]> Gitweb @ Texas Instruments - Open Source Git Repositories - git.TI.com/gitweb - opencl/llvm.git/blob - lib/CodeGen/CodeGenPrepare.cpp
[CodeGenPrepare][AddressingModeMatcher] Fix a think-o for the sext(zext) -> zext...
[opencl/llvm.git] / lib / CodeGen / CodeGenPrepare.cpp
1 //===- CodeGenPrepare.cpp - Prepare a function for code generation --------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass munges the code in the input function to better prepare it for
11 // SelectionDAG-based code generation. This works around limitations in it's
12 // basic-block-at-a-time approach. It should eventually be removed.
13 //
14 //===----------------------------------------------------------------------===//
16 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
17 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
18 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
19 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
20 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
21 #include "llvm/IR/CallSite.h"
22 #include "llvm/IR/Constants.h"
23 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
24 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
25 #include "llvm/IR/Dominators.h"
26 #include "llvm/IR/Function.h"
27 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
28 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
29 #include "llvm/IR/InlineAsm.h"
30 #include "llvm/IR/Instructions.h"
31 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
32 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
33 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
34 #include "llvm/IR/ValueMap.h"
35 #include "llvm/Pass.h"
36 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
37 #include "llvm/Support/Debug.h"
38 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
39 #include "llvm/Target/TargetLibraryInfo.h"
40 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
41 #include "llvm/Target/TargetSubtargetInfo.h"
42 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
43 #include "llvm/Transforms/Utils/BuildLibCalls.h"
44 #include "llvm/Transforms/Utils/BypassSlowDivision.h"
45 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
46 using namespace llvm;
47 using namespace llvm::PatternMatch;
49 #define DEBUG_TYPE "codegenprepare"
51 STATISTIC(NumBlocksElim, "Number of blocks eliminated");
52 STATISTIC(NumPHIsElim,   "Number of trivial PHIs eliminated");
53 STATISTIC(NumGEPsElim,   "Number of GEPs converted to casts");
54 STATISTIC(NumCmpUses, "Number of uses of Cmp expressions replaced with uses of "
55                       "sunken Cmps");
56 STATISTIC(NumCastUses, "Number of uses of Cast expressions replaced with uses "
57                        "of sunken Casts");
58 STATISTIC(NumMemoryInsts, "Number of memory instructions whose address "
59                           "computations were sunk");
60 STATISTIC(NumExtsMoved,  "Number of [s|z]ext instructions combined with loads");
61 STATISTIC(NumExtUses,    "Number of uses of [s|z]ext instructions optimized");
62 STATISTIC(NumRetsDup,    "Number of return instructions duplicated");
63 STATISTIC(NumDbgValueMoved, "Number of debug value instructions moved");
64 STATISTIC(NumSelectsExpanded, "Number of selects turned into branches");
65 STATISTIC(NumAndCmpsMoved, "Number of and/cmp's pushed into branches");
67 static cl::opt<bool> DisableBranchOpts(
68   "disable-cgp-branch-opts", cl::Hidden, cl::init(false),
69   cl::desc("Disable branch optimizations in CodeGenPrepare"));
71 static cl::opt<bool> DisableSelectToBranch(
72   "disable-cgp-select2branch", cl::Hidden, cl::init(false),
73   cl::desc("Disable select to branch conversion."));
75 static cl::opt<bool> AddrSinkUsingGEPs(
76   "addr-sink-using-gep", cl::Hidden, cl::init(false),
77   cl::desc("Address sinking in CGP using GEPs."));
79 static cl::opt<bool> EnableAndCmpSinking(
80    "enable-andcmp-sinking", cl::Hidden, cl::init(true),
81    cl::desc("Enable sinkinig and/cmp into branches."));
83 namespace {
84 typedef SmallPtrSet<Instruction *, 16> SetOfInstrs;
85 typedef DenseMap<Instruction *, Type *> InstrToOrigTy;
87   class CodeGenPrepare : public FunctionPass {
88     /// TLI - Keep a pointer of a TargetLowering to consult for determining
89     /// transformation profitability.
90     const TargetMachine *TM;
91     const TargetLowering *TLI;
92     const TargetLibraryInfo *TLInfo;
93     DominatorTree *DT;
95     /// CurInstIterator - As we scan instructions optimizing them, this is the
96     /// next instruction to optimize.  Xforms that can invalidate this should
97     /// update it.
98     BasicBlock::iterator CurInstIterator;
100     /// Keeps track of non-local addresses that have been sunk into a block.
101     /// This allows us to avoid inserting duplicate code for blocks with
102     /// multiple load/stores of the same address.
103     ValueMap<Value*, Value*> SunkAddrs;
105     /// Keeps track of all truncates inserted for the current function.
106     SetOfInstrs InsertedTruncsSet;
107     /// Keeps track of the type of the related instruction before their
108     /// promotion for the current function.
109     InstrToOrigTy PromotedInsts;
111     /// ModifiedDT - If CFG is modified in anyway, dominator tree may need to
112     /// be updated.
113     bool ModifiedDT;
115     /// OptSize - True if optimizing for size.
116     bool OptSize;
118   public:
119     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
120     explicit CodeGenPrepare(const TargetMachine *TM = nullptr)
121       : FunctionPass(ID), TM(TM), TLI(nullptr) {
122         initializeCodeGenPreparePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
123       }
124     bool runOnFunction(Function &F) override;
126     const char *getPassName() const override { return "CodeGen Prepare"; }
128     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
129       AU.addPreserved<DominatorTreeWrapperPass>();
130       AU.addRequired<TargetLibraryInfo>();
131     }
133   private:
134     bool EliminateFallThrough(Function &F);
135     bool EliminateMostlyEmptyBlocks(Function &F);
136     bool CanMergeBlocks(const BasicBlock *BB, const BasicBlock *DestBB) const;
137     void EliminateMostlyEmptyBlock(BasicBlock *BB);
138     bool OptimizeBlock(BasicBlock &BB);
139     bool OptimizeInst(Instruction *I);
140     bool OptimizeMemoryInst(Instruction *I, Value *Addr, Type *AccessTy);
141     bool OptimizeInlineAsmInst(CallInst *CS);
142     bool OptimizeCallInst(CallInst *CI);
143     bool MoveExtToFormExtLoad(Instruction *I);
144     bool OptimizeExtUses(Instruction *I);
145     bool OptimizeSelectInst(SelectInst *SI);
146     bool OptimizeShuffleVectorInst(ShuffleVectorInst *SI);
147     bool DupRetToEnableTailCallOpts(BasicBlock *BB);
148     bool PlaceDbgValues(Function &F);
149     bool sinkAndCmp(Function &F);
150   };
153 char CodeGenPrepare::ID = 0;
154 INITIALIZE_TM_PASS(CodeGenPrepare, "codegenprepare",
155                    "Optimize for code generation", false, false)
157 FunctionPass *llvm::createCodeGenPreparePass(const TargetMachine *TM) {
158   return new CodeGenPrepare(TM);
161 bool CodeGenPrepare::runOnFunction(Function &F) {
162   if (skipOptnoneFunction(F))
163     return false;
165   bool EverMadeChange = false;
166   // Clear per function information.
167   InsertedTruncsSet.clear();
168   PromotedInsts.clear();
170   ModifiedDT = false;
171   if (TM)
172     TLI = TM->getSubtargetImpl()->getTargetLowering();
173   TLInfo = &getAnalysis<TargetLibraryInfo>();
174   DominatorTreeWrapperPass *DTWP =
175       getAnalysisIfAvailable<DominatorTreeWrapperPass>();
176   DT = DTWP ? &DTWP->getDomTree() : nullptr;
177   OptSize = F.getAttributes().hasAttribute(AttributeSet::FunctionIndex,
178                                            Attribute::OptimizeForSize);
180   /// This optimization identifies DIV instructions that can be
181   /// profitably bypassed and carried out with a shorter, faster divide.
182   if (!OptSize && TLI && TLI->isSlowDivBypassed()) {
183     const DenseMap<unsigned int, unsigned int> &BypassWidths =
184        TLI->getBypassSlowDivWidths();
185     for (Function::iterator I = F.begin(); I != F.end(); I++)
186       EverMadeChange |= bypassSlowDivision(F, I, BypassWidths);
187   }
189   // Eliminate blocks that contain only PHI nodes and an
190   // unconditional branch.
191   EverMadeChange |= EliminateMostlyEmptyBlocks(F);
193   // llvm.dbg.value is far away from the value then iSel may not be able
194   // handle it properly. iSel will drop llvm.dbg.value if it can not
195   // find a node corresponding to the value.
196   EverMadeChange |= PlaceDbgValues(F);
198   // If there is a mask, compare against zero, and branch that can be combined
199   // into a single target instruction, push the mask and compare into branch
200   // users. Do this before OptimizeBlock -> OptimizeInst ->
201   // OptimizeCmpExpression, which perturbs the pattern being searched for.
202   if (!DisableBranchOpts)
203     EverMadeChange |= sinkAndCmp(F);
205   bool MadeChange = true;
206   while (MadeChange) {
207     MadeChange = false;
208     for (Function::iterator I = F.begin(); I != F.end(); ) {
209       BasicBlock *BB = I++;
210       MadeChange |= OptimizeBlock(*BB);
211     }
212     EverMadeChange |= MadeChange;
213   }
215   SunkAddrs.clear();
217   if (!DisableBranchOpts) {
218     MadeChange = false;
219     SmallPtrSet<BasicBlock*, 8> WorkList;
220     for (Function::iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB) {
221       SmallVector<BasicBlock*, 2> Successors(succ_begin(BB), succ_end(BB));
222       MadeChange |= ConstantFoldTerminator(BB, true);
223       if (!MadeChange) continue;
225       for (SmallVectorImpl<BasicBlock*>::iterator
226              II = Successors.begin(), IE = Successors.end(); II != IE; ++II)
227         if (pred_begin(*II) == pred_end(*II))
228           WorkList.insert(*II);
229     }
231     // Delete the dead blocks and any of their dead successors.
232     MadeChange |= !WorkList.empty();
233     while (!WorkList.empty()) {
234       BasicBlock *BB = *WorkList.begin();
235       WorkList.erase(BB);
236       SmallVector<BasicBlock*, 2> Successors(succ_begin(BB), succ_end(BB));
238       DeleteDeadBlock(BB);
240       for (SmallVectorImpl<BasicBlock*>::iterator
241              II = Successors.begin(), IE = Successors.end(); II != IE; ++II)
242         if (pred_begin(*II) == pred_end(*II))
243           WorkList.insert(*II);
244     }
246     // Merge pairs of basic blocks with unconditional branches, connected by
247     // a single edge.
248     if (EverMadeChange || MadeChange)
249       MadeChange |= EliminateFallThrough(F);
251     if (MadeChange)
252       ModifiedDT = true;
253     EverMadeChange |= MadeChange;
254   }
256   if (ModifiedDT && DT)
257     DT->recalculate(F);
259   return EverMadeChange;
262 /// EliminateFallThrough - Merge basic blocks which are connected
263 /// by a single edge, where one of the basic blocks has a single successor
264 /// pointing to the other basic block, which has a single predecessor.
265 bool CodeGenPrepare::EliminateFallThrough(Function &F) {
266   bool Changed = false;
267   // Scan all of the blocks in the function, except for the entry block.
268   for (Function::iterator I = std::next(F.begin()), E = F.end(); I != E;) {
269     BasicBlock *BB = I++;
270     // If the destination block has a single pred, then this is a trivial
271     // edge, just collapse it.
272     BasicBlock *SinglePred = BB->getSinglePredecessor();
274     // Don't merge if BB's address is taken.
275     if (!SinglePred || SinglePred == BB || BB->hasAddressTaken()) continue;
277     BranchInst *Term = dyn_cast<BranchInst>(SinglePred->getTerminator());
278     if (Term && !Term->isConditional()) {
279       Changed = true;
280       DEBUG(dbgs() << "To merge:\n"<< *SinglePred << "\n\n\n");
281       // Remember if SinglePred was the entry block of the function.
282       // If so, we will need to move BB back to the entry position.
283       bool isEntry = SinglePred == &SinglePred->getParent()->getEntryBlock();
284       MergeBasicBlockIntoOnlyPred(BB, this);
286       if (isEntry && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock())
287         BB->moveBefore(&BB->getParent()->getEntryBlock());
289       // We have erased a block. Update the iterator.
290       I = BB;
291     }
292   }
293   return Changed;
296 /// EliminateMostlyEmptyBlocks - eliminate blocks that contain only PHI nodes,
297 /// debug info directives, and an unconditional branch.  Passes before isel
298 /// (e.g. LSR/loopsimplify) often split edges in ways that are non-optimal for
299 /// isel.  Start by eliminating these blocks so we can split them the way we
300 /// want them.
301 bool CodeGenPrepare::EliminateMostlyEmptyBlocks(Function &F) {
302   bool MadeChange = false;
303   // Note that this intentionally skips the entry block.
304   for (Function::iterator I = std::next(F.begin()), E = F.end(); I != E;) {
305     BasicBlock *BB = I++;
307     // If this block doesn't end with an uncond branch, ignore it.
308     BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
309     if (!BI || !BI->isUnconditional())
310       continue;
312     // If the instruction before the branch (skipping debug info) isn't a phi
313     // node, then other stuff is happening here.
314     BasicBlock::iterator BBI = BI;
315     if (BBI != BB->begin()) {
316       --BBI;
317       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI)) {
318         if (BBI == BB->begin())
319           break;
320         --BBI;
321       }
322       if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI) && !isa<PHINode>(BBI))
323         continue;
324     }
326     // Do not break infinite loops.
327     BasicBlock *DestBB = BI->getSuccessor(0);
328     if (DestBB == BB)
329       continue;
331     if (!CanMergeBlocks(BB, DestBB))
332       continue;
334     EliminateMostlyEmptyBlock(BB);
335     MadeChange = true;
336   }
337   return MadeChange;
340 /// CanMergeBlocks - Return true if we can merge BB into DestBB if there is a
341 /// single uncond branch between them, and BB contains no other non-phi
342 /// instructions.
343 bool CodeGenPrepare::CanMergeBlocks(const BasicBlock *BB,
344                                     const BasicBlock *DestBB) const {
345   // We only want to eliminate blocks whose phi nodes are used by phi nodes in
346   // the successor.  If there are more complex condition (e.g. preheaders),
347   // don't mess around with them.
348   BasicBlock::const_iterator BBI = BB->begin();
349   while (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BBI++)) {
350     for (const User *U : PN->users()) {
351       const Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
352       if (UI->getParent() != DestBB || !isa<PHINode>(UI))
353         return false;
354       // If User is inside DestBB block and it is a PHINode then check
355       // incoming value. If incoming value is not from BB then this is
356       // a complex condition (e.g. preheaders) we want to avoid here.
357       if (UI->getParent() == DestBB) {
358         if (const PHINode *UPN = dyn_cast<PHINode>(UI))
359           for (unsigned I = 0, E = UPN->getNumIncomingValues(); I != E; ++I) {
360             Instruction *Insn = dyn_cast<Instruction>(UPN->getIncomingValue(I));
361             if (Insn && Insn->getParent() == BB &&
362                 Insn->getParent() != UPN->getIncomingBlock(I))
363               return false;
364           }
365       }
366     }
367   }
369   // If BB and DestBB contain any common predecessors, then the phi nodes in BB
370   // and DestBB may have conflicting incoming values for the block.  If so, we
371   // can't merge the block.
372   const PHINode *DestBBPN = dyn_cast<PHINode>(DestBB->begin());
373   if (!DestBBPN) return true;  // no conflict.
375   // Collect the preds of BB.
376   SmallPtrSet<const BasicBlock*, 16> BBPreds;
377   if (const PHINode *BBPN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
378     // It is faster to get preds from a PHI than with pred_iterator.
379     for (unsigned i = 0, e = BBPN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
380       BBPreds.insert(BBPN->getIncomingBlock(i));
381   } else {
382     BBPreds.insert(pred_begin(BB), pred_end(BB));
383   }
385   // Walk the preds of DestBB.
386   for (unsigned i = 0, e = DestBBPN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
387     BasicBlock *Pred = DestBBPN->getIncomingBlock(i);
388     if (BBPreds.count(Pred)) {   // Common predecessor?
389       BBI = DestBB->begin();
390       while (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BBI++)) {
391         const Value *V1 = PN->getIncomingValueForBlock(Pred);
392         const Value *V2 = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
394         // If V2 is a phi node in BB, look up what the mapped value will be.
395         if (const PHINode *V2PN = dyn_cast<PHINode>(V2))
396           if (V2PN->getParent() == BB)
397             V2 = V2PN->getIncomingValueForBlock(Pred);
399         // If there is a conflict, bail out.
400         if (V1 != V2) return false;
401       }
402     }
403   }
405   return true;
409 /// EliminateMostlyEmptyBlock - Eliminate a basic block that have only phi's and
410 /// an unconditional branch in it.
411 void CodeGenPrepare::EliminateMostlyEmptyBlock(BasicBlock *BB) {
412   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
413   BasicBlock *DestBB = BI->getSuccessor(0);
415   DEBUG(dbgs() << "MERGING MOSTLY EMPTY BLOCKS - BEFORE:\n" << *BB << *DestBB);
417   // If the destination block has a single pred, then this is a trivial edge,
418   // just collapse it.
419   if (BasicBlock *SinglePred = DestBB->getSinglePredecessor()) {
420     if (SinglePred != DestBB) {
421       // Remember if SinglePred was the entry block of the function.  If so, we
422       // will need to move BB back to the entry position.
423       bool isEntry = SinglePred == &SinglePred->getParent()->getEntryBlock();
424       MergeBasicBlockIntoOnlyPred(DestBB, this);
426       if (isEntry && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock())
427         BB->moveBefore(&BB->getParent()->getEntryBlock());
429       DEBUG(dbgs() << "AFTER:\n" << *DestBB << "\n\n\n");
430       return;
431     }
432   }
434   // Otherwise, we have multiple predecessors of BB.  Update the PHIs in DestBB
435   // to handle the new incoming edges it is about to have.
436   PHINode *PN;
437   for (BasicBlock::iterator BBI = DestBB->begin();
438        (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
439     // Remove the incoming value for BB, and remember it.
440     Value *InVal = PN->removeIncomingValue(BB, false);
442     // Two options: either the InVal is a phi node defined in BB or it is some
443     // value that dominates BB.
444     PHINode *InValPhi = dyn_cast<PHINode>(InVal);
445     if (InValPhi && InValPhi->getParent() == BB) {
446       // Add all of the input values of the input PHI as inputs of this phi.
447       for (unsigned i = 0, e = InValPhi->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
448         PN->addIncoming(InValPhi->getIncomingValue(i),
449                         InValPhi->getIncomingBlock(i));
450     } else {
451       // Otherwise, add one instance of the dominating value for each edge that
452       // we will be adding.
453       if (PHINode *BBPN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
454         for (unsigned i = 0, e = BBPN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
455           PN->addIncoming(InVal, BBPN->getIncomingBlock(i));
456       } else {
457         for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
458           PN->addIncoming(InVal, *PI);
459       }
460     }
461   }
463   // The PHIs are now updated, change everything that refers to BB to use
464   // DestBB and remove BB.
465   BB->replaceAllUsesWith(DestBB);
466   if (DT && !ModifiedDT) {
467     BasicBlock *BBIDom  = DT->getNode(BB)->getIDom()->getBlock();
468     BasicBlock *DestBBIDom = DT->getNode(DestBB)->getIDom()->getBlock();
469     BasicBlock *NewIDom = DT->findNearestCommonDominator(BBIDom, DestBBIDom);
470     DT->changeImmediateDominator(DestBB, NewIDom);
471     DT->eraseNode(BB);
472   }
473   BB->eraseFromParent();
474   ++NumBlocksElim;
476   DEBUG(dbgs() << "AFTER:\n" << *DestBB << "\n\n\n");
479 /// SinkCast - Sink the specified cast instruction into its user blocks
480 static bool SinkCast(CastInst *CI) {
481   BasicBlock *DefBB = CI->getParent();
483   /// InsertedCasts - Only insert a cast in each block once.
484   DenseMap<BasicBlock*, CastInst*> InsertedCasts;
486   bool MadeChange = false;
487   for (Value::user_iterator UI = CI->user_begin(), E = CI->user_end();
488        UI != E; ) {
489     Use &TheUse = UI.getUse();
490     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
492     // Figure out which BB this cast is used in.  For PHI's this is the
493     // appropriate predecessor block.
494     BasicBlock *UserBB = User->getParent();
495     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
496       UserBB = PN->getIncomingBlock(TheUse);
497     }
499     // Preincrement use iterator so we don't invalidate it.
500     ++UI;
502     // If this user is in the same block as the cast, don't change the cast.
503     if (UserBB == DefBB) continue;
505     // If we have already inserted a cast into this block, use it.
506     CastInst *&InsertedCast = InsertedCasts[UserBB];
508     if (!InsertedCast) {
509       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->getFirstInsertionPt();
510       InsertedCast =
511         CastInst::Create(CI->getOpcode(), CI->getOperand(0), CI->getType(), "",
512                          InsertPt);
513       MadeChange = true;
514     }
516     // Replace a use of the cast with a use of the new cast.
517     TheUse = InsertedCast;
518     ++NumCastUses;
519   }
521   // If we removed all uses, nuke the cast.
522   if (CI->use_empty()) {
523     CI->eraseFromParent();
524     MadeChange = true;
525   }
527   return MadeChange;
530 /// OptimizeNoopCopyExpression - If the specified cast instruction is a noop
531 /// copy (e.g. it's casting from one pointer type to another, i32->i8 on PPC),
532 /// sink it into user blocks to reduce the number of virtual
533 /// registers that must be created and coalesced.
534 ///
535 /// Return true if any changes are made.
536 ///
537 static bool OptimizeNoopCopyExpression(CastInst *CI, const TargetLowering &TLI){
538   // If this is a noop copy,
539   EVT SrcVT = TLI.getValueType(CI->getOperand(0)->getType());
540   EVT DstVT = TLI.getValueType(CI->getType());
542   // This is an fp<->int conversion?
543   if (SrcVT.isInteger() != DstVT.isInteger())
544     return false;
546   // If this is an extension, it will be a zero or sign extension, which
547   // isn't a noop.
548   if (SrcVT.bitsLT(DstVT)) return false;
550   // If these values will be promoted, find out what they will be promoted
551   // to.  This helps us consider truncates on PPC as noop copies when they
552   // are.
553   if (TLI.getTypeAction(CI->getContext(), SrcVT) ==
554       TargetLowering::TypePromoteInteger)
555     SrcVT = TLI.getTypeToTransformTo(CI->getContext(), SrcVT);
556   if (TLI.getTypeAction(CI->getContext(), DstVT) ==
557       TargetLowering::TypePromoteInteger)
558     DstVT = TLI.getTypeToTransformTo(CI->getContext(), DstVT);
560   // If, after promotion, these are the same types, this is a noop copy.
561   if (SrcVT != DstVT)
562     return false;
564   return SinkCast(CI);
567 /// OptimizeCmpExpression - sink the given CmpInst into user blocks to reduce
568 /// the number of virtual registers that must be created and coalesced.  This is
569 /// a clear win except on targets with multiple condition code registers
570 ///  (PowerPC), where it might lose; some adjustment may be wanted there.
571 ///
572 /// Return true if any changes are made.
573 static bool OptimizeCmpExpression(CmpInst *CI) {
574   BasicBlock *DefBB = CI->getParent();
576   /// InsertedCmp - Only insert a cmp in each block once.
577   DenseMap<BasicBlock*, CmpInst*> InsertedCmps;
579   bool MadeChange = false;
580   for (Value::user_iterator UI = CI->user_begin(), E = CI->user_end();
581        UI != E; ) {
582     Use &TheUse = UI.getUse();
583     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
585     // Preincrement use iterator so we don't invalidate it.
586     ++UI;
588     // Don't bother for PHI nodes.
589     if (isa<PHINode>(User))
590       continue;
592     // Figure out which BB this cmp is used in.
593     BasicBlock *UserBB = User->getParent();
595     // If this user is in the same block as the cmp, don't change the cmp.
596     if (UserBB == DefBB) continue;
598     // If we have already inserted a cmp into this block, use it.
599     CmpInst *&InsertedCmp = InsertedCmps[UserBB];
601     if (!InsertedCmp) {
602       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->getFirstInsertionPt();
603       InsertedCmp =
604         CmpInst::Create(CI->getOpcode(),
605                         CI->getPredicate(),  CI->getOperand(0),
606                         CI->getOperand(1), "", InsertPt);
607       MadeChange = true;
608     }
610     // Replace a use of the cmp with a use of the new cmp.
611     TheUse = InsertedCmp;
612     ++NumCmpUses;
613   }
615   // If we removed all uses, nuke the cmp.
616   if (CI->use_empty())
617     CI->eraseFromParent();
619   return MadeChange;
622 /// isExtractBitsCandidateUse - Check if the candidates could
623 /// be combined with shift instruction, which includes:
624 /// 1. Truncate instruction
625 /// 2. And instruction and the imm is a mask of the low bits:
626 /// imm & (imm+1) == 0
627 static bool isExtractBitsCandidateUse(Instruction *User) {
628   if (!isa<TruncInst>(User)) {
629     if (User->getOpcode() != Instruction::And ||
630         !isa<ConstantInt>(User->getOperand(1)))
631       return false;
633     const APInt &Cimm = cast<ConstantInt>(User->getOperand(1))->getValue();
635     if ((Cimm & (Cimm + 1)).getBoolValue())
636       return false;
637   }
638   return true;
641 /// SinkShiftAndTruncate - sink both shift and truncate instruction
642 /// to the use of truncate's BB.
643 static bool
644 SinkShiftAndTruncate(BinaryOperator *ShiftI, Instruction *User, ConstantInt *CI,
645                      DenseMap<BasicBlock *, BinaryOperator *> &InsertedShifts,
646                      const TargetLowering &TLI) {
647   BasicBlock *UserBB = User->getParent();
648   DenseMap<BasicBlock *, CastInst *> InsertedTruncs;
649   TruncInst *TruncI = dyn_cast<TruncInst>(User);
650   bool MadeChange = false;
652   for (Value::user_iterator TruncUI = TruncI->user_begin(),
653                             TruncE = TruncI->user_end();
654        TruncUI != TruncE;) {
656     Use &TruncTheUse = TruncUI.getUse();
657     Instruction *TruncUser = cast<Instruction>(*TruncUI);
658     // Preincrement use iterator so we don't invalidate it.
660     ++TruncUI;
662     int ISDOpcode = TLI.InstructionOpcodeToISD(TruncUser->getOpcode());
663     if (!ISDOpcode)
664       continue;
666     // If the use is actually a legal node, there will not be an
667     // implicit truncate.
668     // FIXME: always querying the result type is just an
669     // approximation; some nodes' legality is determined by the
670     // operand or other means. There's no good way to find out though.
671     if (TLI.isOperationLegalOrCustom(ISDOpcode,
672                                      EVT::getEVT(TruncUser->getType(), true)))
673       continue;
675     // Don't bother for PHI nodes.
676     if (isa<PHINode>(TruncUser))
677       continue;
679     BasicBlock *TruncUserBB = TruncUser->getParent();
681     if (UserBB == TruncUserBB)
682       continue;
684     BinaryOperator *&InsertedShift = InsertedShifts[TruncUserBB];
685     CastInst *&InsertedTrunc = InsertedTruncs[TruncUserBB];
687     if (!InsertedShift && !InsertedTrunc) {
688       BasicBlock::iterator InsertPt = TruncUserBB->getFirstInsertionPt();
689       // Sink the shift
690       if (ShiftI->getOpcode() == Instruction::AShr)
691         InsertedShift =
692             BinaryOperator::CreateAShr(ShiftI->getOperand(0), CI, "", InsertPt);
693       else
694         InsertedShift =
695             BinaryOperator::CreateLShr(ShiftI->getOperand(0), CI, "", InsertPt);
697       // Sink the trunc
698       BasicBlock::iterator TruncInsertPt = TruncUserBB->getFirstInsertionPt();
699       TruncInsertPt++;
701       InsertedTrunc = CastInst::Create(TruncI->getOpcode(), InsertedShift,
702                                        TruncI->getType(), "", TruncInsertPt);
704       MadeChange = true;
706       TruncTheUse = InsertedTrunc;
707     }
708   }
709   return MadeChange;
712 /// OptimizeExtractBits - sink the shift *right* instruction into user blocks if
713 /// the uses could potentially be combined with this shift instruction and
714 /// generate BitExtract instruction. It will only be applied if the architecture
715 /// supports BitExtract instruction. Here is an example:
716 /// BB1:
717 ///   %x.extract.shift = lshr i64 %arg1, 32
718 /// BB2:
719 ///   %x.extract.trunc = trunc i64 %x.extract.shift to i16
720 /// ==>
721 ///
722 /// BB2:
723 ///   %x.extract.shift.1 = lshr i64 %arg1, 32
724 ///   %x.extract.trunc = trunc i64 %x.extract.shift.1 to i16
725 ///
726 /// CodeGen will recoginze the pattern in BB2 and generate BitExtract
727 /// instruction.
728 /// Return true if any changes are made.
729 static bool OptimizeExtractBits(BinaryOperator *ShiftI, ConstantInt *CI,
730                                 const TargetLowering &TLI) {
731   BasicBlock *DefBB = ShiftI->getParent();
733   /// Only insert instructions in each block once.
734   DenseMap<BasicBlock *, BinaryOperator *> InsertedShifts;
736   bool shiftIsLegal = TLI.isTypeLegal(TLI.getValueType(ShiftI->getType()));
738   bool MadeChange = false;
739   for (Value::user_iterator UI = ShiftI->user_begin(), E = ShiftI->user_end();
740        UI != E;) {
741     Use &TheUse = UI.getUse();
742     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
743     // Preincrement use iterator so we don't invalidate it.
744     ++UI;
746     // Don't bother for PHI nodes.
747     if (isa<PHINode>(User))
748       continue;
750     if (!isExtractBitsCandidateUse(User))
751       continue;
753     BasicBlock *UserBB = User->getParent();
755     if (UserBB == DefBB) {
756       // If the shift and truncate instruction are in the same BB. The use of
757       // the truncate(TruncUse) may still introduce another truncate if not
758       // legal. In this case, we would like to sink both shift and truncate
759       // instruction to the BB of TruncUse.
760       // for example:
761       // BB1:
762       // i64 shift.result = lshr i64 opnd, imm
763       // trunc.result = trunc shift.result to i16
764       //
765       // BB2:
766       //   ----> We will have an implicit truncate here if the architecture does
767       //   not have i16 compare.
768       // cmp i16 trunc.result, opnd2
769       //
770       if (isa<TruncInst>(User) && shiftIsLegal
771           // If the type of the truncate is legal, no trucate will be
772           // introduced in other basic blocks.
773           && (!TLI.isTypeLegal(TLI.getValueType(User->getType()))))
774         MadeChange =
775             SinkShiftAndTruncate(ShiftI, User, CI, InsertedShifts, TLI);
777       continue;
778     }
779     // If we have already inserted a shift into this block, use it.
780     BinaryOperator *&InsertedShift = InsertedShifts[UserBB];
782     if (!InsertedShift) {
783       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->getFirstInsertionPt();
785       if (ShiftI->getOpcode() == Instruction::AShr)
786         InsertedShift =
787             BinaryOperator::CreateAShr(ShiftI->getOperand(0), CI, "", InsertPt);
788       else
789         InsertedShift =
790             BinaryOperator::CreateLShr(ShiftI->getOperand(0), CI, "", InsertPt);
792       MadeChange = true;
793     }
795     // Replace a use of the shift with a use of the new shift.
796     TheUse = InsertedShift;
797   }
799   // If we removed all uses, nuke the shift.
800   if (ShiftI->use_empty())
801     ShiftI->eraseFromParent();
803   return MadeChange;
806 namespace {
807 class CodeGenPrepareFortifiedLibCalls : public SimplifyFortifiedLibCalls {
808 protected:
809   void replaceCall(Value *With) override {
810     CI->replaceAllUsesWith(With);
811     CI->eraseFromParent();
812   }
813   bool isFoldable(unsigned SizeCIOp, unsigned, bool) const override {
814       if (ConstantInt *SizeCI =
815                              dyn_cast<ConstantInt>(CI->getArgOperand(SizeCIOp)))
816         return SizeCI->isAllOnesValue();
817     return false;
818   }
819 };
820 } // end anonymous namespace
822 bool CodeGenPrepare::OptimizeCallInst(CallInst *CI) {
823   BasicBlock *BB = CI->getParent();
825   // Lower inline assembly if we can.
826   // If we found an inline asm expession, and if the target knows how to
827   // lower it to normal LLVM code, do so now.
828   if (TLI && isa<InlineAsm>(CI->getCalledValue())) {
829     if (TLI->ExpandInlineAsm(CI)) {
830       // Avoid invalidating the iterator.
831       CurInstIterator = BB->begin();
832       // Avoid processing instructions out of order, which could cause
833       // reuse before a value is defined.
834       SunkAddrs.clear();
835       return true;
836     }
837     // Sink address computing for memory operands into the block.
838     if (OptimizeInlineAsmInst(CI))
839       return true;
840   }
842   // Lower all uses of llvm.objectsize.*
843   IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CI);
844   if (II && II->getIntrinsicID() == Intrinsic::objectsize) {
845     bool Min = (cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(1))->getZExtValue() == 1);
846     Type *ReturnTy = CI->getType();
847     Constant *RetVal = ConstantInt::get(ReturnTy, Min ? 0 : -1ULL);
849     // Substituting this can cause recursive simplifications, which can
850     // invalidate our iterator.  Use a WeakVH to hold onto it in case this
851     // happens.
852     WeakVH IterHandle(CurInstIterator);
854     replaceAndRecursivelySimplify(CI, RetVal,
855                                   TLI ? TLI->getDataLayout() : nullptr,
856                                   TLInfo, ModifiedDT ? nullptr : DT);
858     // If the iterator instruction was recursively deleted, start over at the
859     // start of the block.
860     if (IterHandle != CurInstIterator) {
861       CurInstIterator = BB->begin();
862       SunkAddrs.clear();
863     }
864     return true;
865   }
867   if (II && TLI) {
868     SmallVector<Value*, 2> PtrOps;
869     Type *AccessTy;
870     if (TLI->GetAddrModeArguments(II, PtrOps, AccessTy))
871       while (!PtrOps.empty())
872         if (OptimizeMemoryInst(II, PtrOps.pop_back_val(), AccessTy))
873           return true;
874   }
876   // From here on out we're working with named functions.
877   if (!CI->getCalledFunction()) return false;
879   // We'll need DataLayout from here on out.
880   const DataLayout *TD = TLI ? TLI->getDataLayout() : nullptr;
881   if (!TD) return false;
883   // Lower all default uses of _chk calls.  This is very similar
884   // to what InstCombineCalls does, but here we are only lowering calls
885   // that have the default "don't know" as the objectsize.  Anything else
886   // should be left alone.
887   CodeGenPrepareFortifiedLibCalls Simplifier;
888   return Simplifier.fold(CI, TD, TLInfo);
891 /// DupRetToEnableTailCallOpts - Look for opportunities to duplicate return
892 /// instructions to the predecessor to enable tail call optimizations. The
893 /// case it is currently looking for is:
894 /// @code
895 /// bb0:
896 ///   %tmp0 = tail call i32 @f0()
897 ///   br label %return
898 /// bb1:
899 ///   %tmp1 = tail call i32 @f1()
900 ///   br label %return
901 /// bb2:
902 ///   %tmp2 = tail call i32 @f2()
903 ///   br label %return
904 /// return:
905 ///   %retval = phi i32 [ %tmp0, %bb0 ], [ %tmp1, %bb1 ], [ %tmp2, %bb2 ]
906 ///   ret i32 %retval
907 /// @endcode
908 ///
909 /// =>
910 ///
911 /// @code
912 /// bb0:
913 ///   %tmp0 = tail call i32 @f0()
914 ///   ret i32 %tmp0
915 /// bb1:
916 ///   %tmp1 = tail call i32 @f1()
917 ///   ret i32 %tmp1
918 /// bb2:
919 ///   %tmp2 = tail call i32 @f2()
920 ///   ret i32 %tmp2
921 /// @endcode
922 bool CodeGenPrepare::DupRetToEnableTailCallOpts(BasicBlock *BB) {
923   if (!TLI)
924     return false;
926   ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator());
927   if (!RI)
928     return false;
930   PHINode *PN = nullptr;
931   BitCastInst *BCI = nullptr;
932   Value *V = RI->getReturnValue();
933   if (V) {
934     BCI = dyn_cast<BitCastInst>(V);
935     if (BCI)
936       V = BCI->getOperand(0);
938     PN = dyn_cast<PHINode>(V);
939     if (!PN)
940       return false;
941   }
943   if (PN && PN->getParent() != BB)
944     return false;
946   // It's not safe to eliminate the sign / zero extension of the return value.
947   // See llvm::isInTailCallPosition().
948   const Function *F = BB->getParent();
949   AttributeSet CallerAttrs = F->getAttributes();
950   if (CallerAttrs.hasAttribute(AttributeSet::ReturnIndex, Attribute::ZExt) ||
951       CallerAttrs.hasAttribute(AttributeSet::ReturnIndex, Attribute::SExt))
952     return false;
954   // Make sure there are no instructions between the PHI and return, or that the
955   // return is the first instruction in the block.
956   if (PN) {
957     BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
958     do { ++BI; } while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BI));
959     if (&*BI == BCI)
960       // Also skip over the bitcast.
961       ++BI;
962     if (&*BI != RI)
963       return false;
964   } else {
965     BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
966     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BI)) ++BI;
967     if (&*BI != RI)
968       return false;
969   }
971   /// Only dup the ReturnInst if the CallInst is likely to be emitted as a tail
972   /// call.
973   SmallVector<CallInst*, 4> TailCalls;
974   if (PN) {
975     for (unsigned I = 0, E = PN->getNumIncomingValues(); I != E; ++I) {
976       CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(PN->getIncomingValue(I));
977       // Make sure the phi value is indeed produced by the tail call.
978       if (CI && CI->hasOneUse() && CI->getParent() == PN->getIncomingBlock(I) &&
979           TLI->mayBeEmittedAsTailCall(CI))
980         TailCalls.push_back(CI);
981     }
982   } else {
983     SmallPtrSet<BasicBlock*, 4> VisitedBBs;
984     for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB); PI != PE; ++PI) {
985       if (!VisitedBBs.insert(*PI))
986         continue;
988       BasicBlock::InstListType &InstList = (*PI)->getInstList();
989       BasicBlock::InstListType::reverse_iterator RI = InstList.rbegin();
990       BasicBlock::InstListType::reverse_iterator RE = InstList.rend();
991       do { ++RI; } while (RI != RE && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI));
992       if (RI == RE)
993         continue;
995       CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(&*RI);
996       if (CI && CI->use_empty() && TLI->mayBeEmittedAsTailCall(CI))
997         TailCalls.push_back(CI);
998     }
999   }
1001   bool Changed = false;
1002   for (unsigned i = 0, e = TailCalls.size(); i != e; ++i) {
1003     CallInst *CI = TailCalls[i];
1004     CallSite CS(CI);
1006     // Conservatively require the attributes of the call to match those of the
1007     // return. Ignore noalias because it doesn't affect the call sequence.
1008     AttributeSet CalleeAttrs = CS.getAttributes();
1009     if (AttrBuilder(CalleeAttrs, AttributeSet::ReturnIndex).
1010           removeAttribute(Attribute::NoAlias) !=
1011         AttrBuilder(CalleeAttrs, AttributeSet::ReturnIndex).
1012           removeAttribute(Attribute::NoAlias))
1013       continue;
1015     // Make sure the call instruction is followed by an unconditional branch to
1016     // the return block.
1017     BasicBlock *CallBB = CI->getParent();
1018     BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(CallBB->getTerminator());
1019     if (!BI || !BI->isUnconditional() || BI->getSuccessor(0) != BB)
1020       continue;
1022     // Duplicate the return into CallBB.
1023     (void)FoldReturnIntoUncondBranch(RI, BB, CallBB);
1024     ModifiedDT = Changed = true;
1025     ++NumRetsDup;
1026   }
1028   // If we eliminated all predecessors of the block, delete the block now.
1029   if (Changed && !BB->hasAddressTaken() && pred_begin(BB) == pred_end(BB))
1030     BB->eraseFromParent();
1032   return Changed;
1035 //===----------------------------------------------------------------------===//
1036 // Memory Optimization
1037 //===----------------------------------------------------------------------===//
1039 namespace {
1041 /// ExtAddrMode - This is an extended version of TargetLowering::AddrMode
1042 /// which holds actual Value*'s for register values.
1043 struct ExtAddrMode : public TargetLowering::AddrMode {
1044   Value *BaseReg;
1045   Value *ScaledReg;
1046   ExtAddrMode() : BaseReg(nullptr), ScaledReg(nullptr) {}
1047   void print(raw_ostream &OS) const;
1048   void dump() const;
1050   bool operator==(const ExtAddrMode& O) const {
1051     return (BaseReg == O.BaseReg) && (ScaledReg == O.ScaledReg) &&
1052            (BaseGV == O.BaseGV) && (BaseOffs == O.BaseOffs) &&
1053            (HasBaseReg == O.HasBaseReg) && (Scale == O.Scale);
1054   }
1055 };
1057 #ifndef NDEBUG
1058 static inline raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const ExtAddrMode &AM) {
1059   AM.print(OS);
1060   return OS;
1062 #endif
1064 void ExtAddrMode::print(raw_ostream &OS) const {
1065   bool NeedPlus = false;
1066   OS << "[";
1067   if (BaseGV) {
1068     OS << (NeedPlus ? " + " : "")
1069        << "GV:";
1070     BaseGV->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
1071     NeedPlus = true;
1072   }
1074   if (BaseOffs) {
1075     OS << (NeedPlus ? " + " : "")
1076        << BaseOffs;
1077     NeedPlus = true;
1078   }
1080   if (BaseReg) {
1081     OS << (NeedPlus ? " + " : "")
1082        << "Base:";
1083     BaseReg->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
1084     NeedPlus = true;
1085   }
1086   if (Scale) {
1087     OS << (NeedPlus ? " + " : "")
1088        << Scale << "*";
1089     ScaledReg->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
1090   }
1092   OS << ']';
1095 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1096 void ExtAddrMode::dump() const {
1097   print(dbgs());
1098   dbgs() << '\n';
1100 #endif
1102 /// \brief This class provides transaction based operation on the IR.
1103 /// Every change made through this class is recorded in the internal state and
1104 /// can be undone (rollback) until commit is called.
1105 class TypePromotionTransaction {
1107   /// \brief This represents the common interface of the individual transaction.
1108   /// Each class implements the logic for doing one specific modification on
1109   /// the IR via the TypePromotionTransaction.
1110   class TypePromotionAction {
1111   protected:
1112     /// The Instruction modified.
1113     Instruction *Inst;
1115   public:
1116     /// \brief Constructor of the action.
1117     /// The constructor performs the related action on the IR.
1118     TypePromotionAction(Instruction *Inst) : Inst(Inst) {}
1120     virtual ~TypePromotionAction() {}
1122     /// \brief Undo the modification done by this action.
1123     /// When this method is called, the IR must be in the same state as it was
1124     /// before this action was applied.
1125     /// \pre Undoing the action works if and only if the IR is in the exact same
1126     /// state as it was directly after this action was applied.
1127     virtual void undo() = 0;
1129     /// \brief Advocate every change made by this action.
1130     /// When the results on the IR of the action are to be kept, it is important
1131     /// to call this function, otherwise hidden information may be kept forever.
1132     virtual void commit() {
1133       // Nothing to be done, this action is not doing anything.
1134     }
1135   };
1137   /// \brief Utility to remember the position of an instruction.
1138   class InsertionHandler {
1139     /// Position of an instruction.
1140     /// Either an instruction:
1141     /// - Is the first in a basic block: BB is used.
1142     /// - Has a previous instructon: PrevInst is used.
1143     union {
1144       Instruction *PrevInst;
1145       BasicBlock *BB;
1146     } Point;
1147     /// Remember whether or not the instruction had a previous instruction.
1148     bool HasPrevInstruction;
1150   public:
1151     /// \brief Record the position of \p Inst.
1152     InsertionHandler(Instruction *Inst) {
1153       BasicBlock::iterator It = Inst;
1154       HasPrevInstruction = (It != (Inst->getParent()->begin()));
1155       if (HasPrevInstruction)
1156         Point.PrevInst = --It;
1157       else
1158         Point.BB = Inst->getParent();
1159     }
1161     /// \brief Insert \p Inst at the recorded position.
1162     void insert(Instruction *Inst) {
1163       if (HasPrevInstruction) {
1164         if (Inst->getParent())
1165           Inst->removeFromParent();
1166         Inst->insertAfter(Point.PrevInst);
1167       } else {
1168         Instruction *Position = Point.BB->getFirstInsertionPt();
1169         if (Inst->getParent())
1170           Inst->moveBefore(Position);
1171         else
1172           Inst->insertBefore(Position);
1173       }
1174     }
1175   };
1177   /// \brief Move an instruction before another.
1178   class InstructionMoveBefore : public TypePromotionAction {
1179     /// Original position of the instruction.
1180     InsertionHandler Position;
1182   public:
1183     /// \brief Move \p Inst before \p Before.
1184     InstructionMoveBefore(Instruction *Inst, Instruction *Before)
1185         : TypePromotionAction(Inst), Position(Inst) {
1186       DEBUG(dbgs() << "Do: move: " << *Inst << "\nbefore: " << *Before << "\n");
1187       Inst->moveBefore(Before);
1188     }
1190     /// \brief Move the instruction back to its original position.
1191     void undo() override {
1192       DEBUG(dbgs() << "Undo: moveBefore: " << *Inst << "\n");
1193       Position.insert(Inst);
1194     }
1195   };
1197   /// \brief Set the operand of an instruction with a new value.
1198   class OperandSetter : public TypePromotionAction {
1199     /// Original operand of the instruction.
1200     Value *Origin;
1201     /// Index of the modified instruction.
1202     unsigned Idx;
1204   public:
1205     /// \brief Set \p Idx operand of \p Inst with \p NewVal.
1206     OperandSetter(Instruction *Inst, unsigned Idx, Value *NewVal)
1207         : TypePromotionAction(Inst), Idx(Idx) {
1208       DEBUG(dbgs() << "Do: setOperand: " << Idx << "\n"
1209                    << "for:" << *Inst << "\n"
1210                    << "with:" << *NewVal << "\n");
1211       Origin = Inst->getOperand(Idx);
1212       Inst->setOperand(Idx, NewVal);
1213     }
1215     /// \brief Restore the original value of the instruction.
1216     void undo() override {
1217       DEBUG(dbgs() << "Undo: setOperand:" << Idx << "\n"
1218                    << "for: " << *Inst << "\n"
1219                    << "with: " << *Origin << "\n");
1220       Inst->setOperand(Idx, Origin);
1221     }
1222   };
1224   /// \brief Hide the operands of an instruction.
1225   /// Do as if this instruction was not using any of its operands.
1226   class OperandsHider : public TypePromotionAction {
1227     /// The list of original operands.
1228     SmallVector<Value *, 4> OriginalValues;
1230   public:
1231     /// \brief Remove \p Inst from the uses of the operands of \p Inst.
1232     OperandsHider(Instruction *Inst) : TypePromotionAction(Inst) {
1233       DEBUG(dbgs() << "Do: OperandsHider: " << *Inst << "\n");
1234       unsigned NumOpnds = Inst->getNumOperands();
1235       OriginalValues.reserve(NumOpnds);
1236       for (unsigned It = 0; It < NumOpnds; ++It) {
1237         // Save the current operand.
1238         Value *Val = Inst->getOperand(It);
1239         OriginalValues.push_back(Val);
1240         // Set a dummy one.
1241         // We could use OperandSetter here, but that would implied an overhead
1242         // that we are not willing to pay.
1243         Inst->setOperand(It, UndefValue::get(Val->getType()));
1244       }
1245     }
1247     /// \brief Restore the original list of uses.
1248     void undo() override {
1249       DEBUG(dbgs() << "Undo: OperandsHider: " << *Inst << "\n");
1250       for (unsigned It = 0, EndIt = OriginalValues.size(); It != EndIt; ++It)
1251         Inst->setOperand(It, OriginalValues[It]);
1252     }
1253   };
1255   /// \brief Build a truncate instruction.
1256   class TruncBuilder : public TypePromotionAction {
1257   public:
1258     /// \brief Build a truncate instruction of \p Opnd producing a \p Ty
1259     /// result.
1260     /// trunc Opnd to Ty.
1261     TruncBuilder(Instruction *Opnd, Type *Ty) : TypePromotionAction(Opnd) {
1262       IRBuilder<> Builder(Opnd);
1263       Inst = cast<Instruction>(Builder.CreateTrunc(Opnd, Ty, "promoted"));
1264       DEBUG(dbgs() << "Do: TruncBuilder: " << *Inst << "\n");
1265     }
1267     /// \brief Get the built instruction.
1268     Instruction *getBuiltInstruction() { return Inst; }
1270     /// \brief Remove the built instruction.
1271     void undo() override {
1272       DEBUG(dbgs() << "Undo: TruncBuilder: " << *Inst << "\n");
1273       Inst->eraseFromParent();
1274     }
1275   };
1277   /// \brief Build a sign extension instruction.
1278   class SExtBuilder : public TypePromotionAction {
1279   public:
1280     /// \brief Build a sign extension instruction of \p Opnd producing a \p Ty
1281     /// result.
1282     /// sext Opnd to Ty.
1283     SExtBuilder(Instruction *InsertPt, Value *Opnd, Type *Ty)
1284         : TypePromotionAction(Inst) {
1285       IRBuilder<> Builder(InsertPt);
1286       Inst = cast<Instruction>(Builder.CreateSExt(Opnd, Ty, "promoted"));
1287       DEBUG(dbgs() << "Do: SExtBuilder: " << *Inst << "\n");
1288     }
1290     /// \brief Get the built instruction.
1291     Instruction *getBuiltInstruction() { return Inst; }
1293     /// \brief Remove the built instruction.
1294     void undo() override {
1295       DEBUG(dbgs() << "Undo: SExtBuilder: " << *Inst << "\n");
1296       Inst->eraseFromParent();
1297     }
1298   };
1300   /// \brief Build a zero extension instruction.
1301   class ZExtBuilder : public TypePromotionAction {
1302   public:
1303     /// \brief Build a zero extension instruction of \p Opnd producing a \p Ty
1304     /// result.
1305     /// zext Opnd to Ty.
1306     ZExtBuilder(Instruction *InsertPt, Value *Opnd, Type *Ty)
1307         : TypePromotionAction(Inst) {
1308       IRBuilder<> Builder(InsertPt);
1309       Inst = cast<Instruction>(Builder.CreateZExt(Opnd, Ty, "promoted"));
1310       DEBUG(dbgs() << "Do: ZExtBuilder: " << *Inst << "\n");
1311     }
1313     /// \brief Get the built instruction.
1314     Instruction *getBuiltInstruction() { return Inst; }
1316     /// \brief Remove the built instruction.
1317     void undo() override {
1318       DEBUG(dbgs() << "Undo: ZExtBuilder: " << *Inst << "\n");
1319       Inst->eraseFromParent();
1320     }
1321   };
1323   /// \brief Mutate an instruction to another type.
1324   class TypeMutator : public TypePromotionAction {
1325     /// Record the original type.
1326     Type *OrigTy;
1328   public:
1329     /// \brief Mutate the type of \p Inst into \p NewTy.
1330     TypeMutator(Instruction *Inst, Type *NewTy)
1331         : TypePromotionAction(Inst), OrigTy(Inst->getType()) {
1332       DEBUG(dbgs() << "Do: MutateType: " << *Inst << " with " << *NewTy
1333                    << "\n");
1334       Inst->mutateType(NewTy);
1335     }
1337     /// \brief Mutate the instruction back to its original type.
1338     void undo() override {
1339       DEBUG(dbgs() << "Undo: MutateType: " << *Inst << " with " << *OrigTy
1340                    << "\n");
1341       Inst->mutateType(OrigTy);
1342     }
1343   };
1345   /// \brief Replace the uses of an instruction by another instruction.
1346   class UsesReplacer : public TypePromotionAction {
1347     /// Helper structure to keep track of the replaced uses.
1348     struct InstructionAndIdx {
1349       /// The instruction using the instruction.
1350       Instruction *Inst;
1351       /// The index where this instruction is used for Inst.
1352       unsigned Idx;
1353       InstructionAndIdx(Instruction *Inst, unsigned Idx)
1354           : Inst(Inst), Idx(Idx) {}
1355     };
1357     /// Keep track of the original uses (pair Instruction, Index).
1358     SmallVector<InstructionAndIdx, 4> OriginalUses;
1359     typedef SmallVectorImpl<InstructionAndIdx>::iterator use_iterator;
1361   public:
1362     /// \brief Replace all the use of \p Inst by \p New.
1363     UsesReplacer(Instruction *Inst, Value *New) : TypePromotionAction(Inst) {
1364       DEBUG(dbgs() << "Do: UsersReplacer: " << *Inst << " with " << *New
1365                    << "\n");
1366       // Record the original uses.
1367       for (Use &U : Inst->uses()) {
1368         Instruction *UserI = cast<Instruction>(U.getUser());
1369         OriginalUses.push_back(InstructionAndIdx(UserI, U.getOperandNo()));
1370       }
1371       // Now, we can replace the uses.
1372       Inst->replaceAllUsesWith(New);
1373     }
1375     /// \brief Reassign the original uses of Inst to Inst.
1376     void undo() override {
1377       DEBUG(dbgs() << "Undo: UsersReplacer: " << *Inst << "\n");
1378       for (use_iterator UseIt = OriginalUses.begin(),
1379                         EndIt = OriginalUses.end();
1380            UseIt != EndIt; ++UseIt) {
1381         UseIt->Inst->setOperand(UseIt->Idx, Inst);
1382       }
1383     }
1384   };
1386   /// \brief Remove an instruction from the IR.
1387   class InstructionRemover : public TypePromotionAction {
1388     /// Original position of the instruction.
1389     InsertionHandler Inserter;
1390     /// Helper structure to hide all the link to the instruction. In other
1391     /// words, this helps to do as if the instruction was removed.
1392     OperandsHider Hider;
1393     /// Keep track of the uses replaced, if any.
1394     UsesReplacer *Replacer;
1396   public:
1397     /// \brief Remove all reference of \p Inst and optinally replace all its
1398     /// uses with New.
1399     /// \pre If !Inst->use_empty(), then New != nullptr
1400     InstructionRemover(Instruction *Inst, Value *New = nullptr)
1401         : TypePromotionAction(Inst), Inserter(Inst), Hider(Inst),
1402           Replacer(nullptr) {
1403       if (New)
1404         Replacer = new UsesReplacer(Inst, New);
1405       DEBUG(dbgs() << "Do: InstructionRemover: " << *Inst << "\n");
1406       Inst->removeFromParent();
1407     }
1409     ~InstructionRemover() { delete Replacer; }
1411     /// \brief Really remove the instruction.
1412     void commit() override { delete Inst; }
1414     /// \brief Resurrect the instruction and reassign it to the proper uses if
1415     /// new value was provided when build this action.
1416     void undo() override {
1417       DEBUG(dbgs() << "Undo: InstructionRemover: " << *Inst << "\n");
1418       Inserter.insert(Inst);
1419       if (Replacer)
1420         Replacer->undo();
1421       Hider.undo();
1422     }
1423   };
1425 public:
1426   /// Restoration point.
1427   /// The restoration point is a pointer to an action instead of an iterator
1428   /// because the iterator may be invalidated but not the pointer.
1429   typedef const TypePromotionAction *ConstRestorationPt;
1430   /// Advocate every changes made in that transaction.
1431   void commit();
1432   /// Undo all the changes made after the given point.
1433   void rollback(ConstRestorationPt Point);
1434   /// Get the current restoration point.
1435   ConstRestorationPt getRestorationPoint() const;
1437   /// \name API for IR modification with state keeping to support rollback.
1438   /// @{
1439   /// Same as Instruction::setOperand.
1440   void setOperand(Instruction *Inst, unsigned Idx, Value *NewVal);
1441   /// Same as Instruction::eraseFromParent.
1442   void eraseInstruction(Instruction *Inst, Value *NewVal = nullptr);
1443   /// Same as Value::replaceAllUsesWith.
1444   void replaceAllUsesWith(Instruction *Inst, Value *New);
1445   /// Same as Value::mutateType.
1446   void mutateType(Instruction *Inst, Type *NewTy);
1447   /// Same as IRBuilder::createTrunc.
1448   Instruction *createTrunc(Instruction *Opnd, Type *Ty);
1449   /// Same as IRBuilder::createSExt.
1450   Instruction *createSExt(Instruction *Inst, Value *Opnd, Type *Ty);
1451   /// Same as IRBuilder::createZExt.
1452   Instruction *createZExt(Instruction *Inst, Value *Opnd, Type *Ty);
1453   /// Same as Instruction::moveBefore.
1454   void moveBefore(Instruction *Inst, Instruction *Before);
1455   /// @}
1457 private:
1458   /// The ordered list of actions made so far.
1459   SmallVector<std::unique_ptr<TypePromotionAction>, 16> Actions;
1460   typedef SmallVectorImpl<std::unique_ptr<TypePromotionAction>>::iterator CommitPt;
1461 };
1463 void TypePromotionTransaction::setOperand(Instruction *Inst, unsigned Idx,
1464                                           Value *NewVal) {
1465   Actions.push_back(
1466       make_unique<TypePromotionTransaction::OperandSetter>(Inst, Idx, NewVal));
1469 void TypePromotionTransaction::eraseInstruction(Instruction *Inst,
1470                                                 Value *NewVal) {
1471   Actions.push_back(
1472       make_unique<TypePromotionTransaction::InstructionRemover>(Inst, NewVal));
1475 void TypePromotionTransaction::replaceAllUsesWith(Instruction *Inst,
1476                                                   Value *New) {
1477   Actions.push_back(make_unique<TypePromotionTransaction::UsesReplacer>(Inst, New));
1480 void TypePromotionTransaction::mutateType(Instruction *Inst, Type *NewTy) {
1481   Actions.push_back(make_unique<TypePromotionTransaction::TypeMutator>(Inst, NewTy));
1484 Instruction *TypePromotionTransaction::createTrunc(Instruction *Opnd,
1485                                                    Type *Ty) {
1486   std::unique_ptr<TruncBuilder> Ptr(new TruncBuilder(Opnd, Ty));
1487   Instruction *I = Ptr->getBuiltInstruction();
1488   Actions.push_back(std::move(Ptr));
1489   return I;
1492 Instruction *TypePromotionTransaction::createSExt(Instruction *Inst,
1493                                                   Value *Opnd, Type *Ty) {
1494   std::unique_ptr<SExtBuilder> Ptr(new SExtBuilder(Inst, Opnd, Ty));
1495   Instruction *I = Ptr->getBuiltInstruction();
1496   Actions.push_back(std::move(Ptr));
1497   return I;
1500 Instruction *TypePromotionTransaction::createZExt(Instruction *Inst,
1501                                                   Value *Opnd, Type *Ty) {
1502   std::unique_ptr<ZExtBuilder> Ptr(new ZExtBuilder(Inst, Opnd, Ty));
1503   Instruction *I = Ptr->getBuiltInstruction();
1504   Actions.push_back(std::move(Ptr));
1505   return I;
1508 void TypePromotionTransaction::moveBefore(Instruction *Inst,
1509                                           Instruction *Before) {
1510   Actions.push_back(
1511       make_unique<TypePromotionTransaction::InstructionMoveBefore>(Inst, Before));
1514 TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt
1515 TypePromotionTransaction::getRestorationPoint() const {
1516   return !Actions.empty() ? Actions.back().get() : nullptr;
1519 void TypePromotionTransaction::commit() {
1520   for (CommitPt It = Actions.begin(), EndIt = Actions.end(); It != EndIt;
1521        ++It)
1522     (*It)->commit();
1523   Actions.clear();
1526 void TypePromotionTransaction::rollback(
1527     TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt Point) {
1528   while (!Actions.empty() && Point != Actions.back().get()) {
1529     std::unique_ptr<TypePromotionAction> Curr = Actions.pop_back_val();
1530     Curr->undo();
1531   }
1534 /// \brief A helper class for matching addressing modes.
1535 ///
1536 /// This encapsulates the logic for matching the target-legal addressing modes.
1537 class AddressingModeMatcher {
1538   SmallVectorImpl<Instruction*> &AddrModeInsts;
1539   const TargetLowering &TLI;
1541   /// AccessTy/MemoryInst - This is the type for the access (e.g. double) and
1542   /// the memory instruction that we're computing this address for.
1543   Type *AccessTy;
1544   Instruction *MemoryInst;
1546   /// AddrMode - This is the addressing mode that we're building up.  This is
1547   /// part of the return value of this addressing mode matching stuff.
1548   ExtAddrMode &AddrMode;
1550   /// The truncate instruction inserted by other CodeGenPrepare optimizations.
1551   const SetOfInstrs &InsertedTruncs;
1552   /// A map from the instructions to their type before promotion.
1553   InstrToOrigTy &PromotedInsts;
1554   /// The ongoing transaction where every action should be registered.
1555   TypePromotionTransaction &TPT;
1557   /// IgnoreProfitability - This is set to true when we should not do
1558   /// profitability checks.  When true, IsProfitableToFoldIntoAddressingMode
1559   /// always returns true.
1560   bool IgnoreProfitability;
1562   AddressingModeMatcher(SmallVectorImpl<Instruction*> &AMI,
1563                         const TargetLowering &T, Type *AT,
1564                         Instruction *MI, ExtAddrMode &AM,
1565                         const SetOfInstrs &InsertedTruncs,
1566                         InstrToOrigTy &PromotedInsts,
1567                         TypePromotionTransaction &TPT)
1568       : AddrModeInsts(AMI), TLI(T), AccessTy(AT), MemoryInst(MI), AddrMode(AM),
1569         InsertedTruncs(InsertedTruncs), PromotedInsts(PromotedInsts), TPT(TPT) {
1570     IgnoreProfitability = false;
1571   }
1572 public:
1574   /// Match - Find the maximal addressing mode that a load/store of V can fold,
1575   /// give an access type of AccessTy.  This returns a list of involved
1576   /// instructions in AddrModeInsts.
1577   /// \p InsertedTruncs The truncate instruction inserted by other
1578   /// CodeGenPrepare
1579   /// optimizations.
1580   /// \p PromotedInsts maps the instructions to their type before promotion.
1581   /// \p The ongoing transaction where every action should be registered.
1582   static ExtAddrMode Match(Value *V, Type *AccessTy,
1583                            Instruction *MemoryInst,
1584                            SmallVectorImpl<Instruction*> &AddrModeInsts,
1585                            const TargetLowering &TLI,
1586                            const SetOfInstrs &InsertedTruncs,
1587                            InstrToOrigTy &PromotedInsts,
1588                            TypePromotionTransaction &TPT) {
1589     ExtAddrMode Result;
1591     bool Success = AddressingModeMatcher(AddrModeInsts, TLI, AccessTy,
1592                                          MemoryInst, Result, InsertedTruncs,
1593                                          PromotedInsts, TPT).MatchAddr(V, 0);
1594     (void)Success; assert(Success && "Couldn't select *anything*?");
1595     return Result;
1596   }
1597 private:
1598   bool MatchScaledValue(Value *ScaleReg, int64_t Scale, unsigned Depth);
1599   bool MatchAddr(Value *V, unsigned Depth);
1600   bool MatchOperationAddr(User *Operation, unsigned Opcode, unsigned Depth,
1601                           bool *MovedAway = nullptr);
1602   bool IsProfitableToFoldIntoAddressingMode(Instruction *I,
1603                                             ExtAddrMode &AMBefore,
1604                                             ExtAddrMode &AMAfter);
1605   bool ValueAlreadyLiveAtInst(Value *Val, Value *KnownLive1, Value *KnownLive2);
1606   bool IsPromotionProfitable(unsigned MatchedSize, unsigned SizeWithPromotion,
1607                              Value *PromotedOperand) const;
1608 };
1610 /// MatchScaledValue - Try adding ScaleReg*Scale to the current addressing mode.
1611 /// Return true and update AddrMode if this addr mode is legal for the target,
1612 /// false if not.
1613 bool AddressingModeMatcher::MatchScaledValue(Value *ScaleReg, int64_t Scale,
1614                                              unsigned Depth) {
1615   // If Scale is 1, then this is the same as adding ScaleReg to the addressing
1616   // mode.  Just process that directly.
1617   if (Scale == 1)
1618     return MatchAddr(ScaleReg, Depth);
1620   // If the scale is 0, it takes nothing to add this.
1621   if (Scale == 0)
1622     return true;
1624   // If we already have a scale of this value, we can add to it, otherwise, we
1625   // need an available scale field.
1626   if (AddrMode.Scale != 0 && AddrMode.ScaledReg != ScaleReg)
1627     return false;
1629   ExtAddrMode TestAddrMode = AddrMode;
1631   // Add scale to turn X*4+X*3 -> X*7.  This could also do things like
1632   // [A+B + A*7] -> [B+A*8].
1633   TestAddrMode.Scale += Scale;
1634   TestAddrMode.ScaledReg = ScaleReg;
1636   // If the new address isn't legal, bail out.
1637   if (!TLI.isLegalAddressingMode(TestAddrMode, AccessTy))
1638     return false;
1640   // It was legal, so commit it.
1641   AddrMode = TestAddrMode;
1643   // Okay, we decided that we can add ScaleReg+Scale to AddrMode.  Check now
1644   // to see if ScaleReg is actually X+C.  If so, we can turn this into adding
1645   // X*Scale + C*Scale to addr mode.
1646   ConstantInt *CI = nullptr; Value *AddLHS = nullptr;
1647   if (isa<Instruction>(ScaleReg) &&  // not a constant expr.
1648       match(ScaleReg, m_Add(m_Value(AddLHS), m_ConstantInt(CI)))) {
1649     TestAddrMode.ScaledReg = AddLHS;
1650     TestAddrMode.BaseOffs += CI->getSExtValue()*TestAddrMode.Scale;
1652     // If this addressing mode is legal, commit it and remember that we folded
1653     // this instruction.
1654     if (TLI.isLegalAddressingMode(TestAddrMode, AccessTy)) {
1655       AddrModeInsts.push_back(cast<Instruction>(ScaleReg));
1656       AddrMode = TestAddrMode;
1657       return true;
1658     }
1659   }
1661   // Otherwise, not (x+c)*scale, just return what we have.
1662   return true;
1665 /// MightBeFoldableInst - This is a little filter, which returns true if an
1666 /// addressing computation involving I might be folded into a load/store
1667 /// accessing it.  This doesn't need to be perfect, but needs to accept at least
1668 /// the set of instructions that MatchOperationAddr can.
1669 static bool MightBeFoldableInst(Instruction *I) {
1670   switch (I->getOpcode()) {
1671   case Instruction::BitCast:
1672   case Instruction::AddrSpaceCast:
1673     // Don't touch identity bitcasts.
1674     if (I->getType() == I->getOperand(0)->getType())
1675       return false;
1676     return I->getType()->isPointerTy() || I->getType()->isIntegerTy();
1677   case Instruction::PtrToInt:
1678     // PtrToInt is always a noop, as we know that the int type is pointer sized.
1679     return true;
1680   case Instruction::IntToPtr:
1681     // We know the input is intptr_t, so this is foldable.
1682     return true;
1683   case Instruction::Add:
1684     return true;
1685   case Instruction::Mul:
1686   case Instruction::Shl:
1687     // Can only handle X*C and X << C.
1688     return isa<ConstantInt>(I->getOperand(1));
1689   case Instruction::GetElementPtr:
1690     return true;
1691   default:
1692     return false;
1693   }
1696 /// \brief Hepler class to perform type promotion.
1697 class TypePromotionHelper {
1698   /// \brief Utility function to check whether or not a sign extension of
1699   /// \p Inst with \p ConsideredSExtType can be moved through \p Inst by either
1700   /// using the operands of \p Inst or promoting \p Inst.
1701   /// In other words, check if:
1702   /// sext (Ty Inst opnd1 opnd2 ... opndN) to ConsideredSExtType.
1703   /// #1 Promotion applies:
1704   /// ConsideredSExtType Inst (sext opnd1 to ConsideredSExtType, ...).
1705   /// #2 Operand reuses:
1706   /// sext opnd1 to ConsideredSExtType.
1707   /// \p PromotedInsts maps the instructions to their type before promotion.
1708   static bool canGetThrough(const Instruction *Inst, Type *ConsideredSExtType,
1709                             const InstrToOrigTy &PromotedInsts);
1711   /// \brief Utility function to determine if \p OpIdx should be promoted when
1712   /// promoting \p Inst.
1713   static bool shouldSExtOperand(const Instruction *Inst, int OpIdx) {
1714     if (isa<SelectInst>(Inst) && OpIdx == 0)
1715       return false;
1716     return true;
1717   }
1719   /// \brief Utility function to promote the operand of \p SExt when this
1720   /// operand is a promotable trunc or sext or zext.
1721   /// \p PromotedInsts maps the instructions to their type before promotion.
1722   /// \p CreatedInsts[out] contains how many non-free instructions have been
1723   /// created to promote the operand of SExt.
1724   /// Should never be called directly.
1725   /// \return The promoted value which is used instead of SExt.
1726   static Value *promoteOperandForTruncAndAnyExt(Instruction *SExt,
1727                                                 TypePromotionTransaction &TPT,
1728                                                 InstrToOrigTy &PromotedInsts,
1729                                                 unsigned &CreatedInsts);
1731   /// \brief Utility function to promote the operand of \p SExt when this
1732   /// operand is promotable and is not a supported trunc or sext.
1733   /// \p PromotedInsts maps the instructions to their type before promotion.
1734   /// \p CreatedInsts[out] contains how many non-free instructions have been
1735   /// created to promote the operand of SExt.
1736   /// Should never be called directly.
1737   /// \return The promoted value which is used instead of SExt.
1738   static Value *promoteOperandForOther(Instruction *SExt,
1739                                        TypePromotionTransaction &TPT,
1740                                        InstrToOrigTy &PromotedInsts,
1741                                        unsigned &CreatedInsts);
1743 public:
1744   /// Type for the utility function that promotes the operand of SExt.
1745   typedef Value *(*Action)(Instruction *SExt, TypePromotionTransaction &TPT,
1746                            InstrToOrigTy &PromotedInsts,
1747                            unsigned &CreatedInsts);
1748   /// \brief Given a sign extend instruction \p SExt, return the approriate
1749   /// action to promote the operand of \p SExt instead of using SExt.
1750   /// \return NULL if no promotable action is possible with the current
1751   /// sign extension.
1752   /// \p InsertedTruncs keeps track of all the truncate instructions inserted by
1753   /// the others CodeGenPrepare optimizations. This information is important
1754   /// because we do not want to promote these instructions as CodeGenPrepare
1755   /// will reinsert them later. Thus creating an infinite loop: create/remove.
1756   /// \p PromotedInsts maps the instructions to their type before promotion.
1757   static Action getAction(Instruction *SExt, const SetOfInstrs &InsertedTruncs,
1758                           const TargetLowering &TLI,
1759                           const InstrToOrigTy &PromotedInsts);
1760 };
1762 bool TypePromotionHelper::canGetThrough(const Instruction *Inst,
1763                                         Type *ConsideredSExtType,
1764                                         const InstrToOrigTy &PromotedInsts) {
1765   // We can always get through sext or zext.
1766   if (isa<SExtInst>(Inst) || isa<ZExtInst>(Inst))
1767     return true;
1769   // We can get through binary operator, if it is legal. In other words, the
1770   // binary operator must have a nuw or nsw flag.
1771   const BinaryOperator *BinOp = dyn_cast<BinaryOperator>(Inst);
1772   if (BinOp && isa<OverflowingBinaryOperator>(BinOp) &&
1773       (BinOp->hasNoUnsignedWrap() || BinOp->hasNoSignedWrap()))
1774     return true;
1776   // Check if we can do the following simplification.
1777   // sext(trunc(sext)) --> sext
1778   if (!isa<TruncInst>(Inst))
1779     return false;
1781   Value *OpndVal = Inst->getOperand(0);
1782   // Check if we can use this operand in the sext.
1783   // If the type is larger than the result type of the sign extension,
1784   // we cannot.
1785   if (OpndVal->getType()->getIntegerBitWidth() >
1786       ConsideredSExtType->getIntegerBitWidth())
1787     return false;
1789   // If the operand of the truncate is not an instruction, we will not have
1790   // any information on the dropped bits.
1791   // (Actually we could for constant but it is not worth the extra logic).
1792   Instruction *Opnd = dyn_cast<Instruction>(OpndVal);
1793   if (!Opnd)
1794     return false;
1796   // Check if the source of the type is narrow enough.
1797   // I.e., check that trunc just drops sign extended bits.
1798   // #1 get the type of the operand.
1799   const Type *OpndType;
1800   InstrToOrigTy::const_iterator It = PromotedInsts.find(Opnd);
1801   if (It != PromotedInsts.end())
1802     OpndType = It->second;
1803   else if (isa<SExtInst>(Opnd))
1804     OpndType = cast<Instruction>(Opnd)->getOperand(0)->getType();
1805   else
1806     return false;
1808   // #2 check that the truncate just drop sign extended bits.
1809   if (Inst->getType()->getIntegerBitWidth() >= OpndType->getIntegerBitWidth())
1810     return true;
1812   return false;
1815 TypePromotionHelper::Action TypePromotionHelper::getAction(
1816     Instruction *SExt, const SetOfInstrs &InsertedTruncs,
1817     const TargetLowering &TLI, const InstrToOrigTy &PromotedInsts) {
1818   Instruction *SExtOpnd = dyn_cast<Instruction>(SExt->getOperand(0));
1819   Type *SExtTy = SExt->getType();
1820   // If the operand of the sign extension is not an instruction, we cannot
1821   // get through.
1822   // If it, check we can get through.
1823   if (!SExtOpnd || !canGetThrough(SExtOpnd, SExtTy, PromotedInsts))
1824     return nullptr;
1826   // Do not promote if the operand has been added by codegenprepare.
1827   // Otherwise, it means we are undoing an optimization that is likely to be
1828   // redone, thus causing potential infinite loop.
1829   if (isa<TruncInst>(SExtOpnd) && InsertedTruncs.count(SExtOpnd))
1830     return nullptr;
1832   // SExt or Trunc instructions.
1833   // Return the related handler.
1834   if (isa<SExtInst>(SExtOpnd) || isa<TruncInst>(SExtOpnd) ||
1835       isa<ZExtInst>(SExtOpnd))
1836     return promoteOperandForTruncAndAnyExt;
1838   // Regular instruction.
1839   // Abort early if we will have to insert non-free instructions.
1840   if (!SExtOpnd->hasOneUse() &&
1841       !TLI.isTruncateFree(SExtTy, SExtOpnd->getType()))
1842     return nullptr;
1843   return promoteOperandForOther;
1846 Value *TypePromotionHelper::promoteOperandForTruncAndAnyExt(
1847     llvm::Instruction *SExt, TypePromotionTransaction &TPT,
1848     InstrToOrigTy &PromotedInsts, unsigned &CreatedInsts) {
1849   // By construction, the operand of SExt is an instruction. Otherwise we cannot
1850   // get through it and this method should not be called.
1851   Instruction *SExtOpnd = cast<Instruction>(SExt->getOperand(0));
1852   Instruction *ExtInst = SExt;
1853   if (isa<ZExtInst>(SExtOpnd)) {
1854     // Replace sext(zext(opnd))
1855     // => zext(opnd).
1856     Instruction *ZExt =
1857         TPT.createZExt(SExt, SExtOpnd->getOperand(0), SExt->getType());
1858     TPT.replaceAllUsesWith(SExt, ZExt);
1859     TPT.eraseInstruction(SExt);
1860     ExtInst = ZExt;
1861   } else {
1862     // Replace sext(trunc(opnd)) or sext(sext(opnd))
1863     // => sext(opnd).
1864     TPT.setOperand(SExt, 0, SExtOpnd->getOperand(0));
1865   }
1866   CreatedInsts = 0;
1868   // Remove dead code.
1869   if (SExtOpnd->use_empty())
1870     TPT.eraseInstruction(SExtOpnd);
1872   // Check if the extension is still needed.
1873   if (ExtInst->getType() != ExtInst->getOperand(0)->getType())
1874     return ExtInst;
1876   // At this point we have: ext ty opnd to ty.
1877   // Reassign the uses of ExtInst to the opnd and remove ExtInst.
1878   Value *NextVal = ExtInst->getOperand(0);
1879   TPT.eraseInstruction(ExtInst, NextVal);
1880   return NextVal;
1883 Value *
1884 TypePromotionHelper::promoteOperandForOther(Instruction *SExt,
1885                                             TypePromotionTransaction &TPT,
1886                                             InstrToOrigTy &PromotedInsts,
1887                                             unsigned &CreatedInsts) {
1888   // By construction, the operand of SExt is an instruction. Otherwise we cannot
1889   // get through it and this method should not be called.
1890   Instruction *SExtOpnd = cast<Instruction>(SExt->getOperand(0));
1891   CreatedInsts = 0;
1892   if (!SExtOpnd->hasOneUse()) {
1893     // SExtOpnd will be promoted.
1894     // All its uses, but SExt, will need to use a truncated value of the
1895     // promoted version.
1896     // Create the truncate now.
1897     Instruction *Trunc = TPT.createTrunc(SExt, SExtOpnd->getType());
1898     Trunc->removeFromParent();
1899     // Insert it just after the definition.
1900     Trunc->insertAfter(SExtOpnd);
1902     TPT.replaceAllUsesWith(SExtOpnd, Trunc);
1903     // Restore the operand of SExt (which has been replace by the previous call
1904     // to replaceAllUsesWith) to avoid creating a cycle trunc <-> sext.
1905     TPT.setOperand(SExt, 0, SExtOpnd);
1906   }
1908   // Get through the Instruction:
1909   // 1. Update its type.
1910   // 2. Replace the uses of SExt by Inst.
1911   // 3. Sign extend each operand that needs to be sign extended.
1913   // Remember the original type of the instruction before promotion.
1914   // This is useful to know that the high bits are sign extended bits.
1915   PromotedInsts.insert(
1916       std::pair<Instruction *, Type *>(SExtOpnd, SExtOpnd->getType()));
1917   // Step #1.
1918   TPT.mutateType(SExtOpnd, SExt->getType());
1919   // Step #2.
1920   TPT.replaceAllUsesWith(SExt, SExtOpnd);
1921   // Step #3.
1922   Instruction *SExtForOpnd = SExt;
1924   DEBUG(dbgs() << "Propagate SExt to operands\n");
1925   for (int OpIdx = 0, EndOpIdx = SExtOpnd->getNumOperands(); OpIdx != EndOpIdx;
1926        ++OpIdx) {
1927     DEBUG(dbgs() << "Operand:\n" << *(SExtOpnd->getOperand(OpIdx)) << '\n');
1928     if (SExtOpnd->getOperand(OpIdx)->getType() == SExt->getType() ||
1929         !shouldSExtOperand(SExtOpnd, OpIdx)) {
1930       DEBUG(dbgs() << "No need to propagate\n");
1931       continue;
1932     }
1933     // Check if we can statically sign extend the operand.
1934     Value *Opnd = SExtOpnd->getOperand(OpIdx);
1935     if (const ConstantInt *Cst = dyn_cast<ConstantInt>(Opnd)) {
1936       DEBUG(dbgs() << "Statically sign extend\n");
1937       TPT.setOperand(
1938           SExtOpnd, OpIdx,
1939           ConstantInt::getSigned(SExt->getType(), Cst->getSExtValue()));
1940       continue;
1941     }
1942     // UndefValue are typed, so we have to statically sign extend them.
1943     if (isa<UndefValue>(Opnd)) {
1944       DEBUG(dbgs() << "Statically sign extend\n");
1945       TPT.setOperand(SExtOpnd, OpIdx, UndefValue::get(SExt->getType()));
1946       continue;
1947     }
1949     // Otherwise we have to explicity sign extend the operand.
1950     // Check if SExt was reused to sign extend an operand.
1951     if (!SExtForOpnd) {
1952       // If yes, create a new one.
1953       DEBUG(dbgs() << "More operands to sext\n");
1954       SExtForOpnd = TPT.createSExt(SExt, Opnd, SExt->getType());
1955       ++CreatedInsts;
1956     }
1958     TPT.setOperand(SExtForOpnd, 0, Opnd);
1960     // Move the sign extension before the insertion point.
1961     TPT.moveBefore(SExtForOpnd, SExtOpnd);
1962     TPT.setOperand(SExtOpnd, OpIdx, SExtForOpnd);
1963     // If more sext are required, new instructions will have to be created.
1964     SExtForOpnd = nullptr;
1965   }
1966   if (SExtForOpnd == SExt) {
1967     DEBUG(dbgs() << "Sign extension is useless now\n");
1968     TPT.eraseInstruction(SExt);
1969   }
1970   return SExtOpnd;
1973 /// IsPromotionProfitable - Check whether or not promoting an instruction
1974 /// to a wider type was profitable.
1975 /// \p MatchedSize gives the number of instructions that have been matched
1976 /// in the addressing mode after the promotion was applied.
1977 /// \p SizeWithPromotion gives the number of created instructions for
1978 /// the promotion plus the number of instructions that have been
1979 /// matched in the addressing mode before the promotion.
1980 /// \p PromotedOperand is the value that has been promoted.
1981 /// \return True if the promotion is profitable, false otherwise.
1982 bool
1983 AddressingModeMatcher::IsPromotionProfitable(unsigned MatchedSize,
1984                                              unsigned SizeWithPromotion,
1985                                              Value *PromotedOperand) const {
1986   // We folded less instructions than what we created to promote the operand.
1987   // This is not profitable.
1988   if (MatchedSize < SizeWithPromotion)
1989     return false;
1990   if (MatchedSize > SizeWithPromotion)
1991     return true;
1992   // The promotion is neutral but it may help folding the sign extension in
1993   // loads for instance.
1994   // Check that we did not create an illegal instruction.
1995   Instruction *PromotedInst = dyn_cast<Instruction>(PromotedOperand);
1996   if (!PromotedInst)
1997     return false;
1998   int ISDOpcode = TLI.InstructionOpcodeToISD(PromotedInst->getOpcode());
1999   // If the ISDOpcode is undefined, it was undefined before the promotion.
2000   if (!ISDOpcode)
2001     return true;
2002   // Otherwise, check if the promoted instruction is legal or not.
2003   return TLI.isOperationLegalOrCustom(ISDOpcode,
2004                                       EVT::getEVT(PromotedInst->getType()));
2007 /// MatchOperationAddr - Given an instruction or constant expr, see if we can
2008 /// fold the operation into the addressing mode.  If so, update the addressing
2009 /// mode and return true, otherwise return false without modifying AddrMode.
2010 /// If \p MovedAway is not NULL, it contains the information of whether or
2011 /// not AddrInst has to be folded into the addressing mode on success.
2012 /// If \p MovedAway == true, \p AddrInst will not be part of the addressing
2013 /// because it has been moved away.
2014 /// Thus AddrInst must not be added in the matched instructions.
2015 /// This state can happen when AddrInst is a sext, since it may be moved away.
2016 /// Therefore, AddrInst may not be valid when MovedAway is true and it must
2017 /// not be referenced anymore.
2018 bool AddressingModeMatcher::MatchOperationAddr(User *AddrInst, unsigned Opcode,
2019                                                unsigned Depth,
2020                                                bool *MovedAway) {
2021   // Avoid exponential behavior on extremely deep expression trees.
2022   if (Depth >= 5) return false;
2024   // By default, all matched instructions stay in place.
2025   if (MovedAway)
2026     *MovedAway = false;
2028   switch (Opcode) {
2029   case Instruction::PtrToInt:
2030     // PtrToInt is always a noop, as we know that the int type is pointer sized.
2031     return MatchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth);
2032   case Instruction::IntToPtr:
2033     // This inttoptr is a no-op if the integer type is pointer sized.
2034     if (TLI.getValueType(AddrInst->getOperand(0)->getType()) ==
2035         TLI.getPointerTy(AddrInst->getType()->getPointerAddressSpace()))
2036       return MatchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth);
2037     return false;
2038   case Instruction::BitCast:
2039   case Instruction::AddrSpaceCast:
2040     // BitCast is always a noop, and we can handle it as long as it is
2041     // int->int or pointer->pointer (we don't want int<->fp or something).
2042     if ((AddrInst->getOperand(0)->getType()->isPointerTy() ||
2043          AddrInst->getOperand(0)->getType()->isIntegerTy()) &&
2044         // Don't touch identity bitcasts.  These were probably put here by LSR,
2045         // and we don't want to mess around with them.  Assume it knows what it
2046         // is doing.
2047         AddrInst->getOperand(0)->getType() != AddrInst->getType())
2048       return MatchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth);
2049     return false;
2050   case Instruction::Add: {
2051     // Check to see if we can merge in the RHS then the LHS.  If so, we win.
2052     ExtAddrMode BackupAddrMode = AddrMode;
2053     unsigned OldSize = AddrModeInsts.size();
2054     // Start a transaction at this point.
2055     // The LHS may match but not the RHS.
2056     // Therefore, we need a higher level restoration point to undo partially
2057     // matched operation.
2058     TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
2059         TPT.getRestorationPoint();
2061     if (MatchAddr(AddrInst->getOperand(1), Depth+1) &&
2062         MatchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth+1))
2063       return true;
2065     // Restore the old addr mode info.
2066     AddrMode = BackupAddrMode;
2067     AddrModeInsts.resize(OldSize);
2068     TPT.rollback(LastKnownGood);
2070     // Otherwise this was over-aggressive.  Try merging in the LHS then the RHS.
2071     if (MatchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth+1) &&
2072         MatchAddr(AddrInst->getOperand(1), Depth+1))
2073       return true;
2075     // Otherwise we definitely can't merge the ADD in.
2076     AddrMode = BackupAddrMode;
2077     AddrModeInsts.resize(OldSize);
2078     TPT.rollback(LastKnownGood);
2079     break;
2080   }
2081   //case Instruction::Or:
2082   // TODO: We can handle "Or Val, Imm" iff this OR is equivalent to an ADD.
2083   //break;
2084   case Instruction::Mul:
2085   case Instruction::Shl: {
2086     // Can only handle X*C and X << C.
2087     ConstantInt *RHS = dyn_cast<ConstantInt>(AddrInst->getOperand(1));
2088     if (!RHS)
2089       return false;
2090     int64_t Scale = RHS->getSExtValue();
2091     if (Opcode == Instruction::Shl)
2092       Scale = 1LL << Scale;
2094     return MatchScaledValue(AddrInst->getOperand(0), Scale, Depth);
2095   }
2096   case Instruction::GetElementPtr: {
2097     // Scan the GEP.  We check it if it contains constant offsets and at most
2098     // one variable offset.
2099     int VariableOperand = -1;
2100     unsigned VariableScale = 0;
2102     int64_t ConstantOffset = 0;
2103     const DataLayout *TD = TLI.getDataLayout();
2104     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(AddrInst);
2105     for (unsigned i = 1, e = AddrInst->getNumOperands(); i != e; ++i, ++GTI) {
2106       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
2107         const StructLayout *SL = TD->getStructLayout(STy);
2108         unsigned Idx =
2109           cast<ConstantInt>(AddrInst->getOperand(i))->getZExtValue();
2110         ConstantOffset += SL->getElementOffset(Idx);
2111       } else {
2112         uint64_t TypeSize = TD->getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType());
2113         if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(AddrInst->getOperand(i))) {
2114           ConstantOffset += CI->getSExtValue()*TypeSize;
2115         } else if (TypeSize) {  // Scales of zero don't do anything.
2116           // We only allow one variable index at the moment.
2117           if (VariableOperand != -1)
2118             return false;
2120           // Remember the variable index.
2121           VariableOperand = i;
2122           VariableScale = TypeSize;
2123         }
2124       }
2125     }
2127     // A common case is for the GEP to only do a constant offset.  In this case,
2128     // just add it to the disp field and check validity.
2129     if (VariableOperand == -1) {
2130       AddrMode.BaseOffs += ConstantOffset;
2131       if (ConstantOffset == 0 || TLI.isLegalAddressingMode(AddrMode, AccessTy)){
2132         // Check to see if we can fold the base pointer in too.
2133         if (MatchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth+1))
2134           return true;
2135       }
2136       AddrMode.BaseOffs -= ConstantOffset;
2137       return false;
2138     }
2140     // Save the valid addressing mode in case we can't match.
2141     ExtAddrMode BackupAddrMode = AddrMode;
2142     unsigned OldSize = AddrModeInsts.size();
2144     // See if the scale and offset amount is valid for this target.
2145     AddrMode.BaseOffs += ConstantOffset;
2147     // Match the base operand of the GEP.
2148     if (!MatchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth+1)) {
2149       // If it couldn't be matched, just stuff the value in a register.
2150       if (AddrMode.HasBaseReg) {
2151         AddrMode = BackupAddrMode;
2152         AddrModeInsts.resize(OldSize);
2153         return false;
2154       }
2155       AddrMode.HasBaseReg = true;
2156       AddrMode.BaseReg = AddrInst->getOperand(0);
2157     }
2159     // Match the remaining variable portion of the GEP.
2160     if (!MatchScaledValue(AddrInst->getOperand(VariableOperand), VariableScale,
2161                           Depth)) {
2162       // If it couldn't be matched, try stuffing the base into a register
2163       // instead of matching it, and retrying the match of the scale.
2164       AddrMode = BackupAddrMode;
2165       AddrModeInsts.resize(OldSize);
2166       if (AddrMode.HasBaseReg)
2167         return false;
2168       AddrMode.HasBaseReg = true;
2169       AddrMode.BaseReg = AddrInst->getOperand(0);
2170       AddrMode.BaseOffs += ConstantOffset;
2171       if (!MatchScaledValue(AddrInst->getOperand(VariableOperand),
2172                             VariableScale, Depth)) {
2173         // If even that didn't work, bail.
2174         AddrMode = BackupAddrMode;
2175         AddrModeInsts.resize(OldSize);
2176         return false;
2177       }
2178     }
2180     return true;
2181   }
2182   case Instruction::SExt: {
2183     Instruction *SExt = dyn_cast<Instruction>(AddrInst);
2184     if (!SExt)
2185       return false;
2187     // Try to move this sext out of the way of the addressing mode.
2188     // Ask for a method for doing so.
2189     TypePromotionHelper::Action TPH = TypePromotionHelper::getAction(
2190         SExt, InsertedTruncs, TLI, PromotedInsts);
2191     if (!TPH)
2192       return false;
2194     TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
2195         TPT.getRestorationPoint();
2196     unsigned CreatedInsts = 0;
2197     Value *PromotedOperand = TPH(SExt, TPT, PromotedInsts, CreatedInsts);
2198     // SExt has been moved away.
2199     // Thus either it will be rematched later in the recursive calls or it is
2200     // gone. Anyway, we must not fold it into the addressing mode at this point.
2201     // E.g.,
2202     // op = add opnd, 1
2203     // idx = sext op
2204     // addr = gep base, idx
2205     // is now:
2206     // promotedOpnd = sext opnd           <- no match here
2207     // op = promoted_add promotedOpnd, 1  <- match (later in recursive calls)
2208     // addr = gep base, op                <- match
2209     if (MovedAway)
2210       *MovedAway = true;
2212     assert(PromotedOperand &&
2213            "TypePromotionHelper should have filtered out those cases");
2215     ExtAddrMode BackupAddrMode = AddrMode;
2216     unsigned OldSize = AddrModeInsts.size();
2218     if (!MatchAddr(PromotedOperand, Depth) ||
2219         !IsPromotionProfitable(AddrModeInsts.size(), OldSize + CreatedInsts,
2220                                PromotedOperand)) {
2221       AddrMode = BackupAddrMode;
2222       AddrModeInsts.resize(OldSize);
2223       DEBUG(dbgs() << "Sign extension does not pay off: rollback\n");
2224       TPT.rollback(LastKnownGood);
2225       return false;
2226     }
2227     return true;
2228   }
2229   }
2230   return false;
2233 /// MatchAddr - If we can, try to add the value of 'Addr' into the current
2234 /// addressing mode.  If Addr can't be added to AddrMode this returns false and
2235 /// leaves AddrMode unmodified.  This assumes that Addr is either a pointer type
2236 /// or intptr_t for the target.
2237 ///
2238 bool AddressingModeMatcher::MatchAddr(Value *Addr, unsigned Depth) {
2239   // Start a transaction at this point that we will rollback if the matching
2240   // fails.
2241   TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
2242       TPT.getRestorationPoint();
2243   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Addr)) {
2244     // Fold in immediates if legal for the target.
2245     AddrMode.BaseOffs += CI->getSExtValue();
2246     if (TLI.isLegalAddressingMode(AddrMode, AccessTy))
2247       return true;
2248     AddrMode.BaseOffs -= CI->getSExtValue();
2249   } else if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(Addr)) {
2250     // If this is a global variable, try to fold it into the addressing mode.
2251     if (!AddrMode.BaseGV) {
2252       AddrMode.BaseGV = GV;
2253       if (TLI.isLegalAddressingMode(AddrMode, AccessTy))
2254         return true;
2255       AddrMode.BaseGV = nullptr;
2256     }
2257   } else if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Addr)) {
2258     ExtAddrMode BackupAddrMode = AddrMode;
2259     unsigned OldSize = AddrModeInsts.size();
2261     // Check to see if it is possible to fold this operation.
2262     bool MovedAway = false;
2263     if (MatchOperationAddr(I, I->getOpcode(), Depth, &MovedAway)) {
2264       // This instruction may have been move away. If so, there is nothing
2265       // to check here.
2266       if (MovedAway)
2267         return true;
2268       // Okay, it's possible to fold this.  Check to see if it is actually
2269       // *profitable* to do so.  We use a simple cost model to avoid increasing
2270       // register pressure too much.
2271       if (I->hasOneUse() ||
2272           IsProfitableToFoldIntoAddressingMode(I, BackupAddrMode, AddrMode)) {
2273         AddrModeInsts.push_back(I);
2274         return true;
2275       }
2277       // It isn't profitable to do this, roll back.
2278       //cerr << "NOT FOLDING: " << *I;
2279       AddrMode = BackupAddrMode;
2280       AddrModeInsts.resize(OldSize);
2281       TPT.rollback(LastKnownGood);
2282     }
2283   } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Addr)) {
2284     if (MatchOperationAddr(CE, CE->getOpcode(), Depth))
2285       return true;
2286     TPT.rollback(LastKnownGood);
2287   } else if (isa<ConstantPointerNull>(Addr)) {
2288     // Null pointer gets folded without affecting the addressing mode.
2289     return true;
2290   }
2292   // Worse case, the target should support [reg] addressing modes. :)
2293   if (!AddrMode.HasBaseReg) {
2294     AddrMode.HasBaseReg = true;
2295     AddrMode.BaseReg = Addr;
2296     // Still check for legality in case the target supports [imm] but not [i+r].
2297     if (TLI.isLegalAddressingMode(AddrMode, AccessTy))
2298       return true;
2299     AddrMode.HasBaseReg = false;
2300     AddrMode.BaseReg = nullptr;
2301   }
2303   // If the base register is already taken, see if we can do [r+r].
2304   if (AddrMode.Scale == 0) {
2305     AddrMode.Scale = 1;
2306     AddrMode.ScaledReg = Addr;
2307     if (TLI.isLegalAddressingMode(AddrMode, AccessTy))
2308       return true;
2309     AddrMode.Scale = 0;
2310     AddrMode.ScaledReg = nullptr;
2311   }
2312   // Couldn't match.
2313   TPT.rollback(LastKnownGood);
2314   return false;
2317 /// IsOperandAMemoryOperand - Check to see if all uses of OpVal by the specified
2318 /// inline asm call are due to memory operands.  If so, return true, otherwise
2319 /// return false.
2320 static bool IsOperandAMemoryOperand(CallInst *CI, InlineAsm *IA, Value *OpVal,
2321                                     const TargetLowering &TLI) {
2322   TargetLowering::AsmOperandInfoVector TargetConstraints = TLI.ParseConstraints(ImmutableCallSite(CI));
2323   for (unsigned i = 0, e = TargetConstraints.size(); i != e; ++i) {
2324     TargetLowering::AsmOperandInfo &OpInfo = TargetConstraints[i];
2326     // Compute the constraint code and ConstraintType to use.
2327     TLI.ComputeConstraintToUse(OpInfo, SDValue());
2329     // If this asm operand is our Value*, and if it isn't an indirect memory
2330     // operand, we can't fold it!
2331     if (OpInfo.CallOperandVal == OpVal &&
2332         (OpInfo.ConstraintType != TargetLowering::C_Memory ||
2333          !OpInfo.isIndirect))
2334       return false;
2335   }
2337   return true;
2340 /// FindAllMemoryUses - Recursively walk all the uses of I until we find a
2341 /// memory use.  If we find an obviously non-foldable instruction, return true.
2342 /// Add the ultimately found memory instructions to MemoryUses.
2343 static bool FindAllMemoryUses(Instruction *I,
2344                 SmallVectorImpl<std::pair<Instruction*,unsigned> > &MemoryUses,
2345                               SmallPtrSetImpl<Instruction*> &ConsideredInsts,
2346                               const TargetLowering &TLI) {
2347   // If we already considered this instruction, we're done.
2348   if (!ConsideredInsts.insert(I))
2349     return false;
2351   // If this is an obviously unfoldable instruction, bail out.
2352   if (!MightBeFoldableInst(I))
2353     return true;
2355   // Loop over all the uses, recursively processing them.
2356   for (Use &U : I->uses()) {
2357     Instruction *UserI = cast<Instruction>(U.getUser());
2359     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(UserI)) {
2360       MemoryUses.push_back(std::make_pair(LI, U.getOperandNo()));
2361       continue;
2362     }
2364     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UserI)) {
2365       unsigned opNo = U.getOperandNo();
2366       if (opNo == 0) return true; // Storing addr, not into addr.
2367       MemoryUses.push_back(std::make_pair(SI, opNo));
2368       continue;
2369     }
2371     if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(UserI)) {
2372       InlineAsm *IA = dyn_cast<InlineAsm>(CI->getCalledValue());
2373       if (!IA) return true;
2375       // If this is a memory operand, we're cool, otherwise bail out.
2376       if (!IsOperandAMemoryOperand(CI, IA, I, TLI))
2377         return true;
2378       continue;
2379     }
2381     if (FindAllMemoryUses(UserI, MemoryUses, ConsideredInsts, TLI))
2382       return true;
2383   }
2385   return false;
2388 /// ValueAlreadyLiveAtInst - Retrn true if Val is already known to be live at
2389 /// the use site that we're folding it into.  If so, there is no cost to
2390 /// include it in the addressing mode.  KnownLive1 and KnownLive2 are two values
2391 /// that we know are live at the instruction already.
2392 bool AddressingModeMatcher::ValueAlreadyLiveAtInst(Value *Val,Value *KnownLive1,
2393                                                    Value *KnownLive2) {
2394   // If Val is either of the known-live values, we know it is live!
2395   if (Val == nullptr || Val == KnownLive1 || Val == KnownLive2)
2396     return true;
2398   // All values other than instructions and arguments (e.g. constants) are live.
2399   if (!isa<Instruction>(Val) && !isa<Argument>(Val)) return true;
2401   // If Val is a constant sized alloca in the entry block, it is live, this is
2402   // true because it is just a reference to the stack/frame pointer, which is
2403   // live for the whole function.
2404   if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(Val))
2405     if (AI->isStaticAlloca())
2406       return true;
2408   // Check to see if this value is already used in the memory instruction's
2409   // block.  If so, it's already live into the block at the very least, so we
2410   // can reasonably fold it.
2411   return Val->isUsedInBasicBlock(MemoryInst->getParent());
2414 /// IsProfitableToFoldIntoAddressingMode - It is possible for the addressing
2415 /// mode of the machine to fold the specified instruction into a load or store
2416 /// that ultimately uses it.  However, the specified instruction has multiple
2417 /// uses.  Given this, it may actually increase register pressure to fold it
2418 /// into the load.  For example, consider this code:
2419 ///
2420 ///     X = ...
2421 ///     Y = X+1
2422 ///     use(Y)   -> nonload/store
2423 ///     Z = Y+1
2424 ///     load Z
2425 ///
2426 /// In this case, Y has multiple uses, and can be folded into the load of Z
2427 /// (yielding load [X+2]).  However, doing this will cause both "X" and "X+1" to
2428 /// be live at the use(Y) line.  If we don't fold Y into load Z, we use one
2429 /// fewer register.  Since Y can't be folded into "use(Y)" we don't increase the
2430 /// number of computations either.
2431 ///
2432 /// Note that this (like most of CodeGenPrepare) is just a rough heuristic.  If
2433 /// X was live across 'load Z' for other reasons, we actually *would* want to
2434 /// fold the addressing mode in the Z case.  This would make Y die earlier.
2435 bool AddressingModeMatcher::
2436 IsProfitableToFoldIntoAddressingMode(Instruction *I, ExtAddrMode &AMBefore,
2437                                      ExtAddrMode &AMAfter) {
2438   if (IgnoreProfitability) return true;
2440   // AMBefore is the addressing mode before this instruction was folded into it,
2441   // and AMAfter is the addressing mode after the instruction was folded.  Get
2442   // the set of registers referenced by AMAfter and subtract out those
2443   // referenced by AMBefore: this is the set of values which folding in this
2444   // address extends the lifetime of.
2445   //
2446   // Note that there are only two potential values being referenced here,
2447   // BaseReg and ScaleReg (global addresses are always available, as are any
2448   // folded immediates).
2449   Value *BaseReg = AMAfter.BaseReg, *ScaledReg = AMAfter.ScaledReg;
2451   // If the BaseReg or ScaledReg was referenced by the previous addrmode, their
2452   // lifetime wasn't extended by adding this instruction.
2453   if (ValueAlreadyLiveAtInst(BaseReg, AMBefore.BaseReg, AMBefore.ScaledReg))
2454     BaseReg = nullptr;
2455   if (ValueAlreadyLiveAtInst(ScaledReg, AMBefore.BaseReg, AMBefore.ScaledReg))
2456     ScaledReg = nullptr;
2458   // If folding this instruction (and it's subexprs) didn't extend any live
2459   // ranges, we're ok with it.
2460   if (!BaseReg && !ScaledReg)
2461     return true;
2463   // If all uses of this instruction are ultimately load/store/inlineasm's,
2464   // check to see if their addressing modes will include this instruction.  If
2465   // so, we can fold it into all uses, so it doesn't matter if it has multiple
2466   // uses.
2467   SmallVector<std::pair<Instruction*,unsigned>, 16> MemoryUses;
2468   SmallPtrSet<Instruction*, 16> ConsideredInsts;
2469   if (FindAllMemoryUses(I, MemoryUses, ConsideredInsts, TLI))
2470     return false;  // Has a non-memory, non-foldable use!
2472   // Now that we know that all uses of this instruction are part of a chain of
2473   // computation involving only operations that could theoretically be folded
2474   // into a memory use, loop over each of these uses and see if they could
2475   // *actually* fold the instruction.
2476   SmallVector<Instruction*, 32> MatchedAddrModeInsts;
2477   for (unsigned i = 0, e = MemoryUses.size(); i != e; ++i) {
2478     Instruction *User = MemoryUses[i].first;
2479     unsigned OpNo = MemoryUses[i].second;
2481     // Get the access type of this use.  If the use isn't a pointer, we don't
2482     // know what it accesses.
2483     Value *Address = User->getOperand(OpNo);
2484     if (!Address->getType()->isPointerTy())
2485       return false;
2486     Type *AddressAccessTy = Address->getType()->getPointerElementType();
2488     // Do a match against the root of this address, ignoring profitability. This
2489     // will tell us if the addressing mode for the memory operation will
2490     // *actually* cover the shared instruction.
2491     ExtAddrMode Result;
2492     TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
2493         TPT.getRestorationPoint();
2494     AddressingModeMatcher Matcher(MatchedAddrModeInsts, TLI, AddressAccessTy,
2495                                   MemoryInst, Result, InsertedTruncs,
2496                                   PromotedInsts, TPT);
2497     Matcher.IgnoreProfitability = true;
2498     bool Success = Matcher.MatchAddr(Address, 0);
2499     (void)Success; assert(Success && "Couldn't select *anything*?");
2501     // The match was to check the profitability, the changes made are not
2502     // part of the original matcher. Therefore, they should be dropped
2503     // otherwise the original matcher will not present the right state.
2504     TPT.rollback(LastKnownGood);
2506     // If the match didn't cover I, then it won't be shared by it.
2507     if (std::find(MatchedAddrModeInsts.begin(), MatchedAddrModeInsts.end(),
2508                   I) == MatchedAddrModeInsts.end())
2509       return false;
2511     MatchedAddrModeInsts.clear();
2512   }
2514   return true;
2517 } // end anonymous namespace
2519 /// IsNonLocalValue - Return true if the specified values are defined in a
2520 /// different basic block than BB.
2521 static bool IsNonLocalValue(Value *V, BasicBlock *BB) {
2522   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
2523     return I->getParent() != BB;
2524   return false;
2527 /// OptimizeMemoryInst - Load and Store Instructions often have
2528 /// addressing modes that can do significant amounts of computation.  As such,
2529 /// instruction selection will try to get the load or store to do as much
2530 /// computation as possible for the program.  The problem is that isel can only
2531 /// see within a single block.  As such, we sink as much legal addressing mode
2532 /// stuff into the block as possible.
2533 ///
2534 /// This method is used to optimize both load/store and inline asms with memory
2535 /// operands.
2536 bool CodeGenPrepare::OptimizeMemoryInst(Instruction *MemoryInst, Value *Addr,
2537                                         Type *AccessTy) {
2538   Value *Repl = Addr;
2540   // Try to collapse single-value PHI nodes.  This is necessary to undo
2541   // unprofitable PRE transformations.
2542   SmallVector<Value*, 8> worklist;
2543   SmallPtrSet<Value*, 16> Visited;
2544   worklist.push_back(Addr);
2546   // Use a worklist to iteratively look through PHI nodes, and ensure that
2547   // the addressing mode obtained from the non-PHI roots of the graph
2548   // are equivalent.
2549   Value *Consensus = nullptr;
2550   unsigned NumUsesConsensus = 0;
2551   bool IsNumUsesConsensusValid = false;
2552   SmallVector<Instruction*, 16> AddrModeInsts;
2553   ExtAddrMode AddrMode;
2554   TypePromotionTransaction TPT;
2555   TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
2556       TPT.getRestorationPoint();
2557   while (!worklist.empty()) {
2558     Value *V = worklist.back();
2559     worklist.pop_back();
2561     // Break use-def graph loops.
2562     if (!Visited.insert(V)) {
2563       Consensus = nullptr;
2564       break;
2565     }
2567     // For a PHI node, push all of its incoming values.
2568     if (PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(V)) {
2569       for (unsigned i = 0, e = P->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
2570         worklist.push_back(P->getIncomingValue(i));
2571       continue;
2572     }
2574     // For non-PHIs, determine the addressing mode being computed.
2575     SmallVector<Instruction*, 16> NewAddrModeInsts;
2576     ExtAddrMode NewAddrMode = AddressingModeMatcher::Match(
2577         V, AccessTy, MemoryInst, NewAddrModeInsts, *TLI, InsertedTruncsSet,
2578         PromotedInsts, TPT);
2580     // This check is broken into two cases with very similar code to avoid using
2581     // getNumUses() as much as possible. Some values have a lot of uses, so
2582     // calling getNumUses() unconditionally caused a significant compile-time
2583     // regression.
2584     if (!Consensus) {
2585       Consensus = V;
2586       AddrMode = NewAddrMode;
2587       AddrModeInsts = NewAddrModeInsts;
2588       continue;
2589     } else if (NewAddrMode == AddrMode) {
2590       if (!IsNumUsesConsensusValid) {
2591         NumUsesConsensus = Consensus->getNumUses();
2592         IsNumUsesConsensusValid = true;
2593       }
2595       // Ensure that the obtained addressing mode is equivalent to that obtained
2596       // for all other roots of the PHI traversal.  Also, when choosing one
2597       // such root as representative, select the one with the most uses in order
2598       // to keep the cost modeling heuristics in AddressingModeMatcher
2599       // applicable.
2600       unsigned NumUses = V->getNumUses();
2601       if (NumUses > NumUsesConsensus) {
2602         Consensus = V;
2603         NumUsesConsensus = NumUses;
2604         AddrModeInsts = NewAddrModeInsts;
2605       }
2606       continue;
2607     }
2609     Consensus = nullptr;
2610     break;
2611   }
2613   // If the addressing mode couldn't be determined, or if multiple different
2614   // ones were determined, bail out now.
2615   if (!Consensus) {
2616     TPT.rollback(LastKnownGood);
2617     return false;
2618   }
2619   TPT.commit();
2621   // Check to see if any of the instructions supersumed by this addr mode are
2622   // non-local to I's BB.
2623   bool AnyNonLocal = false;
2624   for (unsigned i = 0, e = AddrModeInsts.size(); i != e; ++i) {
2625     if (IsNonLocalValue(AddrModeInsts[i], MemoryInst->getParent())) {
2626       AnyNonLocal = true;
2627       break;
2628     }
2629   }
2631   // If all the instructions matched are already in this BB, don't do anything.
2632   if (!AnyNonLocal) {
2633     DEBUG(dbgs() << "CGP: Found      local addrmode: " << AddrMode << "\n");
2634     return false;
2635   }
2637   // Insert this computation right after this user.  Since our caller is
2638   // scanning from the top of the BB to the bottom, reuse of the expr are
2639   // guaranteed to happen later.
2640   IRBuilder<> Builder(MemoryInst);
2642   // Now that we determined the addressing expression we want to use and know
2643   // that we have to sink it into this block.  Check to see if we have already
2644   // done this for some other load/store instr in this block.  If so, reuse the
2645   // computation.
2646   Value *&SunkAddr = SunkAddrs[Addr];
2647   if (SunkAddr) {
2648     DEBUG(dbgs() << "CGP: Reusing nonlocal addrmode: " << AddrMode << " for "
2649                  << *MemoryInst << "\n");
2650     if (SunkAddr->getType() != Addr->getType())
2651       SunkAddr = Builder.CreateBitCast(SunkAddr, Addr->getType());
2652   } else if (AddrSinkUsingGEPs || (!AddrSinkUsingGEPs.getNumOccurrences() &&
2653                TM && TM->getSubtarget<TargetSubtargetInfo>().useAA())) {
2654     // By default, we use the GEP-based method when AA is used later. This
2655     // prevents new inttoptr/ptrtoint pairs from degrading AA capabilities.
2656     DEBUG(dbgs() << "CGP: SINKING nonlocal addrmode: " << AddrMode << " for "
2657                  << *MemoryInst << "\n");
2658     Type *IntPtrTy = TLI->getDataLayout()->getIntPtrType(Addr->getType());
2659     Value *ResultPtr = nullptr, *ResultIndex = nullptr;
2661     // First, find the pointer.
2662     if (AddrMode.BaseReg && AddrMode.BaseReg->getType()->isPointerTy()) {
2663       ResultPtr = AddrMode.BaseReg;
2664       AddrMode.BaseReg = nullptr;
2665     }
2667     if (AddrMode.Scale && AddrMode.ScaledReg->getType()->isPointerTy()) {
2668       // We can't add more than one pointer together, nor can we scale a
2669       // pointer (both of which seem meaningless).
2670       if (ResultPtr || AddrMode.Scale != 1)
2671         return false;
2673       ResultPtr = AddrMode.ScaledReg;
2674       AddrMode.Scale = 0;
2675     }
2677     if (AddrMode.BaseGV) {
2678       if (ResultPtr)
2679         return false;
2681       ResultPtr = AddrMode.BaseGV;
2682     }
2684     // If the real base value actually came from an inttoptr, then the matcher
2685     // will look through it and provide only the integer value. In that case,
2686     // use it here.
2687     if (!ResultPtr && AddrMode.BaseReg) {
2688       ResultPtr =
2689         Builder.CreateIntToPtr(AddrMode.BaseReg, Addr->getType(), "sunkaddr");
2690       AddrMode.BaseReg = nullptr;
2691     } else if (!ResultPtr && AddrMode.Scale == 1) {
2692       ResultPtr =
2693         Builder.CreateIntToPtr(AddrMode.ScaledReg, Addr->getType(), "sunkaddr");
2694       AddrMode.Scale = 0;
2695     }
2697     if (!ResultPtr &&
2698         !AddrMode.BaseReg && !AddrMode.Scale && !AddrMode.BaseOffs) {
2699       SunkAddr = Constant::getNullValue(Addr->getType());
2700     } else if (!ResultPtr) {
2701       return false;
2702     } else {
2703       Type *I8PtrTy =
2704         Builder.getInt8PtrTy(Addr->getType()->getPointerAddressSpace());
2706       // Start with the base register. Do this first so that subsequent address
2707       // matching finds it last, which will prevent it from trying to match it
2708       // as the scaled value in case it happens to be a mul. That would be
2709       // problematic if we've sunk a different mul for the scale, because then
2710       // we'd end up sinking both muls.
2711       if (AddrMode.BaseReg) {
2712         Value *V = AddrMode.BaseReg;
2713         if (V->getType() != IntPtrTy)
2714           V = Builder.CreateIntCast(V, IntPtrTy, /*isSigned=*/true, "sunkaddr");
2716         ResultIndex = V;
2717       }
2719       // Add the scale value.
2720       if (AddrMode.Scale) {
2721         Value *V = AddrMode.ScaledReg;
2722         if (V->getType() == IntPtrTy) {
2723           // done.
2724         } else if (cast<IntegerType>(IntPtrTy)->getBitWidth() <
2725                    cast<IntegerType>(V->getType())->getBitWidth()) {
2726           V = Builder.CreateTrunc(V, IntPtrTy, "sunkaddr");
2727         } else {
2728           // It is only safe to sign extend the BaseReg if we know that the math
2729           // required to create it did not overflow before we extend it. Since
2730           // the original IR value was tossed in favor of a constant back when
2731           // the AddrMode was created we need to bail out gracefully if widths
2732           // do not match instead of extending it.
2733           Instruction *I = dyn_cast_or_null<Instruction>(ResultIndex);
2734           if (I && (ResultIndex != AddrMode.BaseReg))
2735             I->eraseFromParent();
2736           return false;
2737         }
2739         if (AddrMode.Scale != 1)
2740           V = Builder.CreateMul(V, ConstantInt::get(IntPtrTy, AddrMode.Scale),
2741                                 "sunkaddr");
2742         if (ResultIndex)
2743           ResultIndex = Builder.CreateAdd(ResultIndex, V, "sunkaddr");
2744         else
2745           ResultIndex = V;
2746       }
2748       // Add in the Base Offset if present.
2749       if (AddrMode.BaseOffs) {
2750         Value *V = ConstantInt::get(IntPtrTy, AddrMode.BaseOffs);
2751         if (ResultIndex) {
2752           // We need to add this separately from the scale above to help with
2753           // SDAG consecutive load/store merging.
2754           if (ResultPtr->getType() != I8PtrTy)
2755             ResultPtr = Builder.CreateBitCast(ResultPtr, I8PtrTy);
2756           ResultPtr = Builder.CreateGEP(ResultPtr, ResultIndex, "sunkaddr");
2757         }
2759         ResultIndex = V;
2760       }
2762       if (!ResultIndex) {
2763         SunkAddr = ResultPtr;
2764       } else {
2765         if (ResultPtr->getType() != I8PtrTy)
2766           ResultPtr = Builder.CreateBitCast(ResultPtr, I8PtrTy);
2767         SunkAddr = Builder.CreateGEP(ResultPtr, ResultIndex, "sunkaddr");
2768       }
2770       if (SunkAddr->getType() != Addr->getType())
2771         SunkAddr = Builder.CreateBitCast(SunkAddr, Addr->getType());
2772     }
2773   } else {
2774     DEBUG(dbgs() << "CGP: SINKING nonlocal addrmode: " << AddrMode << " for "
2775                  << *MemoryInst << "\n");
2776     Type *IntPtrTy = TLI->getDataLayout()->getIntPtrType(Addr->getType());
2777     Value *Result = nullptr;
2779     // Start with the base register. Do this first so that subsequent address
2780     // matching finds it last, which will prevent it from trying to match it
2781     // as the scaled value in case it happens to be a mul. That would be
2782     // problematic if we've sunk a different mul for the scale, because then
2783     // we'd end up sinking both muls.
2784     if (AddrMode.BaseReg) {
2785       Value *V = AddrMode.BaseReg;
2786       if (V->getType()->isPointerTy())
2787         V = Builder.CreatePtrToInt(V, IntPtrTy, "sunkaddr");
2788       if (V->getType() != IntPtrTy)
2789         V = Builder.CreateIntCast(V, IntPtrTy, /*isSigned=*/true, "sunkaddr");
2790       Result = V;
2791     }
2793     // Add the scale value.
2794     if (AddrMode.Scale) {
2795       Value *V = AddrMode.ScaledReg;
2796       if (V->getType() == IntPtrTy) {
2797         // done.
2798       } else if (V->getType()->isPointerTy()) {
2799         V = Builder.CreatePtrToInt(V, IntPtrTy, "sunkaddr");
2800       } else if (cast<IntegerType>(IntPtrTy)->getBitWidth() <
2801                  cast<IntegerType>(V->getType())->getBitWidth()) {
2802         V = Builder.CreateTrunc(V, IntPtrTy, "sunkaddr");
2803       } else {
2804         // It is only safe to sign extend the BaseReg if we know that the math
2805         // required to create it did not overflow before we extend it. Since
2806         // the original IR value was tossed in favor of a constant back when
2807         // the AddrMode was created we need to bail out gracefully if widths
2808         // do not match instead of extending it.
2809         Instruction *I = dyn_cast_or_null<Instruction>(Result);
2810         if (I && (Result != AddrMode.BaseReg))
2811           I->eraseFromParent();
2812         return false;
2813       }
2814       if (AddrMode.Scale != 1)
2815         V = Builder.CreateMul(V, ConstantInt::get(IntPtrTy, AddrMode.Scale),
2816                               "sunkaddr");
2817       if (Result)
2818         Result = Builder.CreateAdd(Result, V, "sunkaddr");
2819       else
2820         Result = V;
2821     }
2823     // Add in the BaseGV if present.
2824     if (AddrMode.BaseGV) {
2825       Value *V = Builder.CreatePtrToInt(AddrMode.BaseGV, IntPtrTy, "sunkaddr");
2826       if (Result)
2827         Result = Builder.CreateAdd(Result, V, "sunkaddr");
2828       else
2829         Result = V;
2830     }
2832     // Add in the Base Offset if present.
2833     if (AddrMode.BaseOffs) {
2834       Value *V = ConstantInt::get(IntPtrTy, AddrMode.BaseOffs);
2835       if (Result)
2836         Result = Builder.CreateAdd(Result, V, "sunkaddr");
2837       else
2838         Result = V;
2839     }
2841     if (!Result)
2842       SunkAddr = Constant::getNullValue(Addr->getType());
2843     else
2844       SunkAddr = Builder.CreateIntToPtr(Result, Addr->getType(), "sunkaddr");
2845   }
2847   MemoryInst->replaceUsesOfWith(Repl, SunkAddr);
2849   // If we have no uses, recursively delete the value and all dead instructions
2850   // using it.
2851   if (Repl->use_empty()) {
2852     // This can cause recursive deletion, which can invalidate our iterator.
2853     // Use a WeakVH to hold onto it in case this happens.
2854     WeakVH IterHandle(CurInstIterator);
2855     BasicBlock *BB = CurInstIterator->getParent();
2857     RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Repl, TLInfo);
2859     if (IterHandle != CurInstIterator) {
2860       // If the iterator instruction was recursively deleted, start over at the
2861       // start of the block.
2862       CurInstIterator = BB->begin();
2863       SunkAddrs.clear();
2864     }
2865   }
2866   ++NumMemoryInsts;
2867   return true;
2870 /// OptimizeInlineAsmInst - If there are any memory operands, use
2871 /// OptimizeMemoryInst to sink their address computing into the block when
2872 /// possible / profitable.
2873 bool CodeGenPrepare::OptimizeInlineAsmInst(CallInst *CS) {
2874   bool MadeChange = false;
2876   TargetLowering::AsmOperandInfoVector
2877     TargetConstraints = TLI->ParseConstraints(CS);
2878   unsigned ArgNo = 0;
2879   for (unsigned i = 0, e = TargetConstraints.size(); i != e; ++i) {
2880     TargetLowering::AsmOperandInfo &OpInfo = TargetConstraints[i];
2882     // Compute the constraint code and ConstraintType to use.
2883     TLI->ComputeConstraintToUse(OpInfo, SDValue());
2885     if (OpInfo.ConstraintType == TargetLowering::C_Memory &&
2886         OpInfo.isIndirect) {
2887       Value *OpVal = CS->getArgOperand(ArgNo++);
2888       MadeChange |= OptimizeMemoryInst(CS, OpVal, OpVal->getType());
2889     } else if (OpInfo.Type == InlineAsm::isInput)
2890       ArgNo++;
2891   }
2893   return MadeChange;
2896 /// MoveExtToFormExtLoad - Move a zext or sext fed by a load into the same
2897 /// basic block as the load, unless conditions are unfavorable. This allows
2898 /// SelectionDAG to fold the extend into the load.
2899 ///
2900 bool CodeGenPrepare::MoveExtToFormExtLoad(Instruction *I) {
2901   // Look for a load being extended.
2902   LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I->getOperand(0));
2903   if (!LI) return false;
2905   // If they're already in the same block, there's nothing to do.
2906   if (LI->getParent() == I->getParent())
2907     return false;
2909   // If the load has other users and the truncate is not free, this probably
2910   // isn't worthwhile.
2911   if (!LI->hasOneUse() &&
2912       TLI && (TLI->isTypeLegal(TLI->getValueType(LI->getType())) ||
2913               !TLI->isTypeLegal(TLI->getValueType(I->getType()))) &&
2914       !TLI->isTruncateFree(I->getType(), LI->getType()))
2915     return false;
2917   // Check whether the target supports casts folded into loads.
2918   unsigned LType;
2919   if (isa<ZExtInst>(I))
2920     LType = ISD::ZEXTLOAD;
2921   else {
2922     assert(isa<SExtInst>(I) && "Unexpected ext type!");
2923     LType = ISD::SEXTLOAD;
2924   }
2925   if (TLI && !TLI->isLoadExtLegal(LType, TLI->getValueType(LI->getType())))
2926     return false;
2928   // Move the extend into the same block as the load, so that SelectionDAG
2929   // can fold it.
2930   I->removeFromParent();
2931   I->insertAfter(LI);
2932   ++NumExtsMoved;
2933   return true;
2936 bool CodeGenPrepare::OptimizeExtUses(Instruction *I) {
2937   BasicBlock *DefBB = I->getParent();
2939   // If the result of a {s|z}ext and its source are both live out, rewrite all
2940   // other uses of the source with result of extension.
2941   Value *Src = I->getOperand(0);
2942   if (Src->hasOneUse())
2943     return false;
2945   // Only do this xform if truncating is free.
2946   if (TLI && !TLI->isTruncateFree(I->getType(), Src->getType()))
2947     return false;
2949   // Only safe to perform the optimization if the source is also defined in
2950   // this block.
2951   if (!isa<Instruction>(Src) || DefBB != cast<Instruction>(Src)->getParent())
2952     return false;
2954   bool DefIsLiveOut = false;
2955   for (User *U : I->users()) {
2956     Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
2958     // Figure out which BB this ext is used in.
2959     BasicBlock *UserBB = UI->getParent();
2960     if (UserBB == DefBB) continue;
2961     DefIsLiveOut = true;
2962     break;
2963   }
2964   if (!DefIsLiveOut)
2965     return false;
2967   // Make sure none of the uses are PHI nodes.
2968   for (User *U : Src->users()) {
2969     Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
2970     BasicBlock *UserBB = UI->getParent();
2971     if (UserBB == DefBB) continue;
2972     // Be conservative. We don't want this xform to end up introducing
2973     // reloads just before load / store instructions.
2974     if (isa<PHINode>(UI) || isa<LoadInst>(UI) || isa<StoreInst>(UI))
2975       return false;
2976   }
2978   // InsertedTruncs - Only insert one trunc in each block once.
2979   DenseMap<BasicBlock*, Instruction*> InsertedTruncs;
2981   bool MadeChange = false;
2982   for (Use &U : Src->uses()) {
2983     Instruction *User = cast<Instruction>(U.getUser());
2985     // Figure out which BB this ext is used in.
2986     BasicBlock *UserBB = User->getParent();
2987     if (UserBB == DefBB) continue;
2989     // Both src and def are live in this block. Rewrite the use.
2990     Instruction *&InsertedTrunc = InsertedTruncs[UserBB];
2992     if (!InsertedTrunc) {
2993       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->getFirstInsertionPt();
2994       InsertedTrunc = new TruncInst(I, Src->getType(), "", InsertPt);
2995       InsertedTruncsSet.insert(InsertedTrunc);
2996     }
2998     // Replace a use of the {s|z}ext source with a use of the result.
2999     U = InsertedTrunc;
3000     ++NumExtUses;
3001     MadeChange = true;
3002   }
3004   return MadeChange;
3007 /// isFormingBranchFromSelectProfitable - Returns true if a SelectInst should be
3008 /// turned into an explicit branch.
3009 static bool isFormingBranchFromSelectProfitable(SelectInst *SI) {
3010   // FIXME: This should use the same heuristics as IfConversion to determine
3011   // whether a select is better represented as a branch.  This requires that
3012   // branch probability metadata is preserved for the select, which is not the
3013   // case currently.
3015   CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(SI->getCondition());
3017   // If the branch is predicted right, an out of order CPU can avoid blocking on
3018   // the compare.  Emit cmovs on compares with a memory operand as branches to
3019   // avoid stalls on the load from memory.  If the compare has more than one use
3020   // there's probably another cmov or setcc around so it's not worth emitting a
3021   // branch.
3022   if (!Cmp)
3023     return false;
3025   Value *CmpOp0 = Cmp->getOperand(0);
3026   Value *CmpOp1 = Cmp->getOperand(1);
3028   // We check that the memory operand has one use to avoid uses of the loaded
3029   // value directly after the compare, making branches unprofitable.
3030   return Cmp->hasOneUse() &&
3031          ((isa<LoadInst>(CmpOp0) && CmpOp0->hasOneUse()) ||
3032           (isa<LoadInst>(CmpOp1) && CmpOp1->hasOneUse()));
3036 /// If we have a SelectInst that will likely profit from branch prediction,
3037 /// turn it into a branch.
3038 bool CodeGenPrepare::OptimizeSelectInst(SelectInst *SI) {
3039   bool VectorCond = !SI->getCondition()->getType()->isIntegerTy(1);
3041   // Can we convert the 'select' to CF ?
3042   if (DisableSelectToBranch || OptSize || !TLI || VectorCond)
3043     return false;
3045   TargetLowering::SelectSupportKind SelectKind;
3046   if (VectorCond)
3047     SelectKind = TargetLowering::VectorMaskSelect;
3048   else if (SI->getType()->isVectorTy())
3049     SelectKind = TargetLowering::ScalarCondVectorVal;
3050   else
3051     SelectKind = TargetLowering::ScalarValSelect;
3053   // Do we have efficient codegen support for this kind of 'selects' ?
3054   if (TLI->isSelectSupported(SelectKind)) {
3055     // We have efficient codegen support for the select instruction.
3056     // Check if it is profitable to keep this 'select'.
3057     if (!TLI->isPredictableSelectExpensive() ||
3058         !isFormingBranchFromSelectProfitable(SI))
3059       return false;
3060   }
3062   ModifiedDT = true;
3064   // First, we split the block containing the select into 2 blocks.
3065   BasicBlock *StartBlock = SI->getParent();
3066   BasicBlock::iterator SplitPt = ++(BasicBlock::iterator(SI));
3067   BasicBlock *NextBlock = StartBlock->splitBasicBlock(SplitPt, "select.end");
3069   // Create a new block serving as the landing pad for the branch.
3070   BasicBlock *SmallBlock = BasicBlock::Create(SI->getContext(), "select.mid",
3071                                              NextBlock->getParent(), NextBlock);
3073   // Move the unconditional branch from the block with the select in it into our
3074   // landing pad block.
3075   StartBlock->getTerminator()->eraseFromParent();
3076   BranchInst::Create(NextBlock, SmallBlock);
3078   // Insert the real conditional branch based on the original condition.
3079   BranchInst::Create(NextBlock, SmallBlock, SI->getCondition(), SI);
3081   // The select itself is replaced with a PHI Node.
3082   PHINode *PN = PHINode::Create(SI->getType(), 2, "", NextBlock->begin());
3083   PN->takeName(SI);
3084   PN->addIncoming(SI->getTrueValue(), StartBlock);
3085   PN->addIncoming(SI->getFalseValue(), SmallBlock);
3086   SI->replaceAllUsesWith(PN);
3087   SI->eraseFromParent();
3089   // Instruct OptimizeBlock to skip to the next block.
3090   CurInstIterator = StartBlock->end();
3091   ++NumSelectsExpanded;
3092   return true;
3095 static bool isBroadcastShuffle(ShuffleVectorInst *SVI) {
3096   SmallVector<int, 16> Mask(SVI->getShuffleMask());
3097   int SplatElem = -1;
3098   for (unsigned i = 0; i < Mask.size(); ++i) {
3099     if (SplatElem != -1 && Mask[i] != -1 && Mask[i] != SplatElem)
3100       return false;
3101     SplatElem = Mask[i];
3102   }
3104   return true;
3107 /// Some targets have expensive vector shifts if the lanes aren't all the same
3108 /// (e.g. x86 only introduced "vpsllvd" and friends with AVX2). In these cases
3109 /// it's often worth sinking a shufflevector splat down to its use so that
3110 /// codegen can spot all lanes are identical.
3111 bool CodeGenPrepare::OptimizeShuffleVectorInst(ShuffleVectorInst *SVI) {
3112   BasicBlock *DefBB = SVI->getParent();
3114   // Only do this xform if variable vector shifts are particularly expensive.
3115   if (!TLI || !TLI->isVectorShiftByScalarCheap(SVI->getType()))
3116     return false;
3118   // We only expect better codegen by sinking a shuffle if we can recognise a
3119   // constant splat.
3120   if (!isBroadcastShuffle(SVI))
3121     return false;
3123   // InsertedShuffles - Only insert a shuffle in each block once.
3124   DenseMap<BasicBlock*, Instruction*> InsertedShuffles;
3126   bool MadeChange = false;
3127   for (User *U : SVI->users()) {
3128     Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
3130     // Figure out which BB this ext is used in.
3131     BasicBlock *UserBB = UI->getParent();
3132     if (UserBB == DefBB) continue;
3134     // For now only apply this when the splat is used by a shift instruction.
3135     if (!UI->isShift()) continue;
3137     // Everything checks out, sink the shuffle if the user's block doesn't
3138     // already have a copy.
3139     Instruction *&InsertedShuffle = InsertedShuffles[UserBB];
3141     if (!InsertedShuffle) {
3142       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->getFirstInsertionPt();
3143       InsertedShuffle = new ShuffleVectorInst(SVI->getOperand(0),
3144                                               SVI->getOperand(1),
3145                                               SVI->getOperand(2), "", InsertPt);
3146     }
3148     UI->replaceUsesOfWith(SVI, InsertedShuffle);
3149     MadeChange = true;
3150   }
3152   // If we removed all uses, nuke the shuffle.
3153   if (SVI->use_empty()) {
3154     SVI->eraseFromParent();
3155     MadeChange = true;
3156   }
3158   return MadeChange;
3161 bool CodeGenPrepare::OptimizeInst(Instruction *I) {
3162   if (PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(I)) {
3163     // It is possible for very late stage optimizations (such as SimplifyCFG)
3164     // to introduce PHI nodes too late to be cleaned up.  If we detect such a
3165     // trivial PHI, go ahead and zap it here.
3166     if (Value *V = SimplifyInstruction(P, TLI ? TLI->getDataLayout() : nullptr,
3167                                        TLInfo, DT)) {
3168       P->replaceAllUsesWith(V);
3169       P->eraseFromParent();
3170       ++NumPHIsElim;
3171       return true;
3172     }
3173     return false;
3174   }
3176   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(I)) {
3177     // If the source of the cast is a constant, then this should have
3178     // already been constant folded.  The only reason NOT to constant fold
3179     // it is if something (e.g. LSR) was careful to place the constant
3180     // evaluation in a block other than then one that uses it (e.g. to hoist
3181     // the address of globals out of a loop).  If this is the case, we don't
3182     // want to forward-subst the cast.
3183     if (isa<Constant>(CI->getOperand(0)))
3184       return false;
3186     if (TLI && OptimizeNoopCopyExpression(CI, *TLI))
3187       return true;
3189     if (isa<ZExtInst>(I) || isa<SExtInst>(I)) {
3190       /// Sink a zext or sext into its user blocks if the target type doesn't
3191       /// fit in one register
3192       if (TLI && TLI->getTypeAction(CI->getContext(),
3193                                     TLI->getValueType(CI->getType())) ==
3194                      TargetLowering::TypeExpandInteger) {
3195         return SinkCast(CI);
3196       } else {
3197         bool MadeChange = MoveExtToFormExtLoad(I);
3198         return MadeChange | OptimizeExtUses(I);
3199       }
3200     }
3201     return false;
3202   }
3204   if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
3205     if (!TLI || !TLI->hasMultipleConditionRegisters())
3206       return OptimizeCmpExpression(CI);
3208   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
3209     if (TLI)
3210       return OptimizeMemoryInst(I, I->getOperand(0), LI->getType());
3211     return false;
3212   }
3214   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
3215     if (TLI)
3216       return OptimizeMemoryInst(I, SI->getOperand(1),
3217                                 SI->getOperand(0)->getType());
3218     return false;
3219   }
3221   BinaryOperator *BinOp = dyn_cast<BinaryOperator>(I);
3223   if (BinOp && (BinOp->getOpcode() == Instruction::AShr ||
3224                 BinOp->getOpcode() == Instruction::LShr)) {
3225     ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(BinOp->getOperand(1));
3226     if (TLI && CI && TLI->hasExtractBitsInsn())
3227       return OptimizeExtractBits(BinOp, CI, *TLI);
3229     return false;
3230   }
3232   if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
3233     if (GEPI->hasAllZeroIndices()) {
3234       /// The GEP operand must be a pointer, so must its result -> BitCast
3235       Instruction *NC = new BitCastInst(GEPI->getOperand(0), GEPI->getType(),
3236                                         GEPI->getName(), GEPI);
3237       GEPI->replaceAllUsesWith(NC);
3238       GEPI->eraseFromParent();
3239       ++NumGEPsElim;
3240       OptimizeInst(NC);
3241       return true;
3242     }
3243     return false;
3244   }
3246   if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
3247     return OptimizeCallInst(CI);
3249   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(I))
3250     return OptimizeSelectInst(SI);
3252   if (ShuffleVectorInst *SVI = dyn_cast<ShuffleVectorInst>(I))
3253     return OptimizeShuffleVectorInst(SVI);
3255   return false;
3258 // In this pass we look for GEP and cast instructions that are used
3259 // across basic blocks and rewrite them to improve basic-block-at-a-time
3260 // selection.
3261 bool CodeGenPrepare::OptimizeBlock(BasicBlock &BB) {
3262   SunkAddrs.clear();
3263   bool MadeChange = false;
3265   CurInstIterator = BB.begin();
3266   while (CurInstIterator != BB.end())
3267     MadeChange |= OptimizeInst(CurInstIterator++);
3269   MadeChange |= DupRetToEnableTailCallOpts(&BB);
3271   return MadeChange;
3274 // llvm.dbg.value is far away from the value then iSel may not be able
3275 // handle it properly. iSel will drop llvm.dbg.value if it can not
3276 // find a node corresponding to the value.
3277 bool CodeGenPrepare::PlaceDbgValues(Function &F) {
3278   bool MadeChange = false;
3279   for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E; ++I) {
3280     Instruction *PrevNonDbgInst = nullptr;
3281     for (BasicBlock::iterator BI = I->begin(), BE = I->end(); BI != BE;) {
3282       Instruction *Insn = BI; ++BI;
3283       DbgValueInst *DVI = dyn_cast<DbgValueInst>(Insn);
3284       // Leave dbg.values that refer to an alloca alone. These
3285       // instrinsics describe the address of a variable (= the alloca)
3286       // being taken.  They should not be moved next to the alloca
3287       // (and to the beginning of the scope), but rather stay close to
3288       // where said address is used.
3289       if (!DVI || (DVI->getValue() && isa<AllocaInst>(DVI->getValue()))) {
3290         PrevNonDbgInst = Insn;
3291         continue;
3292       }
3294       Instruction *VI = dyn_cast_or_null<Instruction>(DVI->getValue());
3295       if (VI && VI != PrevNonDbgInst && !VI->isTerminator()) {
3296         DEBUG(dbgs() << "Moving Debug Value before :\n" << *DVI << ' ' << *VI);
3297         DVI->removeFromParent();
3298         if (isa<PHINode>(VI))
3299           DVI->insertBefore(VI->getParent()->getFirstInsertionPt());
3300         else
3301           DVI->insertAfter(VI);
3302         MadeChange = true;
3303         ++NumDbgValueMoved;
3304       }
3305     }
3306   }
3307   return MadeChange;
3310 // If there is a sequence that branches based on comparing a single bit
3311 // against zero that can be combined into a single instruction, and the
3312 // target supports folding these into a single instruction, sink the
3313 // mask and compare into the branch uses. Do this before OptimizeBlock ->
3314 // OptimizeInst -> OptimizeCmpExpression, which perturbs the pattern being
3315 // searched for.
3316 bool CodeGenPrepare::sinkAndCmp(Function &F) {
3317   if (!EnableAndCmpSinking)
3318     return false;
3319   if (!TLI || !TLI->isMaskAndBranchFoldingLegal())
3320     return false;
3321   bool MadeChange = false;
3322   for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E; ) {
3323     BasicBlock *BB = I++;
3325     // Does this BB end with the following?
3326     //   %andVal = and %val, #single-bit-set
3327     //   %icmpVal = icmp %andResult, 0
3328     //   br i1 %cmpVal label %dest1, label %dest2"
3329     BranchInst *Brcc = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
3330     if (!Brcc || !Brcc->isConditional())
3331       continue;
3332     ICmpInst *Cmp = dyn_cast<ICmpInst>(Brcc->getOperand(0));
3333     if (!Cmp || Cmp->getParent() != BB)
3334       continue;
3335     ConstantInt *Zero = dyn_cast<ConstantInt>(Cmp->getOperand(1));
3336     if (!Zero || !Zero->isZero())
3337       continue;
3338     Instruction *And = dyn_cast<Instruction>(Cmp->getOperand(0));
3339     if (!And || And->getOpcode() != Instruction::And || And->getParent() != BB)
3340       continue;
3341     ConstantInt* Mask = dyn_cast<ConstantInt>(And->getOperand(1));
3342     if (!Mask || !Mask->getUniqueInteger().isPowerOf2())
3343       continue;
3344     DEBUG(dbgs() << "found and; icmp ?,0; brcc\n"); DEBUG(BB->dump());
3346     // Push the "and; icmp" for any users that are conditional branches.
3347     // Since there can only be one branch use per BB, we don't need to keep
3348     // track of which BBs we insert into.
3349     for (Value::use_iterator UI = Cmp->use_begin(), E = Cmp->use_end();
3350          UI != E; ) {
3351       Use &TheUse = *UI;
3352       // Find brcc use.
3353       BranchInst *BrccUser = dyn_cast<BranchInst>(*UI);
3354       ++UI;
3355       if (!BrccUser || !BrccUser->isConditional())
3356         continue;
3357       BasicBlock *UserBB = BrccUser->getParent();
3358       if (UserBB == BB) continue;
3359       DEBUG(dbgs() << "found Brcc use\n");
3361       // Sink the "and; icmp" to use.
3362       MadeChange = true;
3363       BinaryOperator *NewAnd =
3364         BinaryOperator::CreateAnd(And->getOperand(0), And->getOperand(1), "",
3365                                   BrccUser);
3366       CmpInst *NewCmp =
3367         CmpInst::Create(Cmp->getOpcode(), Cmp->getPredicate(), NewAnd, Zero,
3368                         "", BrccUser);
3369       TheUse = NewCmp;
3370       ++NumAndCmpsMoved;
3371       DEBUG(BrccUser->getParent()->dump());
3372     }
3373   }
3374   return MadeChange;