560         APInt Mask(APInt::getHighBitsSet(TypeBits, TypeBits - ShiftAmt1));
 561         return BinaryOperator::CreateAnd(X,
 562                                          ConstantInt::get(I.getContext(),Mask));
 563       }
 564       // If we have ((X << C) >>u C), turn this into X & (-1 >>u C).
 565       if (I.getOpcode() == Instruction::LShr &&
 566           ShiftOp->getOpcode() == Instruction::Shl) {
 567         APInt Mask(APInt::getLowBitsSet(TypeBits, TypeBits - ShiftAmt1));
 568         return BinaryOperator::CreateAnd(X,
 569                                         ConstantInt::get(I.getContext(), Mask));
 570       }
 571     } else if (ShiftAmt1 < ShiftAmt2) {
 572       uint32_t ShiftDiff = ShiftAmt2-ShiftAmt1;
 573
 574       // (X >>? C1) << C2 --> X << (C2-C1) & (-1 << C2)
 575       if (I.getOpcode() == Instruction::Shl &&
 576           ShiftOp->getOpcode() != Instruction::Shl) {
 577         assert(ShiftOp->getOpcode() == Instruction::LShr ||
 578                ShiftOp->getOpcode() == Instruction::AShr);
 579         Value *Shift = Builder->CreateShl(X, ConstantInt::get(Ty, ShiftDiff));
 580
 581         APInt Mask(APInt::getHighBitsSet(TypeBits, TypeBits - ShiftAmt2));
 582         return BinaryOperator::CreateAnd(Shift,
 583                                          ConstantInt::get(I.getContext(),Mask));
 584       }
 585
 586       // (X << C1) >>u C2  --> X >>u (C2-C1) & (-1 >> C2)
 587       if (I.getOpcode() == Instruction::LShr &&
 588           ShiftOp->getOpcode() == Instruction::Shl) {
 589         assert(ShiftOp->getOpcode() == Instruction::Shl);
 590         Value *Shift = Builder->CreateLShr(X, ConstantInt::get(Ty, ShiftDiff));
 591
 592         APInt Mask(APInt::getLowBitsSet(TypeBits, TypeBits - ShiftAmt2));
 593         return BinaryOperator::CreateAnd(Shift,
 594                                          ConstantInt::get(I.getContext(),Mask));
 595       }
 596
 597       // We can't handle (X << C1) >>s C2, it shifts arbitrary bits in.
 598     } else {
 599       assert(ShiftAmt2 < ShiftAmt1);
 600       uint32_t ShiftDiff = ShiftAmt1-ShiftAmt2;
 601
 602       // (X >>? C1) << C2 --> X >>? (C1-C2) & (-1 << C2)
 603       if (I.getOpcode() == Instruction::Shl &&
 604           ShiftOp->getOpcode() != Instruction::Shl) {
 605         Value *Shift = Builder->CreateBinOp(ShiftOp->getOpcode(), X,
 606                                             ConstantInt::get(Ty, ShiftDiff));
 607
 608         APInt Mask(APInt::getHighBitsSet(TypeBits, TypeBits - ShiftAmt2));
 609         return BinaryOperator::CreateAnd(Shift,
 610                                          ConstantInt::get(I.getContext(),Mask));
 611       }
 612
 613       // (X << C1) >>u C2  --> X << (C1-C2) & (-1 >> C2)
 614       if (I.getOpcode() == Instruction::LShr &&
 615           ShiftOp->getOpcode() == Instruction::Shl) {
 616         Value *Shift = Builder->CreateShl(X, ConstantInt::get(Ty, ShiftDiff));
 617
 618         APInt Mask(APInt::getLowBitsSet(TypeBits, TypeBits - ShiftAmt2));
 619         return BinaryOperator::CreateAnd(Shift,
 620                                          ConstantInt::get(I.getContext(),Mask));
 621       }
 622
 623       // We can't handle (X << C1) >>a C2, it shifts arbitrary bits in.
 624     }
 625   }
 626   return 0;
 627 }
 628
 629 Instruction *InstCombiner::visitShl(BinaryOperator &I) {
 630   if (Value *V = SimplifyShlInst(I.getOperand(0), I.getOperand(1),
 631                                  I.hasNoSignedWrap(), I.hasNoUnsignedWrap(),
 632                                  TD))
 633     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
 634
 635   if (Instruction *V = commonShiftTransforms(I))
 636     return V;
 637
 638   if (ConstantInt *Op1C = dyn_cast<ConstantInt>(I.getOperand(1))) {
 639     unsigned ShAmt = Op1C->getZExtValue();
 640
 641     // If the shifted-out value is known-zero, then this is a NUW shift.
 642     if (!I.hasNoUnsignedWrap() &&
 643         MaskedValueIsZero(I.getOperand(0),
 644                           APInt::getHighBitsSet(Op1C->getBitWidth(), ShAmt))) {
 645           I.setHasNoUnsignedWrap();
 646           return &I;
 647         }
 648
 649     // If the shifted out value is all signbits, this is a NSW shift.
 650     if (!I.hasNoSignedWrap() &&
 651         ComputeNumSignBits(I.getOperand(0)) > ShAmt) {
 652       I.setHasNoSignedWrap();
 653       return &I;
 654     }
 655   }
 656
 657   // (C1 << A) << C2 -> (C1 << C2) << A
 658   Constant *C1, *C2;
 659   Value *A;
 660   if (match(I.getOperand(0), m_OneUse(m_Shl(m_Constant(C1), m_Value(A)))) &&
 661       match(I.getOperand(1), m_Constant(C2)))
 662     return BinaryOperator::CreateShl(ConstantExpr::getShl(C1, C2), A);
 663
 664   return 0;
 665 }
 666
 667 Instruction *InstCombiner::visitLShr(BinaryOperator &I) {
 668   if (Value *V = SimplifyLShrInst(I.getOperand(0), I.getOperand(1),
 669                                   I.isExact(), TD))
 670     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
 671
 672   if (Instruction *R = commonShiftTransforms(I))
 673     return R;
 674
 675   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
 676
 677   if (ConstantInt *Op1C = dyn_cast<ConstantInt>(Op1)) {
 678     unsigned ShAmt = Op1C->getZExtValue();
 679
 680     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Op0)) {
 681       unsigned BitWidth = Op0->getType()->getScalarSizeInBits();
 682       // ctlz.i32(x)>>5  --> zext(x == 0)
 683       // cttz.i32(x)>>5  --> zext(x == 0)
 684       // ctpop.i32(x)>>5 --> zext(x == -1)
 685       if ((II->getIntrinsicID() == Intrinsic::ctlz ||
 686            II->getIntrinsicID() == Intrinsic::cttz ||
 687            II->getIntrinsicID() == Intrinsic::ctpop) &&
 688           isPowerOf2_32(BitWidth) && Log2_32(BitWidth) == ShAmt) {
 689         bool isCtPop = II->getIntrinsicID() == Intrinsic::ctpop;
 690         Constant *RHS = ConstantInt::getSigned(Op0->getType(), isCtPop ? -1:0);
 691         Value *Cmp = Builder->CreateICmpEQ(II->getArgOperand(0), RHS);
 692         return new ZExtInst(Cmp, II->getType());
 693       }
 694     }
 695
 696     // If the shifted-out value is known-zero, then this is an exact shift.
 697     if (!I.isExact() &&
 698         MaskedValueIsZero(Op0,APInt::getLowBitsSet(Op1C->getBitWidth(),ShAmt))){
 699       I.setIsExact();
 700       return &I;
 701     }
 702   }
 703
 704   return 0;
 705 }
 706
 707 Instruction *InstCombiner::visitAShr(BinaryOperator &I) {
 708   if (Value *V = SimplifyAShrInst(I.getOperand(0), I.getOperand(1),
 709                                   I.isExact(), TD))
 710     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
 711
 712   if (Instruction *R = commonShiftTransforms(I))
 713     return R;
 714
 715   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
 716
 717   if (ConstantInt *Op1C = dyn_cast<ConstantInt>(Op1)) {
 718     unsigned ShAmt = Op1C->getZExtValue();
 719
 720     // If the input is a SHL by the same constant (ashr (shl X, C), C), then we
 721     // have a sign-extend idiom.
 722     Value *X;
 723     if (match(Op0, m_Shl(m_Value(X), m_Specific(Op1)))) {
 724       // If the left shift is just shifting out partial signbits, delete the
 725       // extension.
 726       if (cast<OverflowingBinaryOperator>(Op0)->hasNoSignedWrap())
 727         return ReplaceInstUsesWith(I, X);
 728
 729       // If the input is an extension from the shifted amount value, e.g.
 730       //   %x = zext i8 %A to i32
 731       //   %y = shl i32 %x, 24
 732       //   %z = ashr %y, 24
 733       // then turn this into "z = sext i8 A to i32".
 734       if (ZExtInst *ZI = dyn_cast<ZExtInst>(X)) {
 735         uint32_t SrcBits = ZI->getOperand(0)->getType()->getScalarSizeInBits();
 736         uint32_t DestBits = ZI->getType()->getScalarSizeInBits();
 737         if (Op1C->getZExtValue() == DestBits-SrcBits)
 738           return new SExtInst(ZI->getOperand(0), ZI->getType());
 739       }
 740     }
 741
 742     // If the shifted-out value is known-zero, then this is an exact shift.
 743     if (!I.isExact() &&
 744         MaskedValueIsZero(Op0,APInt::getLowBitsSet(Op1C->getBitWidth(),ShAmt))){
 745       I.setIsExact();
 746       return &I;
 747     }
 748   }
 749
 750   // See if we can turn a signed shr into an unsigned shr.
 751   if (MaskedValueIsZero(Op0,
 752                         APInt::getSignBit(I.getType()->getScalarSizeInBits())))
 753     return BinaryOperator::CreateLShr(Op0, Op1);
 754
 755   // Arithmetic shifting an all-sign-bit value is a no-op.
 756   unsigned NumSignBits = ComputeNumSignBits(Op0);
 757   if (NumSignBits == Op0->getType()->getScalarSizeInBits())
 758     return ReplaceInstUsesWith(I, Op0);
 759
 760   return 0;
 761 }
 762