InstCombine: Clean up weird code that talks about a modulus that's long gone.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / InstCombine / InstructionCombining.cpp
1 //===- InstructionCombining.cpp - Combine multiple instructions -----------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // InstructionCombining - Combine instructions to form fewer, simple
11 // instructions.  This pass does not modify the CFG.  This pass is where
12 // algebraic simplification happens.
13 //
14 // This pass combines things like:
15 //    %Y = add i32 %X, 1
16 //    %Z = add i32 %Y, 1
17 // into:
18 //    %Z = add i32 %X, 2
19 //
20 // This is a simple worklist driven algorithm.
21 //
22 // This pass guarantees that the following canonicalizations are performed on
23 // the program:
24 //    1. If a binary operator has a constant operand, it is moved to the RHS
25 //    2. Bitwise operators with constant operands are always grouped so that
26 //       shifts are performed first, then or's, then and's, then xor's.
27 //    3. Compare instructions are converted from <,>,<=,>= to ==,!= if possible
28 //    4. All cmp instructions on boolean values are replaced with logical ops
29 //    5. add X, X is represented as (X*2) => (X << 1)
30 //    6. Multiplies with a power-of-two constant argument are transformed into
31 //       shifts.
32 //   ... etc.
33 //
34 //===----------------------------------------------------------------------===//
35
36 #define DEBUG_TYPE "instcombine"
37 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
38 #include "InstCombine.h"
39 #include "llvm-c/Initialization.h"
40 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
41 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
42 #include "llvm/ADT/StringSwitch.h"
43 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
44 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
45 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
46 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
47 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
48 #include "llvm/Support/CFG.h"
49 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
50 #include "llvm/Support/Debug.h"
51 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
52 #include "llvm/Support/PatternMatch.h"
53 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
54 #include "llvm/Target/TargetLibraryInfo.h"
55 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
56 #include <algorithm>
57 #include <climits>
58 using namespace llvm;
59 using namespace llvm::PatternMatch;
60
61 STATISTIC(NumCombined , "Number of insts combined");
62 STATISTIC(NumConstProp, "Number of constant folds");
63 STATISTIC(NumDeadInst , "Number of dead inst eliminated");
64 STATISTIC(NumSunkInst , "Number of instructions sunk");
65 STATISTIC(NumExpand,    "Number of expansions");
66 STATISTIC(NumFactor   , "Number of factorizations");
67 STATISTIC(NumReassoc  , "Number of reassociations");
68
69 static cl::opt<bool> UnsafeFPShrink("enable-double-float-shrink", cl::Hidden,
70                                    cl::init(false),
71                                    cl::desc("Enable unsafe double to float "
72                                             "shrinking for math lib calls"));
73
74 // Initialization Routines
75 void llvm::initializeInstCombine(PassRegistry &Registry) {
76   initializeInstCombinerPass(Registry);
77 }
78
79 void LLVMInitializeInstCombine(LLVMPassRegistryRef R) {
80   initializeInstCombine(*unwrap(R));
81 }
82
83 char InstCombiner::ID = 0;
84 INITIALIZE_PASS_BEGIN(InstCombiner, "instcombine",
85                 "Combine redundant instructions", false, false)
86 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfo)
87 INITIALIZE_PASS_END(InstCombiner, "instcombine",
88                 "Combine redundant instructions", false, false)
89
90 void InstCombiner::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
91   AU.setPreservesCFG();
92   AU.addRequired<TargetLibraryInfo>();
93 }
94
95
96 Value *InstCombiner::EmitGEPOffset(User *GEP) {
97   return llvm::EmitGEPOffset(Builder, *getDataLayout(), GEP);
98 }
99
100 /// ShouldChangeType - Return true if it is desirable to convert a computation
101 /// from 'From' to 'To'.  We don't want to convert from a legal to an illegal
102 /// type for example, or from a smaller to a larger illegal type.
103 bool InstCombiner::ShouldChangeType(Type *From, Type *To) const {
104   assert(From->isIntegerTy() && To->isIntegerTy());
105
106   // If we don't have TD, we don't know if the source/dest are legal.
107   if (!TD) return false;
108
109   unsigned FromWidth = From->getPrimitiveSizeInBits();
110   unsigned ToWidth = To->getPrimitiveSizeInBits();
111   bool FromLegal = TD->isLegalInteger(FromWidth);
112   bool ToLegal = TD->isLegalInteger(ToWidth);
113
114   // If this is a legal integer from type, and the result would be an illegal
115   // type, don't do the transformation.
116   if (FromLegal && !ToLegal)
117     return false;
118
119   // Otherwise, if both are illegal, do not increase the size of the result. We
120   // do allow things like i160 -> i64, but not i64 -> i160.
121   if (!FromLegal && !ToLegal && ToWidth > FromWidth)
122     return false;
123
124   return true;
125 }
126
127 // Return true, if No Signed Wrap should be maintained for I.
128 // The No Signed Wrap flag can be kept if the operation "B (I.getOpcode) C",
129 // where both B and C should be ConstantInts, results in a constant that does
130 // not overflow. This function only handles the Add and Sub opcodes. For
131 // all other opcodes, the function conservatively returns false.
132 static bool MaintainNoSignedWrap(BinaryOperator &I, Value *B, Value *C) {
133   OverflowingBinaryOperator *OBO = dyn_cast<OverflowingBinaryOperator>(&I);
134   if (!OBO || !OBO->hasNoSignedWrap()) {
135     return false;
136   }
137
138   // We reason about Add and Sub Only.
139   Instruction::BinaryOps Opcode = I.getOpcode();
140   if (Opcode != Instruction::Add &&
141       Opcode != Instruction::Sub) {
142     return false;
143   }
144
145   ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(B);
146   ConstantInt *CC = dyn_cast<ConstantInt>(C);
147
148   if (!CB || !CC) {
149     return false;
150   }
151
152   const APInt &BVal = CB->getValue();
153   const APInt &CVal = CC->getValue();
154   bool Overflow = false;
155
156   if (Opcode == Instruction::Add) {
157     BVal.sadd_ov(CVal, Overflow);
158   } else {
159     BVal.ssub_ov(CVal, Overflow);
160   }
161
162   return !Overflow;
163 }
164
165 /// SimplifyAssociativeOrCommutative - This performs a few simplifications for
166 /// operators which are associative or commutative:
167 //
168 //  Commutative operators:
169 //
170 //  1. Order operands such that they are listed from right (least complex) to
171 //     left (most complex).  This puts constants before unary operators before
172 //     binary operators.
173 //
174 //  Associative operators:
175 //
176 //  2. Transform: "(A op B) op C" ==> "A op (B op C)" if "B op C" simplifies.
177 //  3. Transform: "A op (B op C)" ==> "(A op B) op C" if "A op B" simplifies.
178 //
179 //  Associative and commutative operators:
180 //
181 //  4. Transform: "(A op B) op C" ==> "(C op A) op B" if "C op A" simplifies.
182 //  5. Transform: "A op (B op C)" ==> "B op (C op A)" if "C op A" simplifies.
183 //  6. Transform: "(A op C1) op (B op C2)" ==> "(A op B) op (C1 op C2)"
184 //     if C1 and C2 are constants.
185 //
186 bool InstCombiner::SimplifyAssociativeOrCommutative(BinaryOperator &I) {
187   Instruction::BinaryOps Opcode = I.getOpcode();
188   bool Changed = false;
189
190   do {
191     // Order operands such that they are listed from right (least complex) to
192     // left (most complex).  This puts constants before unary operators before
193     // binary operators.
194     if (I.isCommutative() && getComplexity(I.getOperand(0)) <
195         getComplexity(I.getOperand(1)))
196       Changed = !I.swapOperands();
197
198     BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(0));
199     BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(1));
200
201     if (I.isAssociative()) {
202       // Transform: "(A op B) op C" ==> "A op (B op C)" if "B op C" simplifies.
203       if (Op0 && Op0->getOpcode() == Opcode) {
204         Value *A = Op0->getOperand(0);
205         Value *B = Op0->getOperand(1);
206         Value *C = I.getOperand(1);
207
208         // Does "B op C" simplify?
209         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, B, C, TD)) {
210           // It simplifies to V.  Form "A op V".
211           I.setOperand(0, A);
212           I.setOperand(1, V);
213           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
214           // preserved by the reassociation.
215           if (MaintainNoSignedWrap(I, B, C) &&
216               (!Op0 || (isa<BinaryOperator>(Op0) && Op0->hasNoSignedWrap()))) {
217             // Note: this is only valid because SimplifyBinOp doesn't look at
218             // the operands to Op0.
219             I.clearSubclassOptionalData();
220             I.setHasNoSignedWrap(true);
221           } else {
222             I.clearSubclassOptionalData();
223           }
224
225           Changed = true;
226           ++NumReassoc;
227           continue;
228         }
229       }
230
231       // Transform: "A op (B op C)" ==> "(A op B) op C" if "A op B" simplifies.
232       if (Op1 && Op1->getOpcode() == Opcode) {
233         Value *A = I.getOperand(0);
234         Value *B = Op1->getOperand(0);
235         Value *C = Op1->getOperand(1);
236
237         // Does "A op B" simplify?
238         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, A, B, TD)) {
239           // It simplifies to V.  Form "V op C".
240           I.setOperand(0, V);
241           I.setOperand(1, C);
242           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
243           // preserved by the reassociation.
244           I.clearSubclassOptionalData();
245           Changed = true;
246           ++NumReassoc;
247           continue;
248         }
249       }
250     }
251
252     if (I.isAssociative() && I.isCommutative()) {
253       // Transform: "(A op B) op C" ==> "(C op A) op B" if "C op A" simplifies.
254       if (Op0 && Op0->getOpcode() == Opcode) {
255         Value *A = Op0->getOperand(0);
256         Value *B = Op0->getOperand(1);
257         Value *C = I.getOperand(1);
258
259         // Does "C op A" simplify?
260         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, C, A, TD)) {
261           // It simplifies to V.  Form "V op B".
262           I.setOperand(0, V);
263           I.setOperand(1, B);
264           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
265           // preserved by the reassociation.
266           I.clearSubclassOptionalData();
267           Changed = true;
268           ++NumReassoc;
269           continue;
270         }
271       }
272
273       // Transform: "A op (B op C)" ==> "B op (C op A)" if "C op A" simplifies.
274       if (Op1 && Op1->getOpcode() == Opcode) {
275         Value *A = I.getOperand(0);
276         Value *B = Op1->getOperand(0);
277         Value *C = Op1->getOperand(1);
278
279         // Does "C op A" simplify?
280         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, C, A, TD)) {
281           // It simplifies to V.  Form "B op V".
282           I.setOperand(0, B);
283           I.setOperand(1, V);
284           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
285           // preserved by the reassociation.
286           I.clearSubclassOptionalData();
287           Changed = true;
288           ++NumReassoc;
289           continue;
290         }
291       }
292
293       // Transform: "(A op C1) op (B op C2)" ==> "(A op B) op (C1 op C2)"
294       // if C1 and C2 are constants.
295       if (Op0 && Op1 &&
296           Op0->getOpcode() == Opcode && Op1->getOpcode() == Opcode &&
297           isa<Constant>(Op0->getOperand(1)) &&
298           isa<Constant>(Op1->getOperand(1)) &&
299           Op0->hasOneUse() && Op1->hasOneUse()) {
300         Value *A = Op0->getOperand(0);
301         Constant *C1 = cast<Constant>(Op0->getOperand(1));
302         Value *B = Op1->getOperand(0);
303         Constant *C2 = cast<Constant>(Op1->getOperand(1));
304
305         Constant *Folded = ConstantExpr::get(Opcode, C1, C2);
306         BinaryOperator *New = BinaryOperator::Create(Opcode, A, B);
307         InsertNewInstWith(New, I);
308         New->takeName(Op1);
309         I.setOperand(0, New);
310         I.setOperand(1, Folded);
311         // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
312         // preserved by the reassociation.
313         I.clearSubclassOptionalData();
314
315         Changed = true;
316         continue;
317       }
318     }
319
320     // No further simplifications.
321     return Changed;
322   } while (1);
323 }
324
325 /// LeftDistributesOverRight - Whether "X LOp (Y ROp Z)" is always equal to
326 /// "(X LOp Y) ROp (X LOp Z)".
327 static bool LeftDistributesOverRight(Instruction::BinaryOps LOp,
328                                      Instruction::BinaryOps ROp) {
329   switch (LOp) {
330   default:
331     return false;
332
333   case Instruction::And:
334     // And distributes over Or and Xor.
335     switch (ROp) {
336     default:
337       return false;
338     case Instruction::Or:
339     case Instruction::Xor:
340       return true;
341     }
342
343   case Instruction::Mul:
344     // Multiplication distributes over addition and subtraction.
345     switch (ROp) {
346     default:
347       return false;
348     case Instruction::Add:
349     case Instruction::Sub:
350       return true;
351     }
352
353   case Instruction::Or:
354     // Or distributes over And.
355     switch (ROp) {
356     default:
357       return false;
358     case Instruction::And:
359       return true;
360     }
361   }
362 }
363
364 /// RightDistributesOverLeft - Whether "(X LOp Y) ROp Z" is always equal to
365 /// "(X ROp Z) LOp (Y ROp Z)".
366 static bool RightDistributesOverLeft(Instruction::BinaryOps LOp,
367                                      Instruction::BinaryOps ROp) {
368   if (Instruction::isCommutative(ROp))
369     return LeftDistributesOverRight(ROp, LOp);
370   // TODO: It would be nice to handle division, aka "(X + Y)/Z = X/Z + Y/Z",
371   // but this requires knowing that the addition does not overflow and other
372   // such subtleties.
373   return false;
374 }
375
376 /// SimplifyUsingDistributiveLaws - This tries to simplify binary operations
377 /// which some other binary operation distributes over either by factorizing
378 /// out common terms (eg "(A*B)+(A*C)" -> "A*(B+C)") or expanding out if this
379 /// results in simplifications (eg: "A & (B | C) -> (A&B) | (A&C)" if this is
380 /// a win).  Returns the simplified value, or null if it didn't simplify.
381 Value *InstCombiner::SimplifyUsingDistributiveLaws(BinaryOperator &I) {
382   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
383   BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(LHS);
384   BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(RHS);
385   Instruction::BinaryOps TopLevelOpcode = I.getOpcode(); // op
386
387   // Factorization.
388   if (Op0 && Op1 && Op0->getOpcode() == Op1->getOpcode()) {
389     // The instruction has the form "(A op' B) op (C op' D)".  Try to factorize
390     // a common term.
391     Value *A = Op0->getOperand(0), *B = Op0->getOperand(1);
392     Value *C = Op1->getOperand(0), *D = Op1->getOperand(1);
393     Instruction::BinaryOps InnerOpcode = Op0->getOpcode(); // op'
394
395     // Does "X op' Y" always equal "Y op' X"?
396     bool InnerCommutative = Instruction::isCommutative(InnerOpcode);
397
398     // Does "X op' (Y op Z)" always equal "(X op' Y) op (X op' Z)"?
399     if (LeftDistributesOverRight(InnerOpcode, TopLevelOpcode))
400       // Does the instruction have the form "(A op' B) op (A op' D)" or, in the
401       // commutative case, "(A op' B) op (C op' A)"?
402       if (A == C || (InnerCommutative && A == D)) {
403         if (A != C)
404           std::swap(C, D);
405         // Consider forming "A op' (B op D)".
406         // If "B op D" simplifies then it can be formed with no cost.
407         Value *V = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, B, D, TD);
408         // If "B op D" doesn't simplify then only go on if both of the existing
409         // operations "A op' B" and "C op' D" will be zapped as no longer used.
410         if (!V && Op0->hasOneUse() && Op1->hasOneUse())
411           V = Builder->CreateBinOp(TopLevelOpcode, B, D, Op1->getName());
412         if (V) {
413           ++NumFactor;
414           V = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, A, V);
415           V->takeName(&I);
416           return V;
417         }
418       }
419
420     // Does "(X op Y) op' Z" always equal "(X op' Z) op (Y op' Z)"?
421     if (RightDistributesOverLeft(TopLevelOpcode, InnerOpcode))
422       // Does the instruction have the form "(A op' B) op (C op' B)" or, in the
423       // commutative case, "(A op' B) op (B op' D)"?
424       if (B == D || (InnerCommutative && B == C)) {
425         if (B != D)
426           std::swap(C, D);
427         // Consider forming "(A op C) op' B".
428         // If "A op C" simplifies then it can be formed with no cost.
429         Value *V = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, TD);
430         // If "A op C" doesn't simplify then only go on if both of the existing
431         // operations "A op' B" and "C op' D" will be zapped as no longer used.
432         if (!V && Op0->hasOneUse() && Op1->hasOneUse())
433           V = Builder->CreateBinOp(TopLevelOpcode, A, C, Op0->getName());
434         if (V) {
435           ++NumFactor;
436           V = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, V, B);
437           V->takeName(&I);
438           return V;
439         }
440       }
441   }
442
443   // Expansion.
444   if (Op0 && RightDistributesOverLeft(Op0->getOpcode(), TopLevelOpcode)) {
445     // The instruction has the form "(A op' B) op C".  See if expanding it out
446     // to "(A op C) op' (B op C)" results in simplifications.
447     Value *A = Op0->getOperand(0), *B = Op0->getOperand(1), *C = RHS;
448     Instruction::BinaryOps InnerOpcode = Op0->getOpcode(); // op'
449
450     // Do "A op C" and "B op C" both simplify?
451     if (Value *L = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, TD))
452       if (Value *R = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, B, C, TD)) {
453         // They do! Return "L op' R".
454         ++NumExpand;
455         // If "L op' R" equals "A op' B" then "L op' R" is just the LHS.
456         if ((L == A && R == B) ||
457             (Instruction::isCommutative(InnerOpcode) && L == B && R == A))
458           return Op0;
459         // Otherwise return "L op' R" if it simplifies.
460         if (Value *V = SimplifyBinOp(InnerOpcode, L, R, TD))
461           return V;
462         // Otherwise, create a new instruction.
463         C = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, L, R);
464         C->takeName(&I);
465         return C;
466       }
467   }
468
469   if (Op1 && LeftDistributesOverRight(TopLevelOpcode, Op1->getOpcode())) {
470     // The instruction has the form "A op (B op' C)".  See if expanding it out
471     // to "(A op B) op' (A op C)" results in simplifications.
472     Value *A = LHS, *B = Op1->getOperand(0), *C = Op1->getOperand(1);
473     Instruction::BinaryOps InnerOpcode = Op1->getOpcode(); // op'
474
475     // Do "A op B" and "A op C" both simplify?
476     if (Value *L = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, B, TD))
477       if (Value *R = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, TD)) {
478         // They do! Return "L op' R".
479         ++NumExpand;
480         // If "L op' R" equals "B op' C" then "L op' R" is just the RHS.
481         if ((L == B && R == C) ||
482             (Instruction::isCommutative(InnerOpcode) && L == C && R == B))
483           return Op1;
484         // Otherwise return "L op' R" if it simplifies.
485         if (Value *V = SimplifyBinOp(InnerOpcode, L, R, TD))
486           return V;
487         // Otherwise, create a new instruction.
488         A = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, L, R);
489         A->takeName(&I);
490         return A;
491       }
492   }
493
494   return 0;
495 }
496
497 // dyn_castNegVal - Given a 'sub' instruction, return the RHS of the instruction
498 // if the LHS is a constant zero (which is the 'negate' form).
499 //
500 Value *InstCombiner::dyn_castNegVal(Value *V) const {
501   if (BinaryOperator::isNeg(V))
502     return BinaryOperator::getNegArgument(V);
503
504   // Constants can be considered to be negated values if they can be folded.
505   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(V))
506     return ConstantExpr::getNeg(C);
507
508   if (ConstantDataVector *C = dyn_cast<ConstantDataVector>(V))
509     if (C->getType()->getElementType()->isIntegerTy())
510       return ConstantExpr::getNeg(C);
511
512   return 0;
513 }
514
515 // dyn_castFNegVal - Given a 'fsub' instruction, return the RHS of the
516 // instruction if the LHS is a constant negative zero (which is the 'negate'
517 // form).
518 //
519 Value *InstCombiner::dyn_castFNegVal(Value *V, bool IgnoreZeroSign) const {
520   if (BinaryOperator::isFNeg(V, IgnoreZeroSign))
521     return BinaryOperator::getFNegArgument(V);
522
523   // Constants can be considered to be negated values if they can be folded.
524   if (ConstantFP *C = dyn_cast<ConstantFP>(V))
525     return ConstantExpr::getFNeg(C);
526
527   if (ConstantDataVector *C = dyn_cast<ConstantDataVector>(V))
528     if (C->getType()->getElementType()->isFloatingPointTy())
529       return ConstantExpr::getFNeg(C);
530
531   return 0;
532 }
533
534 static Value *FoldOperationIntoSelectOperand(Instruction &I, Value *SO,
535                                              InstCombiner *IC) {
536   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(&I)) {
537     return IC->Builder->CreateCast(CI->getOpcode(), SO, I.getType());
538   }
539
540   // Figure out if the constant is the left or the right argument.
541   bool ConstIsRHS = isa<Constant>(I.getOperand(1));
542   Constant *ConstOperand = cast<Constant>(I.getOperand(ConstIsRHS));
543
544   if (Constant *SOC = dyn_cast<Constant>(SO)) {
545     if (ConstIsRHS)
546       return ConstantExpr::get(I.getOpcode(), SOC, ConstOperand);
547     return ConstantExpr::get(I.getOpcode(), ConstOperand, SOC);
548   }
549
550   Value *Op0 = SO, *Op1 = ConstOperand;
551   if (!ConstIsRHS)
552     std::swap(Op0, Op1);
553
554   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(&I))
555     return IC->Builder->CreateBinOp(BO->getOpcode(), Op0, Op1,
556                                     SO->getName()+".op");
557   if (ICmpInst *CI = dyn_cast<ICmpInst>(&I))
558     return IC->Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), Op0, Op1,
559                                    SO->getName()+".cmp");
560   if (FCmpInst *CI = dyn_cast<FCmpInst>(&I))
561     return IC->Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), Op0, Op1,
562                                    SO->getName()+".cmp");
563   llvm_unreachable("Unknown binary instruction type!");
564 }
565
566 // FoldOpIntoSelect - Given an instruction with a select as one operand and a
567 // constant as the other operand, try to fold the binary operator into the
568 // select arguments.  This also works for Cast instructions, which obviously do
569 // not have a second operand.
570 Instruction *InstCombiner::FoldOpIntoSelect(Instruction &Op, SelectInst *SI) {
571   // Don't modify shared select instructions
572   if (!SI->hasOneUse()) return 0;
573   Value *TV = SI->getOperand(1);
574   Value *FV = SI->getOperand(2);
575
576   if (isa<Constant>(TV) || isa<Constant>(FV)) {
577     // Bool selects with constant operands can be folded to logical ops.
578     if (SI->getType()->isIntegerTy(1)) return 0;
579
580     // If it's a bitcast involving vectors, make sure it has the same number of
581     // elements on both sides.
582     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(&Op)) {
583       VectorType *DestTy = dyn_cast<VectorType>(BC->getDestTy());
584       VectorType *SrcTy = dyn_cast<VectorType>(BC->getSrcTy());
585
586       // Verify that either both or neither are vectors.
587       if ((SrcTy == NULL) != (DestTy == NULL)) return 0;
588       // If vectors, verify that they have the same number of elements.
589       if (SrcTy && SrcTy->getNumElements() != DestTy->getNumElements())
590         return 0;
591     }
592
593     Value *SelectTrueVal = FoldOperationIntoSelectOperand(Op, TV, this);
594     Value *SelectFalseVal = FoldOperationIntoSelectOperand(Op, FV, this);
595
596     return SelectInst::Create(SI->getCondition(),
597                               SelectTrueVal, SelectFalseVal);
598   }
599   return 0;
600 }
601
602
603 /// FoldOpIntoPhi - Given a binary operator, cast instruction, or select which
604 /// has a PHI node as operand #0, see if we can fold the instruction into the
605 /// PHI (which is only possible if all operands to the PHI are constants).
606 ///
607 Instruction *InstCombiner::FoldOpIntoPhi(Instruction &I) {
608   PHINode *PN = cast<PHINode>(I.getOperand(0));
609   unsigned NumPHIValues = PN->getNumIncomingValues();
610   if (NumPHIValues == 0)
611     return 0;
612
613   // We normally only transform phis with a single use.  However, if a PHI has
614   // multiple uses and they are all the same operation, we can fold *all* of the
615   // uses into the PHI.
616   if (!PN->hasOneUse()) {
617     // Walk the use list for the instruction, comparing them to I.
618     for (Value::use_iterator UI = PN->use_begin(), E = PN->use_end();
619          UI != E; ++UI) {
620       Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
621       if (User != &I && !I.isIdenticalTo(User))
622         return 0;
623     }
624     // Otherwise, we can replace *all* users with the new PHI we form.
625   }
626
627   // Check to see if all of the operands of the PHI are simple constants
628   // (constantint/constantfp/undef).  If there is one non-constant value,
629   // remember the BB it is in.  If there is more than one or if *it* is a PHI,
630   // bail out.  We don't do arbitrary constant expressions here because moving
631   // their computation can be expensive without a cost model.
632   BasicBlock *NonConstBB = 0;
633   for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
634     Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
635     if (isa<Constant>(InVal) && !isa<ConstantExpr>(InVal))
636       continue;
637
638     if (isa<PHINode>(InVal)) return 0;  // Itself a phi.
639     if (NonConstBB) return 0;  // More than one non-const value.
640
641     NonConstBB = PN->getIncomingBlock(i);
642
643     // If the InVal is an invoke at the end of the pred block, then we can't
644     // insert a computation after it without breaking the edge.
645     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(InVal))
646       if (II->getParent() == NonConstBB)
647         return 0;
648
649     // If the incoming non-constant value is in I's block, we will remove one
650     // instruction, but insert another equivalent one, leading to infinite
651     // instcombine.
652     if (NonConstBB == I.getParent())
653       return 0;
654   }
655
656   // If there is exactly one non-constant value, we can insert a copy of the
657   // operation in that block.  However, if this is a critical edge, we would be
658   // inserting the computation one some other paths (e.g. inside a loop).  Only
659   // do this if the pred block is unconditionally branching into the phi block.
660   if (NonConstBB != 0) {
661     BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(NonConstBB->getTerminator());
662     if (!BI || !BI->isUnconditional()) return 0;
663   }
664
665   // Okay, we can do the transformation: create the new PHI node.
666   PHINode *NewPN = PHINode::Create(I.getType(), PN->getNumIncomingValues());
667   InsertNewInstBefore(NewPN, *PN);
668   NewPN->takeName(PN);
669
670   // If we are going to have to insert a new computation, do so right before the
671   // predecessors terminator.
672   if (NonConstBB)
673     Builder->SetInsertPoint(NonConstBB->getTerminator());
674
675   // Next, add all of the operands to the PHI.
676   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(&I)) {
677     // We only currently try to fold the condition of a select when it is a phi,
678     // not the true/false values.
679     Value *TrueV = SI->getTrueValue();
680     Value *FalseV = SI->getFalseValue();
681     BasicBlock *PhiTransBB = PN->getParent();
682     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
683       BasicBlock *ThisBB = PN->getIncomingBlock(i);
684       Value *TrueVInPred = TrueV->DoPHITranslation(PhiTransBB, ThisBB);
685       Value *FalseVInPred = FalseV->DoPHITranslation(PhiTransBB, ThisBB);
686       Value *InV = 0;
687       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
688         InV = InC->isNullValue() ? FalseVInPred : TrueVInPred;
689       else
690         InV = Builder->CreateSelect(PN->getIncomingValue(i),
691                                     TrueVInPred, FalseVInPred, "phitmp");
692       NewPN->addIncoming(InV, ThisBB);
693     }
694   } else if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(&I)) {
695     Constant *C = cast<Constant>(I.getOperand(1));
696     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
697       Value *InV = 0;
698       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
699         InV = ConstantExpr::getCompare(CI->getPredicate(), InC, C);
700       else if (isa<ICmpInst>(CI))
701         InV = Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), PN->getIncomingValue(i),
702                                   C, "phitmp");
703       else
704         InV = Builder->CreateFCmp(CI->getPredicate(), PN->getIncomingValue(i),
705                                   C, "phitmp");
706       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
707     }
708   } else if (I.getNumOperands() == 2) {
709     Constant *C = cast<Constant>(I.getOperand(1));
710     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
711       Value *InV = 0;
712       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
713         InV = ConstantExpr::get(I.getOpcode(), InC, C);
714       else
715         InV = Builder->CreateBinOp(cast<BinaryOperator>(I).getOpcode(),
716                                    PN->getIncomingValue(i), C, "phitmp");
717       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
718     }
719   } else {
720     CastInst *CI = cast<CastInst>(&I);
721     Type *RetTy = CI->getType();
722     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
723       Value *InV;
724       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
725         InV = ConstantExpr::getCast(CI->getOpcode(), InC, RetTy);
726       else
727         InV = Builder->CreateCast(CI->getOpcode(),
728                                 PN->getIncomingValue(i), I.getType(), "phitmp");
729       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
730     }
731   }
732
733   for (Value::use_iterator UI = PN->use_begin(), E = PN->use_end();
734        UI != E; ) {
735     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
736     if (User == &I) continue;
737     ReplaceInstUsesWith(*User, NewPN);
738     EraseInstFromFunction(*User);
739   }
740   return ReplaceInstUsesWith(I, NewPN);
741 }
742
743 /// FindElementAtOffset - Given a type and a constant offset, determine whether
744 /// or not there is a sequence of GEP indices into the type that will land us at
745 /// the specified offset.  If so, fill them into NewIndices and return the
746 /// resultant element type, otherwise return null.
747 Type *InstCombiner::FindElementAtOffset(Type *Ty, int64_t Offset,
748                                           SmallVectorImpl<Value*> &NewIndices) {
749   if (!TD) return 0;
750   if (!Ty->isSized()) return 0;
751
752   // Start with the index over the outer type.  Note that the type size
753   // might be zero (even if the offset isn't zero) if the indexed type
754   // is something like [0 x {int, int}]
755   Type *IntPtrTy = TD->getIntPtrType(Ty->getContext());
756   int64_t FirstIdx = 0;
757   if (int64_t TySize = TD->getTypeAllocSize(Ty)) {
758     FirstIdx = Offset/TySize;
759     Offset -= FirstIdx*TySize;
760
761     assert(Offset >= 0 && "Offset should never be negative!");
762     assert((uint64_t)Offset < (uint64_t)TySize && "Out of range offset");
763   }
764
765   NewIndices.push_back(ConstantInt::get(IntPtrTy, FirstIdx));
766
767   // Index into the types.  If we fail, set OrigBase to null.
768   while (Offset) {
769     // Indexing into tail padding between struct/array elements.
770     if (uint64_t(Offset*8) >= TD->getTypeSizeInBits(Ty))
771       return 0;
772
773     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
774       const StructLayout *SL = TD->getStructLayout(STy);
775       assert(Offset < (int64_t)SL->getSizeInBytes() &&
776              "Offset must stay within the indexed type");
777
778       unsigned Elt = SL->getElementContainingOffset(Offset);
779       NewIndices.push_back(ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Ty->getContext()),
780                                             Elt));
781
782       Offset -= SL->getElementOffset(Elt);
783       Ty = STy->getElementType(Elt);
784     } else if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
785       uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSize(AT->getElementType());
786       assert(EltSize && "Cannot index into a zero-sized array");
787       NewIndices.push_back(ConstantInt::get(IntPtrTy,Offset/EltSize));
788       Offset %= EltSize;
789       Ty = AT->getElementType();
790     } else {
791       // Otherwise, we can't index into the middle of this atomic type, bail.
792       return 0;
793     }
794   }
795
796   return Ty;
797 }
798
799 static bool shouldMergeGEPs(GEPOperator &GEP, GEPOperator &Src) {
800   // If this GEP has only 0 indices, it is the same pointer as
801   // Src. If Src is not a trivial GEP too, don't combine
802   // the indices.
803   if (GEP.hasAllZeroIndices() && !Src.hasAllZeroIndices() &&
804       !Src.hasOneUse())
805     return false;
806   return true;
807 }
808
809 /// Descale - Return a value X such that Val = X * Scale, or null if none.  If
810 /// the multiplication is known not to overflow then NoSignedWrap is set.
811 Value *InstCombiner::Descale(Value *Val, APInt Scale, bool &NoSignedWrap) {
812   assert(isa<IntegerType>(Val->getType()) && "Can only descale integers!");
813   assert(cast<IntegerType>(Val->getType())->getBitWidth() ==
814          Scale.getBitWidth() && "Scale not compatible with value!");
815
816   // If Val is zero or Scale is one then Val = Val * Scale.
817   if (match(Val, m_Zero()) || Scale == 1) {
818     NoSignedWrap = true;
819     return Val;
820   }
821
822   // If Scale is zero then it does not divide Val.
823   if (Scale.isMinValue())
824     return 0;
825
826   // Look through chains of multiplications, searching for a constant that is
827   // divisible by Scale.  For example, descaling X*(Y*(Z*4)) by a factor of 4
828   // will find the constant factor 4 and produce X*(Y*Z).  Descaling X*(Y*8) by
829   // a factor of 4 will produce X*(Y*2).  The principle of operation is to bore
830   // down from Val:
831   //
832   //     Val = M1 * X          ||   Analysis starts here and works down
833   //      M1 = M2 * Y          ||   Doesn't descend into terms with more
834   //      M2 =  Z * 4          \/   than one use
835   //
836   // Then to modify a term at the bottom:
837   //
838   //     Val = M1 * X
839   //      M1 =  Z * Y          ||   Replaced M2 with Z
840   //
841   // Then to work back up correcting nsw flags.
842
843   // Op - the term we are currently analyzing.  Starts at Val then drills down.
844   // Replaced with its descaled value before exiting from the drill down loop.
845   Value *Op = Val;
846
847   // Parent - initially null, but after drilling down notes where Op came from.
848   // In the example above, Parent is (Val, 0) when Op is M1, because M1 is the
849   // 0'th operand of Val.
850   std::pair<Instruction*, unsigned> Parent;
851
852   // RequireNoSignedWrap - Set if the transform requires a descaling at deeper
853   // levels that doesn't overflow.
854   bool RequireNoSignedWrap = false;
855
856   // logScale - log base 2 of the scale.  Negative if not a power of 2.
857   int32_t logScale = Scale.exactLogBase2();
858
859   for (;; Op = Parent.first->getOperand(Parent.second)) { // Drill down
860
861     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op)) {
862       // If Op is a constant divisible by Scale then descale to the quotient.
863       APInt Quotient(Scale), Remainder(Scale); // Init ensures right bitwidth.
864       APInt::sdivrem(CI->getValue(), Scale, Quotient, Remainder);
865       if (!Remainder.isMinValue())
866         // Not divisible by Scale.
867         return 0;
868       // Replace with the quotient in the parent.
869       Op = ConstantInt::get(CI->getType(), Quotient);
870       NoSignedWrap = true;
871       break;
872     }
873
874     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Op)) {
875
876       if (BO->getOpcode() == Instruction::Mul) {
877         // Multiplication.
878         NoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
879         if (RequireNoSignedWrap && !NoSignedWrap)
880           return 0;
881
882         // There are three cases for multiplication: multiplication by exactly
883         // the scale, multiplication by a constant different to the scale, and
884         // multiplication by something else.
885         Value *LHS = BO->getOperand(0);
886         Value *RHS = BO->getOperand(1);
887
888         if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(RHS)) {
889           // Multiplication by a constant.
890           if (CI->getValue() == Scale) {
891             // Multiplication by exactly the scale, replace the multiplication
892             // by its left-hand side in the parent.
893             Op = LHS;
894             break;
895           }
896
897           // Otherwise drill down into the constant.
898           if (!Op->hasOneUse())
899             return 0;
900
901           Parent = std::make_pair(BO, 1);
902           continue;
903         }
904
905         // Multiplication by something else. Drill down into the left-hand side
906         // since that's where the reassociate pass puts the good stuff.
907         if (!Op->hasOneUse())
908           return 0;
909
910         Parent = std::make_pair(BO, 0);
911         continue;
912       }
913
914       if (logScale > 0 && BO->getOpcode() == Instruction::Shl &&
915           isa<ConstantInt>(BO->getOperand(1))) {
916         // Multiplication by a power of 2.
917         NoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
918         if (RequireNoSignedWrap && !NoSignedWrap)
919           return 0;
920
921         Value *LHS = BO->getOperand(0);
922         int32_t Amt = cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1))->
923           getLimitedValue(Scale.getBitWidth());
924         // Op = LHS << Amt.
925
926         if (Amt == logScale) {
927           // Multiplication by exactly the scale, replace the multiplication
928           // by its left-hand side in the parent.
929           Op = LHS;
930           break;
931         }
932         if (Amt < logScale || !Op->hasOneUse())
933           return 0;
934
935         // Multiplication by more than the scale.  Reduce the multiplying amount
936         // by the scale in the parent.
937         Parent = std::make_pair(BO, 1);
938         Op = ConstantInt::get(BO->getType(), Amt - logScale);
939         break;
940       }
941     }
942
943     if (!Op->hasOneUse())
944       return 0;
945
946     if (CastInst *Cast = dyn_cast<CastInst>(Op)) {
947       if (Cast->getOpcode() == Instruction::SExt) {
948         // Op is sign-extended from a smaller type, descale in the smaller type.
949         unsigned SmallSize = Cast->getSrcTy()->getPrimitiveSizeInBits();
950         APInt SmallScale = Scale.trunc(SmallSize);
951         // Suppose Op = sext X, and we descale X as Y * SmallScale.  We want to
952         // descale Op as (sext Y) * Scale.  In order to have
953         //   sext (Y * SmallScale) = (sext Y) * Scale
954         // some conditions need to hold however: SmallScale must sign-extend to
955         // Scale and the multiplication Y * SmallScale should not overflow.
956         if (SmallScale.sext(Scale.getBitWidth()) != Scale)
957           // SmallScale does not sign-extend to Scale.
958           return 0;
959         assert(SmallScale.exactLogBase2() == logScale);
960         // Require that Y * SmallScale must not overflow.
961         RequireNoSignedWrap = true;
962
963         // Drill down through the cast.
964         Parent = std::make_pair(Cast, 0);
965         Scale = SmallScale;
966         continue;
967       }
968
969       if (Cast->getOpcode() == Instruction::Trunc) {
970         // Op is truncated from a larger type, descale in the larger type.
971         // Suppose Op = trunc X, and we descale X as Y * sext Scale.  Then
972         //   trunc (Y * sext Scale) = (trunc Y) * Scale
973         // always holds.  However (trunc Y) * Scale may overflow even if
974         // trunc (Y * sext Scale) does not, so nsw flags need to be cleared
975         // from this point up in the expression (see later).
976         if (RequireNoSignedWrap)
977           return 0;
978
979         // Drill down through the cast.
980         unsigned LargeSize = Cast->getSrcTy()->getPrimitiveSizeInBits();
981         Parent = std::make_pair(Cast, 0);
982         Scale = Scale.sext(LargeSize);
983         if (logScale + 1 == (int32_t)Cast->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
984           logScale = -1;
985         assert(Scale.exactLogBase2() == logScale);
986         continue;
987       }
988     }
989
990     // Unsupported expression, bail out.
991     return 0;
992   }
993
994   // We know that we can successfully descale, so from here on we can safely
995   // modify the IR.  Op holds the descaled version of the deepest term in the
996   // expression.  NoSignedWrap is 'true' if multiplying Op by Scale is known
997   // not to overflow.
998
999   if (!Parent.first)
1000     // The expression only had one term.
1001     return Op;
1002
1003   // Rewrite the parent using the descaled version of its operand.
1004   assert(Parent.first->hasOneUse() && "Drilled down when more than one use!");
1005   assert(Op != Parent.first->getOperand(Parent.second) &&
1006          "Descaling was a no-op?");
1007   Parent.first->setOperand(Parent.second, Op);
1008   Worklist.Add(Parent.first);
1009
1010   // Now work back up the expression correcting nsw flags.  The logic is based
1011   // on the following observation: if X * Y is known not to overflow as a signed
1012   // multiplication, and Y is replaced by a value Z with smaller absolute value,
1013   // then X * Z will not overflow as a signed multiplication either.  As we work
1014   // our way up, having NoSignedWrap 'true' means that the descaled value at the
1015   // current level has strictly smaller absolute value than the original.
1016   Instruction *Ancestor = Parent.first;
1017   do {
1018     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Ancestor)) {
1019       // If the multiplication wasn't nsw then we can't say anything about the
1020       // value of the descaled multiplication, and we have to clear nsw flags
1021       // from this point on up.
1022       bool OpNoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
1023       NoSignedWrap &= OpNoSignedWrap;
1024       if (NoSignedWrap != OpNoSignedWrap) {
1025         BO->setHasNoSignedWrap(NoSignedWrap);
1026         Worklist.Add(Ancestor);
1027       }
1028     } else if (Ancestor->getOpcode() == Instruction::Trunc) {
1029       // The fact that the descaled input to the trunc has smaller absolute
1030       // value than the original input doesn't tell us anything useful about
1031       // the absolute values of the truncations.
1032       NoSignedWrap = false;
1033     }
1034     assert((Ancestor->getOpcode() != Instruction::SExt || NoSignedWrap) &&
1035            "Failed to keep proper track of nsw flags while drilling down?");
1036
1037     if (Ancestor == Val)
1038       // Got to the top, all done!
1039       return Val;
1040
1041     // Move up one level in the expression.
1042     assert(Ancestor->hasOneUse() && "Drilled down when more than one use!");
1043     Ancestor = Ancestor->use_back();
1044   } while (1);
1045 }
1046
1047 Instruction *InstCombiner::visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEP) {
1048   SmallVector<Value*, 8> Ops(GEP.op_begin(), GEP.op_end());
1049
1050   if (Value *V = SimplifyGEPInst(Ops, TD))
1051     return ReplaceInstUsesWith(GEP, V);
1052
1053   Value *PtrOp = GEP.getOperand(0);
1054
1055   // Eliminate unneeded casts for indices, and replace indices which displace
1056   // by multiples of a zero size type with zero.
1057   if (TD) {
1058     bool MadeChange = false;
1059     Type *IntPtrTy = TD->getIntPtrType(GEP.getPointerOperandType());
1060
1061     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
1062     for (User::op_iterator I = GEP.op_begin() + 1, E = GEP.op_end();
1063          I != E; ++I, ++GTI) {
1064       // Skip indices into struct types.
1065       SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(*GTI);
1066       if (!SeqTy) continue;
1067
1068       // If the element type has zero size then any index over it is equivalent
1069       // to an index of zero, so replace it with zero if it is not zero already.
1070       if (SeqTy->getElementType()->isSized() &&
1071           TD->getTypeAllocSize(SeqTy->getElementType()) == 0)
1072         if (!isa<Constant>(*I) || !cast<Constant>(*I)->isNullValue()) {
1073           *I = Constant::getNullValue(IntPtrTy);
1074           MadeChange = true;
1075         }
1076
1077       Type *IndexTy = (*I)->getType();
1078       if (IndexTy != IntPtrTy) {
1079         // If we are using a wider index than needed for this platform, shrink
1080         // it to what we need.  If narrower, sign-extend it to what we need.
1081         // This explicit cast can make subsequent optimizations more obvious.
1082         *I = Builder->CreateIntCast(*I, IntPtrTy, true);
1083         MadeChange = true;
1084       }
1085     }
1086     if (MadeChange) return &GEP;
1087   }
1088
1089   // Combine Indices - If the source pointer to this getelementptr instruction
1090   // is a getelementptr instruction, combine the indices of the two
1091   // getelementptr instructions into a single instruction.
1092   //
1093   if (GEPOperator *Src = dyn_cast<GEPOperator>(PtrOp)) {
1094     if (!shouldMergeGEPs(*cast<GEPOperator>(&GEP), *Src))
1095       return 0;
1096
1097     // Note that if our source is a gep chain itself then we wait for that
1098     // chain to be resolved before we perform this transformation.  This
1099     // avoids us creating a TON of code in some cases.
1100     if (GEPOperator *SrcGEP =
1101           dyn_cast<GEPOperator>(Src->getOperand(0)))
1102       if (SrcGEP->getNumOperands() == 2 && shouldMergeGEPs(*Src, *SrcGEP))
1103         return 0;   // Wait until our source is folded to completion.
1104
1105     SmallVector<Value*, 8> Indices;
1106
1107     // Find out whether the last index in the source GEP is a sequential idx.
1108     bool EndsWithSequential = false;
1109     for (gep_type_iterator I = gep_type_begin(*Src), E = gep_type_end(*Src);
1110          I != E; ++I)
1111       EndsWithSequential = !(*I)->isStructTy();
1112
1113     // Can we combine the two pointer arithmetics offsets?
1114     if (EndsWithSequential) {
1115       // Replace: gep (gep %P, long B), long A, ...
1116       // With:    T = long A+B; gep %P, T, ...
1117       //
1118       Value *Sum;
1119       Value *SO1 = Src->getOperand(Src->getNumOperands()-1);
1120       Value *GO1 = GEP.getOperand(1);
1121       if (SO1 == Constant::getNullValue(SO1->getType())) {
1122         Sum = GO1;
1123       } else if (GO1 == Constant::getNullValue(GO1->getType())) {
1124         Sum = SO1;
1125       } else {
1126         // If they aren't the same type, then the input hasn't been processed
1127         // by the loop above yet (which canonicalizes sequential index types to
1128         // intptr_t).  Just avoid transforming this until the input has been
1129         // normalized.
1130         if (SO1->getType() != GO1->getType())
1131           return 0;
1132         Sum = Builder->CreateAdd(SO1, GO1, PtrOp->getName()+".sum");
1133       }
1134
1135       // Update the GEP in place if possible.
1136       if (Src->getNumOperands() == 2) {
1137         GEP.setOperand(0, Src->getOperand(0));
1138         GEP.setOperand(1, Sum);
1139         return &GEP;
1140       }
1141       Indices.append(Src->op_begin()+1, Src->op_end()-1);
1142       Indices.push_back(Sum);
1143       Indices.append(GEP.op_begin()+2, GEP.op_end());
1144     } else if (isa<Constant>(*GEP.idx_begin()) &&
1145                cast<Constant>(*GEP.idx_begin())->isNullValue() &&
1146                Src->getNumOperands() != 1) {
1147       // Otherwise we can do the fold if the first index of the GEP is a zero
1148       Indices.append(Src->op_begin()+1, Src->op_end());
1149       Indices.append(GEP.idx_begin()+1, GEP.idx_end());
1150     }
1151
1152     if (!Indices.empty())
1153       return (GEP.isInBounds() && Src->isInBounds()) ?
1154         GetElementPtrInst::CreateInBounds(Src->getOperand(0), Indices,
1155                                           GEP.getName()) :
1156         GetElementPtrInst::Create(Src->getOperand(0), Indices, GEP.getName());
1157   }
1158
1159   // Handle gep(bitcast x) and gep(gep x, 0, 0, 0).
1160   Value *StrippedPtr = PtrOp->stripPointerCasts();
1161   PointerType *StrippedPtrTy = dyn_cast<PointerType>(StrippedPtr->getType());
1162
1163   // We do not handle pointer-vector geps here.
1164   if (!StrippedPtrTy)
1165     return 0;
1166
1167   if (StrippedPtr != PtrOp &&
1168     StrippedPtrTy->getAddressSpace() == GEP.getPointerAddressSpace()) {
1169
1170     bool HasZeroPointerIndex = false;
1171     if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(GEP.getOperand(1)))
1172       HasZeroPointerIndex = C->isZero();
1173
1174     // Transform: GEP (bitcast [10 x i8]* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1175     // into     : GEP [10 x i8]* X, i32 0, ...
1176     //
1177     // Likewise, transform: GEP (bitcast i8* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1178     //           into     : GEP i8* X, ...
1179     //
1180     // This occurs when the program declares an array extern like "int X[];"
1181     if (HasZeroPointerIndex) {
1182       PointerType *CPTy = cast<PointerType>(PtrOp->getType());
1183       if (ArrayType *CATy =
1184           dyn_cast<ArrayType>(CPTy->getElementType())) {
1185         // GEP (bitcast i8* X to [0 x i8]*), i32 0, ... ?
1186         if (CATy->getElementType() == StrippedPtrTy->getElementType()) {
1187           // -> GEP i8* X, ...
1188           SmallVector<Value*, 8> Idx(GEP.idx_begin()+1, GEP.idx_end());
1189           GetElementPtrInst *Res =
1190             GetElementPtrInst::Create(StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
1191           Res->setIsInBounds(GEP.isInBounds());
1192           return Res;
1193         }
1194
1195         if (ArrayType *XATy =
1196               dyn_cast<ArrayType>(StrippedPtrTy->getElementType())){
1197           // GEP (bitcast [10 x i8]* X to [0 x i8]*), i32 0, ... ?
1198           if (CATy->getElementType() == XATy->getElementType()) {
1199             // -> GEP [10 x i8]* X, i32 0, ...
1200             // At this point, we know that the cast source type is a pointer
1201             // to an array of the same type as the destination pointer
1202             // array.  Because the array type is never stepped over (there
1203             // is a leading zero) we can fold the cast into this GEP.
1204             GEP.setOperand(0, StrippedPtr);
1205             return &GEP;
1206           }
1207         }
1208       }
1209     } else if (GEP.getNumOperands() == 2) {
1210       // Transform things like:
1211       // %t = getelementptr i32* bitcast ([2 x i32]* %str to i32*), i32 %V
1212       // into:  %t1 = getelementptr [2 x i32]* %str, i32 0, i32 %V; bitcast
1213       Type *SrcElTy = StrippedPtrTy->getElementType();
1214       Type *ResElTy=cast<PointerType>(PtrOp->getType())->getElementType();
1215       if (TD && SrcElTy->isArrayTy() &&
1216           TD->getTypeAllocSize(cast<ArrayType>(SrcElTy)->getElementType()) ==
1217           TD->getTypeAllocSize(ResElTy)) {
1218         Value *Idx[2];
1219         Idx[0] = Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(GEP.getContext()));
1220         Idx[1] = GEP.getOperand(1);
1221         Value *NewGEP = GEP.isInBounds() ?
1222           Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, Idx, GEP.getName()) :
1223           Builder->CreateGEP(StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
1224         // V and GEP are both pointer types --> BitCast
1225         return new BitCastInst(NewGEP, GEP.getType());
1226       }
1227
1228       // Transform things like:
1229       // %V = mul i64 %N, 4
1230       // %t = getelementptr i8* bitcast (i32* %arr to i8*), i32 %V
1231       // into:  %t1 = getelementptr i32* %arr, i32 %N; bitcast
1232       if (TD && ResElTy->isSized() && SrcElTy->isSized()) {
1233         // Check that changing the type amounts to dividing the index by a scale
1234         // factor.
1235         uint64_t ResSize = TD->getTypeAllocSize(ResElTy);
1236         uint64_t SrcSize = TD->getTypeAllocSize(SrcElTy);
1237         if (ResSize && SrcSize % ResSize == 0) {
1238           Value *Idx = GEP.getOperand(1);
1239           unsigned BitWidth = Idx->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
1240           uint64_t Scale = SrcSize / ResSize;
1241
1242           // Earlier transforms ensure that the index has type IntPtrType, which
1243           // considerably simplifies the logic by eliminating implicit casts.
1244           assert(Idx->getType() == TD->getIntPtrType(GEP.getContext()) &&
1245                  "Index not cast to pointer width?");
1246
1247           bool NSW;
1248           if (Value *NewIdx = Descale(Idx, APInt(BitWidth, Scale), NSW)) {
1249             // Successfully decomposed Idx as NewIdx * Scale, form a new GEP.
1250             // If the multiplication NewIdx * Scale may overflow then the new
1251             // GEP may not be "inbounds".
1252             Value *NewGEP = GEP.isInBounds() && NSW ?
1253               Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, NewIdx, GEP.getName()) :
1254               Builder->CreateGEP(StrippedPtr, NewIdx, GEP.getName());
1255             // The NewGEP must be pointer typed, so must the old one -> BitCast
1256             return new BitCastInst(NewGEP, GEP.getType());
1257           }
1258         }
1259       }
1260
1261       // Similarly, transform things like:
1262       // getelementptr i8* bitcast ([100 x double]* X to i8*), i32 %tmp
1263       //   (where tmp = 8*tmp2) into:
1264       // getelementptr [100 x double]* %arr, i32 0, i32 %tmp2; bitcast
1265       if (TD && ResElTy->isSized() && SrcElTy->isSized() &&
1266           SrcElTy->isArrayTy()) {
1267         // Check that changing to the array element type amounts to dividing the
1268         // index by a scale factor.
1269         uint64_t ResSize = TD->getTypeAllocSize(ResElTy);
1270         uint64_t ArrayEltSize =
1271           TD->getTypeAllocSize(cast<ArrayType>(SrcElTy)->getElementType());
1272         if (ResSize && ArrayEltSize % ResSize == 0) {
1273           Value *Idx = GEP.getOperand(1);
1274           unsigned BitWidth = Idx->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
1275           uint64_t Scale = ArrayEltSize / ResSize;
1276
1277           // Earlier transforms ensure that the index has type IntPtrType, which
1278           // considerably simplifies the logic by eliminating implicit casts.
1279           assert(Idx->getType() == TD->getIntPtrType(GEP.getContext()) &&
1280                  "Index not cast to pointer width?");
1281
1282           bool NSW;
1283           if (Value *NewIdx = Descale(Idx, APInt(BitWidth, Scale), NSW)) {
1284             // Successfully decomposed Idx as NewIdx * Scale, form a new GEP.
1285             // If the multiplication NewIdx * Scale may overflow then the new
1286             // GEP may not be "inbounds".
1287             Value *Off[2];
1288             Off[0] = Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(GEP.getContext()));
1289             Off[1] = NewIdx;
1290             Value *NewGEP = GEP.isInBounds() && NSW ?
1291               Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, Off, GEP.getName()) :
1292               Builder->CreateGEP(StrippedPtr, Off, GEP.getName());
1293             // The NewGEP must be pointer typed, so must the old one -> BitCast
1294             return new BitCastInst(NewGEP, GEP.getType());
1295           }
1296         }
1297       }
1298     }
1299   }
1300
1301   /// See if we can simplify:
1302   ///   X = bitcast A* to B*
1303   ///   Y = gep X, <...constant indices...>
1304   /// into a gep of the original struct.  This is important for SROA and alias
1305   /// analysis of unions.  If "A" is also a bitcast, wait for A/X to be merged.
1306   if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(PtrOp)) {
1307     APInt Offset(TD ? TD->getPointerSizeInBits() : 1, 0);
1308     if (TD &&
1309         !isa<BitCastInst>(BCI->getOperand(0)) &&
1310         GEP.accumulateConstantOffset(*TD, Offset) &&
1311         StrippedPtrTy->getAddressSpace() == GEP.getPointerAddressSpace()) {
1312
1313       // If this GEP instruction doesn't move the pointer, just replace the GEP
1314       // with a bitcast of the real input to the dest type.
1315       if (!Offset) {
1316         // If the bitcast is of an allocation, and the allocation will be
1317         // converted to match the type of the cast, don't touch this.
1318         if (isa<AllocaInst>(BCI->getOperand(0)) ||
1319             isAllocationFn(BCI->getOperand(0), TLI)) {
1320           // See if the bitcast simplifies, if so, don't nuke this GEP yet.
1321           if (Instruction *I = visitBitCast(*BCI)) {
1322             if (I != BCI) {
1323               I->takeName(BCI);
1324               BCI->getParent()->getInstList().insert(BCI, I);
1325               ReplaceInstUsesWith(*BCI, I);
1326             }
1327             return &GEP;
1328           }
1329         }
1330         return new BitCastInst(BCI->getOperand(0), GEP.getType());
1331       }
1332
1333       // Otherwise, if the offset is non-zero, we need to find out if there is a
1334       // field at Offset in 'A's type.  If so, we can pull the cast through the
1335       // GEP.
1336       SmallVector<Value*, 8> NewIndices;
1337       Type *InTy =
1338         cast<PointerType>(BCI->getOperand(0)->getType())->getElementType();
1339       if (FindElementAtOffset(InTy, Offset.getSExtValue(), NewIndices)) {
1340         Value *NGEP = GEP.isInBounds() ?
1341           Builder->CreateInBoundsGEP(BCI->getOperand(0), NewIndices) :
1342           Builder->CreateGEP(BCI->getOperand(0), NewIndices);
1343
1344         if (NGEP->getType() == GEP.getType())
1345           return ReplaceInstUsesWith(GEP, NGEP);
1346         NGEP->takeName(&GEP);
1347         return new BitCastInst(NGEP, GEP.getType());
1348       }
1349     }
1350   }
1351
1352   return 0;
1353 }
1354
1355
1356
1357 static bool
1358 isAllocSiteRemovable(Instruction *AI, SmallVectorImpl<WeakVH> &Users,
1359                      const TargetLibraryInfo *TLI) {
1360   SmallVector<Instruction*, 4> Worklist;
1361   Worklist.push_back(AI);
1362
1363   do {
1364     Instruction *PI = Worklist.pop_back_val();
1365     for (Value::use_iterator UI = PI->use_begin(), UE = PI->use_end(); UI != UE;
1366          ++UI) {
1367       Instruction *I = cast<Instruction>(*UI);
1368       switch (I->getOpcode()) {
1369       default:
1370         // Give up the moment we see something we can't handle.
1371         return false;
1372
1373       case Instruction::BitCast:
1374       case Instruction::GetElementPtr:
1375         Users.push_back(I);
1376         Worklist.push_back(I);
1377         continue;
1378
1379       case Instruction::ICmp: {
1380         ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(I);
1381         // We can fold eq/ne comparisons with null to false/true, respectively.
1382         if (!ICI->isEquality() || !isa<ConstantPointerNull>(ICI->getOperand(1)))
1383           return false;
1384         Users.push_back(I);
1385         continue;
1386       }
1387
1388       case Instruction::Call:
1389         // Ignore no-op and store intrinsics.
1390         if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
1391           switch (II->getIntrinsicID()) {
1392           default:
1393             return false;
1394
1395           case Intrinsic::memmove:
1396           case Intrinsic::memcpy:
1397           case Intrinsic::memset: {
1398             MemIntrinsic *MI = cast<MemIntrinsic>(II);
1399             if (MI->isVolatile() || MI->getRawDest() != PI)
1400               return false;
1401           }
1402           // fall through
1403           case Intrinsic::dbg_declare:
1404           case Intrinsic::dbg_value:
1405           case Intrinsic::invariant_start:
1406           case Intrinsic::invariant_end:
1407           case Intrinsic::lifetime_start:
1408           case Intrinsic::lifetime_end:
1409           case Intrinsic::objectsize:
1410             Users.push_back(I);
1411             continue;
1412           }
1413         }
1414
1415         if (isFreeCall(I, TLI)) {
1416           Users.push_back(I);
1417           continue;
1418         }
1419         return false;
1420
1421       case Instruction::Store: {
1422         StoreInst *SI = cast<StoreInst>(I);
1423         if (SI->isVolatile() || SI->getPointerOperand() != PI)
1424           return false;
1425         Users.push_back(I);
1426         continue;
1427       }
1428       }
1429       llvm_unreachable("missing a return?");
1430     }
1431   } while (!Worklist.empty());
1432   return true;
1433 }
1434
1435 Instruction *InstCombiner::visitAllocSite(Instruction &MI) {
1436   // If we have a malloc call which is only used in any amount of comparisons
1437   // to null and free calls, delete the calls and replace the comparisons with
1438   // true or false as appropriate.
1439   SmallVector<WeakVH, 64> Users;
1440   if (isAllocSiteRemovable(&MI, Users, TLI)) {
1441     for (unsigned i = 0, e = Users.size(); i != e; ++i) {
1442       Instruction *I = cast_or_null<Instruction>(&*Users[i]);
1443       if (!I) continue;
1444
1445       if (ICmpInst *C = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
1446         ReplaceInstUsesWith(*C,
1447                             ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(C->getContext()),
1448                                              C->isFalseWhenEqual()));
1449       } else if (isa<BitCastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I)) {
1450         ReplaceInstUsesWith(*I, UndefValue::get(I->getType()));
1451       } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
1452         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::objectsize) {
1453           ConstantInt *CI = cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(1));
1454           uint64_t DontKnow = CI->isZero() ? -1ULL : 0;
1455           ReplaceInstUsesWith(*I, ConstantInt::get(I->getType(), DontKnow));
1456         }
1457       }
1458       EraseInstFromFunction(*I);
1459     }
1460
1461     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(&MI)) {
1462       // Replace invoke with a NOP intrinsic to maintain the original CFG
1463       Module *M = II->getParent()->getParent()->getParent();
1464       Function *F = Intrinsic::getDeclaration(M, Intrinsic::donothing);
1465       InvokeInst::Create(F, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
1466                          ArrayRef<Value *>(), "", II->getParent());
1467     }
1468     return EraseInstFromFunction(MI);
1469   }
1470   return 0;
1471 }
1472
1473 /// \brief Move the call to free before a NULL test.
1474 ///
1475 /// Check if this free is accessed after its argument has been test
1476 /// against NULL (property 0).
1477 /// If yes, it is legal to move this call in its predecessor block.
1478 ///
1479 /// The move is performed only if the block containing the call to free
1480 /// will be removed, i.e.:
1481 /// 1. it has only one predecessor P, and P has two successors
1482 /// 2. it contains the call and an unconditional branch
1483 /// 3. its successor is the same as its predecessor's successor
1484 ///
1485 /// The profitability is out-of concern here and this function should
1486 /// be called only if the caller knows this transformation would be
1487 /// profitable (e.g., for code size).
1488 static Instruction *
1489 tryToMoveFreeBeforeNullTest(CallInst &FI) {
1490   Value *Op = FI.getArgOperand(0);
1491   BasicBlock *FreeInstrBB = FI.getParent();
1492   BasicBlock *PredBB = FreeInstrBB->getSinglePredecessor();
1493
1494   // Validate part of constraint #1: Only one predecessor
1495   // FIXME: We can extend the number of predecessor, but in that case, we
1496   //        would duplicate the call to free in each predecessor and it may
1497   //        not be profitable even for code size.
1498   if (!PredBB)
1499     return 0;
1500
1501   // Validate constraint #2: Does this block contains only the call to
1502   //                         free and an unconditional branch?
1503   // FIXME: We could check if we can speculate everything in the
1504   //        predecessor block
1505   if (FreeInstrBB->size() != 2)
1506     return 0;
1507   BasicBlock *SuccBB;
1508   if (!match(FreeInstrBB->getTerminator(), m_UnconditionalBr(SuccBB)))
1509     return 0;
1510
1511   // Validate the rest of constraint #1 by matching on the pred branch.
1512   TerminatorInst *TI = PredBB->getTerminator();
1513   BasicBlock *TrueBB, *FalseBB;
1514   ICmpInst::Predicate Pred;
1515   if (!match(TI, m_Br(m_ICmp(Pred, m_Specific(Op), m_Zero()), TrueBB, FalseBB)))
1516     return 0;
1517   if (Pred != ICmpInst::ICMP_EQ && Pred != ICmpInst::ICMP_NE)
1518     return 0;
1519
1520   // Validate constraint #3: Ensure the null case just falls through.
1521   if (SuccBB != (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ ? TrueBB : FalseBB))
1522     return 0;
1523   assert(FreeInstrBB == (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ ? FalseBB : TrueBB) &&
1524          "Broken CFG: missing edge from predecessor to successor");
1525
1526   FI.moveBefore(TI);
1527   return &FI;
1528 }
1529
1530
1531 Instruction *InstCombiner::visitFree(CallInst &FI) {
1532   Value *Op = FI.getArgOperand(0);
1533
1534   // free undef -> unreachable.
1535   if (isa<UndefValue>(Op)) {
1536     // Insert a new store to null because we cannot modify the CFG here.
1537     Builder->CreateStore(ConstantInt::getTrue(FI.getContext()),
1538                          UndefValue::get(Type::getInt1PtrTy(FI.getContext())));
1539     return EraseInstFromFunction(FI);
1540   }
1541
1542   // If we have 'free null' delete the instruction.  This can happen in stl code
1543   // when lots of inlining happens.
1544   if (isa<ConstantPointerNull>(Op))
1545     return EraseInstFromFunction(FI);
1546
1547   // If we optimize for code size, try to move the call to free before the null
1548   // test so that simplify cfg can remove the empty block and dead code
1549   // elimination the branch. I.e., helps to turn something like:
1550   // if (foo) free(foo);
1551   // into
1552   // free(foo);
1553   if (MinimizeSize)
1554     if (Instruction *I = tryToMoveFreeBeforeNullTest(FI))
1555       return I;
1556
1557   return 0;
1558 }
1559
1560
1561
1562 Instruction *InstCombiner::visitBranchInst(BranchInst &BI) {
1563   // Change br (not X), label True, label False to: br X, label False, True
1564   Value *X = 0;
1565   BasicBlock *TrueDest;
1566   BasicBlock *FalseDest;
1567   if (match(&BI, m_Br(m_Not(m_Value(X)), TrueDest, FalseDest)) &&
1568       !isa<Constant>(X)) {
1569     // Swap Destinations and condition...
1570     BI.setCondition(X);
1571     BI.swapSuccessors();
1572     return &BI;
1573   }
1574
1575   // Cannonicalize fcmp_one -> fcmp_oeq
1576   FCmpInst::Predicate FPred; Value *Y;
1577   if (match(&BI, m_Br(m_FCmp(FPred, m_Value(X), m_Value(Y)),
1578                              TrueDest, FalseDest)) &&
1579       BI.getCondition()->hasOneUse())
1580     if (FPred == FCmpInst::FCMP_ONE || FPred == FCmpInst::FCMP_OLE ||
1581         FPred == FCmpInst::FCMP_OGE) {
1582       FCmpInst *Cond = cast<FCmpInst>(BI.getCondition());
1583       Cond->setPredicate(FCmpInst::getInversePredicate(FPred));
1584
1585       // Swap Destinations and condition.
1586       BI.swapSuccessors();
1587       Worklist.Add(Cond);
1588       return &BI;
1589     }
1590
1591   // Cannonicalize icmp_ne -> icmp_eq
1592   ICmpInst::Predicate IPred;
1593   if (match(&BI, m_Br(m_ICmp(IPred, m_Value(X), m_Value(Y)),
1594                       TrueDest, FalseDest)) &&
1595       BI.getCondition()->hasOneUse())
1596     if (IPred == ICmpInst::ICMP_NE  || IPred == ICmpInst::ICMP_ULE ||
1597         IPred == ICmpInst::ICMP_SLE || IPred == ICmpInst::ICMP_UGE ||
1598         IPred == ICmpInst::ICMP_SGE) {
1599       ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(BI.getCondition());
1600       Cond->setPredicate(ICmpInst::getInversePredicate(IPred));
1601       // Swap Destinations and condition.
1602       BI.swapSuccessors();
1603       Worklist.Add(Cond);
1604       return &BI;
1605     }
1606
1607   return 0;
1608 }
1609
1610 Instruction *InstCombiner::visitSwitchInst(SwitchInst &SI) {
1611   Value *Cond = SI.getCondition();
1612   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Cond)) {
1613     if (I->getOpcode() == Instruction::Add)
1614       if (ConstantInt *AddRHS = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1615         // change 'switch (X+4) case 1:' into 'switch (X) case -3'
1616         // Skip the first item since that's the default case.
1617         for (SwitchInst::CaseIt i = SI.case_begin(), e = SI.case_end();
1618              i != e; ++i) {
1619           ConstantInt* CaseVal = i.getCaseValue();
1620           Constant* NewCaseVal = ConstantExpr::getSub(cast<Constant>(CaseVal),
1621                                                       AddRHS);
1622           assert(isa<ConstantInt>(NewCaseVal) &&
1623                  "Result of expression should be constant");
1624           i.setValue(cast<ConstantInt>(NewCaseVal));
1625         }
1626         SI.setCondition(I->getOperand(0));
1627         Worklist.Add(I);
1628         return &SI;
1629       }
1630   }
1631   return 0;
1632 }
1633
1634 Instruction *InstCombiner::visitExtractValueInst(ExtractValueInst &EV) {
1635   Value *Agg = EV.getAggregateOperand();
1636
1637   if (!EV.hasIndices())
1638     return ReplaceInstUsesWith(EV, Agg);
1639
1640   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Agg)) {
1641     if (Constant *C2 = C->getAggregateElement(*EV.idx_begin())) {
1642       if (EV.getNumIndices() == 0)
1643         return ReplaceInstUsesWith(EV, C2);
1644       // Extract the remaining indices out of the constant indexed by the
1645       // first index
1646       return ExtractValueInst::Create(C2, EV.getIndices().slice(1));
1647     }
1648     return 0; // Can't handle other constants
1649   }
1650
1651   if (InsertValueInst *IV = dyn_cast<InsertValueInst>(Agg)) {
1652     // We're extracting from an insertvalue instruction, compare the indices
1653     const unsigned *exti, *exte, *insi, *inse;
1654     for (exti = EV.idx_begin(), insi = IV->idx_begin(),
1655          exte = EV.idx_end(), inse = IV->idx_end();
1656          exti != exte && insi != inse;
1657          ++exti, ++insi) {
1658       if (*insi != *exti)
1659         // The insert and extract both reference distinctly different elements.
1660         // This means the extract is not influenced by the insert, and we can
1661         // replace the aggregate operand of the extract with the aggregate
1662         // operand of the insert. i.e., replace
1663         // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, { i32 } { i32 42 }, 1
1664         // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 0
1665         // with
1666         // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %A, 0
1667         return ExtractValueInst::Create(IV->getAggregateOperand(),
1668                                         EV.getIndices());
1669     }
1670     if (exti == exte && insi == inse)
1671       // Both iterators are at the end: Index lists are identical. Replace
1672       // %B = insertvalue { i32, { i32 } } %A, i32 42, 1, 0
1673       // %C = extractvalue { i32, { i32 } } %B, 1, 0
1674       // with "i32 42"
1675       return ReplaceInstUsesWith(EV, IV->getInsertedValueOperand());
1676     if (exti == exte) {
1677       // The extract list is a prefix of the insert list. i.e. replace
1678       // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, i32 42, 1, 0
1679       // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 1
1680       // with
1681       // %X = extractvalue { i32, { i32 } } %A, 1
1682       // %E = insertvalue { i32 } %X, i32 42, 0
1683       // by switching the order of the insert and extract (though the
1684       // insertvalue should be left in, since it may have other uses).
1685       Value *NewEV = Builder->CreateExtractValue(IV->getAggregateOperand(),
1686                                                  EV.getIndices());
1687       return InsertValueInst::Create(NewEV, IV->getInsertedValueOperand(),
1688                                      makeArrayRef(insi, inse));
1689     }
1690     if (insi == inse)
1691       // The insert list is a prefix of the extract list
1692       // We can simply remove the common indices from the extract and make it
1693       // operate on the inserted value instead of the insertvalue result.
1694       // i.e., replace
1695       // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, { i32 } { i32 42 }, 1
1696       // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 1, 0
1697       // with
1698       // %E extractvalue { i32 } { i32 42 }, 0
1699       return ExtractValueInst::Create(IV->getInsertedValueOperand(),
1700                                       makeArrayRef(exti, exte));
1701   }
1702   if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Agg)) {
1703     // We're extracting from an intrinsic, see if we're the only user, which
1704     // allows us to simplify multiple result intrinsics to simpler things that
1705     // just get one value.
1706     if (II->hasOneUse()) {
1707       // Check if we're grabbing the overflow bit or the result of a 'with
1708       // overflow' intrinsic.  If it's the latter we can remove the intrinsic
1709       // and replace it with a traditional binary instruction.
1710       switch (II->getIntrinsicID()) {
1711       case Intrinsic::uadd_with_overflow:
1712       case Intrinsic::sadd_with_overflow:
1713         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
1714           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
1715           ReplaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
1716           EraseInstFromFunction(*II);
1717           return BinaryOperator::CreateAdd(LHS, RHS);
1718         }
1719
1720         // If the normal result of the add is dead, and the RHS is a constant,
1721         // we can transform this into a range comparison.
1722         // overflow = uadd a, -4  -->  overflow = icmp ugt a, 3
1723         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::uadd_with_overflow)
1724           if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(1)))
1725             return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_UGT, II->getArgOperand(0),
1726                                 ConstantExpr::getNot(CI));
1727         break;
1728       case Intrinsic::usub_with_overflow:
1729       case Intrinsic::ssub_with_overflow:
1730         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
1731           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
1732           ReplaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
1733           EraseInstFromFunction(*II);
1734           return BinaryOperator::CreateSub(LHS, RHS);
1735         }
1736         break;
1737       case Intrinsic::umul_with_overflow:
1738       case Intrinsic::smul_with_overflow:
1739         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
1740           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
1741           ReplaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
1742           EraseInstFromFunction(*II);
1743           return BinaryOperator::CreateMul(LHS, RHS);
1744         }
1745         break;
1746       default:
1747         break;
1748       }
1749     }
1750   }
1751   if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(Agg))
1752     // If the (non-volatile) load only has one use, we can rewrite this to a
1753     // load from a GEP. This reduces the size of the load.
1754     // FIXME: If a load is used only by extractvalue instructions then this
1755     //        could be done regardless of having multiple uses.
1756     if (L->isSimple() && L->hasOneUse()) {
1757       // extractvalue has integer indices, getelementptr has Value*s. Convert.
1758       SmallVector<Value*, 4> Indices;
1759       // Prefix an i32 0 since we need the first element.
1760       Indices.push_back(Builder->getInt32(0));
1761       for (ExtractValueInst::idx_iterator I = EV.idx_begin(), E = EV.idx_end();
1762             I != E; ++I)
1763         Indices.push_back(Builder->getInt32(*I));
1764
1765       // We need to insert these at the location of the old load, not at that of
1766       // the extractvalue.
1767       Builder->SetInsertPoint(L->getParent(), L);
1768       Value *GEP = Builder->CreateInBoundsGEP(L->getPointerOperand(), Indices);
1769       // Returning the load directly will cause the main loop to insert it in
1770       // the wrong spot, so use ReplaceInstUsesWith().
1771       return ReplaceInstUsesWith(EV, Builder->CreateLoad(GEP));
1772     }
1773   // We could simplify extracts from other values. Note that nested extracts may
1774   // already be simplified implicitly by the above: extract (extract (insert) )
1775   // will be translated into extract ( insert ( extract ) ) first and then just
1776   // the value inserted, if appropriate. Similarly for extracts from single-use
1777   // loads: extract (extract (load)) will be translated to extract (load (gep))
1778   // and if again single-use then via load (gep (gep)) to load (gep).
1779   // However, double extracts from e.g. function arguments or return values
1780   // aren't handled yet.
1781   return 0;
1782 }
1783
1784 enum Personality_Type {
1785   Unknown_Personality,
1786   GNU_Ada_Personality,
1787   GNU_CXX_Personality,
1788   GNU_ObjC_Personality
1789 };
1790
1791 /// RecognizePersonality - See if the given exception handling personality
1792 /// function is one that we understand.  If so, return a description of it;
1793 /// otherwise return Unknown_Personality.
1794 static Personality_Type RecognizePersonality(Value *Pers) {
1795   Function *F = dyn_cast<Function>(Pers->stripPointerCasts());
1796   if (!F)
1797     return Unknown_Personality;
1798   return StringSwitch<Personality_Type>(F->getName())
1799     .Case("__gnat_eh_personality", GNU_Ada_Personality)
1800     .Case("__gxx_personality_v0",  GNU_CXX_Personality)
1801     .Case("__objc_personality_v0", GNU_ObjC_Personality)
1802     .Default(Unknown_Personality);
1803 }
1804
1805 /// isCatchAll - Return 'true' if the given typeinfo will match anything.
1806 static bool isCatchAll(Personality_Type Personality, Constant *TypeInfo) {
1807   switch (Personality) {
1808   case Unknown_Personality:
1809     return false;
1810   case GNU_Ada_Personality:
1811     // While __gnat_all_others_value will match any Ada exception, it doesn't
1812     // match foreign exceptions (or didn't, before gcc-4.7).
1813     return false;
1814   case GNU_CXX_Personality:
1815   case GNU_ObjC_Personality:
1816     return TypeInfo->isNullValue();
1817   }
1818   llvm_unreachable("Unknown personality!");
1819 }
1820
1821 static bool shorter_filter(const Value *LHS, const Value *RHS) {
1822   return
1823     cast<ArrayType>(LHS->getType())->getNumElements()
1824   <
1825     cast<ArrayType>(RHS->getType())->getNumElements();
1826 }
1827
1828 Instruction *InstCombiner::visitLandingPadInst(LandingPadInst &LI) {
1829   // The logic here should be correct for any real-world personality function.
1830   // However if that turns out not to be true, the offending logic can always
1831   // be conditioned on the personality function, like the catch-all logic is.
1832   Personality_Type Personality = RecognizePersonality(LI.getPersonalityFn());
1833
1834   // Simplify the list of clauses, eg by removing repeated catch clauses
1835   // (these are often created by inlining).
1836   bool MakeNewInstruction = false; // If true, recreate using the following:
1837   SmallVector<Value *, 16> NewClauses; // - Clauses for the new instruction;
1838   bool CleanupFlag = LI.isCleanup();   // - The new instruction is a cleanup.
1839
1840   SmallPtrSet<Value *, 16> AlreadyCaught; // Typeinfos known caught already.
1841   for (unsigned i = 0, e = LI.getNumClauses(); i != e; ++i) {
1842     bool isLastClause = i + 1 == e;
1843     if (LI.isCatch(i)) {
1844       // A catch clause.
1845       Value *CatchClause = LI.getClause(i);
1846       Constant *TypeInfo = cast<Constant>(CatchClause->stripPointerCasts());
1847
1848       // If we already saw this clause, there is no point in having a second
1849       // copy of it.
1850       if (AlreadyCaught.insert(TypeInfo)) {
1851         // This catch clause was not already seen.
1852         NewClauses.push_back(CatchClause);
1853       } else {
1854         // Repeated catch clause - drop the redundant copy.
1855         MakeNewInstruction = true;
1856       }
1857
1858       // If this is a catch-all then there is no point in keeping any following
1859       // clauses or marking the landingpad as having a cleanup.
1860       if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
1861         if (!isLastClause)
1862           MakeNewInstruction = true;
1863         CleanupFlag = false;
1864         break;
1865       }
1866     } else {
1867       // A filter clause.  If any of the filter elements were already caught
1868       // then they can be dropped from the filter.  It is tempting to try to
1869       // exploit the filter further by saying that any typeinfo that does not
1870       // occur in the filter can't be caught later (and thus can be dropped).
1871       // However this would be wrong, since typeinfos can match without being
1872       // equal (for example if one represents a C++ class, and the other some
1873       // class derived from it).
1874       assert(LI.isFilter(i) && "Unsupported landingpad clause!");
1875       Value *FilterClause = LI.getClause(i);
1876       ArrayType *FilterType = cast<ArrayType>(FilterClause->getType());
1877       unsigned NumTypeInfos = FilterType->getNumElements();
1878
1879       // An empty filter catches everything, so there is no point in keeping any
1880       // following clauses or marking the landingpad as having a cleanup.  By
1881       // dealing with this case here the following code is made a bit simpler.
1882       if (!NumTypeInfos) {
1883         NewClauses.push_back(FilterClause);
1884         if (!isLastClause)
1885           MakeNewInstruction = true;
1886         CleanupFlag = false;
1887         break;
1888       }
1889
1890       bool MakeNewFilter = false; // If true, make a new filter.
1891       SmallVector<Constant *, 16> NewFilterElts; // New elements.
1892       if (isa<ConstantAggregateZero>(FilterClause)) {
1893         // Not an empty filter - it contains at least one null typeinfo.
1894         assert(NumTypeInfos > 0 && "Should have handled empty filter already!");
1895         Constant *TypeInfo =
1896           Constant::getNullValue(FilterType->getElementType());
1897         // If this typeinfo is a catch-all then the filter can never match.
1898         if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
1899           // Throw the filter away.
1900           MakeNewInstruction = true;
1901           continue;
1902         }
1903
1904         // There is no point in having multiple copies of this typeinfo, so
1905         // discard all but the first copy if there is more than one.
1906         NewFilterElts.push_back(TypeInfo);
1907         if (NumTypeInfos > 1)
1908           MakeNewFilter = true;
1909       } else {
1910         ConstantArray *Filter = cast<ConstantArray>(FilterClause);
1911         SmallPtrSet<Value *, 16> SeenInFilter; // For uniquing the elements.
1912         NewFilterElts.reserve(NumTypeInfos);
1913
1914         // Remove any filter elements that were already caught or that already
1915         // occurred in the filter.  While there, see if any of the elements are
1916         // catch-alls.  If so, the filter can be discarded.
1917         bool SawCatchAll = false;
1918         for (unsigned j = 0; j != NumTypeInfos; ++j) {
1919           Value *Elt = Filter->getOperand(j);
1920           Constant *TypeInfo = cast<Constant>(Elt->stripPointerCasts());
1921           if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
1922             // This element is a catch-all.  Bail out, noting this fact.
1923             SawCatchAll = true;
1924             break;
1925           }
1926           if (AlreadyCaught.count(TypeInfo))
1927             // Already caught by an earlier clause, so having it in the filter
1928             // is pointless.
1929             continue;
1930           // There is no point in having multiple copies of the same typeinfo in
1931           // a filter, so only add it if we didn't already.
1932           if (SeenInFilter.insert(TypeInfo))
1933             NewFilterElts.push_back(cast<Constant>(Elt));
1934         }
1935         // A filter containing a catch-all cannot match anything by definition.
1936         if (SawCatchAll) {
1937           // Throw the filter away.
1938           MakeNewInstruction = true;
1939           continue;
1940         }
1941
1942         // If we dropped something from the filter, make a new one.
1943         if (NewFilterElts.size() < NumTypeInfos)
1944           MakeNewFilter = true;
1945       }
1946       if (MakeNewFilter) {
1947         FilterType = ArrayType::get(FilterType->getElementType(),
1948                                     NewFilterElts.size());
1949         FilterClause = ConstantArray::get(FilterType, NewFilterElts);
1950         MakeNewInstruction = true;
1951       }
1952
1953       NewClauses.push_back(FilterClause);
1954
1955       // If the new filter is empty then it will catch everything so there is
1956       // no point in keeping any following clauses or marking the landingpad
1957       // as having a cleanup.  The case of the original filter being empty was
1958       // already handled above.
1959       if (MakeNewFilter && !NewFilterElts.size()) {
1960         assert(MakeNewInstruction && "New filter but not a new instruction!");
1961         CleanupFlag = false;
1962         break;
1963       }
1964     }
1965   }
1966
1967   // If several filters occur in a row then reorder them so that the shortest
1968   // filters come first (those with the smallest number of elements).  This is
1969   // advantageous because shorter filters are more likely to match, speeding up
1970   // unwinding, but mostly because it increases the effectiveness of the other
1971   // filter optimizations below.
1972   for (unsigned i = 0, e = NewClauses.size(); i + 1 < e; ) {
1973     unsigned j;
1974     // Find the maximal 'j' s.t. the range [i, j) consists entirely of filters.
1975     for (j = i; j != e; ++j)
1976       if (!isa<ArrayType>(NewClauses[j]->getType()))
1977         break;
1978
1979     // Check whether the filters are already sorted by length.  We need to know
1980     // if sorting them is actually going to do anything so that we only make a
1981     // new landingpad instruction if it does.
1982     for (unsigned k = i; k + 1 < j; ++k)
1983       if (shorter_filter(NewClauses[k+1], NewClauses[k])) {
1984         // Not sorted, so sort the filters now.  Doing an unstable sort would be
1985         // correct too but reordering filters pointlessly might confuse users.
1986         std::stable_sort(NewClauses.begin() + i, NewClauses.begin() + j,
1987                          shorter_filter);
1988         MakeNewInstruction = true;
1989         break;
1990       }
1991
1992     // Look for the next batch of filters.
1993     i = j + 1;
1994   }
1995
1996   // If typeinfos matched if and only if equal, then the elements of a filter L
1997   // that occurs later than a filter F could be replaced by the intersection of
1998   // the elements of F and L.  In reality two typeinfos can match without being
1999   // equal (for example if one represents a C++ class, and the other some class
2000   // derived from it) so it would be wrong to perform this transform in general.
2001   // However the transform is correct and useful if F is a subset of L.  In that
2002   // case L can be replaced by F, and thus removed altogether since repeating a
2003   // filter is pointless.  So here we look at all pairs of filters F and L where
2004   // L follows F in the list of clauses, and remove L if every element of F is
2005   // an element of L.  This can occur when inlining C++ functions with exception
2006   // specifications.
2007   for (unsigned i = 0; i + 1 < NewClauses.size(); ++i) {
2008     // Examine each filter in turn.
2009     Value *Filter = NewClauses[i];
2010     ArrayType *FTy = dyn_cast<ArrayType>(Filter->getType());
2011     if (!FTy)
2012       // Not a filter - skip it.
2013       continue;
2014     unsigned FElts = FTy->getNumElements();
2015     // Examine each filter following this one.  Doing this backwards means that
2016     // we don't have to worry about filters disappearing under us when removed.
2017     for (unsigned j = NewClauses.size() - 1; j != i; --j) {
2018       Value *LFilter = NewClauses[j];
2019       ArrayType *LTy = dyn_cast<ArrayType>(LFilter->getType());
2020       if (!LTy)
2021         // Not a filter - skip it.
2022         continue;
2023       // If Filter is a subset of LFilter, i.e. every element of Filter is also
2024       // an element of LFilter, then discard LFilter.
2025       SmallVector<Value *, 16>::iterator J = NewClauses.begin() + j;
2026       // If Filter is empty then it is a subset of LFilter.
2027       if (!FElts) {
2028         // Discard LFilter.
2029         NewClauses.erase(J);
2030         MakeNewInstruction = true;
2031         // Move on to the next filter.
2032         continue;
2033       }
2034       unsigned LElts = LTy->getNumElements();
2035       // If Filter is longer than LFilter then it cannot be a subset of it.
2036       if (FElts > LElts)
2037         // Move on to the next filter.
2038         continue;
2039       // At this point we know that LFilter has at least one element.
2040       if (isa<ConstantAggregateZero>(LFilter)) { // LFilter only contains zeros.
2041         // Filter is a subset of LFilter iff Filter contains only zeros (as we
2042         // already know that Filter is not longer than LFilter).
2043         if (isa<ConstantAggregateZero>(Filter)) {
2044           assert(FElts <= LElts && "Should have handled this case earlier!");
2045           // Discard LFilter.
2046           NewClauses.erase(J);
2047           MakeNewInstruction = true;
2048         }
2049         // Move on to the next filter.
2050         continue;
2051       }
2052       ConstantArray *LArray = cast<ConstantArray>(LFilter);
2053       if (isa<ConstantAggregateZero>(Filter)) { // Filter only contains zeros.
2054         // Since Filter is non-empty and contains only zeros, it is a subset of
2055         // LFilter iff LFilter contains a zero.
2056         assert(FElts > 0 && "Should have eliminated the empty filter earlier!");
2057         for (unsigned l = 0; l != LElts; ++l)
2058           if (LArray->getOperand(l)->isNullValue()) {
2059             // LFilter contains a zero - discard it.
2060             NewClauses.erase(J);
2061             MakeNewInstruction = true;
2062             break;
2063           }
2064         // Move on to the next filter.
2065         continue;
2066       }
2067       // At this point we know that both filters are ConstantArrays.  Loop over
2068       // operands to see whether every element of Filter is also an element of
2069       // LFilter.  Since filters tend to be short this is probably faster than
2070       // using a method that scales nicely.
2071       ConstantArray *FArray = cast<ConstantArray>(Filter);
2072       bool AllFound = true;
2073       for (unsigned f = 0; f != FElts; ++f) {
2074         Value *FTypeInfo = FArray->getOperand(f)->stripPointerCasts();
2075         AllFound = false;
2076         for (unsigned l = 0; l != LElts; ++l) {
2077           Value *LTypeInfo = LArray->getOperand(l)->stripPointerCasts();
2078           if (LTypeInfo == FTypeInfo) {
2079             AllFound = true;
2080             break;
2081           }
2082         }
2083         if (!AllFound)
2084           break;
2085       }
2086       if (AllFound) {
2087         // Discard LFilter.
2088         NewClauses.erase(J);
2089         MakeNewInstruction = true;
2090       }
2091       // Move on to the next filter.
2092     }
2093   }
2094
2095   // If we changed any of the clauses, replace the old landingpad instruction
2096   // with a new one.
2097   if (MakeNewInstruction) {
2098     LandingPadInst *NLI = LandingPadInst::Create(LI.getType(),
2099                                                  LI.getPersonalityFn(),
2100                                                  NewClauses.size());
2101     for (unsigned i = 0, e = NewClauses.size(); i != e; ++i)
2102       NLI->addClause(NewClauses[i]);
2103     // A landing pad with no clauses must have the cleanup flag set.  It is
2104     // theoretically possible, though highly unlikely, that we eliminated all
2105     // clauses.  If so, force the cleanup flag to true.
2106     if (NewClauses.empty())
2107       CleanupFlag = true;
2108     NLI->setCleanup(CleanupFlag);
2109     return NLI;
2110   }
2111
2112   // Even if none of the clauses changed, we may nonetheless have understood
2113   // that the cleanup flag is pointless.  Clear it if so.
2114   if (LI.isCleanup() != CleanupFlag) {
2115     assert(!CleanupFlag && "Adding a cleanup, not removing one?!");
2116     LI.setCleanup(CleanupFlag);
2117     return &LI;
2118   }
2119
2120   return 0;
2121 }
2122
2123
2124
2125
2126 /// TryToSinkInstruction - Try to move the specified instruction from its
2127 /// current block into the beginning of DestBlock, which can only happen if it's
2128 /// safe to move the instruction past all of the instructions between it and the
2129 /// end of its block.
2130 static bool TryToSinkInstruction(Instruction *I, BasicBlock *DestBlock) {
2131   assert(I->hasOneUse() && "Invariants didn't hold!");
2132
2133   // Cannot move control-flow-involving, volatile loads, vaarg, etc.
2134   if (isa<PHINode>(I) || isa<LandingPadInst>(I) || I->mayHaveSideEffects() ||
2135       isa<TerminatorInst>(I))
2136     return false;
2137
2138   // Do not sink alloca instructions out of the entry block.
2139   if (isa<AllocaInst>(I) && I->getParent() ==
2140         &DestBlock->getParent()->getEntryBlock())
2141     return false;
2142
2143   // We can only sink load instructions if there is nothing between the load and
2144   // the end of block that could change the value.
2145   if (I->mayReadFromMemory()) {
2146     for (BasicBlock::iterator Scan = I, E = I->getParent()->end();
2147          Scan != E; ++Scan)
2148       if (Scan->mayWriteToMemory())
2149         return false;
2150   }
2151
2152   BasicBlock::iterator InsertPos = DestBlock->getFirstInsertionPt();
2153   I->moveBefore(InsertPos);
2154   ++NumSunkInst;
2155   return true;
2156 }
2157
2158
2159 /// AddReachableCodeToWorklist - Walk the function in depth-first order, adding
2160 /// all reachable code to the worklist.
2161 ///
2162 /// This has a couple of tricks to make the code faster and more powerful.  In
2163 /// particular, we constant fold and DCE instructions as we go, to avoid adding
2164 /// them to the worklist (this significantly speeds up instcombine on code where
2165 /// many instructions are dead or constant).  Additionally, if we find a branch
2166 /// whose condition is a known constant, we only visit the reachable successors.
2167 ///
2168 static bool AddReachableCodeToWorklist(BasicBlock *BB,
2169                                        SmallPtrSet<BasicBlock*, 64> &Visited,
2170                                        InstCombiner &IC,
2171                                        const DataLayout *TD,
2172                                        const TargetLibraryInfo *TLI) {
2173   bool MadeIRChange = false;
2174   SmallVector<BasicBlock*, 256> Worklist;
2175   Worklist.push_back(BB);
2176
2177   SmallVector<Instruction*, 128> InstrsForInstCombineWorklist;
2178   DenseMap<ConstantExpr*, Constant*> FoldedConstants;
2179
2180   do {
2181     BB = Worklist.pop_back_val();
2182
2183     // We have now visited this block!  If we've already been here, ignore it.
2184     if (!Visited.insert(BB)) continue;
2185
2186     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(), E = BB->end(); BBI != E; ) {
2187       Instruction *Inst = BBI++;
2188
2189       // DCE instruction if trivially dead.
2190       if (isInstructionTriviallyDead(Inst, TLI)) {
2191         ++NumDeadInst;
2192         DEBUG(errs() << "IC: DCE: " << *Inst << '\n');
2193         Inst->eraseFromParent();
2194         continue;
2195       }
2196
2197       // ConstantProp instruction if trivially constant.
2198       if (!Inst->use_empty() && isa<Constant>(Inst->getOperand(0)))
2199         if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(Inst, TD, TLI)) {
2200           DEBUG(errs() << "IC: ConstFold to: " << *C << " from: "
2201                        << *Inst << '\n');
2202           Inst->replaceAllUsesWith(C);
2203           ++NumConstProp;
2204           Inst->eraseFromParent();
2205           continue;
2206         }
2207
2208       if (TD) {
2209         // See if we can constant fold its operands.
2210         for (User::op_iterator i = Inst->op_begin(), e = Inst->op_end();
2211              i != e; ++i) {
2212           ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(i);
2213           if (CE == 0) continue;
2214
2215           Constant*& FoldRes = FoldedConstants[CE];
2216           if (!FoldRes)
2217             FoldRes = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD, TLI);
2218           if (!FoldRes)
2219             FoldRes = CE;
2220
2221           if (FoldRes != CE) {
2222             *i = FoldRes;
2223             MadeIRChange = true;
2224           }
2225         }
2226       }
2227
2228       InstrsForInstCombineWorklist.push_back(Inst);
2229     }
2230
2231     // Recursively visit successors.  If this is a branch or switch on a
2232     // constant, only visit the reachable successor.
2233     TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
2234     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
2235       if (BI->isConditional() && isa<ConstantInt>(BI->getCondition())) {
2236         bool CondVal = cast<ConstantInt>(BI->getCondition())->getZExtValue();
2237         BasicBlock *ReachableBB = BI->getSuccessor(!CondVal);
2238         Worklist.push_back(ReachableBB);
2239         continue;
2240       }
2241     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
2242       if (ConstantInt *Cond = dyn_cast<ConstantInt>(SI->getCondition())) {
2243         // See if this is an explicit destination.
2244         for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
2245              i != e; ++i)
2246           if (i.getCaseValue() == Cond) {
2247             BasicBlock *ReachableBB = i.getCaseSuccessor();
2248             Worklist.push_back(ReachableBB);
2249             continue;
2250           }
2251
2252         // Otherwise it is the default destination.
2253         Worklist.push_back(SI->getDefaultDest());
2254         continue;
2255       }
2256     }
2257
2258     for (unsigned i = 0, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
2259       Worklist.push_back(TI->getSuccessor(i));
2260   } while (!Worklist.empty());
2261
2262   // Once we've found all of the instructions to add to instcombine's worklist,
2263   // add them in reverse order.  This way instcombine will visit from the top
2264   // of the function down.  This jives well with the way that it adds all uses
2265   // of instructions to the worklist after doing a transformation, thus avoiding
2266   // some N^2 behavior in pathological cases.
2267   IC.Worklist.AddInitialGroup(&InstrsForInstCombineWorklist[0],
2268                               InstrsForInstCombineWorklist.size());
2269
2270   return MadeIRChange;
2271 }
2272
2273 bool InstCombiner::DoOneIteration(Function &F, unsigned Iteration) {
2274   MadeIRChange = false;
2275
2276   DEBUG(errs() << "\n\nINSTCOMBINE ITERATION #" << Iteration << " on "
2277                << F.getName() << "\n");
2278
2279   {
2280     // Do a depth-first traversal of the function, populate the worklist with
2281     // the reachable instructions.  Ignore blocks that are not reachable.  Keep
2282     // track of which blocks we visit.
2283     SmallPtrSet<BasicBlock*, 64> Visited;
2284     MadeIRChange |= AddReachableCodeToWorklist(F.begin(), Visited, *this, TD,
2285                                                TLI);
2286
2287     // Do a quick scan over the function.  If we find any blocks that are
2288     // unreachable, remove any instructions inside of them.  This prevents
2289     // the instcombine code from having to deal with some bad special cases.
2290     for (Function::iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB) {
2291       if (Visited.count(BB)) continue;
2292
2293       // Delete the instructions backwards, as it has a reduced likelihood of
2294       // having to update as many def-use and use-def chains.
2295       Instruction *EndInst = BB->getTerminator(); // Last not to be deleted.
2296       while (EndInst != BB->begin()) {
2297         // Delete the next to last instruction.
2298         BasicBlock::iterator I = EndInst;
2299         Instruction *Inst = --I;
2300         if (!Inst->use_empty())
2301           Inst->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(Inst->getType()));
2302         if (isa<LandingPadInst>(Inst)) {
2303           EndInst = Inst;
2304           continue;
2305         }
2306         if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(Inst)) {
2307           ++NumDeadInst;
2308           MadeIRChange = true;
2309         }
2310         Inst->eraseFromParent();
2311       }
2312     }
2313   }
2314
2315   while (!Worklist.isEmpty()) {
2316     Instruction *I = Worklist.RemoveOne();
2317     if (I == 0) continue;  // skip null values.
2318
2319     // Check to see if we can DCE the instruction.
2320     if (isInstructionTriviallyDead(I, TLI)) {
2321       DEBUG(errs() << "IC: DCE: " << *I << '\n');
2322       EraseInstFromFunction(*I);
2323       ++NumDeadInst;
2324       MadeIRChange = true;
2325       continue;
2326     }
2327
2328     // Instruction isn't dead, see if we can constant propagate it.
2329     if (!I->use_empty() && isa<Constant>(I->getOperand(0)))
2330       if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(I, TD, TLI)) {
2331         DEBUG(errs() << "IC: ConstFold to: " << *C << " from: " << *I << '\n');
2332
2333         // Add operands to the worklist.
2334         ReplaceInstUsesWith(*I, C);
2335         ++NumConstProp;
2336         EraseInstFromFunction(*I);
2337         MadeIRChange = true;
2338         continue;
2339       }
2340
2341     // See if we can trivially sink this instruction to a successor basic block.
2342     if (I->hasOneUse()) {
2343       BasicBlock *BB = I->getParent();
2344       Instruction *UserInst = cast<Instruction>(I->use_back());
2345       BasicBlock *UserParent;
2346
2347       // Get the block the use occurs in.
2348       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(UserInst))
2349         UserParent = PN->getIncomingBlock(I->use_begin().getUse());
2350       else
2351         UserParent = UserInst->getParent();
2352
2353       if (UserParent != BB) {
2354         bool UserIsSuccessor = false;
2355         // See if the user is one of our successors.
2356         for (succ_iterator SI = succ_begin(BB), E = succ_end(BB); SI != E; ++SI)
2357           if (*SI == UserParent) {
2358             UserIsSuccessor = true;
2359             break;
2360           }
2361
2362         // If the user is one of our immediate successors, and if that successor
2363         // only has us as a predecessors (we'd have to split the critical edge
2364         // otherwise), we can keep going.
2365         if (UserIsSuccessor && UserParent->getSinglePredecessor())
2366           // Okay, the CFG is simple enough, try to sink this instruction.
2367           MadeIRChange |= TryToSinkInstruction(I, UserParent);
2368       }
2369     }
2370
2371     // Now that we have an instruction, try combining it to simplify it.
2372     Builder->SetInsertPoint(I->getParent(), I);
2373     Builder->SetCurrentDebugLocation(I->getDebugLoc());
2374
2375 #ifndef NDEBUG
2376     std::string OrigI;
2377 #endif
2378     DEBUG(raw_string_ostream SS(OrigI); I->print(SS); OrigI = SS.str(););
2379     DEBUG(errs() << "IC: Visiting: " << OrigI << '\n');
2380
2381     if (Instruction *Result = visit(*I)) {
2382       ++NumCombined;
2383       // Should we replace the old instruction with a new one?
2384       if (Result != I) {
2385         DEBUG(errs() << "IC: Old = " << *I << '\n'
2386                      << "    New = " << *Result << '\n');
2387
2388         if (!I->getDebugLoc().isUnknown())
2389           Result->setDebugLoc(I->getDebugLoc());
2390         // Everything uses the new instruction now.
2391         I->replaceAllUsesWith(Result);
2392
2393         // Move the name to the new instruction first.
2394         Result->takeName(I);
2395
2396         // Push the new instruction and any users onto the worklist.
2397         Worklist.Add(Result);
2398         Worklist.AddUsersToWorkList(*Result);
2399
2400         // Insert the new instruction into the basic block...
2401         BasicBlock *InstParent = I->getParent();
2402         BasicBlock::iterator InsertPos = I;
2403
2404         // If we replace a PHI with something that isn't a PHI, fix up the
2405         // insertion point.
2406         if (!isa<PHINode>(Result) && isa<PHINode>(InsertPos))
2407           InsertPos = InstParent->getFirstInsertionPt();
2408
2409         InstParent->getInstList().insert(InsertPos, Result);
2410
2411         EraseInstFromFunction(*I);
2412       } else {
2413 #ifndef NDEBUG
2414         DEBUG(errs() << "IC: Mod = " << OrigI << '\n'
2415                      << "    New = " << *I << '\n');
2416 #endif
2417
2418         // If the instruction was modified, it's possible that it is now dead.
2419         // if so, remove it.
2420         if (isInstructionTriviallyDead(I, TLI)) {
2421           EraseInstFromFunction(*I);
2422         } else {
2423           Worklist.Add(I);
2424           Worklist.AddUsersToWorkList(*I);
2425         }
2426       }
2427       MadeIRChange = true;
2428     }
2429   }
2430
2431   Worklist.Zap();
2432   return MadeIRChange;
2433 }
2434
2435 namespace {
2436 class InstCombinerLibCallSimplifier : public LibCallSimplifier {
2437   InstCombiner *IC;
2438 public:
2439   InstCombinerLibCallSimplifier(const DataLayout *TD,
2440                                 const TargetLibraryInfo *TLI,
2441                                 InstCombiner *IC)
2442     : LibCallSimplifier(TD, TLI, UnsafeFPShrink) {
2443     this->IC = IC;
2444   }
2445
2446   /// replaceAllUsesWith - override so that instruction replacement
2447   /// can be defined in terms of the instruction combiner framework.
2448   virtual void replaceAllUsesWith(Instruction *I, Value *With) const {
2449     IC->ReplaceInstUsesWith(*I, With);
2450   }
2451 };
2452 }
2453
2454 bool InstCombiner::runOnFunction(Function &F) {
2455   TD = getAnalysisIfAvailable<DataLayout>();
2456   TLI = &getAnalysis<TargetLibraryInfo>();
2457   // Minimizing size?
2458   MinimizeSize = F.getAttributes().hasAttribute(AttributeSet::FunctionIndex,
2459                                                 Attribute::MinSize);
2460
2461   /// Builder - This is an IRBuilder that automatically inserts new
2462   /// instructions into the worklist when they are created.
2463   IRBuilder<true, TargetFolder, InstCombineIRInserter>
2464     TheBuilder(F.getContext(), TargetFolder(TD),
2465                InstCombineIRInserter(Worklist));
2466   Builder = &TheBuilder;
2467
2468   InstCombinerLibCallSimplifier TheSimplifier(TD, TLI, this);
2469   Simplifier = &TheSimplifier;
2470
2471   bool EverMadeChange = false;
2472
2473   // Lower dbg.declare intrinsics otherwise their value may be clobbered
2474   // by instcombiner.
2475   EverMadeChange = LowerDbgDeclare(F);
2476
2477   // Iterate while there is work to do.
2478   unsigned Iteration = 0;
2479   while (DoOneIteration(F, Iteration++))
2480     EverMadeChange = true;
2481
2482   Builder = 0;
2483   return EverMadeChange;
2484 }
2485
2486 FunctionPass *llvm::createInstructionCombiningPass() {
2487   return new InstCombiner();
2488 }