test/Transforms/InstCombine/fast-math.ll

   1 ; RUN: opt < %s -instcombine -S | FileCheck %s
   2
   3 ; testing-case "float fold(float a) { return 1.2f * a * 2.3f; }"
   4 ; 1.2f and 2.3f is supposed to be fold.
   5 define float @fold(float %a) {
   6   %mul = fmul fast float %a, 0x3FF3333340000000
   7   %mul1 = fmul fast float %mul, 0x4002666660000000
   8   ret float %mul1
   9 ; CHECK-LABEL: @fold(
  10 ; CHECK: fmul fast float %a, 0x4006147AE0000000
  11 }
  12
  13 ; Same testing-case as the one used in fold() except that the operators have
  14 ; fixed FP mode.
  15 define float @notfold(float %a) {
  16 ; CHECK-LABEL: @notfold(
  17 ; CHECK: %mul = fmul fast float %a, 0x3FF3333340000000
  18   %mul = fmul fast float %a, 0x3FF3333340000000
  19   %mul1 = fmul float %mul, 0x4002666660000000
  20   ret float %mul1
  21 }
  22
  23 define float @fold2(float %a) {
  24 ; CHECK-LABEL: @fold2(
  25 ; CHECK: fmul fast float %a, 0x4006147AE0000000
  26   %mul = fmul float %a, 0x3FF3333340000000
  27   %mul1 = fmul fast float %mul, 0x4002666660000000
  28   ret float %mul1
  29 }
  30
  31 ; C * f1 + f1 = (C+1) * f1
  32 define double @fold3(double %f1) {
  33   %t1 = fmul fast double 2.000000e+00, %f1
  34   %t2 = fadd fast double %f1, %t1
  35   ret double %t2
  36 ; CHECK-LABEL: @fold3(
  37 ; CHECK: fmul fast double %f1, 3.000000e+00
  38 }
  39
  40 ; (C1 - X) + (C2 - Y) => (C1+C2) - (X + Y)
  41 define float @fold4(float %f1, float %f2) {
  42   %sub = fsub float 4.000000e+00, %f1
  43   %sub1 = fsub float 5.000000e+00, %f2
  44   %add = fadd fast float %sub, %sub1
  45   ret float %add
  46 ; CHECK-LABEL: @fold4(
  47 ; CHECK: %1 = fadd fast float %f1, %f2
  48 ; CHECK: fsub fast float 9.000000e+00, %1
  49 }
  50
  51 ; (X + C1) + C2 => X + (C1 + C2)
  52 define float @fold5(float %f1, float %f2) {
  53   %add = fadd float %f1, 4.000000e+00
  54   %add1 = fadd fast float %add, 5.000000e+00
  55   ret float %add1
  56 ; CHECK-LABEL: @fold5(
  57 ; CHECK: fadd fast float %f1, 9.000000e+00
  58 }
  59
  60 ; (X + X) + X => 3.0 * X
  61 define float @fold6(float %f1) {
  62   %t1 = fadd fast float %f1, %f1
  63   %t2 = fadd fast float %f1, %t1
  64   ret float %t2
  65 ; CHECK-LABEL: @fold6(
  66 ; CHECK: fmul fast float %f1, 3.000000e+00
  67 }
  68
  69 ; C1 * X + (X + X) = (C1 + 2) * X
  70 define float @fold7(float %f1) {
  71   %t1 = fmul fast float %f1, 5.000000e+00
  72   %t2 = fadd fast float %f1, %f1
  73   %t3 = fadd fast float %t1, %t2
  74   ret float %t3
  75 ; CHECK-LABEL: @fold7(
  76 ; CHECK: fmul fast float %f1, 7.000000e+00
  77 }
  78
  79 ; (X + X) + (X + X) => 4.0 * X
  80 define float @fold8(float %f1) {
  81   %t1 = fadd fast float %f1, %f1
  82   %t2 = fadd fast float %f1, %f1
  83   %t3 = fadd fast float %t1, %t2
  84   ret float %t3
  85 ; CHECK: fold8
  86 ; CHECK: fmul fast float %f1, 4.000000e+00
  87 }
  88
  89 ; X - (X + Y) => 0 - Y
  90 define float @fold9(float %f1, float %f2) {
  91   %t1 = fadd float %f1, %f2
  92   %t3 = fsub fast float %f1, %t1
  93   ret float %t3
  94
  95 ; CHECK-LABEL: @fold9(
  96 ; CHECK: fsub fast float 0.000000e+00, %f2
  97 }
  98
  99 ; Let C3 = C1 + C2. (f1 + C1) + (f2 + C2) => (f1 + f2) + C3 instead of
 100 ; "(f1 + C3) + f2" or "(f2 + C3) + f1". Placing constant-addend at the
 101 ; top of resulting simplified expression tree may potentially reveal some
 102 ; optimization opportunities in the super-expression trees.
 103 ;
 104 define float @fold10(float %f1, float %f2) {
 105   %t1 = fadd fast float 2.000000e+00, %f1
 106   %t2 = fsub fast float %f2, 3.000000e+00
 107   %t3 = fadd fast float %t1, %t2
 108   ret float %t3
 109 ; CHECK-LABEL: @fold10(
 110 ; CHECK: %t3 = fadd fast float %t2, -1.000000e+00
 111 ; CHECK: ret float %t3
 112 }
 113
 114 ; once cause Crash/miscompilation
 115 define float @fail1(float %f1, float %f2) {
 116   %conv3 = fadd fast float %f1, -1.000000e+00
 117   %add = fadd fast float %conv3, %conv3
 118   %add2 = fadd fast float %add, %conv3
 119   ret float %add2
 120 ; CHECK-LABEL: @fail1(
 121 ; CHECK: ret
 122 }
 123
 124 define double @fail2(double %f1, double %f2) {
 125   %t1 = fsub fast double %f1, %f2
 126   %t2 = fadd fast double %f1, %f2
 127   %t3 = fsub fast double %t1, %t2
 128   ret double %t3
 129 ; CHECK-LABEL: @fail2(
 130 ; CHECK: ret
 131 }
 132
 133 ; c1 * x - x => (c1 - 1.0) * x
 134 define float @fold13(float %x) {
 135   %mul = fmul fast float %x, 7.000000e+00
 136   %sub = fsub fast float %mul, %x
 137   ret float %sub
 138 ; CHECK: fold13
 139 ; CHECK: fmul fast float %x, 6.000000e+00
 140 ; CHECK: ret
 141 }
 142
 143 ; -x + y => y - x
 144 define float @fold14(float %x, float %y) {
 145   %neg = fsub fast float -0.0, %x
 146   %add = fadd fast float %neg, %y
 147   ret float %add
 148 ; CHECK: fold14
 149 ; CHECK: fsub fast float %y, %x
 150 ; CHECK: ret
 151 }
 152
 153 ; x + -y => x - y
 154 define float @fold15(float %x, float %y) {
 155   %neg = fsub fast float -0.0, %y
 156   %add = fadd fast float %x, %neg
 157   ret float %add
 158 ; CHECK: fold15
 159 ; CHECK: fsub fast float %x, %y
 160 ; CHECK: ret
 161 }
 162
 163 ; (select X+Y, X-Y) => X + (select Y, -Y)
 164 define float @fold16(float %x, float %y) {
 165   %cmp = fcmp ogt float %x, %y
 166   %plus = fadd fast float %x, %y
 167   %minus = fsub fast float %x, %y
 168   %r = select i1 %cmp, float %plus, float %minus
 169   ret float %r
 170 ; CHECK: fold16
 171 ; CHECK: fsub fast float
 172 ; CHECK: select
 173 ; CHECK: fadd fast float
 174 ; CHECK: ret
 175 }
 176
 177
 178
 179 ; =========================================================================
 180 ;
 181 ;   Testing-cases about fmul begin
 182 ;
 183 ; =========================================================================
 184
 185 ; ((X*C1) + C2) * C3 => (X * (C1*C3)) + (C2*C3) (i.e. distribution)
 186 define float @fmul_distribute1(float %f1) {
 187   %t1 = fmul float %f1, 6.0e+3
 188   %t2 = fadd float %t1, 2.0e+3
 189   %t3 = fmul fast float %t2, 5.0e+3
 190   ret float %t3
 191 ; CHECK-LABEL: @fmul_distribute1(
 192 ; CHECK: %1 = fmul fast float %f1, 3.000000e+07
 193 ; CHECK: %t3 = fadd fast float %1, 1.000000e+07
 194 }
 195
 196 ; (X/C1 + C2) * C3 => X/(C1/C3) + C2*C3
 197 define double @fmul_distribute2(double %f1, double %f2) {
 198   %t1 = fdiv double %f1, 3.0e+0
 199   %t2 = fadd double %t1, 5.0e+1
 200   ; 0x10000000000000 = DBL_MIN
 201   %t3 = fmul fast double %t2, 0x10000000000000
 202   ret double %t3
 203
 204 ; CHECK-LABEL: @fmul_distribute2(
 205 ; CHECK: %1 = fdiv fast double %f1, 0x7FE8000000000000
 206 ; CHECK: fadd fast double %1, 0x69000000000000
 207 }
 208
 209 ; 5.0e-1 * DBL_MIN yields denormal, so "(f1*3.0 + 5.0e-1) * DBL_MIN" cannot
 210 ; be simplified into f1 * (3.0*DBL_MIN) + (5.0e-1*DBL_MIN)
 211 define double @fmul_distribute3(double %f1) {
 212   %t1 = fdiv double %f1, 3.0e+0
 213   %t2 = fadd double %t1, 5.0e-1
 214   %t3 = fmul fast double %t2, 0x10000000000000
 215   ret double %t3
 216
 217 ; CHECK-LABEL: @fmul_distribute3(
 218 ; CHECK: fmul fast double %t2, 0x10000000000000
 219 }
 220
 221 ; ((X*C1) + C2) * C3 => (X * (C1*C3)) + (C2*C3) (i.e. distribution)
 222 define float @fmul_distribute4(float %f1) {
 223   %t1 = fmul float %f1, 6.0e+3
 224   %t2 = fsub float 2.0e+3, %t1
 225   %t3 = fmul fast float %t2, 5.0e+3
 226   ret float %t3
 227 ; CHECK-LABEL: @fmul_distribute4(
 228 ; CHECK: %1 = fmul fast float %f1, 3.000000e+07
 229 ; CHECK: %t3 = fsub fast float 1.000000e+07, %1
 230 }
 231
 232 ; C1/X * C2 => (C1*C2) / X
 233 define float @fmul2(float %f1) {
 234   %t1 = fdiv float 2.0e+3, %f1
 235   %t3 = fmul fast float %t1, 6.0e+3
 236   ret float %t3
 237 ; CHECK-LABEL: @fmul2(
 238 ; CHECK: fdiv fast float 1.200000e+07, %f1
 239 }
 240
 241 ; X/C1 * C2 => X * (C2/C1) is disabled if X/C1 has multiple uses
 242 @fmul2_external = external global float
 243 define float @fmul2_disable(float %f1) {
 244   %div = fdiv fast float 1.000000e+00, %f1
 245   store float %div, float* @fmul2_external
 246   %mul = fmul fast float %div, 2.000000e+00
 247   ret float %mul
 248 ; CHECK-LABEL: @fmul2_disable
 249 ; CHECK: store
 250 ; CHECK: fmul fast
 251 }
 252
 253 ; X/C1 * C2 => X * (C2/C1) (if C2/C1 is normal Fp)
 254 define float @fmul3(float %f1, float %f2) {
 255   %t1 = fdiv float %f1, 2.0e+3
 256   %t3 = fmul fast float %t1, 6.0e+3
 257   ret float %t3
 258 ; CHECK-LABEL: @fmul3(
 259 ; CHECK: fmul fast float %f1, 3.000000e+00
 260 }
 261
 262 ; Rule "X/C1 * C2 => X * (C2/C1) is not applicable if C2/C1 is either a special
 263 ; value of a denormal. The 0x3810000000000000 here take value FLT_MIN
 264 ;
 265 define float @fmul4(float %f1, float %f2) {
 266   %t1 = fdiv float %f1, 2.0e+3
 267   %t3 = fmul fast float %t1, 0x3810000000000000
 268   ret float %t3
 269 ; CHECK-LABEL: @fmul4(
 270 ; CHECK: fmul fast float %t1, 0x3810000000000000
 271 }
 272
 273 ; X / C1 * C2 => X / (C2/C1) if  C1/C2 is either a special value of a denormal,
 274 ;  and C2/C1 is a normal value.
 275 ;
 276 define float @fmul5(float %f1, float %f2) {
 277   %t1 = fdiv float %f1, 3.0e+0
 278   %t3 = fmul fast float %t1, 0x3810000000000000
 279   ret float %t3
 280 ; CHECK-LABEL: @fmul5(
 281 ; CHECK: fdiv fast float %f1, 0x47E8000000000000
 282 }
 283
 284 ; (X*Y) * X => (X*X) * Y
 285 define float @fmul6(float %f1, float %f2) {
 286   %mul = fmul float %f1, %f2
 287   %mul1 = fmul fast float %mul, %f1
 288   ret float %mul1
 289 ; CHECK-LABEL: @fmul6(
 290 ; CHECK: fmul fast float %f1, %f1
 291 }
 292
 293 ; "(X*Y) * X => (X*X) * Y" is disabled if "X*Y" has multiple uses
 294 define float @fmul7(float %f1, float %f2) {
 295   %mul = fmul float %f1, %f2
 296   %mul1 = fmul fast float %mul, %f1
 297   %add = fadd float %mul1, %mul
 298   ret float %add
 299 ; CHECK-LABEL: @fmul7(
 300 ; CHECK: fmul fast float %mul, %f1
 301 }
 302
 303 ; =========================================================================
 304 ;
 305 ;   Testing-cases about negation
 306 ;
 307 ; =========================================================================
 308 define float @fneg1(float %f1, float %f2) {
 309   %sub = fsub float -0.000000e+00, %f1
 310   %sub1 = fsub nsz float 0.000000e+00, %f2
 311   %mul = fmul float %sub, %sub1
 312   ret float %mul
 313 ; CHECK-LABEL: @fneg1(
 314 ; CHECK: fmul float %f1, %f2
 315 }
 316
 317 ; =========================================================================
 318 ;
 319 ;   Testing-cases about div
 320 ;
 321 ; =========================================================================
 322
 323 ; X/C1 / C2 => X * (1/(C2*C1))
 324 define float @fdiv1(float %x) {
 325   %div = fdiv float %x, 0x3FF3333340000000
 326   %div1 = fdiv fast float %div, 0x4002666660000000
 327   ret float %div1
 328 ; 0x3FF3333340000000 = 1.2f
 329 ; 0x4002666660000000 = 2.3f
 330 ; 0x3FD7303B60000000 = 0.36231884057971014492
 331 ; CHECK-LABEL: @fdiv1(
 332 ; CHECK: fmul fast float %x, 0x3FD7303B60000000
 333 }
 334
 335 ; X*C1 / C2 => X * (C1/C2)
 336 define float @fdiv2(float %x) {
 337   %mul = fmul float %x, 0x3FF3333340000000
 338   %div1 = fdiv fast float %mul, 0x4002666660000000
 339   ret float %div1
 340
 341 ; 0x3FF3333340000000 = 1.2f
 342 ; 0x4002666660000000 = 2.3f
 343 ; 0x3FE0B21660000000 = 0.52173918485641479492
 344 ; CHECK-LABEL: @fdiv2(
 345 ; CHECK: fmul fast float %x, 0x3FE0B21660000000
 346 }
 347
 348 ; "X/C1 / C2 => X * (1/(C2*C1))" is disabled (for now) is C2/C1 is a denormal
 349 ;
 350 define float @fdiv3(float %x) {
 351   %div = fdiv float %x, 0x47EFFFFFE0000000
 352   %div1 = fdiv fast float %div, 0x4002666660000000
 353   ret float %div1
 354 ; CHECK-LABEL: @fdiv3(
 355 ; CHECK: fdiv float %x, 0x47EFFFFFE0000000
 356 }
 357
 358 ; "X*C1 / C2 => X * (C1/C2)" is disabled if C1/C2 is a denormal
 359 define float @fdiv4(float %x) {
 360   %mul = fmul float %x, 0x47EFFFFFE0000000
 361   %div = fdiv float %mul, 0x3FC99999A0000000
 362   ret float %div
 363 ; CHECK-LABEL: @fdiv4(
 364 ; CHECK: fmul float %x, 0x47EFFFFFE0000000
 365 }
 366
 367 ; (X/Y)/Z = > X/(Y*Z)
 368 define float @fdiv5(float %f1, float %f2, float %f3) {
 369   %t1 = fdiv float %f1, %f2
 370   %t2 = fdiv fast float %t1, %f3
 371   ret float %t2
 372 ; CHECK-LABEL: @fdiv5(
 373 ; CHECK: fmul float %f2, %f3
 374 }
 375
 376 ; Z/(X/Y) = > (Z*Y)/X
 377 define float @fdiv6(float %f1, float %f2, float %f3) {
 378   %t1 = fdiv float %f1, %f2
 379   %t2 = fdiv fast float %f3, %t1
 380   ret float %t2
 381 ; CHECK-LABEL: @fdiv6(
 382 ; CHECK: fmul float %f3, %f2
 383 }
 384
 385 ; C1/(X*C2) => (C1/C2) / X
 386 define float @fdiv7(float %x) {
 387   %t1 = fmul float %x, 3.0e0
 388   %t2 = fdiv fast float 15.0e0, %t1
 389   ret float %t2
 390 ; CHECK-LABEL: @fdiv7(
 391 ; CHECK: fdiv fast float 5.000000e+00, %x
 392 }
 393
 394 ; C1/(X/C2) => (C1*C2) / X
 395 define float @fdiv8(float %x) {
 396   %t1 = fdiv float %x, 3.0e0
 397   %t2 = fdiv fast float 15.0e0, %t1
 398   ret float %t2
 399 ; CHECK-LABEL: @fdiv8(
 400 ; CHECK: fdiv fast float 4.500000e+01, %x
 401 }
 402
 403 ; C1/(C2/X) => (C1/C2) * X
 404 define float @fdiv9(float %x) {
 405   %t1 = fdiv float 3.0e0, %x
 406   %t2 = fdiv fast float 15.0e0, %t1
 407   ret float %t2
 408 ; CHECK-LABEL: @fdiv9(
 409 ; CHECK: fmul fast float %x, 5.000000e+00
 410 }
 411
 412 ; =========================================================================
 413 ;
 414 ;   Testing-cases about factorization
 415 ;
 416 ; =========================================================================
 417 ; x*z + y*z => (x+y) * z
 418 define float @fact_mul1(float %x, float %y, float %z) {
 419   %t1 = fmul fast float %x, %z
 420   %t2 = fmul fast float %y, %z
 421   %t3 = fadd fast float %t1, %t2
 422   ret float %t3
 423 ; CHECK-LABEL: @fact_mul1(
 424 ; CHECK: fmul fast float %1, %z
 425 }
 426
 427 ; z*x + y*z => (x+y) * z
 428 define float @fact_mul2(float %x, float %y, float %z) {
 429   %t1 = fmul fast float %z, %x
 430   %t2 = fmul fast float %y, %z
 431   %t3 = fsub fast float %t1, %t2
 432   ret float %t3
 433 ; CHECK-LABEL: @fact_mul2(
 434 ; CHECK: fmul fast float %1, %z
 435 }
 436
 437 ; z*x - z*y => (x-y) * z
 438 define float @fact_mul3(float %x, float %y, float %z) {
 439   %t2 = fmul fast float %z, %y
 440   %t1 = fmul fast float %z, %x
 441   %t3 = fsub fast float %t1, %t2
 442   ret float %t3
 443 ; CHECK-LABEL: @fact_mul3(
 444 ; CHECK: fmul fast float %1, %z
 445 }
 446
 447 ; x*z - z*y => (x-y) * z
 448 define float @fact_mul4(float %x, float %y, float %z) {
 449   %t1 = fmul fast float %x, %z
 450   %t2 = fmul fast float %z, %y
 451   %t3 = fsub fast float %t1, %t2
 452   ret float %t3
 453 ; CHECK-LABEL: @fact_mul4(
 454 ; CHECK: fmul fast float %1, %z
 455 }
 456
 457 ; x/y + x/z, no xform
 458 define float @fact_div1(float %x, float %y, float %z) {
 459   %t1 = fdiv fast float %x, %y
 460   %t2 = fdiv fast float %x, %z
 461   %t3 = fadd fast float %t1, %t2
 462   ret float %t3
 463 ; CHECK: fact_div1
 464 ; CHECK: fadd fast float %t1, %t2
 465 }
 466
 467 ; x/y + z/x; no xform
 468 define float @fact_div2(float %x, float %y, float %z) {
 469   %t1 = fdiv fast float %x, %y
 470   %t2 = fdiv fast float %z, %x
 471   %t3 = fadd fast float %t1, %t2
 472   ret float %t3
 473 ; CHECK: fact_div2
 474 ; CHECK: fadd fast float %t1, %t2
 475 }
 476
 477 ; y/x + z/x => (y+z)/x
 478 define float @fact_div3(float %x, float %y, float %z) {
 479   %t1 = fdiv fast float %y, %x
 480   %t2 = fdiv fast float %z, %x
 481   %t3 = fadd fast float %t1, %t2
 482   ret float %t3
 483 ; CHECK: fact_div3
 484 ; CHECK: fdiv fast float %1, %x
 485 }
 486
 487 ; y/x - z/x => (y-z)/x
 488 define float @fact_div4(float %x, float %y, float %z) {
 489   %t1 = fdiv fast float %y, %x
 490   %t2 = fdiv fast float %z, %x
 491   %t3 = fsub fast float %t1, %t2
 492   ret float %t3
 493 ; CHECK: fact_div4
 494 ; CHECK: fdiv fast float %1, %x
 495 }
 496
 497 ; y/x - z/x => (y-z)/x is disabled if y-z is denormal.
 498 define float @fact_div5(float %x) {
 499   %t1 = fdiv fast float 0x3810000000000000, %x
 500   %t2 = fdiv fast float 0x3800000000000000, %x
 501   %t3 = fadd fast float %t1, %t2
 502   ret float %t3
 503 ; CHECK: fact_div5
 504 ; CHECK: fdiv fast float 0x3818000000000000, %x
 505 }
 506
 507 ; y/x - z/x => (y-z)/x is disabled if y-z is denormal.
 508 define float @fact_div6(float %x) {
 509   %t1 = fdiv fast float 0x3810000000000000, %x
 510   %t2 = fdiv fast float 0x3800000000000000, %x
 511   %t3 = fsub fast float %t1, %t2
 512   ret float %t3
 513 ; CHECK: fact_div6
 514 ; CHECK: %t3 = fsub fast float %t1, %t2
 515 }