1d4ff0fc9e0a900bdd863dbb0aa4e39f0bf3357c
[oota-llvm.git] / lib / Analysis / InstructionSimplify.cpp
1 //===- InstructionSimplify.cpp - Fold instruction operands ----------------===//
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 routines for folding instructions into simpler forms
11 // that do not require creating new instructions.  This does constant folding
12 // ("add i32 1, 1" -> "2") but can also handle non-constant operands, either
13 // returning a constant ("and i32 %x, 0" -> "0") or an already existing value
14 // ("and i32 %x, %x" -> "%x").  All operands are assumed to have already been
15 // simplified: This is usually true and assuming it simplifies the logic (if
16 // they have not been simplified then results are correct but maybe suboptimal).
17 //
18 //===----------------------------------------------------------------------===//
19
20 #define DEBUG_TYPE "instsimplify"
21 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
22 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
23 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
24 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
25 #include "llvm/Support/PatternMatch.h"
26 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
27 #include "llvm/Target/TargetData.h"
28 using namespace llvm;
29 using namespace llvm::PatternMatch;
30
31 #define RecursionLimit 3
32
33 STATISTIC(NumExpand,  "Number of expansions");
34 STATISTIC(NumFactor , "Number of factorizations");
35 STATISTIC(NumReassoc, "Number of reassociations");
36
37 static Value *SimplifyAndInst(Value *, Value *, const TargetData *,
38                               const DominatorTree *, unsigned);
39 static Value *SimplifyBinOp(unsigned, Value *, Value *, const TargetData *,
40                             const DominatorTree *, unsigned);
41 static Value *SimplifyCmpInst(unsigned, Value *, Value *, const TargetData *,
42                               const DominatorTree *, unsigned);
43 static Value *SimplifyOrInst(Value *, Value *, const TargetData *,
44                              const DominatorTree *, unsigned);
45 static Value *SimplifyXorInst(Value *, Value *, const TargetData *,
46                               const DominatorTree *, unsigned);
47
48 /// ValueDominatesPHI - Does the given value dominate the specified phi node?
49 static bool ValueDominatesPHI(Value *V, PHINode *P, const DominatorTree *DT) {
50   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
51   if (!I)
52     // Arguments and constants dominate all instructions.
53     return true;
54
55   // If we have a DominatorTree then do a precise test.
56   if (DT)
57     return DT->dominates(I, P);
58
59   // Otherwise, if the instruction is in the entry block, and is not an invoke,
60   // then it obviously dominates all phi nodes.
61   if (I->getParent() == &I->getParent()->getParent()->getEntryBlock() &&
62       !isa<InvokeInst>(I))
63     return true;
64
65   return false;
66 }
67
68 /// ExpandBinOp - Simplify "A op (B op' C)" by distributing op over op', turning
69 /// it into "(A op B) op' (A op C)".  Here "op" is given by Opcode and "op'" is
70 /// given by OpcodeToExpand, while "A" corresponds to LHS and "B op' C" to RHS.
71 /// Also performs the transform "(A op' B) op C" -> "(A op C) op' (B op C)".
72 /// Returns the simplified value, or null if no simplification was performed.
73 static Value *ExpandBinOp(unsigned Opcode, Value *LHS, Value *RHS,
74                           unsigned OpcToExpand, const TargetData *TD,
75                           const DominatorTree *DT, unsigned MaxRecurse) {
76   Instruction::BinaryOps OpcodeToExpand = (Instruction::BinaryOps)OpcToExpand;
77   // Recursion is always used, so bail out at once if we already hit the limit.
78   if (!MaxRecurse--)
79     return 0;
80
81   // Check whether the expression has the form "(A op' B) op C".
82   if (BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(LHS))
83     if (Op0->getOpcode() == OpcodeToExpand) {
84       // It does!  Try turning it into "(A op C) op' (B op C)".
85       Value *A = Op0->getOperand(0), *B = Op0->getOperand(1), *C = RHS;
86       // Do "A op C" and "B op C" both simplify?
87       if (Value *L = SimplifyBinOp(Opcode, A, C, TD, DT, MaxRecurse))
88         if (Value *R = SimplifyBinOp(Opcode, B, C, TD, DT, MaxRecurse)) {
89           // They do! Return "L op' R" if it simplifies or is already available.
90           // If "L op' R" equals "A op' B" then "L op' R" is just the LHS.
91           if ((L == A && R == B) || (Instruction::isCommutative(OpcodeToExpand)
92                                      && L == B && R == A)) {
93             ++NumExpand;
94             return LHS;
95           }
96           // Otherwise return "L op' R" if it simplifies.
97           if (Value *V = SimplifyBinOp(OpcodeToExpand, L, R, TD, DT,
98                                        MaxRecurse)) {
99             ++NumExpand;
100             return V;
101           }
102         }
103     }
104
105   // Check whether the expression has the form "A op (B op' C)".
106   if (BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(RHS))
107     if (Op1->getOpcode() == OpcodeToExpand) {
108       // It does!  Try turning it into "(A op B) op' (A op C)".
109       Value *A = LHS, *B = Op1->getOperand(0), *C = Op1->getOperand(1);
110       // Do "A op B" and "A op C" both simplify?
111       if (Value *L = SimplifyBinOp(Opcode, A, B, TD, DT, MaxRecurse))
112         if (Value *R = SimplifyBinOp(Opcode, A, C, TD, DT, MaxRecurse)) {
113           // They do! Return "L op' R" if it simplifies or is already available.
114           // If "L op' R" equals "B op' C" then "L op' R" is just the RHS.
115           if ((L == B && R == C) || (Instruction::isCommutative(OpcodeToExpand)
116                                      && L == C && R == B)) {
117             ++NumExpand;
118             return RHS;
119           }
120           // Otherwise return "L op' R" if it simplifies.
121           if (Value *V = SimplifyBinOp(OpcodeToExpand, L, R, TD, DT,
122                                        MaxRecurse)) {
123             ++NumExpand;
124             return V;
125           }
126         }
127     }
128
129   return 0;
130 }
131
132 /// FactorizeBinOp - Simplify "LHS Opcode RHS" by factorizing out a common term
133 /// using the operation OpCodeToExtract.  For example, when Opcode is Add and
134 /// OpCodeToExtract is Mul then this tries to turn "(A*B)+(A*C)" into "A*(B+C)".
135 /// Returns the simplified value, or null if no simplification was performed.
136 static Value *FactorizeBinOp(unsigned Opcode, Value *LHS, Value *RHS,
137                              unsigned OpcToExtract, const TargetData *TD,
138                              const DominatorTree *DT, unsigned MaxRecurse) {
139   Instruction::BinaryOps OpcodeToExtract = (Instruction::BinaryOps)OpcToExtract;
140   // Recursion is always used, so bail out at once if we already hit the limit.
141   if (!MaxRecurse--)
142     return 0;
143
144   BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(LHS);
145   BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(RHS);
146
147   if (!Op0 || Op0->getOpcode() != OpcodeToExtract ||
148       !Op1 || Op1->getOpcode() != OpcodeToExtract)
149     return 0;
150
151   // The expression has the form "(A op' B) op (C op' D)".
152   Value *A = Op0->getOperand(0), *B = Op0->getOperand(1);
153   Value *C = Op1->getOperand(0), *D = Op1->getOperand(1);
154
155   // Use left distributivity, i.e. "X op' (Y op Z) = (X op' Y) op (X op' Z)".
156   // Does the instruction have the form "(A op' B) op (A op' D)" or, in the
157   // commutative case, "(A op' B) op (C op' A)"?
158   if (A == C || (Instruction::isCommutative(OpcodeToExtract) && A == D)) {
159     Value *DD = A == C ? D : C;
160     // Form "A op' (B op DD)" if it simplifies completely.
161     // Does "B op DD" simplify?
162     if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, B, DD, TD, DT, MaxRecurse)) {
163       // It does!  Return "A op' V" if it simplifies or is already available.
164       // If V equals B then "A op' V" is just the LHS.  If V equals DD then
165       // "A op' V" is just the RHS.
166       if (V == B || V == DD) {
167         ++NumFactor;
168         return V == B ? LHS : RHS;
169       }
170       // Otherwise return "A op' V" if it simplifies.
171       if (Value *W = SimplifyBinOp(OpcodeToExtract, A, V, TD, DT, MaxRecurse)) {
172         ++NumFactor;
173         return W;
174       }
175     }
176   }
177
178   // Use right distributivity, i.e. "(X op Y) op' Z = (X op' Z) op (Y op' Z)".
179   // Does the instruction have the form "(A op' B) op (C op' B)" or, in the
180   // commutative case, "(A op' B) op (B op' D)"?
181   if (B == D || (Instruction::isCommutative(OpcodeToExtract) && B == C)) {
182     Value *CC = B == D ? C : D;
183     // Form "(A op CC) op' B" if it simplifies completely..
184     // Does "A op CC" simplify?
185     if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, A, CC, TD, DT, MaxRecurse)) {
186       // It does!  Return "V op' B" if it simplifies or is already available.
187       // If V equals A then "V op' B" is just the LHS.  If V equals CC then
188       // "V op' B" is just the RHS.
189       if (V == A || V == CC) {
190         ++NumFactor;
191         return V == A ? LHS : RHS;
192       }
193       // Otherwise return "V op' B" if it simplifies.
194       if (Value *W = SimplifyBinOp(OpcodeToExtract, V, B, TD, DT, MaxRecurse)) {
195         ++NumFactor;
196         return W;
197       }
198     }
199   }
200
201   return 0;
202 }
203
204 /// SimplifyAssociativeBinOp - Generic simplifications for associative binary
205 /// operations.  Returns the simpler value, or null if none was found.
206 static Value *SimplifyAssociativeBinOp(unsigned Opc, Value *LHS, Value *RHS,
207                                        const TargetData *TD,
208                                        const DominatorTree *DT,
209                                        unsigned MaxRecurse) {
210   Instruction::BinaryOps Opcode = (Instruction::BinaryOps)Opc;
211   assert(Instruction::isAssociative(Opcode) && "Not an associative operation!");
212
213   // Recursion is always used, so bail out at once if we already hit the limit.
214   if (!MaxRecurse--)
215     return 0;
216
217   BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(LHS);
218   BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(RHS);
219
220   // Transform: "(A op B) op C" ==> "A op (B op C)" if it simplifies completely.
221   if (Op0 && Op0->getOpcode() == Opcode) {
222     Value *A = Op0->getOperand(0);
223     Value *B = Op0->getOperand(1);
224     Value *C = RHS;
225
226     // Does "B op C" simplify?
227     if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, B, C, TD, DT, MaxRecurse)) {
228       // It does!  Return "A op V" if it simplifies or is already available.
229       // If V equals B then "A op V" is just the LHS.
230       if (V == B) return LHS;
231       // Otherwise return "A op V" if it simplifies.
232       if (Value *W = SimplifyBinOp(Opcode, A, V, TD, DT, MaxRecurse)) {
233         ++NumReassoc;
234         return W;
235       }
236     }
237   }
238
239   // Transform: "A op (B op C)" ==> "(A op B) op C" if it simplifies completely.
240   if (Op1 && Op1->getOpcode() == Opcode) {
241     Value *A = LHS;
242     Value *B = Op1->getOperand(0);
243     Value *C = Op1->getOperand(1);
244
245     // Does "A op B" simplify?
246     if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, A, B, TD, DT, MaxRecurse)) {
247       // It does!  Return "V op C" if it simplifies or is already available.
248       // If V equals B then "V op C" is just the RHS.
249       if (V == B) return RHS;
250       // Otherwise return "V op C" if it simplifies.
251       if (Value *W = SimplifyBinOp(Opcode, V, C, TD, DT, MaxRecurse)) {
252         ++NumReassoc;
253         return W;
254       }
255     }
256   }
257
258   // The remaining transforms require commutativity as well as associativity.
259   if (!Instruction::isCommutative(Opcode))
260     return 0;
261
262   // Transform: "(A op B) op C" ==> "(C op A) op B" if it simplifies completely.
263   if (Op0 && Op0->getOpcode() == Opcode) {
264     Value *A = Op0->getOperand(0);
265     Value *B = Op0->getOperand(1);
266     Value *C = RHS;
267
268     // Does "C op A" simplify?
269     if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, C, A, TD, DT, MaxRecurse)) {
270       // It does!  Return "V op B" if it simplifies or is already available.
271       // If V equals A then "V op B" is just the LHS.
272       if (V == A) return LHS;
273       // Otherwise return "V op B" if it simplifies.
274       if (Value *W = SimplifyBinOp(Opcode, V, B, TD, DT, MaxRecurse)) {
275         ++NumReassoc;
276         return W;
277       }
278     }
279   }
280
281   // Transform: "A op (B op C)" ==> "B op (C op A)" if it simplifies completely.
282   if (Op1 && Op1->getOpcode() == Opcode) {
283     Value *A = LHS;
284     Value *B = Op1->getOperand(0);
285     Value *C = Op1->getOperand(1);
286
287     // Does "C op A" simplify?
288     if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, C, A, TD, DT, MaxRecurse)) {
289       // It does!  Return "B op V" if it simplifies or is already available.
290       // If V equals C then "B op V" is just the RHS.
291       if (V == C) return RHS;
292       // Otherwise return "B op V" if it simplifies.
293       if (Value *W = SimplifyBinOp(Opcode, B, V, TD, DT, MaxRecurse)) {
294         ++NumReassoc;
295         return W;
296       }
297     }
298   }
299
300   return 0;
301 }
302
303 /// ThreadBinOpOverSelect - In the case of a binary operation with a select
304 /// instruction as an operand, try to simplify the binop by seeing whether
305 /// evaluating it on both branches of the select results in the same value.
306 /// Returns the common value if so, otherwise returns null.
307 static Value *ThreadBinOpOverSelect(unsigned Opcode, Value *LHS, Value *RHS,
308                                     const TargetData *TD,
309                                     const DominatorTree *DT,
310                                     unsigned MaxRecurse) {
311   // Recursion is always used, so bail out at once if we already hit the limit.
312   if (!MaxRecurse--)
313     return 0;
314
315   SelectInst *SI;
316   if (isa<SelectInst>(LHS)) {
317     SI = cast<SelectInst>(LHS);
318   } else {
319     assert(isa<SelectInst>(RHS) && "No select instruction operand!");
320     SI = cast<SelectInst>(RHS);
321   }
322
323   // Evaluate the BinOp on the true and false branches of the select.
324   Value *TV;
325   Value *FV;
326   if (SI == LHS) {
327     TV = SimplifyBinOp(Opcode, SI->getTrueValue(), RHS, TD, DT, MaxRecurse);
328     FV = SimplifyBinOp(Opcode, SI->getFalseValue(), RHS, TD, DT, MaxRecurse);
329   } else {
330     TV = SimplifyBinOp(Opcode, LHS, SI->getTrueValue(), TD, DT, MaxRecurse);
331     FV = SimplifyBinOp(Opcode, LHS, SI->getFalseValue(), TD, DT, MaxRecurse);
332   }
333
334   // If they simplified to the same value, then return the common value.
335   // If they both failed to simplify then return null.
336   if (TV == FV)
337     return TV;
338
339   // If one branch simplified to undef, return the other one.
340   if (TV && isa<UndefValue>(TV))
341     return FV;
342   if (FV && isa<UndefValue>(FV))
343     return TV;
344
345   // If applying the operation did not change the true and false select values,
346   // then the result of the binop is the select itself.
347   if (TV == SI->getTrueValue() && FV == SI->getFalseValue())
348     return SI;
349
350   // If one branch simplified and the other did not, and the simplified
351   // value is equal to the unsimplified one, return the simplified value.
352   // For example, select (cond, X, X & Z) & Z -> X & Z.
353   if ((FV && !TV) || (TV && !FV)) {
354     // Check that the simplified value has the form "X op Y" where "op" is the
355     // same as the original operation.
356     Instruction *Simplified = dyn_cast<Instruction>(FV ? FV : TV);
357     if (Simplified && Simplified->getOpcode() == Opcode) {
358       // The value that didn't simplify is "UnsimplifiedLHS op UnsimplifiedRHS".
359       // We already know that "op" is the same as for the simplified value.  See
360       // if the operands match too.  If so, return the simplified value.
361       Value *UnsimplifiedBranch = FV ? SI->getTrueValue() : SI->getFalseValue();
362       Value *UnsimplifiedLHS = SI == LHS ? UnsimplifiedBranch : LHS;
363       Value *UnsimplifiedRHS = SI == LHS ? RHS : UnsimplifiedBranch;
364       if (Simplified->getOperand(0) == UnsimplifiedLHS &&
365           Simplified->getOperand(1) == UnsimplifiedRHS)
366         return Simplified;
367       if (Simplified->isCommutative() &&
368           Simplified->getOperand(1) == UnsimplifiedLHS &&
369           Simplified->getOperand(0) == UnsimplifiedRHS)
370         return Simplified;
371     }
372   }
373
374   return 0;
375 }
376
377 /// ThreadCmpOverSelect - In the case of a comparison with a select instruction,
378 /// try to simplify the comparison by seeing whether both branches of the select
379 /// result in the same value.  Returns the common value if so, otherwise returns
380 /// null.
381 static Value *ThreadCmpOverSelect(CmpInst::Predicate Pred, Value *LHS,
382                                   Value *RHS, const TargetData *TD,
383                                   const DominatorTree *DT,
384                                   unsigned MaxRecurse) {
385   // Recursion is always used, so bail out at once if we already hit the limit.
386   if (!MaxRecurse--)
387     return 0;
388
389   // Make sure the select is on the LHS.
390   if (!isa<SelectInst>(LHS)) {
391     std::swap(LHS, RHS);
392     Pred = CmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
393   }
394   assert(isa<SelectInst>(LHS) && "Not comparing with a select instruction!");
395   SelectInst *SI = cast<SelectInst>(LHS);
396
397   // Now that we have "cmp select(cond, TV, FV), RHS", analyse it.
398   // Does "cmp TV, RHS" simplify?
399   if (Value *TCmp = SimplifyCmpInst(Pred, SI->getTrueValue(), RHS, TD, DT,
400                                     MaxRecurse))
401     // It does!  Does "cmp FV, RHS" simplify?
402     if (Value *FCmp = SimplifyCmpInst(Pred, SI->getFalseValue(), RHS, TD, DT,
403                                       MaxRecurse))
404       // It does!  If they simplified to the same value, then use it as the
405       // result of the original comparison.
406       if (TCmp == FCmp)
407         return TCmp;
408   return 0;
409 }
410
411 /// ThreadBinOpOverPHI - In the case of a binary operation with an operand that
412 /// is a PHI instruction, try to simplify the binop by seeing whether evaluating
413 /// it on the incoming phi values yields the same result for every value.  If so
414 /// returns the common value, otherwise returns null.
415 static Value *ThreadBinOpOverPHI(unsigned Opcode, Value *LHS, Value *RHS,
416                                  const TargetData *TD, const DominatorTree *DT,
417                                  unsigned MaxRecurse) {
418   // Recursion is always used, so bail out at once if we already hit the limit.
419   if (!MaxRecurse--)
420     return 0;
421
422   PHINode *PI;
423   if (isa<PHINode>(LHS)) {
424     PI = cast<PHINode>(LHS);
425     // Bail out if RHS and the phi may be mutually interdependent due to a loop.
426     if (!ValueDominatesPHI(RHS, PI, DT))
427       return 0;
428   } else {
429     assert(isa<PHINode>(RHS) && "No PHI instruction operand!");
430     PI = cast<PHINode>(RHS);
431     // Bail out if LHS and the phi may be mutually interdependent due to a loop.
432     if (!ValueDominatesPHI(LHS, PI, DT))
433       return 0;
434   }
435
436   // Evaluate the BinOp on the incoming phi values.
437   Value *CommonValue = 0;
438   for (unsigned i = 0, e = PI->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
439     Value *Incoming = PI->getIncomingValue(i);
440     // If the incoming value is the phi node itself, it can safely be skipped.
441     if (Incoming == PI) continue;
442     Value *V = PI == LHS ?
443       SimplifyBinOp(Opcode, Incoming, RHS, TD, DT, MaxRecurse) :
444       SimplifyBinOp(Opcode, LHS, Incoming, TD, DT, MaxRecurse);
445     // If the operation failed to simplify, or simplified to a different value
446     // to previously, then give up.
447     if (!V || (CommonValue && V != CommonValue))
448       return 0;
449     CommonValue = V;
450   }
451
452   return CommonValue;
453 }
454
455 /// ThreadCmpOverPHI - In the case of a comparison with a PHI instruction, try
456 /// try to simplify the comparison by seeing whether comparing with all of the
457 /// incoming phi values yields the same result every time.  If so returns the
458 /// common result, otherwise returns null.
459 static Value *ThreadCmpOverPHI(CmpInst::Predicate Pred, Value *LHS, Value *RHS,
460                                const TargetData *TD, const DominatorTree *DT,
461                                unsigned MaxRecurse) {
462   // Recursion is always used, so bail out at once if we already hit the limit.
463   if (!MaxRecurse--)
464     return 0;
465
466   // Make sure the phi is on the LHS.
467   if (!isa<PHINode>(LHS)) {
468     std::swap(LHS, RHS);
469     Pred = CmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
470   }
471   assert(isa<PHINode>(LHS) && "Not comparing with a phi instruction!");
472   PHINode *PI = cast<PHINode>(LHS);
473
474   // Bail out if RHS and the phi may be mutually interdependent due to a loop.
475   if (!ValueDominatesPHI(RHS, PI, DT))
476     return 0;
477
478   // Evaluate the BinOp on the incoming phi values.
479   Value *CommonValue = 0;
480   for (unsigned i = 0, e = PI->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
481     Value *Incoming = PI->getIncomingValue(i);
482     // If the incoming value is the phi node itself, it can safely be skipped.
483     if (Incoming == PI) continue;
484     Value *V = SimplifyCmpInst(Pred, Incoming, RHS, TD, DT, MaxRecurse);
485     // If the operation failed to simplify, or simplified to a different value
486     // to previously, then give up.
487     if (!V || (CommonValue && V != CommonValue))
488       return 0;
489     CommonValue = V;
490   }
491
492   return CommonValue;
493 }
494
495 /// SimplifyAddInst - Given operands for an Add, see if we can
496 /// fold the result.  If not, this returns null.
497 static Value *SimplifyAddInst(Value *Op0, Value *Op1, bool isNSW, bool isNUW,
498                               const TargetData *TD, const DominatorTree *DT,
499                               unsigned MaxRecurse) {
500   if (Constant *CLHS = dyn_cast<Constant>(Op0)) {
501     if (Constant *CRHS = dyn_cast<Constant>(Op1)) {
502       Constant *Ops[] = { CLHS, CRHS };
503       return ConstantFoldInstOperands(Instruction::Add, CLHS->getType(),
504                                       Ops, 2, TD);
505     }
506
507     // Canonicalize the constant to the RHS.
508     std::swap(Op0, Op1);
509   }
510
511   // X + undef -> undef
512   if (isa<UndefValue>(Op1))
513     return Op1;
514
515   // X + 0 -> X
516   if (match(Op1, m_Zero()))
517     return Op0;
518
519   // X + (Y - X) -> Y
520   // (Y - X) + X -> Y
521   // Eg: X + -X -> 0
522   Value *Y = 0;
523   if (match(Op1, m_Sub(m_Value(Y), m_Specific(Op0))) ||
524       match(Op0, m_Sub(m_Value(Y), m_Specific(Op1))))
525     return Y;
526
527   // X + ~X -> -1   since   ~X = -X-1
528   if (match(Op0, m_Not(m_Specific(Op1))) ||
529       match(Op1, m_Not(m_Specific(Op0))))
530     return Constant::getAllOnesValue(Op0->getType());
531
532   /// i1 add -> xor.
533   if (MaxRecurse && Op0->getType()->isIntegerTy(1))
534     if (Value *V = SimplifyXorInst(Op0, Op1, TD, DT, MaxRecurse-1))
535       return V;
536
537   // Try some generic simplifications for associative operations.
538   if (Value *V = SimplifyAssociativeBinOp(Instruction::Add, Op0, Op1, TD, DT,
539                                           MaxRecurse))
540     return V;
541
542   // Mul distributes over Add.  Try some generic simplifications based on this.
543   if (Value *V = FactorizeBinOp(Instruction::Add, Op0, Op1, Instruction::Mul,
544                                 TD, DT, MaxRecurse))
545     return V;
546
547   // Threading Add over selects and phi nodes is pointless, so don't bother.
548   // Threading over the select in "A + select(cond, B, C)" means evaluating
549   // "A+B" and "A+C" and seeing if they are equal; but they are equal if and
550   // only if B and C are equal.  If B and C are equal then (since we assume
551   // that operands have already been simplified) "select(cond, B, C)" should
552   // have been simplified to the common value of B and C already.  Analysing
553   // "A+B" and "A+C" thus gains nothing, but costs compile time.  Similarly
554   // for threading over phi nodes.
555
556   return 0;
557 }
558
559 Value *llvm::SimplifyAddInst(Value *Op0, Value *Op1, bool isNSW, bool isNUW,
560                              const TargetData *TD, const DominatorTree *DT) {
561   return ::SimplifyAddInst(Op0, Op1, isNSW, isNUW, TD, DT, RecursionLimit);
562 }
563
564 /// SimplifySubInst - Given operands for a Sub, see if we can
565 /// fold the result.  If not, this returns null.
566 static Value *SimplifySubInst(Value *Op0, Value *Op1, bool isNSW, bool isNUW,
567                               const TargetData *TD, const DominatorTree *DT,
568                               unsigned MaxRecurse) {
569   if (Constant *CLHS = dyn_cast<Constant>(Op0))
570     if (Constant *CRHS = dyn_cast<Constant>(Op1)) {
571       Constant *Ops[] = { CLHS, CRHS };
572       return ConstantFoldInstOperands(Instruction::Sub, CLHS->getType(),
573                                       Ops, 2, TD);
574     }
575
576   // X - undef -> undef
577   // undef - X -> undef
578   if (isa<UndefValue>(Op0) || isa<UndefValue>(Op1))
579     return UndefValue::get(Op0->getType());
580
581   // X - 0 -> X
582   if (match(Op1, m_Zero()))
583     return Op0;
584
585   // X - X -> 0
586   if (Op0 == Op1)
587     return Constant::getNullValue(Op0->getType());
588
589   // (X + Y) - Y -> X
590   // (Y + X) - Y -> X
591   Value *X = 0;
592   if (match(Op0, m_Add(m_Value(X), m_Specific(Op1))) ||
593       match(Op0, m_Add(m_Specific(Op1), m_Value(X))))
594     return X;
595
596   // i1 sub -> xor.
597   if (MaxRecurse && Op0->getType()->isIntegerTy(1))
598     if (Value *V = SimplifyXorInst(Op0, Op1, TD, DT, MaxRecurse-1))
599       return V;
600
601   // X - (X - Y) -> Y.  More generally Z - (X - Y) -> (Z - X) + Y if everything
602   // simplifies.
603   Value *Y = 0, *Z = Op0;
604   if (MaxRecurse && match(Op1, m_Sub(m_Value(X), m_Value(Y)))) // Z - (X - Y)
605     // See if "V === Z - X" simplifies.
606     if (Value *V = SimplifyBinOp(Instruction::Sub, Z, X, TD, DT, MaxRecurse-1))
607       // It does!  Now see if "W === V + Y" simplifies.
608       if (Value *W = SimplifyBinOp(Instruction::Add, V, Y, TD, DT,
609                                    MaxRecurse-1)) {
610         // It does, we successfully reassociated!
611         ++NumReassoc;
612         return W;
613       }
614
615   // Mul distributes over Sub.  Try some generic simplifications based on this.
616   if (Value *V = FactorizeBinOp(Instruction::Sub, Op0, Op1, Instruction::Mul,
617                                 TD, DT, MaxRecurse))
618     return V;
619
620   // Threading Sub over selects and phi nodes is pointless, so don't bother.
621   // Threading over the select in "A - select(cond, B, C)" means evaluating
622   // "A-B" and "A-C" and seeing if they are equal; but they are equal if and
623   // only if B and C are equal.  If B and C are equal then (since we assume
624   // that operands have already been simplified) "select(cond, B, C)" should
625   // have been simplified to the common value of B and C already.  Analysing
626   // "A-B" and "A-C" thus gains nothing, but costs compile time.  Similarly
627   // for threading over phi nodes.
628
629   return 0;
630 }
631
632 Value *llvm::SimplifySubInst(Value *Op0, Value *Op1, bool isNSW, bool isNUW,
633                              const TargetData *TD, const DominatorTree *DT) {
634   return ::SimplifySubInst(Op0, Op1, isNSW, isNUW, TD, DT, RecursionLimit);
635 }
636
637 /// SimplifyMulInst - Given operands for a Mul, see if we can
638 /// fold the result.  If not, this returns null.
639 static Value *SimplifyMulInst(Value *Op0, Value *Op1, const TargetData *TD,
640                               const DominatorTree *DT, unsigned MaxRecurse) {
641   if (Constant *CLHS = dyn_cast<Constant>(Op0)) {
642     if (Constant *CRHS = dyn_cast<Constant>(Op1)) {
643       Constant *Ops[] = { CLHS, CRHS };
644       return ConstantFoldInstOperands(Instruction::Mul, CLHS->getType(),
645                                       Ops, 2, TD);
646     }
647
648     // Canonicalize the constant to the RHS.
649     std::swap(Op0, Op1);
650   }
651
652   // X * undef -> 0
653   if (isa<UndefValue>(Op1))
654     return Constant::getNullValue(Op0->getType());
655
656   // X * 0 -> 0
657   if (match(Op1, m_Zero()))
658     return Op1;
659
660   // X * 1 -> X
661   if (match(Op1, m_One()))
662     return Op0;
663
664   /// i1 mul -> and.
665   if (MaxRecurse && Op0->getType()->isIntegerTy(1))
666     if (Value *V = SimplifyAndInst(Op0, Op1, TD, DT, MaxRecurse-1))
667       return V;
668
669   // Try some generic simplifications for associative operations.
670   if (Value *V = SimplifyAssociativeBinOp(Instruction::Mul, Op0, Op1, TD, DT,
671                                           MaxRecurse))
672     return V;
673
674   // Mul distributes over Add.  Try some generic simplifications based on this.
675   if (Value *V = ExpandBinOp(Instruction::Mul, Op0, Op1, Instruction::Add,
676                              TD, DT, MaxRecurse))
677     return V;
678
679   // If the operation is with the result of a select instruction, check whether
680   // operating on either branch of the select always yields the same value.
681   if (isa<SelectInst>(Op0) || isa<SelectInst>(Op1))
682     if (Value *V = ThreadBinOpOverSelect(Instruction::Mul, Op0, Op1, TD, DT,
683                                          MaxRecurse))
684       return V;
685
686   // If the operation is with the result of a phi instruction, check whether
687   // operating on all incoming values of the phi always yields the same value.
688   if (isa<PHINode>(Op0) || isa<PHINode>(Op1))
689     if (Value *V = ThreadBinOpOverPHI(Instruction::Mul, Op0, Op1, TD, DT,
690                                       MaxRecurse))
691       return V;
692
693   return 0;
694 }
695
696 Value *llvm::SimplifyMulInst(Value *Op0, Value *Op1, const TargetData *TD,
697                              const DominatorTree *DT) {
698   return ::SimplifyMulInst(Op0, Op1, TD, DT, RecursionLimit);
699 }
700
701 /// SimplifyShift - Given operands for an Shl, LShr or AShr, see if we can
702 /// fold the result.  If not, this returns null.
703 static Value *SimplifyShift(unsigned Opcode, Value *Op0, Value *Op1,
704                             const TargetData *TD, const DominatorTree *DT,
705                             unsigned MaxRecurse) {
706   if (Constant *C0 = dyn_cast<Constant>(Op0)) {
707     if (Constant *C1 = dyn_cast<Constant>(Op1)) {
708       Constant *Ops[] = { C0, C1 };
709       return ConstantFoldInstOperands(Opcode, C0->getType(), Ops, 2, TD);
710     }
711   }
712
713   // 0 shift by X -> 0
714   if (match(Op0, m_Zero()))
715     return Op0;
716
717   // X shift by 0 -> X
718   if (match(Op1, m_Zero()))
719     return Op0;
720
721   // X shift by undef -> undef because it may shift by the bitwidth.
722   if (isa<UndefValue>(Op1))
723     return Op1;
724
725   // Shifting by the bitwidth or more is undefined.
726   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op1))
727     if (CI->getValue().getLimitedValue() >=
728         Op0->getType()->getScalarSizeInBits())
729       return UndefValue::get(Op0->getType());
730
731   // If the operation is with the result of a select instruction, check whether
732   // operating on either branch of the select always yields the same value.
733   if (isa<SelectInst>(Op0) || isa<SelectInst>(Op1))
734     if (Value *V = ThreadBinOpOverSelect(Opcode, Op0, Op1, TD, DT, MaxRecurse))
735       return V;
736
737   // If the operation is with the result of a phi instruction, check whether
738   // operating on all incoming values of the phi always yields the same value.
739   if (isa<PHINode>(Op0) || isa<PHINode>(Op1))
740     if (Value *V = ThreadBinOpOverPHI(Opcode, Op0, Op1, TD, DT, MaxRecurse))
741       return V;
742
743   return 0;
744 }
745
746 /// SimplifyShlInst - Given operands for an Shl, see if we can
747 /// fold the result.  If not, this returns null.
748 static Value *SimplifyShlInst(Value *Op0, Value *Op1, const TargetData *TD,
749                               const DominatorTree *DT, unsigned MaxRecurse) {
750   if (Value *V = SimplifyShift(Instruction::Shl, Op0, Op1, TD, DT, MaxRecurse))
751     return V;
752
753   // undef << X -> 0
754   if (isa<UndefValue>(Op0))
755     return Constant::getNullValue(Op0->getType());
756
757   return 0;
758 }
759
760 Value *llvm::SimplifyShlInst(Value *Op0, Value *Op1, const TargetData *TD,
761                              const DominatorTree *DT) {
762   return ::SimplifyShlInst(Op0, Op1, TD, DT, RecursionLimit);
763 }
764
765 /// SimplifyLShrInst - Given operands for an LShr, see if we can
766 /// fold the result.  If not, this returns null.
767 static Value *SimplifyLShrInst(Value *Op0, Value *Op1, const TargetData *TD,
768                                const DominatorTree *DT, unsigned MaxRecurse) {
769   if (Value *V = SimplifyShift(Instruction::LShr, Op0, Op1, TD, DT, MaxRecurse))
770     return V;
771
772   // undef >>l X -> 0
773   if (isa<UndefValue>(Op0))
774     return Constant::getNullValue(Op0->getType());
775
776   return 0;
777 }
778
779 Value *llvm::SimplifyLShrInst(Value *Op0, Value *Op1, const TargetData *TD,
780                               const DominatorTree *DT) {
781   return ::SimplifyLShrInst(Op0, Op1, TD, DT, RecursionLimit);
782 }
783
784 /// SimplifyAShrInst - Given operands for an AShr, see if we can
785 /// fold the result.  If not, this returns null.
786 static Value *SimplifyAShrInst(Value *Op0, Value *Op1, const TargetData *TD,
787                               const DominatorTree *DT, unsigned MaxRecurse) {
788   if (Value *V = SimplifyShift(Instruction::AShr, Op0, Op1, TD, DT, MaxRecurse))
789     return V;
790
791   // all ones >>a X -> all ones
792   if (match(Op0, m_AllOnes()))
793     return Op0;
794
795   // undef >>a X -> all ones
796   if (isa<UndefValue>(Op0))
797     return Constant::getAllOnesValue(Op0->getType());
798
799   return 0;
800 }
801
802 Value *llvm::SimplifyAShrInst(Value *Op0, Value *Op1, const TargetData *TD,
803                               const DominatorTree *DT) {
804   return ::SimplifyAShrInst(Op0, Op1, TD, DT, RecursionLimit);
805 }
806
807 /// SimplifyAndInst - Given operands for an And, see if we can
808 /// fold the result.  If not, this returns null.
809 static Value *SimplifyAndInst(Value *Op0, Value *Op1, const TargetData *TD,
810                               const DominatorTree *DT, unsigned MaxRecurse) {
811   if (Constant *CLHS = dyn_cast<Constant>(Op0)) {
812     if (Constant *CRHS = dyn_cast<Constant>(Op1)) {
813       Constant *Ops[] = { CLHS, CRHS };
814       return ConstantFoldInstOperands(Instruction::And, CLHS->getType(),
815                                       Ops, 2, TD);
816     }
817
818     // Canonicalize the constant to the RHS.
819     std::swap(Op0, Op1);
820   }
821
822   // X & undef -> 0
823   if (isa<UndefValue>(Op1))
824     return Constant::getNullValue(Op0->getType());
825
826   // X & X = X
827   if (Op0 == Op1)
828     return Op0;
829
830   // X & 0 = 0
831   if (match(Op1, m_Zero()))
832     return Op1;
833
834   // X & -1 = X
835   if (match(Op1, m_AllOnes()))
836     return Op0;
837
838   // A & ~A  =  ~A & A  =  0
839   Value *A = 0, *B = 0;
840   if ((match(Op0, m_Not(m_Value(A))) && A == Op1) ||
841       (match(Op1, m_Not(m_Value(A))) && A == Op0))
842     return Constant::getNullValue(Op0->getType());
843
844   // (A | ?) & A = A
845   if (match(Op0, m_Or(m_Value(A), m_Value(B))) &&
846       (A == Op1 || B == Op1))
847     return Op1;
848
849   // A & (A | ?) = A
850   if (match(Op1, m_Or(m_Value(A), m_Value(B))) &&
851       (A == Op0 || B == Op0))
852     return Op0;
853
854   // Try some generic simplifications for associative operations.
855   if (Value *V = SimplifyAssociativeBinOp(Instruction::And, Op0, Op1, TD, DT,
856                                           MaxRecurse))
857     return V;
858
859   // And distributes over Or.  Try some generic simplifications based on this.
860   if (Value *V = ExpandBinOp(Instruction::And, Op0, Op1, Instruction::Or,
861                              TD, DT, MaxRecurse))
862     return V;
863
864   // And distributes over Xor.  Try some generic simplifications based on this.
865   if (Value *V = ExpandBinOp(Instruction::And, Op0, Op1, Instruction::Xor,
866                              TD, DT, MaxRecurse))
867     return V;
868
869   // Or distributes over And.  Try some generic simplifications based on this.
870   if (Value *V = FactorizeBinOp(Instruction::And, Op0, Op1, Instruction::Or,
871                                 TD, DT, MaxRecurse))
872     return V;
873
874   // If the operation is with the result of a select instruction, check whether
875   // operating on either branch of the select always yields the same value.
876   if (isa<SelectInst>(Op0) || isa<SelectInst>(Op1))
877     if (Value *V = ThreadBinOpOverSelect(Instruction::And, Op0, Op1, TD, DT,
878                                          MaxRecurse))
879       return V;
880
881   // If the operation is with the result of a phi instruction, check whether
882   // operating on all incoming values of the phi always yields the same value.
883   if (isa<PHINode>(Op0) || isa<PHINode>(Op1))
884     if (Value *V = ThreadBinOpOverPHI(Instruction::And, Op0, Op1, TD, DT,
885                                       MaxRecurse))
886       return V;
887
888   return 0;
889 }
890
891 Value *llvm::SimplifyAndInst(Value *Op0, Value *Op1, const TargetData *TD,
892                              const DominatorTree *DT) {
893   return ::SimplifyAndInst(Op0, Op1, TD, DT, RecursionLimit);
894 }
895
896 /// SimplifyOrInst - Given operands for an Or, see if we can
897 /// fold the result.  If not, this returns null.
898 static Value *SimplifyOrInst(Value *Op0, Value *Op1, const TargetData *TD,
899                              const DominatorTree *DT, unsigned MaxRecurse) {
900   if (Constant *CLHS = dyn_cast<Constant>(Op0)) {
901     if (Constant *CRHS = dyn_cast<Constant>(Op1)) {
902       Constant *Ops[] = { CLHS, CRHS };
903       return ConstantFoldInstOperands(Instruction::Or, CLHS->getType(),
904                                       Ops, 2, TD);
905     }
906
907     // Canonicalize the constant to the RHS.
908     std::swap(Op0, Op1);
909   }
910
911   // X | undef -> -1
912   if (isa<UndefValue>(Op1))
913     return Constant::getAllOnesValue(Op0->getType());
914
915   // X | X = X
916   if (Op0 == Op1)
917     return Op0;
918
919   // X | 0 = X
920   if (match(Op1, m_Zero()))
921     return Op0;
922
923   // X | -1 = -1
924   if (match(Op1, m_AllOnes()))
925     return Op1;
926
927   // A | ~A  =  ~A | A  =  -1
928   Value *A = 0, *B = 0;
929   if ((match(Op0, m_Not(m_Value(A))) && A == Op1) ||
930       (match(Op1, m_Not(m_Value(A))) && A == Op0))
931     return Constant::getAllOnesValue(Op0->getType());
932
933   // (A & ?) | A = A
934   if (match(Op0, m_And(m_Value(A), m_Value(B))) &&
935       (A == Op1 || B == Op1))
936     return Op1;
937
938   // A | (A & ?) = A
939   if (match(Op1, m_And(m_Value(A), m_Value(B))) &&
940       (A == Op0 || B == Op0))
941     return Op0;
942
943   // Try some generic simplifications for associative operations.
944   if (Value *V = SimplifyAssociativeBinOp(Instruction::Or, Op0, Op1, TD, DT,
945                                           MaxRecurse))
946     return V;
947
948   // Or distributes over And.  Try some generic simplifications based on this.
949   if (Value *V = ExpandBinOp(Instruction::Or, Op0, Op1, Instruction::And,
950                              TD, DT, MaxRecurse))
951     return V;
952
953   // And distributes over Or.  Try some generic simplifications based on this.
954   if (Value *V = FactorizeBinOp(Instruction::Or, Op0, Op1, Instruction::And,
955                                 TD, DT, MaxRecurse))
956     return V;
957
958   // If the operation is with the result of a select instruction, check whether
959   // operating on either branch of the select always yields the same value.
960   if (isa<SelectInst>(Op0) || isa<SelectInst>(Op1))
961     if (Value *V = ThreadBinOpOverSelect(Instruction::Or, Op0, Op1, TD, DT,
962                                          MaxRecurse))
963       return V;
964
965   // If the operation is with the result of a phi instruction, check whether
966   // operating on all incoming values of the phi always yields the same value.
967   if (isa<PHINode>(Op0) || isa<PHINode>(Op1))
968     if (Value *V = ThreadBinOpOverPHI(Instruction::Or, Op0, Op1, TD, DT,
969                                       MaxRecurse))
970       return V;
971
972   return 0;
973 }
974
975 Value *llvm::SimplifyOrInst(Value *Op0, Value *Op1, const TargetData *TD,
976                             const DominatorTree *DT) {
977   return ::SimplifyOrInst(Op0, Op1, TD, DT, RecursionLimit);
978 }
979
980 /// SimplifyXorInst - Given operands for a Xor, see if we can
981 /// fold the result.  If not, this returns null.
982 static Value *SimplifyXorInst(Value *Op0, Value *Op1, const TargetData *TD,
983                               const DominatorTree *DT, unsigned MaxRecurse) {
984   if (Constant *CLHS = dyn_cast<Constant>(Op0)) {
985     if (Constant *CRHS = dyn_cast<Constant>(Op1)) {
986       Constant *Ops[] = { CLHS, CRHS };
987       return ConstantFoldInstOperands(Instruction::Xor, CLHS->getType(),
988                                       Ops, 2, TD);
989     }
990
991     // Canonicalize the constant to the RHS.
992     std::swap(Op0, Op1);
993   }
994
995   // A ^ undef -> undef
996   if (isa<UndefValue>(Op1))
997     return Op1;
998
999   // A ^ 0 = A
1000   if (match(Op1, m_Zero()))
1001     return Op0;
1002
1003   // A ^ A = 0
1004   if (Op0 == Op1)
1005     return Constant::getNullValue(Op0->getType());
1006
1007   // A ^ ~A  =  ~A ^ A  =  -1
1008   Value *A = 0;
1009   if ((match(Op0, m_Not(m_Value(A))) && A == Op1) ||
1010       (match(Op1, m_Not(m_Value(A))) && A == Op0))
1011     return Constant::getAllOnesValue(Op0->getType());
1012
1013   // Try some generic simplifications for associative operations.
1014   if (Value *V = SimplifyAssociativeBinOp(Instruction::Xor, Op0, Op1, TD, DT,
1015                                           MaxRecurse))
1016     return V;
1017
1018   // And distributes over Xor.  Try some generic simplifications based on this.
1019   if (Value *V = FactorizeBinOp(Instruction::Xor, Op0, Op1, Instruction::And,
1020                                 TD, DT, MaxRecurse))
1021     return V;
1022
1023   // Threading Xor over selects and phi nodes is pointless, so don't bother.
1024   // Threading over the select in "A ^ select(cond, B, C)" means evaluating
1025   // "A^B" and "A^C" and seeing if they are equal; but they are equal if and
1026   // only if B and C are equal.  If B and C are equal then (since we assume
1027   // that operands have already been simplified) "select(cond, B, C)" should
1028   // have been simplified to the common value of B and C already.  Analysing
1029   // "A^B" and "A^C" thus gains nothing, but costs compile time.  Similarly
1030   // for threading over phi nodes.
1031
1032   return 0;
1033 }
1034
1035 Value *llvm::SimplifyXorInst(Value *Op0, Value *Op1, const TargetData *TD,
1036                              const DominatorTree *DT) {
1037   return ::SimplifyXorInst(Op0, Op1, TD, DT, RecursionLimit);
1038 }
1039
1040 static const Type *GetCompareTy(Value *Op) {
1041   return CmpInst::makeCmpResultType(Op->getType());
1042 }
1043
1044 /// SimplifyICmpInst - Given operands for an ICmpInst, see if we can
1045 /// fold the result.  If not, this returns null.
1046 static Value *SimplifyICmpInst(unsigned Predicate, Value *LHS, Value *RHS,
1047                                const TargetData *TD, const DominatorTree *DT,
1048                                unsigned MaxRecurse) {
1049   CmpInst::Predicate Pred = (CmpInst::Predicate)Predicate;
1050   assert(CmpInst::isIntPredicate(Pred) && "Not an integer compare!");
1051
1052   if (Constant *CLHS = dyn_cast<Constant>(LHS)) {
1053     if (Constant *CRHS = dyn_cast<Constant>(RHS))
1054       return ConstantFoldCompareInstOperands(Pred, CLHS, CRHS, TD);
1055
1056     // If we have a constant, make sure it is on the RHS.
1057     std::swap(LHS, RHS);
1058     Pred = CmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
1059   }
1060
1061   const Type *ITy = GetCompareTy(LHS); // The return type.
1062   const Type *OpTy = LHS->getType();   // The operand type.
1063
1064   // icmp X, X -> true/false
1065   // X icmp undef -> true/false.  For example, icmp ugt %X, undef -> false
1066   // because X could be 0.
1067   if (LHS == RHS || isa<UndefValue>(RHS))
1068     return ConstantInt::get(ITy, CmpInst::isTrueWhenEqual(Pred));
1069
1070   // Special case logic when the operands have i1 type.
1071   if (OpTy->isIntegerTy(1) || (OpTy->isVectorTy() &&
1072        cast<VectorType>(OpTy)->getElementType()->isIntegerTy(1))) {
1073     switch (Pred) {
1074     default: break;
1075     case ICmpInst::ICMP_EQ:
1076       // X == 1 -> X
1077       if (match(RHS, m_One()))
1078         return LHS;
1079       break;
1080     case ICmpInst::ICMP_NE:
1081       // X != 0 -> X
1082       if (match(RHS, m_Zero()))
1083         return LHS;
1084       break;
1085     case ICmpInst::ICMP_UGT:
1086       // X >u 0 -> X
1087       if (match(RHS, m_Zero()))
1088         return LHS;
1089       break;
1090     case ICmpInst::ICMP_UGE:
1091       // X >=u 1 -> X
1092       if (match(RHS, m_One()))
1093         return LHS;
1094       break;
1095     case ICmpInst::ICMP_SLT:
1096       // X <s 0 -> X
1097       if (match(RHS, m_Zero()))
1098         return LHS;
1099       break;
1100     case ICmpInst::ICMP_SLE:
1101       // X <=s -1 -> X
1102       if (match(RHS, m_One()))
1103         return LHS;
1104       break;
1105     }
1106   }
1107
1108   // See if we are doing a comparison with a constant.
1109   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(RHS)) {
1110     switch (Pred) {
1111     default: break;
1112     case ICmpInst::ICMP_UGT:
1113       if (CI->isMaxValue(false))                 // A >u MAX -> FALSE
1114         return ConstantInt::getFalse(CI->getContext());
1115       break;
1116     case ICmpInst::ICMP_UGE:
1117       if (CI->isMinValue(false))                 // A >=u MIN -> TRUE
1118         return ConstantInt::getTrue(CI->getContext());
1119       break;
1120     case ICmpInst::ICMP_ULT:
1121       if (CI->isMinValue(false))                 // A <u MIN -> FALSE
1122         return ConstantInt::getFalse(CI->getContext());
1123       break;
1124     case ICmpInst::ICMP_ULE:
1125       if (CI->isMaxValue(false))                 // A <=u MAX -> TRUE
1126         return ConstantInt::getTrue(CI->getContext());
1127       break;
1128     case ICmpInst::ICMP_SGT:
1129       if (CI->isMaxValue(true))                  // A >s MAX -> FALSE
1130         return ConstantInt::getFalse(CI->getContext());
1131       break;
1132     case ICmpInst::ICMP_SGE:
1133       if (CI->isMinValue(true))                  // A >=s MIN -> TRUE
1134         return ConstantInt::getTrue(CI->getContext());
1135       break;
1136     case ICmpInst::ICMP_SLT:
1137       if (CI->isMinValue(true))                  // A <s MIN -> FALSE
1138         return ConstantInt::getFalse(CI->getContext());
1139       break;
1140     case ICmpInst::ICMP_SLE:
1141       if (CI->isMaxValue(true))                  // A <=s MAX -> TRUE
1142         return ConstantInt::getTrue(CI->getContext());
1143       break;
1144     }
1145   }
1146
1147   // icmp <alloca*>, <global/alloca*/null> - Different stack variables have
1148   // different addresses, and what's more the address of a stack variable is
1149   // never null or equal to the address of a global.  Note that generalizing
1150   // to the case where LHS is a global variable address or null is pointless,
1151   // since if both LHS and RHS are constants then we already constant folded
1152   // the compare, and if only one of them is then we moved it to RHS already.
1153   if (isa<AllocaInst>(LHS) && (isa<GlobalValue>(RHS) || isa<AllocaInst>(RHS) ||
1154                                isa<ConstantPointerNull>(RHS)))
1155     // We already know that LHS != LHS.
1156     return ConstantInt::get(ITy, CmpInst::isFalseWhenEqual(Pred));
1157
1158   // If the comparison is with the result of a select instruction, check whether
1159   // comparing with either branch of the select always yields the same value.
1160   if (isa<SelectInst>(LHS) || isa<SelectInst>(RHS))
1161     if (Value *V = ThreadCmpOverSelect(Pred, LHS, RHS, TD, DT, MaxRecurse))
1162       return V;
1163
1164   // If the comparison is with the result of a phi instruction, check whether
1165   // doing the compare with each incoming phi value yields a common result.
1166   if (isa<PHINode>(LHS) || isa<PHINode>(RHS))
1167     if (Value *V = ThreadCmpOverPHI(Pred, LHS, RHS, TD, DT, MaxRecurse))
1168       return V;
1169
1170   return 0;
1171 }
1172
1173 Value *llvm::SimplifyICmpInst(unsigned Predicate, Value *LHS, Value *RHS,
1174                               const TargetData *TD, const DominatorTree *DT) {
1175   return ::SimplifyICmpInst(Predicate, LHS, RHS, TD, DT, RecursionLimit);
1176 }
1177
1178 /// SimplifyFCmpInst - Given operands for an FCmpInst, see if we can
1179 /// fold the result.  If not, this returns null.
1180 static Value *SimplifyFCmpInst(unsigned Predicate, Value *LHS, Value *RHS,
1181                                const TargetData *TD, const DominatorTree *DT,
1182                                unsigned MaxRecurse) {
1183   CmpInst::Predicate Pred = (CmpInst::Predicate)Predicate;
1184   assert(CmpInst::isFPPredicate(Pred) && "Not an FP compare!");
1185
1186   if (Constant *CLHS = dyn_cast<Constant>(LHS)) {
1187     if (Constant *CRHS = dyn_cast<Constant>(RHS))
1188       return ConstantFoldCompareInstOperands(Pred, CLHS, CRHS, TD);
1189
1190     // If we have a constant, make sure it is on the RHS.
1191     std::swap(LHS, RHS);
1192     Pred = CmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
1193   }
1194
1195   // Fold trivial predicates.
1196   if (Pred == FCmpInst::FCMP_FALSE)
1197     return ConstantInt::get(GetCompareTy(LHS), 0);
1198   if (Pred == FCmpInst::FCMP_TRUE)
1199     return ConstantInt::get(GetCompareTy(LHS), 1);
1200
1201   if (isa<UndefValue>(RHS))                  // fcmp pred X, undef -> undef
1202     return UndefValue::get(GetCompareTy(LHS));
1203
1204   // fcmp x,x -> true/false.  Not all compares are foldable.
1205   if (LHS == RHS) {
1206     if (CmpInst::isTrueWhenEqual(Pred))
1207       return ConstantInt::get(GetCompareTy(LHS), 1);
1208     if (CmpInst::isFalseWhenEqual(Pred))
1209       return ConstantInt::get(GetCompareTy(LHS), 0);
1210   }
1211
1212   // Handle fcmp with constant RHS
1213   if (Constant *RHSC = dyn_cast<Constant>(RHS)) {
1214     // If the constant is a nan, see if we can fold the comparison based on it.
1215     if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(RHSC)) {
1216       if (CFP->getValueAPF().isNaN()) {
1217         if (FCmpInst::isOrdered(Pred))   // True "if ordered and foo"
1218           return ConstantInt::getFalse(CFP->getContext());
1219         assert(FCmpInst::isUnordered(Pred) &&
1220                "Comparison must be either ordered or unordered!");
1221         // True if unordered.
1222         return ConstantInt::getTrue(CFP->getContext());
1223       }
1224       // Check whether the constant is an infinity.
1225       if (CFP->getValueAPF().isInfinity()) {
1226         if (CFP->getValueAPF().isNegative()) {
1227           switch (Pred) {
1228           case FCmpInst::FCMP_OLT:
1229             // No value is ordered and less than negative infinity.
1230             return ConstantInt::getFalse(CFP->getContext());
1231           case FCmpInst::FCMP_UGE:
1232             // All values are unordered with or at least negative infinity.
1233             return ConstantInt::getTrue(CFP->getContext());
1234           default:
1235             break;
1236           }
1237         } else {
1238           switch (Pred) {
1239           case FCmpInst::FCMP_OGT:
1240             // No value is ordered and greater than infinity.
1241             return ConstantInt::getFalse(CFP->getContext());
1242           case FCmpInst::FCMP_ULE:
1243             // All values are unordered with and at most infinity.
1244             return ConstantInt::getTrue(CFP->getContext());
1245           default:
1246             break;
1247           }
1248         }
1249       }
1250     }
1251   }
1252
1253   // If the comparison is with the result of a select instruction, check whether
1254   // comparing with either branch of the select always yields the same value.
1255   if (isa<SelectInst>(LHS) || isa<SelectInst>(RHS))
1256     if (Value *V = ThreadCmpOverSelect(Pred, LHS, RHS, TD, DT, MaxRecurse))
1257       return V;
1258
1259   // If the comparison is with the result of a phi instruction, check whether
1260   // doing the compare with each incoming phi value yields a common result.
1261   if (isa<PHINode>(LHS) || isa<PHINode>(RHS))
1262     if (Value *V = ThreadCmpOverPHI(Pred, LHS, RHS, TD, DT, MaxRecurse))
1263       return V;
1264
1265   return 0;
1266 }
1267
1268 Value *llvm::SimplifyFCmpInst(unsigned Predicate, Value *LHS, Value *RHS,
1269                               const TargetData *TD, const DominatorTree *DT) {
1270   return ::SimplifyFCmpInst(Predicate, LHS, RHS, TD, DT, RecursionLimit);
1271 }
1272
1273 /// SimplifySelectInst - Given operands for a SelectInst, see if we can fold
1274 /// the result.  If not, this returns null.
1275 Value *llvm::SimplifySelectInst(Value *CondVal, Value *TrueVal, Value *FalseVal,
1276                                 const TargetData *TD, const DominatorTree *) {
1277   // select true, X, Y  -> X
1278   // select false, X, Y -> Y
1279   if (ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(CondVal))
1280     return CB->getZExtValue() ? TrueVal : FalseVal;
1281
1282   // select C, X, X -> X
1283   if (TrueVal == FalseVal)
1284     return TrueVal;
1285
1286   if (isa<UndefValue>(TrueVal))   // select C, undef, X -> X
1287     return FalseVal;
1288   if (isa<UndefValue>(FalseVal))   // select C, X, undef -> X
1289     return TrueVal;
1290   if (isa<UndefValue>(CondVal)) {  // select undef, X, Y -> X or Y
1291     if (isa<Constant>(TrueVal))
1292       return TrueVal;
1293     return FalseVal;
1294   }
1295
1296   return 0;
1297 }
1298
1299 /// SimplifyGEPInst - Given operands for an GetElementPtrInst, see if we can
1300 /// fold the result.  If not, this returns null.
1301 Value *llvm::SimplifyGEPInst(Value *const *Ops, unsigned NumOps,
1302                              const TargetData *TD, const DominatorTree *) {
1303   // The type of the GEP pointer operand.
1304   const PointerType *PtrTy = cast<PointerType>(Ops[0]->getType());
1305
1306   // getelementptr P -> P.
1307   if (NumOps == 1)
1308     return Ops[0];
1309
1310   if (isa<UndefValue>(Ops[0])) {
1311     // Compute the (pointer) type returned by the GEP instruction.
1312     const Type *LastType = GetElementPtrInst::getIndexedType(PtrTy, &Ops[1],
1313                                                              NumOps-1);
1314     const Type *GEPTy = PointerType::get(LastType, PtrTy->getAddressSpace());
1315     return UndefValue::get(GEPTy);
1316   }
1317
1318   if (NumOps == 2) {
1319     // getelementptr P, 0 -> P.
1320     if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Ops[1]))
1321       if (C->isZero())
1322         return Ops[0];
1323     // getelementptr P, N -> P if P points to a type of zero size.
1324     if (TD) {
1325       const Type *Ty = PtrTy->getElementType();
1326       if (Ty->isSized() && TD->getTypeAllocSize(Ty) == 0)
1327         return Ops[0];
1328     }
1329   }
1330
1331   // Check to see if this is constant foldable.
1332   for (unsigned i = 0; i != NumOps; ++i)
1333     if (!isa<Constant>(Ops[i]))
1334       return 0;
1335
1336   return ConstantExpr::getGetElementPtr(cast<Constant>(Ops[0]),
1337                                         (Constant *const*)Ops+1, NumOps-1);
1338 }
1339
1340 /// SimplifyPHINode - See if we can fold the given phi.  If not, returns null.
1341 static Value *SimplifyPHINode(PHINode *PN, const DominatorTree *DT) {
1342   // If all of the PHI's incoming values are the same then replace the PHI node
1343   // with the common value.
1344   Value *CommonValue = 0;
1345   bool HasUndefInput = false;
1346   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1347     Value *Incoming = PN->getIncomingValue(i);
1348     // If the incoming value is the phi node itself, it can safely be skipped.
1349     if (Incoming == PN) continue;
1350     if (isa<UndefValue>(Incoming)) {
1351       // Remember that we saw an undef value, but otherwise ignore them.
1352       HasUndefInput = true;
1353       continue;
1354     }
1355     if (CommonValue && Incoming != CommonValue)
1356       return 0;  // Not the same, bail out.
1357     CommonValue = Incoming;
1358   }
1359
1360   // If CommonValue is null then all of the incoming values were either undef or
1361   // equal to the phi node itself.
1362   if (!CommonValue)
1363     return UndefValue::get(PN->getType());
1364
1365   // If we have a PHI node like phi(X, undef, X), where X is defined by some
1366   // instruction, we cannot return X as the result of the PHI node unless it
1367   // dominates the PHI block.
1368   if (HasUndefInput)
1369     return ValueDominatesPHI(CommonValue, PN, DT) ? CommonValue : 0;
1370
1371   return CommonValue;
1372 }
1373
1374
1375 //=== Helper functions for higher up the class hierarchy.
1376
1377 /// SimplifyBinOp - Given operands for a BinaryOperator, see if we can
1378 /// fold the result.  If not, this returns null.
1379 static Value *SimplifyBinOp(unsigned Opcode, Value *LHS, Value *RHS,
1380                             const TargetData *TD, const DominatorTree *DT,
1381                             unsigned MaxRecurse) {
1382   switch (Opcode) {
1383   case Instruction::Add: return SimplifyAddInst(LHS, RHS, /* isNSW */ false,
1384                                                 /* isNUW */ false, TD, DT,
1385                                                 MaxRecurse);
1386   case Instruction::Sub: return SimplifySubInst(LHS, RHS, /* isNSW */ false,
1387                                                 /* isNUW */ false, TD, DT,
1388                                                 MaxRecurse);
1389   case Instruction::Mul: return SimplifyMulInst(LHS, RHS, TD, DT, MaxRecurse);
1390   case Instruction::Shl: return SimplifyShlInst(LHS, RHS, TD, DT, MaxRecurse);
1391   case Instruction::LShr: return SimplifyLShrInst(LHS, RHS, TD, DT, MaxRecurse);
1392   case Instruction::AShr: return SimplifyAShrInst(LHS, RHS, TD, DT, MaxRecurse);
1393   case Instruction::And: return SimplifyAndInst(LHS, RHS, TD, DT, MaxRecurse);
1394   case Instruction::Or:  return SimplifyOrInst(LHS, RHS, TD, DT, MaxRecurse);
1395   case Instruction::Xor: return SimplifyXorInst(LHS, RHS, TD, DT, MaxRecurse);
1396   default:
1397     if (Constant *CLHS = dyn_cast<Constant>(LHS))
1398       if (Constant *CRHS = dyn_cast<Constant>(RHS)) {
1399         Constant *COps[] = {CLHS, CRHS};
1400         return ConstantFoldInstOperands(Opcode, LHS->getType(), COps, 2, TD);
1401       }
1402
1403     // If the operation is associative, try some generic simplifications.
1404     if (Instruction::isAssociative(Opcode))
1405       if (Value *V = SimplifyAssociativeBinOp(Opcode, LHS, RHS, TD, DT,
1406                                               MaxRecurse))
1407         return V;
1408
1409     // If the operation is with the result of a select instruction, check whether
1410     // operating on either branch of the select always yields the same value.
1411     if (isa<SelectInst>(LHS) || isa<SelectInst>(RHS))
1412       if (Value *V = ThreadBinOpOverSelect(Opcode, LHS, RHS, TD, DT,
1413                                            MaxRecurse))
1414         return V;
1415
1416     // If the operation is with the result of a phi instruction, check whether
1417     // operating on all incoming values of the phi always yields the same value.
1418     if (isa<PHINode>(LHS) || isa<PHINode>(RHS))
1419       if (Value *V = ThreadBinOpOverPHI(Opcode, LHS, RHS, TD, DT, MaxRecurse))
1420         return V;
1421
1422     return 0;
1423   }
1424 }
1425
1426 Value *llvm::SimplifyBinOp(unsigned Opcode, Value *LHS, Value *RHS,
1427                            const TargetData *TD, const DominatorTree *DT) {
1428   return ::SimplifyBinOp(Opcode, LHS, RHS, TD, DT, RecursionLimit);
1429 }
1430
1431 /// SimplifyCmpInst - Given operands for a CmpInst, see if we can
1432 /// fold the result.
1433 static Value *SimplifyCmpInst(unsigned Predicate, Value *LHS, Value *RHS,
1434                               const TargetData *TD, const DominatorTree *DT,
1435                               unsigned MaxRecurse) {
1436   if (CmpInst::isIntPredicate((CmpInst::Predicate)Predicate))
1437     return SimplifyICmpInst(Predicate, LHS, RHS, TD, DT, MaxRecurse);
1438   return SimplifyFCmpInst(Predicate, LHS, RHS, TD, DT, MaxRecurse);
1439 }
1440
1441 Value *llvm::SimplifyCmpInst(unsigned Predicate, Value *LHS, Value *RHS,
1442                              const TargetData *TD, const DominatorTree *DT) {
1443   return ::SimplifyCmpInst(Predicate, LHS, RHS, TD, DT, RecursionLimit);
1444 }
1445
1446 /// SimplifyInstruction - See if we can compute a simplified version of this
1447 /// instruction.  If not, this returns null.
1448 Value *llvm::SimplifyInstruction(Instruction *I, const TargetData *TD,
1449                                  const DominatorTree *DT) {
1450   Value *Result;
1451
1452   switch (I->getOpcode()) {
1453   default:
1454     Result = ConstantFoldInstruction(I, TD);
1455     break;
1456   case Instruction::Add:
1457     Result = SimplifyAddInst(I->getOperand(0), I->getOperand(1),
1458                              cast<BinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap(),
1459                              cast<BinaryOperator>(I)->hasNoUnsignedWrap(),
1460                              TD, DT);
1461     break;
1462   case Instruction::Sub:
1463     Result = SimplifySubInst(I->getOperand(0), I->getOperand(1),
1464                              cast<BinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap(),
1465                              cast<BinaryOperator>(I)->hasNoUnsignedWrap(),
1466                              TD, DT);
1467     break;
1468   case Instruction::Mul:
1469     Result = SimplifyMulInst(I->getOperand(0), I->getOperand(1), TD, DT);
1470     break;
1471   case Instruction::Shl:
1472     Result = SimplifyShlInst(I->getOperand(0), I->getOperand(1), TD, DT);
1473     break;
1474   case Instruction::LShr:
1475     Result = SimplifyLShrInst(I->getOperand(0), I->getOperand(1), TD, DT);
1476     break;
1477   case Instruction::AShr:
1478     Result = SimplifyAShrInst(I->getOperand(0), I->getOperand(1), TD, DT);
1479     break;
1480   case Instruction::And:
1481     Result = SimplifyAndInst(I->getOperand(0), I->getOperand(1), TD, DT);
1482     break;
1483   case Instruction::Or:
1484     Result = SimplifyOrInst(I->getOperand(0), I->getOperand(1), TD, DT);
1485     break;
1486   case Instruction::Xor:
1487     Result = SimplifyXorInst(I->getOperand(0), I->getOperand(1), TD, DT);
1488     break;
1489   case Instruction::ICmp:
1490     Result = SimplifyICmpInst(cast<ICmpInst>(I)->getPredicate(),
1491                               I->getOperand(0), I->getOperand(1), TD, DT);
1492     break;
1493   case Instruction::FCmp:
1494     Result = SimplifyFCmpInst(cast<FCmpInst>(I)->getPredicate(),
1495                               I->getOperand(0), I->getOperand(1), TD, DT);
1496     break;
1497   case Instruction::Select:
1498     Result = SimplifySelectInst(I->getOperand(0), I->getOperand(1),
1499                                 I->getOperand(2), TD, DT);
1500     break;
1501   case Instruction::GetElementPtr: {
1502     SmallVector<Value*, 8> Ops(I->op_begin(), I->op_end());
1503     Result = SimplifyGEPInst(&Ops[0], Ops.size(), TD, DT);
1504     break;
1505   }
1506   case Instruction::PHI:
1507     Result = SimplifyPHINode(cast<PHINode>(I), DT);
1508     break;
1509   }
1510
1511   /// If called on unreachable code, the above logic may report that the
1512   /// instruction simplified to itself.  Make life easier for users by
1513   /// detecting that case here, returning a safe value instead.
1514   return Result == I ? UndefValue::get(I->getType()) : Result;
1515 }
1516
1517 /// ReplaceAndSimplifyAllUses - Perform From->replaceAllUsesWith(To) and then
1518 /// delete the From instruction.  In addition to a basic RAUW, this does a
1519 /// recursive simplification of the newly formed instructions.  This catches
1520 /// things where one simplification exposes other opportunities.  This only
1521 /// simplifies and deletes scalar operations, it does not change the CFG.
1522 ///
1523 void llvm::ReplaceAndSimplifyAllUses(Instruction *From, Value *To,
1524                                      const TargetData *TD,
1525                                      const DominatorTree *DT) {
1526   assert(From != To && "ReplaceAndSimplifyAllUses(X,X) is not valid!");
1527
1528   // FromHandle/ToHandle - This keeps a WeakVH on the from/to values so that
1529   // we can know if it gets deleted out from under us or replaced in a
1530   // recursive simplification.
1531   WeakVH FromHandle(From);
1532   WeakVH ToHandle(To);
1533
1534   while (!From->use_empty()) {
1535     // Update the instruction to use the new value.
1536     Use &TheUse = From->use_begin().getUse();
1537     Instruction *User = cast<Instruction>(TheUse.getUser());
1538     TheUse = To;
1539
1540     // Check to see if the instruction can be folded due to the operand
1541     // replacement.  For example changing (or X, Y) into (or X, -1) can replace
1542     // the 'or' with -1.
1543     Value *SimplifiedVal;
1544     {
1545       // Sanity check to make sure 'User' doesn't dangle across
1546       // SimplifyInstruction.
1547       AssertingVH<> UserHandle(User);
1548
1549       SimplifiedVal = SimplifyInstruction(User, TD, DT);
1550       if (SimplifiedVal == 0) continue;
1551     }
1552
1553     // Recursively simplify this user to the new value.
1554     ReplaceAndSimplifyAllUses(User, SimplifiedVal, TD, DT);
1555     From = dyn_cast_or_null<Instruction>((Value*)FromHandle);
1556     To = ToHandle;
1557
1558     assert(ToHandle && "To value deleted by recursive simplification?");
1559
1560     // If the recursive simplification ended up revisiting and deleting
1561     // 'From' then we're done.
1562     if (From == 0)
1563       return;
1564   }
1565
1566   // If 'From' has value handles referring to it, do a real RAUW to update them.
1567   From->replaceAllUsesWith(To);
1568
1569   From->eraseFromParent();
1570 }