lib/Transforms/InstCombine/InstCombineShifts.cpp

   1 //===- InstCombineShifts.cpp ----------------------------------------------===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // This file implements the visitShl, visitLShr, and visitAShr functions.
  11 //
  12 //===----------------------------------------------------------------------===//
  13
  14 #include "InstCombine.h"
  15 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
  16 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
  17 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
  18 #include "llvm/Support/PatternMatch.h"
  19 using namespace llvm;
  20 using namespace PatternMatch;
  21
  22 Instruction *InstCombiner::commonShiftTransforms(BinaryOperator &I) {
  23   assert(I.getOperand(1)->getType() == I.getOperand(0)->getType());
  24   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
  25
  26   // See if we can fold away this shift.
  27   if (SimplifyDemandedInstructionBits(I))
  28     return &I;
  29
  30   // Try to fold constant and into select arguments.
  31   if (isa<Constant>(Op0))
  32     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(Op1))
  33       if (Instruction *R = FoldOpIntoSelect(I, SI))
  34         return R;
  35
  36   if (ConstantInt *CUI = dyn_cast<ConstantInt>(Op1))
  37     if (Instruction *Res = FoldShiftByConstant(Op0, CUI, I))
  38       return Res;
  39
  40   // X shift (A srem B) -> X shift (A and B-1) iff B is a power of 2.
  41   // Because shifts by negative values (which could occur if A were negative)
  42   // are undefined.
  43   Value *A; const APInt *B;
  44   if (Op1->hasOneUse() && match(Op1, m_SRem(m_Value(A), m_Power2(B)))) {
  45     // FIXME: Should this get moved into SimplifyDemandedBits by saying we don't
  46     // demand the sign bit (and many others) here??
  47     Value *Rem = Builder->CreateAnd(A, ConstantInt::get(I.getType(), *B-1),
  48                                     Op1->getName());
  49     I.setOperand(1, Rem);
  50     return &I;
  51   }
  52
  53   return 0;
  54 }
  55
  56 /// CanEvaluateShifted - See if we can compute the specified value, but shifted
  57 /// logically to the left or right by some number of bits.  This should return
  58 /// true if the expression can be computed for the same cost as the current
  59 /// expression tree.  This is used to eliminate extraneous shifting from things
  60 /// like:
  61 ///      %C = shl i128 %A, 64
  62 ///      %D = shl i128 %B, 96
  63 ///      %E = or i128 %C, %D
  64 ///      %F = lshr i128 %E, 64
  65 /// where the client will ask if E can be computed shifted right by 64-bits.  If
  66 /// this succeeds, the GetShiftedValue function will be called to produce the
  67 /// value.
  68 static bool CanEvaluateShifted(Value *V, unsigned NumBits, bool isLeftShift,
  69                                InstCombiner &IC) {
  70   // We can always evaluate constants shifted.
  71   if (isa<Constant>(V))
  72     return true;
  73
  74   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
  75   if (!I) return false;
  76
  77   // If this is the opposite shift, we can directly reuse the input of the shift
  78   // if the needed bits are already zero in the input.  This allows us to reuse
  79   // the value which means that we don't care if the shift has multiple uses.
  80   //  TODO:  Handle opposite shift by exact value.
  81   ConstantInt *CI = 0;
  82   if ((isLeftShift && match(I, m_LShr(m_Value(), m_ConstantInt(CI)))) ||
  83       (!isLeftShift && match(I, m_Shl(m_Value(), m_ConstantInt(CI))))) {
  84     if (CI->getZExtValue() == NumBits) {
  85       // TODO: Check that the input bits are already zero with MaskedValueIsZero
  86 #if 0
  87       // If this is a truncate of a logical shr, we can truncate it to a smaller
  88       // lshr iff we know that the bits we would otherwise be shifting in are
  89       // already zeros.
  90       uint32_t OrigBitWidth = OrigTy->getScalarSizeInBits();
  91       uint32_t BitWidth = Ty->getScalarSizeInBits();
  92       if (MaskedValueIsZero(I->getOperand(0),
  93             APInt::getHighBitsSet(OrigBitWidth, OrigBitWidth-BitWidth)) &&
  94           CI->getLimitedValue(BitWidth) < BitWidth) {
  95         return CanEvaluateTruncated(I->getOperand(0), Ty);
  96       }
  97 #endif
  98
  99     }
 100   }
 101
 102   // We can't mutate something that has multiple uses: doing so would
 103   // require duplicating the instruction in general, which isn't profitable.
 104   if (!I->hasOneUse()) return false;
 105
 106   switch (I->getOpcode()) {
 107   default: return false;
 108   case Instruction::And:
 109   case Instruction::Or:
 110   case Instruction::Xor:
 111     // Bitwise operators can all arbitrarily be arbitrarily evaluated shifted.
 112     return CanEvaluateShifted(I->getOperand(0), NumBits, isLeftShift, IC) &&
 113            CanEvaluateShifted(I->getOperand(1), NumBits, isLeftShift, IC);
 114
 115   case Instruction::Shl: {
 116     // We can often fold the shift into shifts-by-a-constant.
 117     CI = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1));
 118     if (CI == 0) return false;
 119
 120     // We can always fold shl(c1)+shl(c2) -> shl(c1+c2).
 121     if (isLeftShift) return true;
 122
 123     // We can always turn shl(c)+shr(c) -> and(c2).
 124     if (CI->getValue() == NumBits) return true;
 125
 126     unsigned TypeWidth = I->getType()->getScalarSizeInBits();
 127
 128     // We can turn shl(c1)+shr(c2) -> shl(c3)+and(c4), but it isn't
 129     // profitable unless we know the and'd out bits are already zero.
 130     if (CI->getZExtValue() > NumBits) {
 131       unsigned LowBits = TypeWidth - CI->getZExtValue();
 132       if (MaskedValueIsZero(I->getOperand(0),
 133                        APInt::getLowBitsSet(TypeWidth, NumBits) << LowBits))
 134         return true;
 135     }
 136
 137     return false;
 138   }
 139   case Instruction::LShr: {
 140     // We can often fold the shift into shifts-by-a-constant.
 141     CI = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1));
 142     if (CI == 0) return false;
 143
 144     // We can always fold lshr(c1)+lshr(c2) -> lshr(c1+c2).
 145     if (!isLeftShift) return true;
 146
 147     // We can always turn lshr(c)+shl(c) -> and(c2).
 148     if (CI->getValue() == NumBits) return true;
 149
 150     unsigned TypeWidth = I->getType()->getScalarSizeInBits();
 151
 152     // We can always turn lshr(c1)+shl(c2) -> lshr(c3)+and(c4), but it isn't
 153     // profitable unless we know the and'd out bits are already zero.
 154     if (CI->getZExtValue() > NumBits) {
 155       unsigned LowBits = CI->getZExtValue() - NumBits;
 156       if (MaskedValueIsZero(I->getOperand(0),
 157                           APInt::getLowBitsSet(TypeWidth, NumBits) << LowBits))
 158         return true;
 159     }
 160
 161     return false;
 162   }
 163   case Instruction::Select: {
 164     SelectInst *SI = cast<SelectInst>(I);
 165     return CanEvaluateShifted(SI->getTrueValue(), NumBits, isLeftShift, IC) &&
 166            CanEvaluateShifted(SI->getFalseValue(), NumBits, isLeftShift, IC);
 167   }
 168   case Instruction::PHI: {
 169     // We can change a phi if we can change all operands.  Note that we never
 170     // get into trouble with cyclic PHIs here because we only consider
 171     // instructions with a single use.
 172     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
 173     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
 174       if (!CanEvaluateShifted(PN->getIncomingValue(i), NumBits, isLeftShift,IC))
 175         return false;
 176     return true;
 177   }
 178   }
 179 }
 180
 181 /// GetShiftedValue - When CanEvaluateShifted returned true for an expression,
 182 /// this value inserts the new computation that produces the shifted value.
 183 static Value *GetShiftedValue(Value *V, unsigned NumBits, bool isLeftShift,
 184                               InstCombiner &IC) {
 185   // We can always evaluate constants shifted.
 186   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
 187     if (isLeftShift)
 188       V = IC.Builder->CreateShl(C, NumBits);
 189     else
 190       V = IC.Builder->CreateLShr(C, NumBits);
 191     // If we got a constantexpr back, try to simplify it with TD info.
 192     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
 193       V = ConstantFoldConstantExpression(CE, IC.getTargetData());
 194     return V;
 195   }
 196
 197   Instruction *I = cast<Instruction>(V);
 198   IC.Worklist.Add(I);
 199
 200   switch (I->getOpcode()) {
 201   default: assert(0 && "Inconsistency with CanEvaluateShifted");
 202   case Instruction::And:
 203   case Instruction::Or:
 204   case Instruction::Xor:
 205     // Bitwise operators can all arbitrarily be arbitrarily evaluated shifted.
 206     I->setOperand(0, GetShiftedValue(I->getOperand(0), NumBits,isLeftShift,IC));
 207     I->setOperand(1, GetShiftedValue(I->getOperand(1), NumBits,isLeftShift,IC));
 208     return I;
 209
 210   case Instruction::Shl: {
 211     unsigned TypeWidth = I->getType()->getScalarSizeInBits();
 212
 213     // We only accept shifts-by-a-constant in CanEvaluateShifted.
 214     ConstantInt *CI = cast<ConstantInt>(I->getOperand(1));
 215
 216     // We can always fold shl(c1)+shl(c2) -> shl(c1+c2).
 217     if (isLeftShift) {
 218       // If this is oversized composite shift, then unsigned shifts get 0.
 219       unsigned NewShAmt = NumBits+CI->getZExtValue();
 220       if (NewShAmt >= TypeWidth)
 221         return Constant::getNullValue(I->getType());
 222
 223       I->setOperand(1, ConstantInt::get(I->getType(), NewShAmt));
 224       return I;
 225     }
 226
 227     // We turn shl(c)+lshr(c) -> and(c2) if the input doesn't already have
 228     // zeros.
 229     if (CI->getValue() == NumBits) {
 230       APInt Mask(APInt::getLowBitsSet(TypeWidth, TypeWidth - NumBits));
 231       V = IC.Builder->CreateAnd(I->getOperand(0),
 232                                 ConstantInt::get(I->getContext(), Mask));
 233       if (Instruction *VI = dyn_cast<Instruction>(V)) {
 234         VI->moveBefore(I);
 235         VI->takeName(I);
 236       }
 237       return V;
 238     }
 239
 240     // We turn shl(c1)+shr(c2) -> shl(c3)+and(c4), but only when we know that
 241     // the and won't be needed.
 242     assert(CI->getZExtValue() > NumBits);
 243     I->setOperand(1, ConstantInt::get(I->getType(),
 244                                       CI->getZExtValue() - NumBits));
 245     return I;
 246   }
 247   case Instruction::LShr: {
 248     unsigned TypeWidth = I->getType()->getScalarSizeInBits();
 249     // We only accept shifts-by-a-constant in CanEvaluateShifted.
 250     ConstantInt *CI = cast<ConstantInt>(I->getOperand(1));
 251
 252     // We can always fold lshr(c1)+lshr(c2) -> lshr(c1+c2).
 253     if (!isLeftShift) {
 254       // If this is oversized composite shift, then unsigned shifts get 0.
 255       unsigned NewShAmt = NumBits+CI->getZExtValue();
 256       if (NewShAmt >= TypeWidth)
 257         return Constant::getNullValue(I->getType());
 258
 259       I->setOperand(1, ConstantInt::get(I->getType(), NewShAmt));
 260       return I;
 261     }
 262
 263     // We turn lshr(c)+shl(c) -> and(c2) if the input doesn't already have
 264     // zeros.
 265     if (CI->getValue() == NumBits) {
 266       APInt Mask(APInt::getHighBitsSet(TypeWidth, TypeWidth - NumBits));
 267       V = IC.Builder->CreateAnd(I->getOperand(0),
 268                                 ConstantInt::get(I->getContext(), Mask));
 269       if (Instruction *VI = dyn_cast<Instruction>(V)) {
 270         VI->moveBefore(I);
 271         VI->takeName(I);
 272       }
 273       return V;
 274     }
 275
 276     // We turn lshr(c1)+shl(c2) -> lshr(c3)+and(c4), but only when we know that
 277     // the and won't be needed.
 278     assert(CI->getZExtValue() > NumBits);
 279     I->setOperand(1, ConstantInt::get(I->getType(),
 280                                       CI->getZExtValue() - NumBits));
 281     return I;
 282   }
 283
 284   case Instruction::Select:
 285     I->setOperand(1, GetShiftedValue(I->getOperand(1), NumBits,isLeftShift,IC));
 286     I->setOperand(2, GetShiftedValue(I->getOperand(2), NumBits,isLeftShift,IC));
 287     return I;
 288   case Instruction::PHI: {
 289     // We can change a phi if we can change all operands.  Note that we never
 290     // get into trouble with cyclic PHIs here because we only consider
 291     // instructions with a single use.
 292     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
 293     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
 294       PN->setIncomingValue(i, GetShiftedValue(PN->getIncomingValue(i),
 295                                               NumBits, isLeftShift, IC));
 296     return PN;
 297   }
 298   }
 299 }
 300
 301
 302
 303 Instruction *InstCombiner::FoldShiftByConstant(Value *Op0, ConstantInt *Op1,
 304                                                BinaryOperator &I) {
 305   bool isLeftShift = I.getOpcode() == Instruction::Shl;
 306
 307
 308   // See if we can propagate this shift into the input, this covers the trivial
 309   // cast of lshr(shl(x,c1),c2) as well as other more complex cases.
 310   if (I.getOpcode() != Instruction::AShr &&
 311       CanEvaluateShifted(Op0, Op1->getZExtValue(), isLeftShift, *this)) {
 312     DEBUG(dbgs() << "ICE: GetShiftedValue propagating shift through expression"
 313               " to eliminate shift:\n  IN: " << *Op0 << "\n  SH: " << I <<"\n");
 314
 315     return ReplaceInstUsesWith(I,
 316                  GetShiftedValue(Op0, Op1->getZExtValue(), isLeftShift, *this));
 317   }
 318
 319
 320   // See if we can simplify any instructions used by the instruction whose sole
 321   // purpose is to compute bits we don't care about.
 322   uint32_t TypeBits = Op0->getType()->getScalarSizeInBits();
 323
 324   // shl i32 X, 32 = 0 and srl i8 Y, 9 = 0, ... just don't eliminate
 325   // a signed shift.
 326   //
 327   if (Op1->uge(TypeBits)) {
 328     if (I.getOpcode() != Instruction::AShr)
 329       return ReplaceInstUsesWith(I, Constant::getNullValue(Op0->getType()));
 330     // ashr i32 X, 32 --> ashr i32 X, 31
 331     I.setOperand(1, ConstantInt::get(I.getType(), TypeBits-1));
 332     return &I;
 333   }
 334
 335   // ((X*C1) << C2) == (X * (C1 << C2))
 336   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Op0))
 337     if (BO->getOpcode() == Instruction::Mul && isLeftShift)
 338       if (Constant *BOOp = dyn_cast<Constant>(BO->getOperand(1)))
 339         return BinaryOperator::CreateMul(BO->getOperand(0),
 340                                         ConstantExpr::getShl(BOOp, Op1));
 341
 342   // Try to fold constant and into select arguments.
 343   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(Op0))
 344     if (Instruction *R = FoldOpIntoSelect(I, SI))
 345       return R;
 346   if (isa<PHINode>(Op0))
 347     if (Instruction *NV = FoldOpIntoPhi(I))
 348       return NV;
 349
 350   // Fold shift2(trunc(shift1(x,c1)), c2) -> trunc(shift2(shift1(x,c1),c2))
 351   if (TruncInst *TI = dyn_cast<TruncInst>(Op0)) {
 352     Instruction *TrOp = dyn_cast<Instruction>(TI->getOperand(0));
 353     // If 'shift2' is an ashr, we would have to get the sign bit into a funny
 354     // place.  Don't try to do this transformation in this case.  Also, we
 355     // require that the input operand is a shift-by-constant so that we have
 356     // confidence that the shifts will get folded together.  We could do this
 357     // xform in more cases, but it is unlikely to be profitable.
 358     if (TrOp && I.isLogicalShift() && TrOp->isShift() &&
 359         isa<ConstantInt>(TrOp->getOperand(1))) {
 360       // Okay, we'll do this xform.  Make the shift of shift.
 361       Constant *ShAmt = ConstantExpr::getZExt(Op1, TrOp->getType());
 362       // (shift2 (shift1 & 0x00FF), c2)
 363       Value *NSh = Builder->CreateBinOp(I.getOpcode(), TrOp, ShAmt,I.getName());
 364
 365       // For logical shifts, the truncation has the effect of making the high
 366       // part of the register be zeros.  Emulate this by inserting an AND to
 367       // clear the top bits as needed.  This 'and' will usually be zapped by
 368       // other xforms later if dead.
 369       unsigned SrcSize = TrOp->getType()->getScalarSizeInBits();
 370       unsigned DstSize = TI->getType()->getScalarSizeInBits();
 371       APInt MaskV(APInt::getLowBitsSet(SrcSize, DstSize));
 372
 373       // The mask we constructed says what the trunc would do if occurring
 374       // between the shifts.  We want to know the effect *after* the second
 375       // shift.  We know that it is a logical shift by a constant, so adjust the
 376       // mask as appropriate.
 377       if (I.getOpcode() == Instruction::Shl)
 378         MaskV <<= Op1->getZExtValue();
 379       else {
 380         assert(I.getOpcode() == Instruction::LShr && "Unknown logical shift");
 381         MaskV = MaskV.lshr(Op1->getZExtValue());
 382       }
 383
 384       // shift1 & 0x00FF
 385       Value *And = Builder->CreateAnd(NSh,
 386                                       ConstantInt::get(I.getContext(), MaskV),
 387                                       TI->getName());
 388
 389       // Return the value truncated to the interesting size.
 390       return new TruncInst(And, I.getType());
 391     }
 392   }
 393
 394   if (Op0->hasOneUse()) {
 395     if (BinaryOperator *Op0BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Op0)) {
 396       // Turn ((X >> C) + Y) << C  ->  (X + (Y << C)) & (~0 << C)
 397       Value *V1, *V2;
 398       ConstantInt *CC;
 399       switch (Op0BO->getOpcode()) {
 400       default: break;
 401       case Instruction::Add:
 402       case Instruction::And:
 403       case Instruction::Or:
 404       case Instruction::Xor: {
 405         // These operators commute.
 406         // Turn (Y + (X >> C)) << C  ->  (X + (Y << C)) & (~0 << C)
 407         if (isLeftShift && Op0BO->getOperand(1)->hasOneUse() &&
 408             match(Op0BO->getOperand(1), m_Shr(m_Value(V1),
 409                   m_Specific(Op1)))) {
 410           Value *YS =         // (Y << C)
 411             Builder->CreateShl(Op0BO->getOperand(0), Op1, Op0BO->getName());
 412           // (X + (Y << C))
 413           Value *X = Builder->CreateBinOp(Op0BO->getOpcode(), YS, V1,
 414                                           Op0BO->getOperand(1)->getName());
 415           uint32_t Op1Val = Op1->getLimitedValue(TypeBits);
 416           return BinaryOperator::CreateAnd(X, ConstantInt::get(I.getContext(),
 417                      APInt::getHighBitsSet(TypeBits, TypeBits-Op1Val)));
 418         }
 419
 420         // Turn (Y + ((X >> C) & CC)) << C  ->  ((X & (CC << C)) + (Y << C))
 421         Value *Op0BOOp1 = Op0BO->getOperand(1);
 422         if (isLeftShift && Op0BOOp1->hasOneUse() &&
 423             match(Op0BOOp1,
 424                   m_And(m_Shr(m_Value(V1), m_Specific(Op1)),
 425                         m_ConstantInt(CC))) &&
 426             cast<BinaryOperator>(Op0BOOp1)->getOperand(0)->hasOneUse()) {
 427           Value *YS =   // (Y << C)
 428             Builder->CreateShl(Op0BO->getOperand(0), Op1,
 429                                          Op0BO->getName());
 430           // X & (CC << C)
 431           Value *XM = Builder->CreateAnd(V1, ConstantExpr::getShl(CC, Op1),
 432                                          V1->getName()+".mask");
 433           return BinaryOperator::Create(Op0BO->getOpcode(), YS, XM);
 434         }
 435       }
 436
 437       // FALL THROUGH.
 438       case Instruction::Sub: {
 439         // Turn ((X >> C) + Y) << C  ->  (X + (Y << C)) & (~0 << C)
 440         if (isLeftShift && Op0BO->getOperand(0)->hasOneUse() &&
 441             match(Op0BO->getOperand(0), m_Shr(m_Value(V1),
 442                   m_Specific(Op1)))) {
 443           Value *YS =  // (Y << C)
 444             Builder->CreateShl(Op0BO->getOperand(1), Op1, Op0BO->getName());
 445           // (X + (Y << C))
 446           Value *X = Builder->CreateBinOp(Op0BO->getOpcode(), V1, YS,
 447                                           Op0BO->getOperand(0)->getName());
 448           uint32_t Op1Val = Op1->getLimitedValue(TypeBits);
 449           return BinaryOperator::CreateAnd(X, ConstantInt::get(I.getContext(),
 450                      APInt::getHighBitsSet(TypeBits, TypeBits-Op1Val)));
 451         }
 452
 453         // Turn (((X >> C)&CC) + Y) << C  ->  (X + (Y << C)) & (CC << C)
 454         if (isLeftShift && Op0BO->getOperand(0)->hasOneUse() &&
 455             match(Op0BO->getOperand(0),
 456                   m_And(m_Shr(m_Value(V1), m_Value(V2)),
 457                         m_ConstantInt(CC))) && V2 == Op1 &&
 458             cast<BinaryOperator>(Op0BO->getOperand(0))
 459                 ->getOperand(0)->hasOneUse()) {
 460           Value *YS = // (Y << C)
 461             Builder->CreateShl(Op0BO->getOperand(1), Op1, Op0BO->getName());
 462           // X & (CC << C)
 463           Value *XM = Builder->CreateAnd(V1, ConstantExpr::getShl(CC, Op1),
 464                                          V1->getName()+".mask");
 465
 466           return BinaryOperator::Create(Op0BO->getOpcode(), XM, YS);
 467         }
 468
 469         break;
 470       }
 471       }
 472
 473
 474       // If the operand is an bitwise operator with a constant RHS, and the
 475       // shift is the only use, we can pull it out of the shift.
 476       if (ConstantInt *Op0C = dyn_cast<ConstantInt>(Op0BO->getOperand(1))) {
 477         bool isValid = true;     // Valid only for And, Or, Xor
 478         bool highBitSet = false; // Transform if high bit of constant set?
 479
 480         switch (Op0BO->getOpcode()) {
 481         default: isValid = false; break;   // Do not perform transform!
 482         case Instruction::Add:
 483           isValid = isLeftShift;
 484           break;
 485         case Instruction::Or:
 486         case Instruction::Xor:
 487           highBitSet = false;
 488           break;
 489         case Instruction::And:
 490           highBitSet = true;
 491           break;
 492         }
 493
 494         // If this is a signed shift right, and the high bit is modified
 495         // by the logical operation, do not perform the transformation.
 496         // The highBitSet boolean indicates the value of the high bit of
 497         // the constant which would cause it to be modified for this
 498         // operation.
 499         //
 500         if (isValid && I.getOpcode() == Instruction::AShr)
 501           isValid = Op0C->getValue()[TypeBits-1] == highBitSet;
 502
 503         if (isValid) {
 504           Constant *NewRHS = ConstantExpr::get(I.getOpcode(), Op0C, Op1);
 505
 506           Value *NewShift =
 507             Builder->CreateBinOp(I.getOpcode(), Op0BO->getOperand(0), Op1);
 508           NewShift->takeName(Op0BO);
 509
 510           return BinaryOperator::Create(Op0BO->getOpcode(), NewShift,
 511                                         NewRHS);
 512         }
 513       }
 514     }
 515   }
 516
 517   // Find out if this is a shift of a shift by a constant.
 518   BinaryOperator *ShiftOp = dyn_cast<BinaryOperator>(Op0);
 519   if (ShiftOp && !ShiftOp->isShift())
 520     ShiftOp = 0;
 521
 522   if (ShiftOp && isa<ConstantInt>(ShiftOp->getOperand(1))) {
 523     ConstantInt *ShiftAmt1C = cast<ConstantInt>(ShiftOp->getOperand(1));
 524     uint32_t ShiftAmt1 = ShiftAmt1C->getLimitedValue(TypeBits);
 525     uint32_t ShiftAmt2 = Op1->getLimitedValue(TypeBits);
 526     assert(ShiftAmt2 != 0 && "Should have been simplified earlier");
 527     if (ShiftAmt1 == 0) return 0;  // Will be simplified in the future.
 528     Value *X = ShiftOp->getOperand(0);
 529
 530     uint32_t AmtSum = ShiftAmt1+ShiftAmt2;   // Fold into one big shift.
 531
 532     IntegerType *Ty = cast<IntegerType>(I.getType());
 533
 534     // Check for (X << c1) << c2  and  (X >> c1) >> c2
 535     if (I.getOpcode() == ShiftOp->getOpcode()) {
 536       // If this is oversized composite shift, then unsigned shifts get 0, ashr
 537       // saturates.
 538       if (AmtSum >= TypeBits) {
 539         if (I.getOpcode() != Instruction::AShr)
 540           return ReplaceInstUsesWith(I, Constant::getNullValue(I.getType()));
 541         AmtSum = TypeBits-1;  // Saturate to 31 for i32 ashr.
 542       }
 543
 544       return BinaryOperator::Create(I.getOpcode(), X,
 545                                     ConstantInt::get(Ty, AmtSum));
 546     }
 547
 548     if (ShiftAmt1 == ShiftAmt2) {
 549       // If we have ((X >>? C) << C), turn this into X & (-1 << C).
 550       if (I.getOpcode() == Instruction::Shl &&
 551           ShiftOp->getOpcode() != Instruction::Shl) {
 552         APInt Mask(APInt::getHighBitsSet(TypeBits, TypeBits - ShiftAmt1));
 553         return BinaryOperator::CreateAnd(X,
 554                                          ConstantInt::get(I.getContext(),Mask));
 555       }
 556       // If we have ((X << C) >>u C), turn this into X & (-1 >>u C).
 557       if (I.getOpcode() == Instruction::LShr &&
 558           ShiftOp->getOpcode() == Instruction::Shl) {
 559         APInt Mask(APInt::getLowBitsSet(TypeBits, TypeBits - ShiftAmt1));
 560         return BinaryOperator::CreateAnd(X,
 561                                         ConstantInt::get(I.getContext(), Mask));
 562       }
 563     } else if (ShiftAmt1 < ShiftAmt2) {
 564       uint32_t ShiftDiff = ShiftAmt2-ShiftAmt1;
 565
 566       // (X >>? C1) << C2 --> X << (C2-C1) & (-1 << C2)
 567       if (I.getOpcode() == Instruction::Shl &&
 568           ShiftOp->getOpcode() != Instruction::Shl) {
 569         assert(ShiftOp->getOpcode() == Instruction::LShr ||
 570                ShiftOp->getOpcode() == Instruction::AShr);
 571         Value *Shift = Builder->CreateShl(X, ConstantInt::get(Ty, ShiftDiff));
 572
 573         APInt Mask(APInt::getHighBitsSet(TypeBits, TypeBits - ShiftAmt2));
 574         return BinaryOperator::CreateAnd(Shift,
 575                                          ConstantInt::get(I.getContext(),Mask));
 576       }
 577
 578       // (X << C1) >>u C2  --> X >>u (C2-C1) & (-1 >> C2)
 579       if (I.getOpcode() == Instruction::LShr &&
 580           ShiftOp->getOpcode() == Instruction::Shl) {
 581         assert(ShiftOp->getOpcode() == Instruction::Shl);
 582         Value *Shift = Builder->CreateLShr(X, ConstantInt::get(Ty, ShiftDiff));
 583
 584         APInt Mask(APInt::getLowBitsSet(TypeBits, TypeBits - ShiftAmt2));
 585         return BinaryOperator::CreateAnd(Shift,
 586                                          ConstantInt::get(I.getContext(),Mask));
 587       }
 588
 589       // We can't handle (X << C1) >>s C2, it shifts arbitrary bits in.
 590     } else {
 591       assert(ShiftAmt2 < ShiftAmt1);
 592       uint32_t ShiftDiff = ShiftAmt1-ShiftAmt2;
 593
 594       // (X >>? C1) << C2 --> X >>? (C1-C2) & (-1 << C2)
 595       if (I.getOpcode() == Instruction::Shl &&
 596           ShiftOp->getOpcode() != Instruction::Shl) {
 597         Value *Shift = Builder->CreateBinOp(ShiftOp->getOpcode(), X,
 598                                             ConstantInt::get(Ty, ShiftDiff));
 599
 600         APInt Mask(APInt::getHighBitsSet(TypeBits, TypeBits - ShiftAmt2));
 601         return BinaryOperator::CreateAnd(Shift,
 602                                          ConstantInt::get(I.getContext(),Mask));
 603       }
 604
 605       // (X << C1) >>u C2  --> X << (C1-C2) & (-1 >> C2)
 606       if (I.getOpcode() == Instruction::LShr &&
 607           ShiftOp->getOpcode() == Instruction::Shl) {
 608         Value *Shift = Builder->CreateShl(X, ConstantInt::get(Ty, ShiftDiff));
 609
 610         APInt Mask(APInt::getLowBitsSet(TypeBits, TypeBits - ShiftAmt2));
 611         return BinaryOperator::CreateAnd(Shift,
 612                                          ConstantInt::get(I.getContext(),Mask));
 613       }
 614
 615       // We can't handle (X << C1) >>a C2, it shifts arbitrary bits in.
 616     }
 617   }
 618   return 0;
 619 }
 620
 621 Instruction *InstCombiner::visitShl(BinaryOperator &I) {
 622   if (Value *V = SimplifyShlInst(I.getOperand(0), I.getOperand(1),
 623                                  I.hasNoSignedWrap(), I.hasNoUnsignedWrap(),
 624                                  TD))
 625     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
 626
 627   if (Instruction *V = commonShiftTransforms(I))
 628     return V;
 629
 630   if (ConstantInt *Op1C = dyn_cast<ConstantInt>(I.getOperand(1))) {
 631     unsigned ShAmt = Op1C->getZExtValue();
 632
 633     // If the shifted-out value is known-zero, then this is a NUW shift.
 634     if (!I.hasNoUnsignedWrap() &&
 635         MaskedValueIsZero(I.getOperand(0),
 636                           APInt::getHighBitsSet(Op1C->getBitWidth(), ShAmt))) {
 637           I.setHasNoUnsignedWrap();
 638           return &I;
 639         }
 640
 641     // If the shifted out value is all signbits, this is a NSW shift.
 642     if (!I.hasNoSignedWrap() &&
 643         ComputeNumSignBits(I.getOperand(0)) > ShAmt) {
 644       I.setHasNoSignedWrap();
 645       return &I;
 646     }
 647   }
 648
 649   // (C1 << A) << C2 -> (C1 << C2) << A
 650   Constant *C1, *C2;
 651   Value *A;
 652   if (match(I.getOperand(0), m_OneUse(m_Shl(m_Constant(C1), m_Value(A)))) &&
 653       match(I.getOperand(1), m_Constant(C2)))
 654     return BinaryOperator::CreateShl(ConstantExpr::getShl(C1, C2), A);
 655
 656   return 0;
 657 }
 658
 659 Instruction *InstCombiner::visitLShr(BinaryOperator &I) {
 660   if (Value *V = SimplifyLShrInst(I.getOperand(0), I.getOperand(1),
 661                                   I.isExact(), TD))
 662     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
 663
 664   if (Instruction *R = commonShiftTransforms(I))
 665     return R;
 666
 667   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
 668
 669   if (ConstantInt *Op1C = dyn_cast<ConstantInt>(Op1)) {
 670     unsigned ShAmt = Op1C->getZExtValue();
 671
 672     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Op0)) {
 673       unsigned BitWidth = Op0->getType()->getScalarSizeInBits();
 674       // ctlz.i32(x)>>5  --> zext(x == 0)
 675       // cttz.i32(x)>>5  --> zext(x == 0)
 676       // ctpop.i32(x)>>5 --> zext(x == -1)
 677       if ((II->getIntrinsicID() == Intrinsic::ctlz ||
 678            II->getIntrinsicID() == Intrinsic::cttz ||
 679            II->getIntrinsicID() == Intrinsic::ctpop) &&
 680           isPowerOf2_32(BitWidth) && Log2_32(BitWidth) == ShAmt) {
 681         bool isCtPop = II->getIntrinsicID() == Intrinsic::ctpop;
 682         Constant *RHS = ConstantInt::getSigned(Op0->getType(), isCtPop ? -1:0);
 683         Value *Cmp = Builder->CreateICmpEQ(II->getArgOperand(0), RHS);
 684         return new ZExtInst(Cmp, II->getType());
 685       }
 686     }
 687
 688     // If the shifted-out value is known-zero, then this is an exact shift.
 689     if (!I.isExact() &&
 690         MaskedValueIsZero(Op0,APInt::getLowBitsSet(Op1C->getBitWidth(),ShAmt))){
 691       I.setIsExact();
 692       return &I;
 693     }
 694   }
 695
 696   return 0;
 697 }
 698
 699 Instruction *InstCombiner::visitAShr(BinaryOperator &I) {
 700   if (Value *V = SimplifyAShrInst(I.getOperand(0), I.getOperand(1),
 701                                   I.isExact(), TD))
 702     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
 703
 704   if (Instruction *R = commonShiftTransforms(I))
 705     return R;
 706
 707   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
 708
 709   if (ConstantInt *Op1C = dyn_cast<ConstantInt>(Op1)) {
 710     unsigned ShAmt = Op1C->getZExtValue();
 711
 712     // If the input is a SHL by the same constant (ashr (shl X, C), C), then we
 713     // have a sign-extend idiom.
 714     Value *X;
 715     if (match(Op0, m_Shl(m_Value(X), m_Specific(Op1)))) {
 716       // If the left shift is just shifting out partial signbits, delete the
 717       // extension.
 718       if (cast<OverflowingBinaryOperator>(Op0)->hasNoSignedWrap())
 719         return ReplaceInstUsesWith(I, X);
 720
 721       // If the input is an extension from the shifted amount value, e.g.
 722       //   %x = zext i8 %A to i32
 723       //   %y = shl i32 %x, 24
 724       //   %z = ashr %y, 24
 725       // then turn this into "z = sext i8 A to i32".
 726       if (ZExtInst *ZI = dyn_cast<ZExtInst>(X)) {
 727         uint32_t SrcBits = ZI->getOperand(0)->getType()->getScalarSizeInBits();
 728         uint32_t DestBits = ZI->getType()->getScalarSizeInBits();
 729         if (Op1C->getZExtValue() == DestBits-SrcBits)
 730           return new SExtInst(ZI->getOperand(0), ZI->getType());
 731       }
 732     }
 733
 734     // If the shifted-out value is known-zero, then this is an exact shift.
 735     if (!I.isExact() &&
 736         MaskedValueIsZero(Op0,APInt::getLowBitsSet(Op1C->getBitWidth(),ShAmt))){
 737       I.setIsExact();
 738       return &I;
 739     }
 740   }
 741
 742   // See if we can turn a signed shr into an unsigned shr.
 743   if (MaskedValueIsZero(Op0,
 744                         APInt::getSignBit(I.getType()->getScalarSizeInBits())))
 745     return BinaryOperator::CreateLShr(Op0, Op1);
 746
 747   // Arithmetic shifting an all-sign-bit value is a no-op.
 748   unsigned NumSignBits = ComputeNumSignBits(Op0);
 749   if (NumSignBits == Op0->getType()->getScalarSizeInBits())
 750     return ReplaceInstUsesWith(I, Op0);
 751
 752   return 0;
 753 }
 754