lib/Transforms/InstCombine/InstCombineMulDivRem.cpp

   1 //===- InstCombineMulDivRem.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 visit functions for mul, fmul, sdiv, udiv, fdiv,
  11 // srem, urem, frem.
  12 //
  13 //===----------------------------------------------------------------------===//
  14
  15 #include "InstCombine.h"
  16 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
  17 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
  18 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
  19 using namespace llvm;
  20 using namespace PatternMatch;
  21
  22 #define DEBUG_TYPE "instcombine"
  23
  24
  25 /// simplifyValueKnownNonZero - The specific integer value is used in a context
  26 /// where it is known to be non-zero.  If this allows us to simplify the
  27 /// computation, do so and return the new operand, otherwise return null.
  28 static Value *simplifyValueKnownNonZero(Value *V, InstCombiner &IC,
  29                                         Instruction *CxtI) {
  30   // If V has multiple uses, then we would have to do more analysis to determine
  31   // if this is safe.  For example, the use could be in dynamically unreached
  32   // code.
  33   if (!V->hasOneUse()) return nullptr;
  34
  35   bool MadeChange = false;
  36
  37   // ((1 << A) >>u B) --> (1 << (A-B))
  38   // Because V cannot be zero, we know that B is less than A.
  39   Value *A = nullptr, *B = nullptr, *One = nullptr;
  40   if (match(V, m_LShr(m_OneUse(m_Shl(m_Value(One), m_Value(A))), m_Value(B))) &&
  41       match(One, m_One())) {
  42     A = IC.Builder->CreateSub(A, B);
  43     return IC.Builder->CreateShl(One, A);
  44   }
  45
  46   // (PowerOfTwo >>u B) --> isExact since shifting out the result would make it
  47   // inexact.  Similarly for <<.
  48   if (BinaryOperator *I = dyn_cast<BinaryOperator>(V))
  49     if (I->isLogicalShift() && isKnownToBeAPowerOfTwo(I->getOperand(0), false,
  50                                                       0, IC.getAssumptionTracker(),
  51                                                       CxtI,
  52                                                       IC.getDominatorTree())) {
  53       // We know that this is an exact/nuw shift and that the input is a
  54       // non-zero context as well.
  55       if (Value *V2 = simplifyValueKnownNonZero(I->getOperand(0), IC, CxtI)) {
  56         I->setOperand(0, V2);
  57         MadeChange = true;
  58       }
  59
  60       if (I->getOpcode() == Instruction::LShr && !I->isExact()) {
  61         I->setIsExact();
  62         MadeChange = true;
  63       }
  64
  65       if (I->getOpcode() == Instruction::Shl && !I->hasNoUnsignedWrap()) {
  66         I->setHasNoUnsignedWrap();
  67         MadeChange = true;
  68       }
  69     }
  70
  71   // TODO: Lots more we could do here:
  72   //    If V is a phi node, we can call this on each of its operands.
  73   //    "select cond, X, 0" can simplify to "X".
  74
  75   return MadeChange ? V : nullptr;
  76 }
  77
  78
  79 /// MultiplyOverflows - True if the multiply can not be expressed in an int
  80 /// this size.
  81 static bool MultiplyOverflows(const APInt &C1, const APInt &C2, APInt &Product,
  82                               bool IsSigned) {
  83   bool Overflow;
  84   if (IsSigned)
  85     Product = C1.smul_ov(C2, Overflow);
  86   else
  87     Product = C1.umul_ov(C2, Overflow);
  88
  89   return Overflow;
  90 }
  91
  92 /// \brief True if C2 is a multiple of C1. Quotient contains C2/C1.
  93 static bool IsMultiple(const APInt &C1, const APInt &C2, APInt &Quotient,
  94                        bool IsSigned) {
  95   assert(C1.getBitWidth() == C2.getBitWidth() &&
  96          "Inconsistent width of constants!");
  97
  98   APInt Remainder(C1.getBitWidth(), /*Val=*/0ULL, IsSigned);
  99   if (IsSigned)
 100     APInt::sdivrem(C1, C2, Quotient, Remainder);
 101   else
 102     APInt::udivrem(C1, C2, Quotient, Remainder);
 103
 104   return Remainder.isMinValue();
 105 }
 106
 107 /// \brief A helper routine of InstCombiner::visitMul().
 108 ///
 109 /// If C is a vector of known powers of 2, then this function returns
 110 /// a new vector obtained from C replacing each element with its logBase2.
 111 /// Return a null pointer otherwise.
 112 static Constant *getLogBase2Vector(ConstantDataVector *CV) {
 113   const APInt *IVal;
 114   SmallVector<Constant *, 4> Elts;
 115
 116   for (unsigned I = 0, E = CV->getNumElements(); I != E; ++I) {
 117     Constant *Elt = CV->getElementAsConstant(I);
 118     if (!match(Elt, m_APInt(IVal)) || !IVal->isPowerOf2())
 119       return nullptr;
 120     Elts.push_back(ConstantInt::get(Elt->getType(), IVal->logBase2()));
 121   }
 122
 123   return ConstantVector::get(Elts);
 124 }
 125
 126 Instruction *InstCombiner::visitMul(BinaryOperator &I) {
 127   bool Changed = SimplifyAssociativeOrCommutative(I);
 128   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
 129
 130   if (Value *V = SimplifyVectorOp(I))
 131     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
 132
 133   if (Value *V = SimplifyMulInst(Op0, Op1, DL, TLI, DT, AT))
 134     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
 135
 136   if (Value *V = SimplifyUsingDistributiveLaws(I))
 137     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
 138
 139   if (match(Op1, m_AllOnes()))  // X * -1 == 0 - X
 140     return BinaryOperator::CreateNeg(Op0, I.getName());
 141
 142   // Also allow combining multiply instructions on vectors.
 143   {
 144     Value *NewOp;
 145     Constant *C1, *C2;
 146     const APInt *IVal;
 147     if (match(&I, m_Mul(m_Shl(m_Value(NewOp), m_Constant(C2)),
 148                         m_Constant(C1))) &&
 149         match(C1, m_APInt(IVal)))
 150       // ((X << C1)*C2) == (X * (C2 << C1))
 151       return BinaryOperator::CreateMul(NewOp, ConstantExpr::getShl(C1, C2));
 152
 153     if (match(&I, m_Mul(m_Value(NewOp), m_Constant(C1)))) {
 154       Constant *NewCst = nullptr;
 155       if (match(C1, m_APInt(IVal)) && IVal->isPowerOf2())
 156         // Replace X*(2^C) with X << C, where C is either a scalar or a splat.
 157         NewCst = ConstantInt::get(NewOp->getType(), IVal->logBase2());
 158       else if (ConstantDataVector *CV = dyn_cast<ConstantDataVector>(C1))
 159         // Replace X*(2^C) with X << C, where C is a vector of known
 160         // constant powers of 2.
 161         NewCst = getLogBase2Vector(CV);
 162
 163       if (NewCst) {
 164         BinaryOperator *Shl = BinaryOperator::CreateShl(NewOp, NewCst);
 165
 166         if (I.hasNoUnsignedWrap())
 167           Shl->setHasNoUnsignedWrap();
 168
 169         return Shl;
 170       }
 171     }
 172   }
 173
 174   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op1)) {
 175     // (Y - X) * (-(2**n)) -> (X - Y) * (2**n), for positive nonzero n
 176     // (Y + const) * (-(2**n)) -> (-constY) * (2**n), for positive nonzero n
 177     // The "* (2**n)" thus becomes a potential shifting opportunity.
 178     {
 179       const APInt &   Val = CI->getValue();
 180       const APInt &PosVal = Val.abs();
 181       if (Val.isNegative() && PosVal.isPowerOf2()) {
 182         Value *X = nullptr, *Y = nullptr;
 183         if (Op0->hasOneUse()) {
 184           ConstantInt *C1;
 185           Value *Sub = nullptr;
 186           if (match(Op0, m_Sub(m_Value(Y), m_Value(X))))
 187             Sub = Builder->CreateSub(X, Y, "suba");
 188           else if (match(Op0, m_Add(m_Value(Y), m_ConstantInt(C1))))
 189             Sub = Builder->CreateSub(Builder->CreateNeg(C1), Y, "subc");
 190           if (Sub)
 191             return
 192               BinaryOperator::CreateMul(Sub,
 193                                         ConstantInt::get(Y->getType(), PosVal));
 194         }
 195       }
 196     }
 197   }
 198
 199   // Simplify mul instructions with a constant RHS.
 200   if (isa<Constant>(Op1)) {
 201     // Try to fold constant mul into select arguments.
 202     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(Op0))
 203       if (Instruction *R = FoldOpIntoSelect(I, SI))
 204         return R;
 205
 206     if (isa<PHINode>(Op0))
 207       if (Instruction *NV = FoldOpIntoPhi(I))
 208         return NV;
 209
 210     // Canonicalize (X+C1)*CI -> X*CI+C1*CI.
 211     {
 212       Value *X;
 213       Constant *C1;
 214       if (match(Op0, m_OneUse(m_Add(m_Value(X), m_Constant(C1))))) {
 215         Value *Mul = Builder->CreateMul(C1, Op1);
 216         // Only go forward with the transform if C1*CI simplifies to a tidier
 217         // constant.
 218         if (!match(Mul, m_Mul(m_Value(), m_Value())))
 219           return BinaryOperator::CreateAdd(Builder->CreateMul(X, Op1), Mul);
 220       }
 221     }
 222   }
 223
 224   if (Value *Op0v = dyn_castNegVal(Op0))     // -X * -Y = X*Y
 225     if (Value *Op1v = dyn_castNegVal(Op1))
 226       return BinaryOperator::CreateMul(Op0v, Op1v);
 227
 228   // (X / Y) *  Y = X - (X % Y)
 229   // (X / Y) * -Y = (X % Y) - X
 230   {
 231     Value *Op1C = Op1;
 232     BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Op0);
 233     if (!BO ||
 234         (BO->getOpcode() != Instruction::UDiv &&
 235          BO->getOpcode() != Instruction::SDiv)) {
 236       Op1C = Op0;
 237       BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Op1);
 238     }
 239     Value *Neg = dyn_castNegVal(Op1C);
 240     if (BO && BO->hasOneUse() &&
 241         (BO->getOperand(1) == Op1C || BO->getOperand(1) == Neg) &&
 242         (BO->getOpcode() == Instruction::UDiv ||
 243          BO->getOpcode() == Instruction::SDiv)) {
 244       Value *Op0BO = BO->getOperand(0), *Op1BO = BO->getOperand(1);
 245
 246       // If the division is exact, X % Y is zero, so we end up with X or -X.
 247       if (PossiblyExactOperator *SDiv = dyn_cast<PossiblyExactOperator>(BO))
 248         if (SDiv->isExact()) {
 249           if (Op1BO == Op1C)
 250             return ReplaceInstUsesWith(I, Op0BO);
 251           return BinaryOperator::CreateNeg(Op0BO);
 252         }
 253
 254       Value *Rem;
 255       if (BO->getOpcode() == Instruction::UDiv)
 256         Rem = Builder->CreateURem(Op0BO, Op1BO);
 257       else
 258         Rem = Builder->CreateSRem(Op0BO, Op1BO);
 259       Rem->takeName(BO);
 260
 261       if (Op1BO == Op1C)
 262         return BinaryOperator::CreateSub(Op0BO, Rem);
 263       return BinaryOperator::CreateSub(Rem, Op0BO);
 264     }
 265   }
 266
 267   /// i1 mul -> i1 and.
 268   if (I.getType()->getScalarType()->isIntegerTy(1))
 269     return BinaryOperator::CreateAnd(Op0, Op1);
 270
 271   // X*(1 << Y) --> X << Y
 272   // (1 << Y)*X --> X << Y
 273   {
 274     Value *Y;
 275     if (match(Op0, m_Shl(m_One(), m_Value(Y))))
 276       return BinaryOperator::CreateShl(Op1, Y);
 277     if (match(Op1, m_Shl(m_One(), m_Value(Y))))
 278       return BinaryOperator::CreateShl(Op0, Y);
 279   }
 280
 281   // If one of the operands of the multiply is a cast from a boolean value, then
 282   // we know the bool is either zero or one, so this is a 'masking' multiply.
 283   //   X * Y (where Y is 0 or 1) -> X & (0-Y)
 284   if (!I.getType()->isVectorTy()) {
 285     // -2 is "-1 << 1" so it is all bits set except the low one.
 286     APInt Negative2(I.getType()->getPrimitiveSizeInBits(), (uint64_t)-2, true);
 287
 288     Value *BoolCast = nullptr, *OtherOp = nullptr;
 289     if (MaskedValueIsZero(Op0, Negative2, 0, &I))
 290       BoolCast = Op0, OtherOp = Op1;
 291     else if (MaskedValueIsZero(Op1, Negative2, 0, &I))
 292       BoolCast = Op1, OtherOp = Op0;
 293
 294     if (BoolCast) {
 295       Value *V = Builder->CreateSub(Constant::getNullValue(I.getType()),
 296                                     BoolCast);
 297       return BinaryOperator::CreateAnd(V, OtherOp);
 298     }
 299   }
 300
 301   return Changed ? &I : nullptr;
 302 }
 303
 304 /// Detect pattern log2(Y * 0.5) with corresponding fast math flags.
 305 static void detectLog2OfHalf(Value *&Op, Value *&Y, IntrinsicInst *&Log2) {
 306   if (!Op->hasOneUse())
 307     return;
 308
 309   IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Op);
 310   if (!II)
 311     return;
 312   if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::log2 || !II->hasUnsafeAlgebra())
 313     return;
 314   Log2 = II;
 315
 316   Value *OpLog2Of = II->getArgOperand(0);
 317   if (!OpLog2Of->hasOneUse())
 318     return;
 319
 320   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(OpLog2Of);
 321   if (!I)
 322     return;
 323   if (I->getOpcode() != Instruction::FMul || !I->hasUnsafeAlgebra())
 324     return;
 325
 326   if (match(I->getOperand(0), m_SpecificFP(0.5)))
 327     Y = I->getOperand(1);
 328   else if (match(I->getOperand(1), m_SpecificFP(0.5)))
 329     Y = I->getOperand(0);
 330 }
 331
 332 static bool isFiniteNonZeroFp(Constant *C) {
 333   if (C->getType()->isVectorTy()) {
 334     for (unsigned I = 0, E = C->getType()->getVectorNumElements(); I != E;
 335          ++I) {
 336       ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(C->getAggregateElement(I));
 337       if (!CFP || !CFP->getValueAPF().isFiniteNonZero())
 338         return false;
 339     }
 340     return true;
 341   }
 342
 343   return isa<ConstantFP>(C) &&
 344          cast<ConstantFP>(C)->getValueAPF().isFiniteNonZero();
 345 }
 346
 347 static bool isNormalFp(Constant *C) {
 348   if (C->getType()->isVectorTy()) {
 349     for (unsigned I = 0, E = C->getType()->getVectorNumElements(); I != E;
 350          ++I) {
 351       ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(C->getAggregateElement(I));
 352       if (!CFP || !CFP->getValueAPF().isNormal())
 353         return false;
 354     }
 355     return true;
 356   }
 357
 358   return isa<ConstantFP>(C) && cast<ConstantFP>(C)->getValueAPF().isNormal();
 359 }
 360
 361 /// Helper function of InstCombiner::visitFMul(BinaryOperator(). It returns
 362 /// true iff the given value is FMul or FDiv with one and only one operand
 363 /// being a normal constant (i.e. not Zero/NaN/Infinity).
 364 static bool isFMulOrFDivWithConstant(Value *V) {
 365   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
 366   if (!I || (I->getOpcode() != Instruction::FMul &&
 367              I->getOpcode() != Instruction::FDiv))
 368     return false;
 369
 370   Constant *C0 = dyn_cast<Constant>(I->getOperand(0));
 371   Constant *C1 = dyn_cast<Constant>(I->getOperand(1));
 372
 373   if (C0 && C1)
 374     return false;
 375
 376   return (C0 && isFiniteNonZeroFp(C0)) || (C1 && isFiniteNonZeroFp(C1));
 377 }
 378
 379 /// foldFMulConst() is a helper routine of InstCombiner::visitFMul().
 380 /// The input \p FMulOrDiv is a FMul/FDiv with one and only one operand
 381 /// being a constant (i.e. isFMulOrFDivWithConstant(FMulOrDiv) == true).
 382 /// This function is to simplify "FMulOrDiv * C" and returns the
 383 /// resulting expression. Note that this function could return NULL in
 384 /// case the constants cannot be folded into a normal floating-point.
 385 ///
 386 Value *InstCombiner::foldFMulConst(Instruction *FMulOrDiv, Constant *C,
 387                                    Instruction *InsertBefore) {
 388   assert(isFMulOrFDivWithConstant(FMulOrDiv) && "V is invalid");
 389
 390   Value *Opnd0 = FMulOrDiv->getOperand(0);
 391   Value *Opnd1 = FMulOrDiv->getOperand(1);
 392
 393   Constant *C0 = dyn_cast<Constant>(Opnd0);
 394   Constant *C1 = dyn_cast<Constant>(Opnd1);
 395
 396   BinaryOperator *R = nullptr;
 397
 398   // (X * C0) * C => X * (C0*C)
 399   if (FMulOrDiv->getOpcode() == Instruction::FMul) {
 400     Constant *F = ConstantExpr::getFMul(C1 ? C1 : C0, C);
 401     if (isNormalFp(F))
 402       R = BinaryOperator::CreateFMul(C1 ? Opnd0 : Opnd1, F);
 403   } else {
 404     if (C0) {
 405       // (C0 / X) * C => (C0 * C) / X
 406       if (FMulOrDiv->hasOneUse()) {
 407         // It would otherwise introduce another div.
 408         Constant *F = ConstantExpr::getFMul(C0, C);
 409         if (isNormalFp(F))
 410           R = BinaryOperator::CreateFDiv(F, Opnd1);
 411       }
 412     } else {
 413       // (X / C1) * C => X * (C/C1) if C/C1 is not a denormal
 414       Constant *F = ConstantExpr::getFDiv(C, C1);
 415       if (isNormalFp(F)) {
 416         R = BinaryOperator::CreateFMul(Opnd0, F);
 417       } else {
 418         // (X / C1) * C => X / (C1/C)
 419         Constant *F = ConstantExpr::getFDiv(C1, C);
 420         if (isNormalFp(F))
 421           R = BinaryOperator::CreateFDiv(Opnd0, F);
 422       }
 423     }
 424   }
 425
 426   if (R) {
 427     R->setHasUnsafeAlgebra(true);
 428     InsertNewInstWith(R, *InsertBefore);
 429   }
 430
 431   return R;
 432 }
 433
 434 Instruction *InstCombiner::visitFMul(BinaryOperator &I) {
 435   bool Changed = SimplifyAssociativeOrCommutative(I);
 436   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
 437
 438   if (Value *V = SimplifyVectorOp(I))
 439     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
 440
 441   if (isa<Constant>(Op0))
 442     std::swap(Op0, Op1);
 443
 444   if (Value *V = SimplifyFMulInst(Op0, Op1, I.getFastMathFlags(), DL, TLI,
 445                                   DT, AT))
 446     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
 447
 448   bool AllowReassociate = I.hasUnsafeAlgebra();
 449
 450   // Simplify mul instructions with a constant RHS.
 451   if (isa<Constant>(Op1)) {
 452     // Try to fold constant mul into select arguments.
 453     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(Op0))
 454       if (Instruction *R = FoldOpIntoSelect(I, SI))
 455         return R;
 456
 457     if (isa<PHINode>(Op0))
 458       if (Instruction *NV = FoldOpIntoPhi(I))
 459         return NV;
 460
 461     // (fmul X, -1.0) --> (fsub -0.0, X)
 462     if (match(Op1, m_SpecificFP(-1.0))) {
 463       Constant *NegZero = ConstantFP::getNegativeZero(Op1->getType());
 464       Instruction *RI = BinaryOperator::CreateFSub(NegZero, Op0);
 465       RI->copyFastMathFlags(&I);
 466       return RI;
 467     }
 468
 469     Constant *C = cast<Constant>(Op1);
 470     if (AllowReassociate && isFiniteNonZeroFp(C)) {
 471       // Let MDC denote an expression in one of these forms:
 472       // X * C, C/X, X/C, where C is a constant.
 473       //
 474       // Try to simplify "MDC * Constant"
 475       if (isFMulOrFDivWithConstant(Op0))
 476         if (Value *V = foldFMulConst(cast<Instruction>(Op0), C, &I))
 477           return ReplaceInstUsesWith(I, V);
 478
 479       // (MDC +/- C1) * C => (MDC * C) +/- (C1 * C)
 480       Instruction *FAddSub = dyn_cast<Instruction>(Op0);
 481       if (FAddSub &&
 482           (FAddSub->getOpcode() == Instruction::FAdd ||
 483            FAddSub->getOpcode() == Instruction::FSub)) {
 484         Value *Opnd0 = FAddSub->getOperand(0);
 485         Value *Opnd1 = FAddSub->getOperand(1);
 486         Constant *C0 = dyn_cast<Constant>(Opnd0);
 487         Constant *C1 = dyn_cast<Constant>(Opnd1);
 488         bool Swap = false;
 489         if (C0) {
 490           std::swap(C0, C1);
 491           std::swap(Opnd0, Opnd1);
 492           Swap = true;
 493         }
 494
 495         if (C1 && isFiniteNonZeroFp(C1) && isFMulOrFDivWithConstant(Opnd0)) {
 496           Value *M1 = ConstantExpr::getFMul(C1, C);
 497           Value *M0 = isNormalFp(cast<Constant>(M1)) ?
 498                       foldFMulConst(cast<Instruction>(Opnd0), C, &I) :
 499                       nullptr;
 500           if (M0 && M1) {
 501             if (Swap && FAddSub->getOpcode() == Instruction::FSub)
 502               std::swap(M0, M1);
 503
 504             Instruction *RI = (FAddSub->getOpcode() == Instruction::FAdd)
 505                                   ? BinaryOperator::CreateFAdd(M0, M1)
 506                                   : BinaryOperator::CreateFSub(M0, M1);
 507             RI->copyFastMathFlags(&I);
 508             return RI;
 509           }
 510         }
 511       }
 512     }
 513   }
 514
 515   // sqrt(X) * sqrt(X) -> X
 516   if (AllowReassociate && (Op0 == Op1))
 517     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Op0))
 518       if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::sqrt)
 519         return ReplaceInstUsesWith(I, II->getOperand(0));
 520
 521   // Under unsafe algebra do:
 522   // X * log2(0.5*Y) = X*log2(Y) - X
 523   if (AllowReassociate) {
 524     Value *OpX = nullptr;
 525     Value *OpY = nullptr;
 526     IntrinsicInst *Log2;
 527     detectLog2OfHalf(Op0, OpY, Log2);
 528     if (OpY) {
 529       OpX = Op1;
 530     } else {
 531       detectLog2OfHalf(Op1, OpY, Log2);
 532       if (OpY) {
 533         OpX = Op0;
 534       }
 535     }
 536     // if pattern detected emit alternate sequence
 537     if (OpX && OpY) {
 538       BuilderTy::FastMathFlagGuard Guard(*Builder);
 539       Builder->SetFastMathFlags(Log2->getFastMathFlags());
 540       Log2->setArgOperand(0, OpY);
 541       Value *FMulVal = Builder->CreateFMul(OpX, Log2);
 542       Value *FSub = Builder->CreateFSub(FMulVal, OpX);
 543       FSub->takeName(&I);
 544       return ReplaceInstUsesWith(I, FSub);
 545     }
 546   }
 547
 548   // Handle symmetric situation in a 2-iteration loop
 549   Value *Opnd0 = Op0;
 550   Value *Opnd1 = Op1;
 551   for (int i = 0; i < 2; i++) {
 552     bool IgnoreZeroSign = I.hasNoSignedZeros();
 553     if (BinaryOperator::isFNeg(Opnd0, IgnoreZeroSign)) {
 554       BuilderTy::FastMathFlagGuard Guard(*Builder);
 555       Builder->SetFastMathFlags(I.getFastMathFlags());
 556
 557       Value *N0 = dyn_castFNegVal(Opnd0, IgnoreZeroSign);
 558       Value *N1 = dyn_castFNegVal(Opnd1, IgnoreZeroSign);
 559
 560       // -X * -Y => X*Y
 561       if (N1) {
 562         Value *FMul = Builder->CreateFMul(N0, N1);
 563         FMul->takeName(&I);
 564         return ReplaceInstUsesWith(I, FMul);
 565       }
 566
 567       if (Opnd0->hasOneUse()) {
 568         // -X * Y => -(X*Y) (Promote negation as high as possible)
 569         Value *T = Builder->CreateFMul(N0, Opnd1);
 570         Value *Neg = Builder->CreateFNeg(T);
 571         Neg->takeName(&I);
 572         return ReplaceInstUsesWith(I, Neg);
 573       }
 574     }
 575
 576     // (X*Y) * X => (X*X) * Y where Y != X
 577     //  The purpose is two-fold:
 578     //   1) to form a power expression (of X).
 579     //   2) potentially shorten the critical path: After transformation, the
 580     //  latency of the instruction Y is amortized by the expression of X*X,
 581     //  and therefore Y is in a "less critical" position compared to what it
 582     //  was before the transformation.
 583     //
 584     if (AllowReassociate) {
 585       Value *Opnd0_0, *Opnd0_1;
 586       if (Opnd0->hasOneUse() &&
 587           match(Opnd0, m_FMul(m_Value(Opnd0_0), m_Value(Opnd0_1)))) {
 588         Value *Y = nullptr;
 589         if (Opnd0_0 == Opnd1 && Opnd0_1 != Opnd1)
 590           Y = Opnd0_1;
 591         else if (Opnd0_1 == Opnd1 && Opnd0_0 != Opnd1)
 592           Y = Opnd0_0;
 593
 594         if (Y) {
 595           BuilderTy::FastMathFlagGuard Guard(*Builder);
 596           Builder->SetFastMathFlags(I.getFastMathFlags());
 597           Value *T = Builder->CreateFMul(Opnd1, Opnd1);
 598
 599           Value *R = Builder->CreateFMul(T, Y);
 600           R->takeName(&I);
 601           return ReplaceInstUsesWith(I, R);
 602         }
 603       }
 604     }
 605
 606     if (!isa<Constant>(Op1))
 607       std::swap(Opnd0, Opnd1);
 608     else
 609       break;
 610   }
 611
 612   return Changed ? &I : nullptr;
 613 }
 614
 615 /// SimplifyDivRemOfSelect - Try to fold a divide or remainder of a select
 616 /// instruction.
 617 bool InstCombiner::SimplifyDivRemOfSelect(BinaryOperator &I) {
 618   SelectInst *SI = cast<SelectInst>(I.getOperand(1));
 619
 620   // div/rem X, (Cond ? 0 : Y) -> div/rem X, Y
 621   int NonNullOperand = -1;
 622   if (Constant *ST = dyn_cast<Constant>(SI->getOperand(1)))
 623     if (ST->isNullValue())
 624       NonNullOperand = 2;
 625   // div/rem X, (Cond ? Y : 0) -> div/rem X, Y
 626   if (Constant *ST = dyn_cast<Constant>(SI->getOperand(2)))
 627     if (ST->isNullValue())
 628       NonNullOperand = 1;
 629
 630   if (NonNullOperand == -1)
 631     return false;
 632
 633   Value *SelectCond = SI->getOperand(0);
 634
 635   // Change the div/rem to use 'Y' instead of the select.
 636   I.setOperand(1, SI->getOperand(NonNullOperand));
 637
 638   // Okay, we know we replace the operand of the div/rem with 'Y' with no
 639   // problem.  However, the select, or the condition of the select may have
 640   // multiple uses.  Based on our knowledge that the operand must be non-zero,
 641   // propagate the known value for the select into other uses of it, and
 642   // propagate a known value of the condition into its other users.
 643
 644   // If the select and condition only have a single use, don't bother with this,
 645   // early exit.
 646   if (SI->use_empty() && SelectCond->hasOneUse())
 647     return true;
 648
 649   // Scan the current block backward, looking for other uses of SI.
 650   BasicBlock::iterator BBI = &I, BBFront = I.getParent()->begin();
 651
 652   while (BBI != BBFront) {
 653     --BBI;
 654     // If we found a call to a function, we can't assume it will return, so
 655     // information from below it cannot be propagated above it.
 656     if (isa<CallInst>(BBI) && !isa<IntrinsicInst>(BBI))
 657       break;
 658
 659     // Replace uses of the select or its condition with the known values.
 660     for (Instruction::op_iterator I = BBI->op_begin(), E = BBI->op_end();
 661          I != E; ++I) {
 662       if (*I == SI) {
 663         *I = SI->getOperand(NonNullOperand);
 664         Worklist.Add(BBI);
 665       } else if (*I == SelectCond) {
 666         *I = Builder->getInt1(NonNullOperand == 1);
 667         Worklist.Add(BBI);
 668       }
 669     }
 670
 671     // If we past the instruction, quit looking for it.
 672     if (&*BBI == SI)
 673       SI = nullptr;
 674     if (&*BBI == SelectCond)
 675       SelectCond = nullptr;
 676
 677     // If we ran out of things to eliminate, break out of the loop.
 678     if (!SelectCond && !SI)
 679       break;
 680
 681   }
 682   return true;
 683 }
 684
 685
 686 /// This function implements the transforms common to both integer division
 687 /// instructions (udiv and sdiv). It is called by the visitors to those integer
 688 /// division instructions.
 689 /// @brief Common integer divide transforms
 690 Instruction *InstCombiner::commonIDivTransforms(BinaryOperator &I) {
 691   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
 692
 693   // The RHS is known non-zero.
 694   if (Value *V = simplifyValueKnownNonZero(I.getOperand(1), *this, &I)) {
 695     I.setOperand(1, V);
 696     return &I;
 697   }
 698
 699   // Handle cases involving: [su]div X, (select Cond, Y, Z)
 700   // This does not apply for fdiv.
 701   if (isa<SelectInst>(Op1) && SimplifyDivRemOfSelect(I))
 702     return &I;
 703
 704   if (Instruction *LHS = dyn_cast<Instruction>(Op0)) {
 705     const APInt *C2;
 706     if (match(Op1, m_APInt(C2))) {
 707       Value *X;
 708       const APInt *C1;
 709       bool IsSigned = I.getOpcode() == Instruction::SDiv;
 710
 711       // (X / C1) / C2  -> X / (C1*C2)
 712       if ((IsSigned && match(LHS, m_SDiv(m_Value(X), m_APInt(C1)))) ||
 713           (!IsSigned && match(LHS, m_UDiv(m_Value(X), m_APInt(C1))))) {
 714         APInt Product(C1->getBitWidth(), /*Val=*/0ULL, IsSigned);
 715         if (!MultiplyOverflows(*C1, *C2, Product, IsSigned))
 716           return BinaryOperator::Create(I.getOpcode(), X,
 717                                         ConstantInt::get(I.getType(), Product));
 718       }
 719
 720       if ((IsSigned && match(LHS, m_NSWMul(m_Value(X), m_APInt(C1)))) ||
 721           (!IsSigned && match(LHS, m_NUWMul(m_Value(X), m_APInt(C1))))) {
 722         APInt Quotient(C1->getBitWidth(), /*Val=*/0ULL, IsSigned);
 723
 724         // (X * C1) / C2 -> X / (C2 / C1) if C2 is a multiple of C1.
 725         if (IsMultiple(*C2, *C1, Quotient, IsSigned)) {
 726           BinaryOperator *BO = BinaryOperator::Create(
 727               I.getOpcode(), X, ConstantInt::get(X->getType(), Quotient));
 728           BO->setIsExact(I.isExact());
 729           return BO;
 730         }
 731
 732         // (X * C1) / C2 -> X * (C1 / C2) if C1 is a multiple of C2.
 733         if (IsMultiple(*C1, *C2, Quotient, IsSigned)) {
 734           BinaryOperator *BO = BinaryOperator::Create(
 735               Instruction::Mul, X, ConstantInt::get(X->getType(), Quotient));
 736           BO->setHasNoUnsignedWrap(
 737               !IsSigned &&
 738               cast<OverflowingBinaryOperator>(LHS)->hasNoUnsignedWrap());
 739           BO->setHasNoSignedWrap(
 740               cast<OverflowingBinaryOperator>(LHS)->hasNoSignedWrap());
 741           return BO;
 742         }
 743       }
 744
 745       if ((IsSigned && match(LHS, m_NSWShl(m_Value(X), m_APInt(C1))) &&
 746            *C1 != C1->getBitWidth() - 1) ||
 747           (!IsSigned && match(LHS, m_NUWShl(m_Value(X), m_APInt(C1))))) {
 748         APInt Quotient(C1->getBitWidth(), /*Val=*/0ULL, IsSigned);
 749         APInt C1Shifted = APInt::getOneBitSet(
 750             C1->getBitWidth(), static_cast<unsigned>(C1->getLimitedValue()));
 751
 752         // (X << C1) / C2 -> X / (C2 >> C1) if C2 is a multiple of C1.
 753         if (IsMultiple(*C2, C1Shifted, Quotient, IsSigned)) {
 754           BinaryOperator *BO = BinaryOperator::Create(
 755               I.getOpcode(), X, ConstantInt::get(X->getType(), Quotient));
 756           BO->setIsExact(I.isExact());
 757           return BO;
 758         }
 759
 760         // (X << C1) / C2 -> X * (C2 >> C1) if C1 is a multiple of C2.
 761         if (IsMultiple(C1Shifted, *C2, Quotient, IsSigned)) {
 762           BinaryOperator *BO = BinaryOperator::Create(
 763               Instruction::Mul, X, ConstantInt::get(X->getType(), Quotient));
 764           BO->setHasNoUnsignedWrap(
 765               !IsSigned &&
 766               cast<OverflowingBinaryOperator>(LHS)->hasNoUnsignedWrap());
 767           BO->setHasNoSignedWrap(
 768               cast<OverflowingBinaryOperator>(LHS)->hasNoSignedWrap());
 769           return BO;
 770         }
 771       }
 772
 773       if (*C2 != 0) { // avoid X udiv 0
 774         if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(Op0))
 775           if (Instruction *R = FoldOpIntoSelect(I, SI))
 776             return R;
 777         if (isa<PHINode>(Op0))
 778           if (Instruction *NV = FoldOpIntoPhi(I))
 779             return NV;
 780       }
 781     }
 782   }
 783
 784   if (ConstantInt *One = dyn_cast<ConstantInt>(Op0)) {
 785     if (One->isOne() && !I.getType()->isIntegerTy(1)) {
 786       bool isSigned = I.getOpcode() == Instruction::SDiv;
 787       if (isSigned) {
 788         // If Op1 is 0 then it's undefined behaviour, if Op1 is 1 then the
 789         // result is one, if Op1 is -1 then the result is minus one, otherwise
 790         // it's zero.
 791         Value *Inc = Builder->CreateAdd(Op1, One);
 792         Value *Cmp = Builder->CreateICmpULT(
 793                          Inc, ConstantInt::get(I.getType(), 3));
 794         return SelectInst::Create(Cmp, Op1, ConstantInt::get(I.getType(), 0));
 795       } else {
 796         // If Op1 is 0 then it's undefined behaviour. If Op1 is 1 then the
 797         // result is one, otherwise it's zero.
 798         return new ZExtInst(Builder->CreateICmpEQ(Op1, One), I.getType());
 799       }
 800     }
 801   }
 802
 803   // See if we can fold away this div instruction.
 804   if (SimplifyDemandedInstructionBits(I))
 805     return &I;
 806
 807   // (X - (X rem Y)) / Y -> X / Y; usually originates as ((X / Y) * Y) / Y
 808   Value *X = nullptr, *Z = nullptr;
 809   if (match(Op0, m_Sub(m_Value(X), m_Value(Z)))) { // (X - Z) / Y; Y = Op1
 810     bool isSigned = I.getOpcode() == Instruction::SDiv;
 811     if ((isSigned && match(Z, m_SRem(m_Specific(X), m_Specific(Op1)))) ||
 812         (!isSigned && match(Z, m_URem(m_Specific(X), m_Specific(Op1)))))
 813       return BinaryOperator::Create(I.getOpcode(), X, Op1);
 814   }
 815
 816   return nullptr;
 817 }
 818
 819 /// dyn_castZExtVal - Checks if V is a zext or constant that can
 820 /// be truncated to Ty without losing bits.
 821 static Value *dyn_castZExtVal(Value *V, Type *Ty) {
 822   if (ZExtInst *Z = dyn_cast<ZExtInst>(V)) {
 823     if (Z->getSrcTy() == Ty)
 824       return Z->getOperand(0);
 825   } else if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(V)) {
 826     if (C->getValue().getActiveBits() <= cast<IntegerType>(Ty)->getBitWidth())
 827       return ConstantExpr::getTrunc(C, Ty);
 828   }
 829   return nullptr;
 830 }
 831
 832 namespace {
 833 const unsigned MaxDepth = 6;
 834 typedef Instruction *(*FoldUDivOperandCb)(Value *Op0, Value *Op1,
 835                                           const BinaryOperator &I,
 836                                           InstCombiner &IC);
 837
 838 /// \brief Used to maintain state for visitUDivOperand().
 839 struct UDivFoldAction {
 840   FoldUDivOperandCb FoldAction; ///< Informs visitUDiv() how to fold this
 841                                 ///< operand.  This can be zero if this action
 842                                 ///< joins two actions together.
 843
 844   Value *OperandToFold;         ///< Which operand to fold.
 845   union {
 846     Instruction *FoldResult;    ///< The instruction returned when FoldAction is
 847                                 ///< invoked.
 848
 849     size_t SelectLHSIdx;        ///< Stores the LHS action index if this action
 850                                 ///< joins two actions together.
 851   };
 852
 853   UDivFoldAction(FoldUDivOperandCb FA, Value *InputOperand)
 854       : FoldAction(FA), OperandToFold(InputOperand), FoldResult(nullptr) {}
 855   UDivFoldAction(FoldUDivOperandCb FA, Value *InputOperand, size_t SLHS)
 856       : FoldAction(FA), OperandToFold(InputOperand), SelectLHSIdx(SLHS) {}
 857 };
 858 }
 859
 860 // X udiv 2^C -> X >> C
 861 static Instruction *foldUDivPow2Cst(Value *Op0, Value *Op1,
 862                                     const BinaryOperator &I, InstCombiner &IC) {
 863   const APInt &C = cast<Constant>(Op1)->getUniqueInteger();
 864   BinaryOperator *LShr = BinaryOperator::CreateLShr(
 865       Op0, ConstantInt::get(Op0->getType(), C.logBase2()));
 866   if (I.isExact())
 867     LShr->setIsExact();
 868   return LShr;
 869 }
 870
 871 // X udiv C, where C >= signbit
 872 static Instruction *foldUDivNegCst(Value *Op0, Value *Op1,
 873                                    const BinaryOperator &I, InstCombiner &IC) {
 874   Value *ICI = IC.Builder->CreateICmpULT(Op0, cast<ConstantInt>(Op1));
 875
 876   return SelectInst::Create(ICI, Constant::getNullValue(I.getType()),
 877                             ConstantInt::get(I.getType(), 1));
 878 }
 879
 880 // X udiv (C1 << N), where C1 is "1<<C2"  -->  X >> (N+C2)
 881 static Instruction *foldUDivShl(Value *Op0, Value *Op1, const BinaryOperator &I,
 882                                 InstCombiner &IC) {
 883   Instruction *ShiftLeft = cast<Instruction>(Op1);
 884   if (isa<ZExtInst>(ShiftLeft))
 885     ShiftLeft = cast<Instruction>(ShiftLeft->getOperand(0));
 886
 887   const APInt &CI =
 888       cast<Constant>(ShiftLeft->getOperand(0))->getUniqueInteger();
 889   Value *N = ShiftLeft->getOperand(1);
 890   if (CI != 1)
 891     N = IC.Builder->CreateAdd(N, ConstantInt::get(N->getType(), CI.logBase2()));
 892   if (ZExtInst *Z = dyn_cast<ZExtInst>(Op1))
 893     N = IC.Builder->CreateZExt(N, Z->getDestTy());
 894   BinaryOperator *LShr = BinaryOperator::CreateLShr(Op0, N);
 895   if (I.isExact())
 896     LShr->setIsExact();
 897   return LShr;
 898 }
 899
 900 // \brief Recursively visits the possible right hand operands of a udiv
 901 // instruction, seeing through select instructions, to determine if we can
 902 // replace the udiv with something simpler.  If we find that an operand is not
 903 // able to simplify the udiv, we abort the entire transformation.
 904 static size_t visitUDivOperand(Value *Op0, Value *Op1, const BinaryOperator &I,
 905                                SmallVectorImpl<UDivFoldAction> &Actions,
 906                                unsigned Depth = 0) {
 907   // Check to see if this is an unsigned division with an exact power of 2,
 908   // if so, convert to a right shift.
 909   if (match(Op1, m_Power2())) {
 910     Actions.push_back(UDivFoldAction(foldUDivPow2Cst, Op1));
 911     return Actions.size();
 912   }
 913
 914   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Op1))
 915     // X udiv C, where C >= signbit
 916     if (C->getValue().isNegative()) {
 917       Actions.push_back(UDivFoldAction(foldUDivNegCst, C));
 918       return Actions.size();
 919     }
 920
 921   // X udiv (C1 << N), where C1 is "1<<C2"  -->  X >> (N+C2)
 922   if (match(Op1, m_Shl(m_Power2(), m_Value())) ||
 923       match(Op1, m_ZExt(m_Shl(m_Power2(), m_Value())))) {
 924     Actions.push_back(UDivFoldAction(foldUDivShl, Op1));
 925     return Actions.size();
 926   }
 927
 928   // The remaining tests are all recursive, so bail out if we hit the limit.
 929   if (Depth++ == MaxDepth)
 930     return 0;
 931
 932   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(Op1))
 933     if (size_t LHSIdx =
 934             visitUDivOperand(Op0, SI->getOperand(1), I, Actions, Depth))
 935       if (visitUDivOperand(Op0, SI->getOperand(2), I, Actions, Depth)) {
 936         Actions.push_back(UDivFoldAction(nullptr, Op1, LHSIdx - 1));
 937         return Actions.size();
 938       }
 939
 940   return 0;
 941 }
 942
 943 Instruction *InstCombiner::visitUDiv(BinaryOperator &I) {
 944   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
 945
 946   if (Value *V = SimplifyVectorOp(I))
 947     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
 948
 949   if (Value *V = SimplifyUDivInst(Op0, Op1, DL, TLI, DT, AT))
 950     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
 951
 952   // Handle the integer div common cases
 953   if (Instruction *Common = commonIDivTransforms(I))
 954     return Common;
 955
 956   // (x lshr C1) udiv C2 --> x udiv (C2 << C1)
 957   {
 958     Value *X;
 959     const APInt *C1, *C2;
 960     if (match(Op0, m_LShr(m_Value(X), m_APInt(C1))) &&
 961         match(Op1, m_APInt(C2))) {
 962       bool Overflow;
 963       APInt C2ShlC1 = C2->ushl_ov(*C1, Overflow);
 964       if (!Overflow)
 965         return BinaryOperator::CreateUDiv(
 966             X, ConstantInt::get(X->getType(), C2ShlC1));
 967     }
 968   }
 969
 970   // (zext A) udiv (zext B) --> zext (A udiv B)
 971   if (ZExtInst *ZOp0 = dyn_cast<ZExtInst>(Op0))
 972     if (Value *ZOp1 = dyn_castZExtVal(Op1, ZOp0->getSrcTy()))
 973       return new ZExtInst(
 974           Builder->CreateUDiv(ZOp0->getOperand(0), ZOp1, "div", I.isExact()),
 975           I.getType());
 976
 977   // (LHS udiv (select (select (...)))) -> (LHS >> (select (select (...))))
 978   SmallVector<UDivFoldAction, 6> UDivActions;
 979   if (visitUDivOperand(Op0, Op1, I, UDivActions))
 980     for (unsigned i = 0, e = UDivActions.size(); i != e; ++i) {
 981       FoldUDivOperandCb Action = UDivActions[i].FoldAction;
 982       Value *ActionOp1 = UDivActions[i].OperandToFold;
 983       Instruction *Inst;
 984       if (Action)
 985         Inst = Action(Op0, ActionOp1, I, *this);
 986       else {
 987         // This action joins two actions together.  The RHS of this action is
 988         // simply the last action we processed, we saved the LHS action index in
 989         // the joining action.
 990         size_t SelectRHSIdx = i - 1;
 991         Value *SelectRHS = UDivActions[SelectRHSIdx].FoldResult;
 992         size_t SelectLHSIdx = UDivActions[i].SelectLHSIdx;
 993         Value *SelectLHS = UDivActions[SelectLHSIdx].FoldResult;
 994         Inst = SelectInst::Create(cast<SelectInst>(ActionOp1)->getCondition(),
 995                                   SelectLHS, SelectRHS);
 996       }
 997
 998       // If this is the last action to process, return it to the InstCombiner.
 999       // Otherwise, we insert it before the UDiv and record it so that we may
1000       // use it as part of a joining action (i.e., a SelectInst).
1001       if (e - i != 1) {
1002         Inst->insertBefore(&I);
1003         UDivActions[i].FoldResult = Inst;
1004       } else
1005         return Inst;
1006     }
1007
1008   return nullptr;
1009 }
1010
1011 Instruction *InstCombiner::visitSDiv(BinaryOperator &I) {
1012   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
1013
1014   if (Value *V = SimplifyVectorOp(I))
1015     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
1016
1017   if (Value *V = SimplifySDivInst(Op0, Op1, DL, TLI, DT, AT))
1018     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
1019
1020   // Handle the integer div common cases
1021   if (Instruction *Common = commonIDivTransforms(I))
1022     return Common;
1023
1024   // sdiv X, -1 == -X
1025   if (match(Op1, m_AllOnes()))
1026     return BinaryOperator::CreateNeg(Op0);
1027
1028   if (ConstantInt *RHS = dyn_cast<ConstantInt>(Op1)) {
1029     // sdiv X, C  -->  ashr exact X, log2(C)
1030     if (I.isExact() && RHS->getValue().isNonNegative() &&
1031         RHS->getValue().isPowerOf2()) {
1032       Value *ShAmt = llvm::ConstantInt::get(RHS->getType(),
1033                                             RHS->getValue().exactLogBase2());
1034       return BinaryOperator::CreateExactAShr(Op0, ShAmt, I.getName());
1035     }
1036   }
1037
1038   if (Constant *RHS = dyn_cast<Constant>(Op1)) {
1039     // X/INT_MIN -> X == INT_MIN
1040     if (RHS->isMinSignedValue())
1041       return new ZExtInst(Builder->CreateICmpEQ(Op0, Op1), I.getType());
1042
1043     // -X/C  -->  X/-C  provided the negation doesn't overflow.
1044     if (SubOperator *Sub = dyn_cast<SubOperator>(Op0))
1045       if (match(Sub->getOperand(0), m_Zero()) && Sub->hasNoSignedWrap())
1046         return BinaryOperator::CreateSDiv(Sub->getOperand(1),
1047                                           ConstantExpr::getNeg(RHS));
1048   }
1049
1050   // If the sign bits of both operands are zero (i.e. we can prove they are
1051   // unsigned inputs), turn this into a udiv.
1052   if (I.getType()->isIntegerTy()) {
1053     APInt Mask(APInt::getSignBit(I.getType()->getPrimitiveSizeInBits()));
1054     if (MaskedValueIsZero(Op0, Mask, 0, &I)) {
1055       if (MaskedValueIsZero(Op1, Mask, 0, &I)) {
1056         // X sdiv Y -> X udiv Y, iff X and Y don't have sign bit set
1057         return BinaryOperator::CreateUDiv(Op0, Op1, I.getName());
1058       }
1059
1060       if (match(Op1, m_Shl(m_Power2(), m_Value()))) {
1061         // X sdiv (1 << Y) -> X udiv (1 << Y) ( -> X u>> Y)
1062         // Safe because the only negative value (1 << Y) can take on is
1063         // INT_MIN, and X sdiv INT_MIN == X udiv INT_MIN == 0 if X doesn't have
1064         // the sign bit set.
1065         return BinaryOperator::CreateUDiv(Op0, Op1, I.getName());
1066       }
1067     }
1068   }
1069
1070   return nullptr;
1071 }
1072
1073 /// CvtFDivConstToReciprocal tries to convert X/C into X*1/C if C not a special
1074 /// FP value and:
1075 ///    1) 1/C is exact, or
1076 ///    2) reciprocal is allowed.
1077 /// If the conversion was successful, the simplified expression "X * 1/C" is
1078 /// returned; otherwise, NULL is returned.
1079 ///
1080 static Instruction *CvtFDivConstToReciprocal(Value *Dividend, Constant *Divisor,
1081                                              bool AllowReciprocal) {
1082   if (!isa<ConstantFP>(Divisor)) // TODO: handle vectors.
1083     return nullptr;
1084
1085   const APFloat &FpVal = cast<ConstantFP>(Divisor)->getValueAPF();
1086   APFloat Reciprocal(FpVal.getSemantics());
1087   bool Cvt = FpVal.getExactInverse(&Reciprocal);
1088
1089   if (!Cvt && AllowReciprocal && FpVal.isFiniteNonZero()) {
1090     Reciprocal = APFloat(FpVal.getSemantics(), 1.0f);
1091     (void)Reciprocal.divide(FpVal, APFloat::rmNearestTiesToEven);
1092     Cvt = !Reciprocal.isDenormal();
1093   }
1094
1095   if (!Cvt)
1096     return nullptr;
1097
1098   ConstantFP *R;
1099   R = ConstantFP::get(Dividend->getType()->getContext(), Reciprocal);
1100   return BinaryOperator::CreateFMul(Dividend, R);
1101 }
1102
1103 Instruction *InstCombiner::visitFDiv(BinaryOperator &I) {
1104   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
1105
1106   if (Value *V = SimplifyVectorOp(I))
1107     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
1108
1109   if (Value *V = SimplifyFDivInst(Op0, Op1, DL, TLI, DT, AT))
1110     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
1111
1112   if (isa<Constant>(Op0))
1113     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(Op1))
1114       if (Instruction *R = FoldOpIntoSelect(I, SI))
1115         return R;
1116
1117   bool AllowReassociate = I.hasUnsafeAlgebra();
1118   bool AllowReciprocal = I.hasAllowReciprocal();
1119
1120   if (Constant *Op1C = dyn_cast<Constant>(Op1)) {
1121     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(Op0))
1122       if (Instruction *R = FoldOpIntoSelect(I, SI))
1123         return R;
1124
1125     if (AllowReassociate) {
1126       Constant *C1 = nullptr;
1127       Constant *C2 = Op1C;
1128       Value *X;
1129       Instruction *Res = nullptr;
1130
1131       if (match(Op0, m_FMul(m_Value(X), m_Constant(C1)))) {
1132         // (X*C1)/C2 => X * (C1/C2)
1133         //
1134         Constant *C = ConstantExpr::getFDiv(C1, C2);
1135         if (isNormalFp(C))
1136           Res = BinaryOperator::CreateFMul(X, C);
1137       } else if (match(Op0, m_FDiv(m_Value(X), m_Constant(C1)))) {
1138         // (X/C1)/C2 => X /(C2*C1) [=> X * 1/(C2*C1) if reciprocal is allowed]
1139         //
1140         Constant *C = ConstantExpr::getFMul(C1, C2);
1141         if (isNormalFp(C)) {
1142           Res = CvtFDivConstToReciprocal(X, C, AllowReciprocal);
1143           if (!Res)
1144             Res = BinaryOperator::CreateFDiv(X, C);
1145         }
1146       }
1147
1148       if (Res) {
1149         Res->setFastMathFlags(I.getFastMathFlags());
1150         return Res;
1151       }
1152     }
1153
1154     // X / C => X * 1/C
1155     if (Instruction *T = CvtFDivConstToReciprocal(Op0, Op1C, AllowReciprocal)) {
1156       T->copyFastMathFlags(&I);
1157       return T;
1158     }
1159
1160     return nullptr;
1161   }
1162
1163   if (AllowReassociate && isa<Constant>(Op0)) {
1164     Constant *C1 = cast<Constant>(Op0), *C2;
1165     Constant *Fold = nullptr;
1166     Value *X;
1167     bool CreateDiv = true;
1168
1169     // C1 / (X*C2) => (C1/C2) / X
1170     if (match(Op1, m_FMul(m_Value(X), m_Constant(C2))))
1171       Fold = ConstantExpr::getFDiv(C1, C2);
1172     else if (match(Op1, m_FDiv(m_Value(X), m_Constant(C2)))) {
1173       // C1 / (X/C2) => (C1*C2) / X
1174       Fold = ConstantExpr::getFMul(C1, C2);
1175     } else if (match(Op1, m_FDiv(m_Constant(C2), m_Value(X)))) {
1176       // C1 / (C2/X) => (C1/C2) * X
1177       Fold = ConstantExpr::getFDiv(C1, C2);
1178       CreateDiv = false;
1179     }
1180
1181     if (Fold && isNormalFp(Fold)) {
1182       Instruction *R = CreateDiv ? BinaryOperator::CreateFDiv(Fold, X)
1183                                  : BinaryOperator::CreateFMul(X, Fold);
1184       R->setFastMathFlags(I.getFastMathFlags());
1185       return R;
1186     }
1187     return nullptr;
1188   }
1189
1190   if (AllowReassociate) {
1191     Value *X, *Y;
1192     Value *NewInst = nullptr;
1193     Instruction *SimpR = nullptr;
1194
1195     if (Op0->hasOneUse() && match(Op0, m_FDiv(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1196       // (X/Y) / Z => X / (Y*Z)
1197       //
1198       if (!isa<Constant>(Y) || !isa<Constant>(Op1)) {
1199         NewInst = Builder->CreateFMul(Y, Op1);
1200         if (Instruction *RI = dyn_cast<Instruction>(NewInst)) {
1201           FastMathFlags Flags = I.getFastMathFlags();
1202           Flags &= cast<Instruction>(Op0)->getFastMathFlags();
1203           RI->setFastMathFlags(Flags);
1204         }
1205         SimpR = BinaryOperator::CreateFDiv(X, NewInst);
1206       }
1207     } else if (Op1->hasOneUse() && match(Op1, m_FDiv(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1208       // Z / (X/Y) => Z*Y / X
1209       //
1210       if (!isa<Constant>(Y) || !isa<Constant>(Op0)) {
1211         NewInst = Builder->CreateFMul(Op0, Y);
1212         if (Instruction *RI = dyn_cast<Instruction>(NewInst)) {
1213           FastMathFlags Flags = I.getFastMathFlags();
1214           Flags &= cast<Instruction>(Op1)->getFastMathFlags();
1215           RI->setFastMathFlags(Flags);
1216         }
1217         SimpR = BinaryOperator::CreateFDiv(NewInst, X);
1218       }
1219     }
1220
1221     if (NewInst) {
1222       if (Instruction *T = dyn_cast<Instruction>(NewInst))
1223         T->setDebugLoc(I.getDebugLoc());
1224       SimpR->setFastMathFlags(I.getFastMathFlags());
1225       return SimpR;
1226     }
1227   }
1228
1229   return nullptr;
1230 }
1231
1232 /// This function implements the transforms common to both integer remainder
1233 /// instructions (urem and srem). It is called by the visitors to those integer
1234 /// remainder instructions.
1235 /// @brief Common integer remainder transforms
1236 Instruction *InstCombiner::commonIRemTransforms(BinaryOperator &I) {
1237   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
1238
1239   // The RHS is known non-zero.
1240   if (Value *V = simplifyValueKnownNonZero(I.getOperand(1), *this, &I)) {
1241     I.setOperand(1, V);
1242     return &I;
1243   }
1244
1245   // Handle cases involving: rem X, (select Cond, Y, Z)
1246   if (isa<SelectInst>(Op1) && SimplifyDivRemOfSelect(I))
1247     return &I;
1248
1249   if (isa<Constant>(Op1)) {
1250     if (Instruction *Op0I = dyn_cast<Instruction>(Op0)) {
1251       if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(Op0I)) {
1252         if (Instruction *R = FoldOpIntoSelect(I, SI))
1253           return R;
1254       } else if (isa<PHINode>(Op0I)) {
1255         if (Instruction *NV = FoldOpIntoPhi(I))
1256           return NV;
1257       }
1258
1259       // See if we can fold away this rem instruction.
1260       if (SimplifyDemandedInstructionBits(I))
1261         return &I;
1262     }
1263   }
1264
1265   return nullptr;
1266 }
1267
1268 Instruction *InstCombiner::visitURem(BinaryOperator &I) {
1269   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
1270
1271   if (Value *V = SimplifyVectorOp(I))
1272     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
1273
1274   if (Value *V = SimplifyURemInst(Op0, Op1, DL, TLI, DT, AT))
1275     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
1276
1277   if (Instruction *common = commonIRemTransforms(I))
1278     return common;
1279
1280   // (zext A) urem (zext B) --> zext (A urem B)
1281   if (ZExtInst *ZOp0 = dyn_cast<ZExtInst>(Op0))
1282     if (Value *ZOp1 = dyn_castZExtVal(Op1, ZOp0->getSrcTy()))
1283       return new ZExtInst(Builder->CreateURem(ZOp0->getOperand(0), ZOp1),
1284                           I.getType());
1285
1286   // X urem Y -> X and Y-1, where Y is a power of 2,
1287   if (isKnownToBeAPowerOfTwo(Op1, /*OrZero*/true, 0, AT, &I, DT)) {
1288     Constant *N1 = Constant::getAllOnesValue(I.getType());
1289     Value *Add = Builder->CreateAdd(Op1, N1);
1290     return BinaryOperator::CreateAnd(Op0, Add);
1291   }
1292
1293   // 1 urem X -> zext(X != 1)
1294   if (match(Op0, m_One())) {
1295     Value *Cmp = Builder->CreateICmpNE(Op1, Op0);
1296     Value *Ext = Builder->CreateZExt(Cmp, I.getType());
1297     return ReplaceInstUsesWith(I, Ext);
1298   }
1299
1300   return nullptr;
1301 }
1302
1303 Instruction *InstCombiner::visitSRem(BinaryOperator &I) {
1304   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
1305
1306   if (Value *V = SimplifyVectorOp(I))
1307     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
1308
1309   if (Value *V = SimplifySRemInst(Op0, Op1, DL, TLI, DT, AT))
1310     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
1311
1312   // Handle the integer rem common cases
1313   if (Instruction *Common = commonIRemTransforms(I))
1314     return Common;
1315
1316   {
1317     const APInt *Y;
1318     // X % -Y -> X % Y
1319     if (match(Op1, m_APInt(Y)) && Y->isNegative() && !Y->isMinSignedValue()) {
1320       Worklist.AddValue(I.getOperand(1));
1321       I.setOperand(1, ConstantInt::get(I.getType(), -*Y));
1322       return &I;
1323     }
1324   }
1325
1326   // If the sign bits of both operands are zero (i.e. we can prove they are
1327   // unsigned inputs), turn this into a urem.
1328   if (I.getType()->isIntegerTy()) {
1329     APInt Mask(APInt::getSignBit(I.getType()->getPrimitiveSizeInBits()));
1330     if (MaskedValueIsZero(Op1, Mask, 0, &I) &&
1331         MaskedValueIsZero(Op0, Mask, 0, &I)) {
1332       // X srem Y -> X urem Y, iff X and Y don't have sign bit set
1333       return BinaryOperator::CreateURem(Op0, Op1, I.getName());
1334     }
1335   }
1336
1337   // If it's a constant vector, flip any negative values positive.
1338   if (isa<ConstantVector>(Op1) || isa<ConstantDataVector>(Op1)) {
1339     Constant *C = cast<Constant>(Op1);
1340     unsigned VWidth = C->getType()->getVectorNumElements();
1341
1342     bool hasNegative = false;
1343     bool hasMissing = false;
1344     for (unsigned i = 0; i != VWidth; ++i) {
1345       Constant *Elt = C->getAggregateElement(i);
1346       if (!Elt) {
1347         hasMissing = true;
1348         break;
1349       }
1350
1351       if (ConstantInt *RHS = dyn_cast<ConstantInt>(Elt))
1352         if (RHS->isNegative())
1353           hasNegative = true;
1354     }
1355
1356     if (hasNegative && !hasMissing) {
1357       SmallVector<Constant *, 16> Elts(VWidth);
1358       for (unsigned i = 0; i != VWidth; ++i) {
1359         Elts[i] = C->getAggregateElement(i);  // Handle undef, etc.
1360         if (ConstantInt *RHS = dyn_cast<ConstantInt>(Elts[i])) {
1361           if (RHS->isNegative())
1362             Elts[i] = cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getNeg(RHS));
1363         }
1364       }
1365
1366       Constant *NewRHSV = ConstantVector::get(Elts);
1367       if (NewRHSV != C) {  // Don't loop on -MININT
1368         Worklist.AddValue(I.getOperand(1));
1369         I.setOperand(1, NewRHSV);
1370         return &I;
1371       }
1372     }
1373   }
1374
1375   return nullptr;
1376 }
1377
1378 Instruction *InstCombiner::visitFRem(BinaryOperator &I) {
1379   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
1380
1381   if (Value *V = SimplifyVectorOp(I))
1382     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
1383
1384   if (Value *V = SimplifyFRemInst(Op0, Op1, DL, TLI, DT, AT))
1385     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
1386
1387   // Handle cases involving: rem X, (select Cond, Y, Z)
1388   if (isa<SelectInst>(Op1) && SimplifyDivRemOfSelect(I))
1389     return &I;
1390
1391   return nullptr;
1392 }