]> Gitweb @ Texas Instruments - Open Source Git Repositories - git.TI.com/gitweb - opencl/llvm.git/blob - lib/Transforms/InstCombine/InstructionCombining.cpp
InstCombine: Canonicalize (gep i8* X, -(ptrtoint Y)) to (sub (ptrtoint X), (ptrtoint Y))
[opencl/llvm.git] / lib / Transforms / InstCombine / InstructionCombining.cpp
1 //===- InstructionCombining.cpp - Combine multiple instructions -----------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // InstructionCombining - Combine instructions to form fewer, simple
11 // instructions.  This pass does not modify the CFG.  This pass is where
12 // algebraic simplification happens.
13 //
14 // This pass combines things like:
15 //    %Y = add i32 %X, 1
16 //    %Z = add i32 %Y, 1
17 // into:
18 //    %Z = add i32 %X, 2
19 //
20 // This is a simple worklist driven algorithm.
21 //
22 // This pass guarantees that the following canonicalizations are performed on
23 // the program:
24 //    1. If a binary operator has a constant operand, it is moved to the RHS
25 //    2. Bitwise operators with constant operands are always grouped so that
26 //       shifts are performed first, then or's, then and's, then xor's.
27 //    3. Compare instructions are converted from <,>,<=,>= to ==,!= if possible
28 //    4. All cmp instructions on boolean values are replaced with logical ops
29 //    5. add X, X is represented as (X*2) => (X << 1)
30 //    6. Multiplies with a power-of-two constant argument are transformed into
31 //       shifts.
32 //   ... etc.
33 //
34 //===----------------------------------------------------------------------===//
36 #define DEBUG_TYPE "instcombine"
37 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
38 #include "InstCombine.h"
39 #include "llvm-c/Initialization.h"
40 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
41 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
42 #include "llvm/ADT/StringSwitch.h"
43 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
44 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
45 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
46 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
47 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
48 #include "llvm/Support/CFG.h"
49 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
50 #include "llvm/Support/Debug.h"
51 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
52 #include "llvm/Support/PatternMatch.h"
53 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
54 #include "llvm/Target/TargetLibraryInfo.h"
55 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
56 #include <algorithm>
57 #include <climits>
58 using namespace llvm;
59 using namespace llvm::PatternMatch;
61 STATISTIC(NumCombined , "Number of insts combined");
62 STATISTIC(NumConstProp, "Number of constant folds");
63 STATISTIC(NumDeadInst , "Number of dead inst eliminated");
64 STATISTIC(NumSunkInst , "Number of instructions sunk");
65 STATISTIC(NumExpand,    "Number of expansions");
66 STATISTIC(NumFactor   , "Number of factorizations");
67 STATISTIC(NumReassoc  , "Number of reassociations");
69 static cl::opt<bool> UnsafeFPShrink("enable-double-float-shrink", cl::Hidden,
70                                    cl::init(false),
71                                    cl::desc("Enable unsafe double to float "
72                                             "shrinking for math lib calls"));
74 // Initialization Routines
75 void llvm::initializeInstCombine(PassRegistry &Registry) {
76   initializeInstCombinerPass(Registry);
77 }
79 void LLVMInitializeInstCombine(LLVMPassRegistryRef R) {
80   initializeInstCombine(*unwrap(R));
81 }
83 char InstCombiner::ID = 0;
84 INITIALIZE_PASS_BEGIN(InstCombiner, "instcombine",
85                 "Combine redundant instructions", false, false)
86 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfo)
87 INITIALIZE_PASS_END(InstCombiner, "instcombine",
88                 "Combine redundant instructions", false, false)
90 void InstCombiner::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
91   AU.setPreservesCFG();
92   AU.addRequired<TargetLibraryInfo>();
93 }
96 Value *InstCombiner::EmitGEPOffset(User *GEP) {
97   return llvm::EmitGEPOffset(Builder, *getDataLayout(), GEP);
98 }
100 /// ShouldChangeType - Return true if it is desirable to convert a computation
101 /// from 'From' to 'To'.  We don't want to convert from a legal to an illegal
102 /// type for example, or from a smaller to a larger illegal type.
103 bool InstCombiner::ShouldChangeType(Type *From, Type *To) const {
104   assert(From->isIntegerTy() && To->isIntegerTy());
106   // If we don't have TD, we don't know if the source/dest are legal.
107   if (!TD) return false;
109   unsigned FromWidth = From->getPrimitiveSizeInBits();
110   unsigned ToWidth = To->getPrimitiveSizeInBits();
111   bool FromLegal = TD->isLegalInteger(FromWidth);
112   bool ToLegal = TD->isLegalInteger(ToWidth);
114   // If this is a legal integer from type, and the result would be an illegal
115   // type, don't do the transformation.
116   if (FromLegal && !ToLegal)
117     return false;
119   // Otherwise, if both are illegal, do not increase the size of the result. We
120   // do allow things like i160 -> i64, but not i64 -> i160.
121   if (!FromLegal && !ToLegal && ToWidth > FromWidth)
122     return false;
124   return true;
127 // Return true, if No Signed Wrap should be maintained for I.
128 // The No Signed Wrap flag can be kept if the operation "B (I.getOpcode) C",
129 // where both B and C should be ConstantInts, results in a constant that does
130 // not overflow. This function only handles the Add and Sub opcodes. For
131 // all other opcodes, the function conservatively returns false.
132 static bool MaintainNoSignedWrap(BinaryOperator &I, Value *B, Value *C) {
133   OverflowingBinaryOperator *OBO = dyn_cast<OverflowingBinaryOperator>(&I);
134   if (!OBO || !OBO->hasNoSignedWrap()) {
135     return false;
136   }
138   // We reason about Add and Sub Only.
139   Instruction::BinaryOps Opcode = I.getOpcode();
140   if (Opcode != Instruction::Add &&
141       Opcode != Instruction::Sub) {
142     return false;
143   }
145   ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(B);
146   ConstantInt *CC = dyn_cast<ConstantInt>(C);
148   if (!CB || !CC) {
149     return false;
150   }
152   const APInt &BVal = CB->getValue();
153   const APInt &CVal = CC->getValue();
154   bool Overflow = false;
156   if (Opcode == Instruction::Add) {
157     BVal.sadd_ov(CVal, Overflow);
158   } else {
159     BVal.ssub_ov(CVal, Overflow);
160   }
162   return !Overflow;
165 /// Conservatively clears subclassOptionalData after a reassociation or
166 /// commutation. We preserve fast-math flags when applicable as they can be
167 /// preserved.
168 static void ClearSubclassDataAfterReassociation(BinaryOperator &I) {
169   FPMathOperator *FPMO = dyn_cast<FPMathOperator>(&I);
170   if (!FPMO) {
171     I.clearSubclassOptionalData();
172     return;
173   }
175   FastMathFlags FMF = I.getFastMathFlags();
176   I.clearSubclassOptionalData();
177   I.setFastMathFlags(FMF);
180 /// SimplifyAssociativeOrCommutative - This performs a few simplifications for
181 /// operators which are associative or commutative:
182 //
183 //  Commutative operators:
184 //
185 //  1. Order operands such that they are listed from right (least complex) to
186 //     left (most complex).  This puts constants before unary operators before
187 //     binary operators.
188 //
189 //  Associative operators:
190 //
191 //  2. Transform: "(A op B) op C" ==> "A op (B op C)" if "B op C" simplifies.
192 //  3. Transform: "A op (B op C)" ==> "(A op B) op C" if "A op B" simplifies.
193 //
194 //  Associative and commutative operators:
195 //
196 //  4. Transform: "(A op B) op C" ==> "(C op A) op B" if "C op A" simplifies.
197 //  5. Transform: "A op (B op C)" ==> "B op (C op A)" if "C op A" simplifies.
198 //  6. Transform: "(A op C1) op (B op C2)" ==> "(A op B) op (C1 op C2)"
199 //     if C1 and C2 are constants.
200 //
201 bool InstCombiner::SimplifyAssociativeOrCommutative(BinaryOperator &I) {
202   Instruction::BinaryOps Opcode = I.getOpcode();
203   bool Changed = false;
205   do {
206     // Order operands such that they are listed from right (least complex) to
207     // left (most complex).  This puts constants before unary operators before
208     // binary operators.
209     if (I.isCommutative() && getComplexity(I.getOperand(0)) <
210         getComplexity(I.getOperand(1)))
211       Changed = !I.swapOperands();
213     BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(0));
214     BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(1));
216     if (I.isAssociative()) {
217       // Transform: "(A op B) op C" ==> "A op (B op C)" if "B op C" simplifies.
218       if (Op0 && Op0->getOpcode() == Opcode) {
219         Value *A = Op0->getOperand(0);
220         Value *B = Op0->getOperand(1);
221         Value *C = I.getOperand(1);
223         // Does "B op C" simplify?
224         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, B, C, TD)) {
225           // It simplifies to V.  Form "A op V".
226           I.setOperand(0, A);
227           I.setOperand(1, V);
228           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
229           // preserved by the reassociation.
230           if (MaintainNoSignedWrap(I, B, C) &&
231               (!Op0 || (isa<BinaryOperator>(Op0) && Op0->hasNoSignedWrap()))) {
232             // Note: this is only valid because SimplifyBinOp doesn't look at
233             // the operands to Op0.
234             I.clearSubclassOptionalData();
235             I.setHasNoSignedWrap(true);
236           } else {
237             ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
238           }
240           Changed = true;
241           ++NumReassoc;
242           continue;
243         }
244       }
246       // Transform: "A op (B op C)" ==> "(A op B) op C" if "A op B" simplifies.
247       if (Op1 && Op1->getOpcode() == Opcode) {
248         Value *A = I.getOperand(0);
249         Value *B = Op1->getOperand(0);
250         Value *C = Op1->getOperand(1);
252         // Does "A op B" simplify?
253         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, A, B, TD)) {
254           // It simplifies to V.  Form "V op C".
255           I.setOperand(0, V);
256           I.setOperand(1, C);
257           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
258           // preserved by the reassociation.
259           ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
260           Changed = true;
261           ++NumReassoc;
262           continue;
263         }
264       }
265     }
267     if (I.isAssociative() && I.isCommutative()) {
268       // Transform: "(A op B) op C" ==> "(C op A) op B" if "C op A" simplifies.
269       if (Op0 && Op0->getOpcode() == Opcode) {
270         Value *A = Op0->getOperand(0);
271         Value *B = Op0->getOperand(1);
272         Value *C = I.getOperand(1);
274         // Does "C op A" simplify?
275         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, C, A, TD)) {
276           // It simplifies to V.  Form "V op B".
277           I.setOperand(0, V);
278           I.setOperand(1, B);
279           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
280           // preserved by the reassociation.
281           ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
282           Changed = true;
283           ++NumReassoc;
284           continue;
285         }
286       }
288       // Transform: "A op (B op C)" ==> "B op (C op A)" if "C op A" simplifies.
289       if (Op1 && Op1->getOpcode() == Opcode) {
290         Value *A = I.getOperand(0);
291         Value *B = Op1->getOperand(0);
292         Value *C = Op1->getOperand(1);
294         // Does "C op A" simplify?
295         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, C, A, TD)) {
296           // It simplifies to V.  Form "B op V".
297           I.setOperand(0, B);
298           I.setOperand(1, V);
299           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
300           // preserved by the reassociation.
301           ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
302           Changed = true;
303           ++NumReassoc;
304           continue;
305         }
306       }
308       // Transform: "(A op C1) op (B op C2)" ==> "(A op B) op (C1 op C2)"
309       // if C1 and C2 are constants.
310       if (Op0 && Op1 &&
311           Op0->getOpcode() == Opcode && Op1->getOpcode() == Opcode &&
312           isa<Constant>(Op0->getOperand(1)) &&
313           isa<Constant>(Op1->getOperand(1)) &&
314           Op0->hasOneUse() && Op1->hasOneUse()) {
315         Value *A = Op0->getOperand(0);
316         Constant *C1 = cast<Constant>(Op0->getOperand(1));
317         Value *B = Op1->getOperand(0);
318         Constant *C2 = cast<Constant>(Op1->getOperand(1));
320         Constant *Folded = ConstantExpr::get(Opcode, C1, C2);
321         BinaryOperator *New = BinaryOperator::Create(Opcode, A, B);
322         InsertNewInstWith(New, I);
323         New->takeName(Op1);
324         I.setOperand(0, New);
325         I.setOperand(1, Folded);
326         // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
327         // preserved by the reassociation.
328         ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
330         Changed = true;
331         continue;
332       }
333     }
335     // No further simplifications.
336     return Changed;
337   } while (1);
340 /// LeftDistributesOverRight - Whether "X LOp (Y ROp Z)" is always equal to
341 /// "(X LOp Y) ROp (X LOp Z)".
342 static bool LeftDistributesOverRight(Instruction::BinaryOps LOp,
343                                      Instruction::BinaryOps ROp) {
344   switch (LOp) {
345   default:
346     return false;
348   case Instruction::And:
349     // And distributes over Or and Xor.
350     switch (ROp) {
351     default:
352       return false;
353     case Instruction::Or:
354     case Instruction::Xor:
355       return true;
356     }
358   case Instruction::Mul:
359     // Multiplication distributes over addition and subtraction.
360     switch (ROp) {
361     default:
362       return false;
363     case Instruction::Add:
364     case Instruction::Sub:
365       return true;
366     }
368   case Instruction::Or:
369     // Or distributes over And.
370     switch (ROp) {
371     default:
372       return false;
373     case Instruction::And:
374       return true;
375     }
376   }
379 /// RightDistributesOverLeft - Whether "(X LOp Y) ROp Z" is always equal to
380 /// "(X ROp Z) LOp (Y ROp Z)".
381 static bool RightDistributesOverLeft(Instruction::BinaryOps LOp,
382                                      Instruction::BinaryOps ROp) {
383   if (Instruction::isCommutative(ROp))
384     return LeftDistributesOverRight(ROp, LOp);
385   // TODO: It would be nice to handle division, aka "(X + Y)/Z = X/Z + Y/Z",
386   // but this requires knowing that the addition does not overflow and other
387   // such subtleties.
388   return false;
391 /// SimplifyUsingDistributiveLaws - This tries to simplify binary operations
392 /// which some other binary operation distributes over either by factorizing
393 /// out common terms (eg "(A*B)+(A*C)" -> "A*(B+C)") or expanding out if this
394 /// results in simplifications (eg: "A & (B | C) -> (A&B) | (A&C)" if this is
395 /// a win).  Returns the simplified value, or null if it didn't simplify.
396 Value *InstCombiner::SimplifyUsingDistributiveLaws(BinaryOperator &I) {
397   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
398   BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(LHS);
399   BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(RHS);
400   Instruction::BinaryOps TopLevelOpcode = I.getOpcode(); // op
402   // Factorization.
403   if (Op0 && Op1 && Op0->getOpcode() == Op1->getOpcode()) {
404     // The instruction has the form "(A op' B) op (C op' D)".  Try to factorize
405     // a common term.
406     Value *A = Op0->getOperand(0), *B = Op0->getOperand(1);
407     Value *C = Op1->getOperand(0), *D = Op1->getOperand(1);
408     Instruction::BinaryOps InnerOpcode = Op0->getOpcode(); // op'
410     // Does "X op' Y" always equal "Y op' X"?
411     bool InnerCommutative = Instruction::isCommutative(InnerOpcode);
413     // Does "X op' (Y op Z)" always equal "(X op' Y) op (X op' Z)"?
414     if (LeftDistributesOverRight(InnerOpcode, TopLevelOpcode))
415       // Does the instruction have the form "(A op' B) op (A op' D)" or, in the
416       // commutative case, "(A op' B) op (C op' A)"?
417       if (A == C || (InnerCommutative && A == D)) {
418         if (A != C)
419           std::swap(C, D);
420         // Consider forming "A op' (B op D)".
421         // If "B op D" simplifies then it can be formed with no cost.
422         Value *V = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, B, D, TD);
423         // If "B op D" doesn't simplify then only go on if both of the existing
424         // operations "A op' B" and "C op' D" will be zapped as no longer used.
425         if (!V && Op0->hasOneUse() && Op1->hasOneUse())
426           V = Builder->CreateBinOp(TopLevelOpcode, B, D, Op1->getName());
427         if (V) {
428           ++NumFactor;
429           V = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, A, V);
430           V->takeName(&I);
431           return V;
432         }
433       }
435     // Does "(X op Y) op' Z" always equal "(X op' Z) op (Y op' Z)"?
436     if (RightDistributesOverLeft(TopLevelOpcode, InnerOpcode))
437       // Does the instruction have the form "(A op' B) op (C op' B)" or, in the
438       // commutative case, "(A op' B) op (B op' D)"?
439       if (B == D || (InnerCommutative && B == C)) {
440         if (B != D)
441           std::swap(C, D);
442         // Consider forming "(A op C) op' B".
443         // If "A op C" simplifies then it can be formed with no cost.
444         Value *V = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, TD);
445         // If "A op C" doesn't simplify then only go on if both of the existing
446         // operations "A op' B" and "C op' D" will be zapped as no longer used.
447         if (!V && Op0->hasOneUse() && Op1->hasOneUse())
448           V = Builder->CreateBinOp(TopLevelOpcode, A, C, Op0->getName());
449         if (V) {
450           ++NumFactor;
451           V = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, V, B);
452           V->takeName(&I);
453           return V;
454         }
455       }
456   }
458   // Expansion.
459   if (Op0 && RightDistributesOverLeft(Op0->getOpcode(), TopLevelOpcode)) {
460     // The instruction has the form "(A op' B) op C".  See if expanding it out
461     // to "(A op C) op' (B op C)" results in simplifications.
462     Value *A = Op0->getOperand(0), *B = Op0->getOperand(1), *C = RHS;
463     Instruction::BinaryOps InnerOpcode = Op0->getOpcode(); // op'
465     // Do "A op C" and "B op C" both simplify?
466     if (Value *L = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, TD))
467       if (Value *R = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, B, C, TD)) {
468         // They do! Return "L op' R".
469         ++NumExpand;
470         // If "L op' R" equals "A op' B" then "L op' R" is just the LHS.
471         if ((L == A && R == B) ||
472             (Instruction::isCommutative(InnerOpcode) && L == B && R == A))
473           return Op0;
474         // Otherwise return "L op' R" if it simplifies.
475         if (Value *V = SimplifyBinOp(InnerOpcode, L, R, TD))
476           return V;
477         // Otherwise, create a new instruction.
478         C = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, L, R);
479         C->takeName(&I);
480         return C;
481       }
482   }
484   if (Op1 && LeftDistributesOverRight(TopLevelOpcode, Op1->getOpcode())) {
485     // The instruction has the form "A op (B op' C)".  See if expanding it out
486     // to "(A op B) op' (A op C)" results in simplifications.
487     Value *A = LHS, *B = Op1->getOperand(0), *C = Op1->getOperand(1);
488     Instruction::BinaryOps InnerOpcode = Op1->getOpcode(); // op'
490     // Do "A op B" and "A op C" both simplify?
491     if (Value *L = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, B, TD))
492       if (Value *R = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, TD)) {
493         // They do! Return "L op' R".
494         ++NumExpand;
495         // If "L op' R" equals "B op' C" then "L op' R" is just the RHS.
496         if ((L == B && R == C) ||
497             (Instruction::isCommutative(InnerOpcode) && L == C && R == B))
498           return Op1;
499         // Otherwise return "L op' R" if it simplifies.
500         if (Value *V = SimplifyBinOp(InnerOpcode, L, R, TD))
501           return V;
502         // Otherwise, create a new instruction.
503         A = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, L, R);
504         A->takeName(&I);
505         return A;
506       }
507   }
509   return 0;
512 // dyn_castNegVal - Given a 'sub' instruction, return the RHS of the instruction
513 // if the LHS is a constant zero (which is the 'negate' form).
514 //
515 Value *InstCombiner::dyn_castNegVal(Value *V) const {
516   if (BinaryOperator::isNeg(V))
517     return BinaryOperator::getNegArgument(V);
519   // Constants can be considered to be negated values if they can be folded.
520   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(V))
521     return ConstantExpr::getNeg(C);
523   if (ConstantDataVector *C = dyn_cast<ConstantDataVector>(V))
524     if (C->getType()->getElementType()->isIntegerTy())
525       return ConstantExpr::getNeg(C);
527   return 0;
530 // dyn_castFNegVal - Given a 'fsub' instruction, return the RHS of the
531 // instruction if the LHS is a constant negative zero (which is the 'negate'
532 // form).
533 //
534 Value *InstCombiner::dyn_castFNegVal(Value *V, bool IgnoreZeroSign) const {
535   if (BinaryOperator::isFNeg(V, IgnoreZeroSign))
536     return BinaryOperator::getFNegArgument(V);
538   // Constants can be considered to be negated values if they can be folded.
539   if (ConstantFP *C = dyn_cast<ConstantFP>(V))
540     return ConstantExpr::getFNeg(C);
542   if (ConstantDataVector *C = dyn_cast<ConstantDataVector>(V))
543     if (C->getType()->getElementType()->isFloatingPointTy())
544       return ConstantExpr::getFNeg(C);
546   return 0;
549 static Value *FoldOperationIntoSelectOperand(Instruction &I, Value *SO,
550                                              InstCombiner *IC) {
551   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(&I)) {
552     return IC->Builder->CreateCast(CI->getOpcode(), SO, I.getType());
553   }
555   // Figure out if the constant is the left or the right argument.
556   bool ConstIsRHS = isa<Constant>(I.getOperand(1));
557   Constant *ConstOperand = cast<Constant>(I.getOperand(ConstIsRHS));
559   if (Constant *SOC = dyn_cast<Constant>(SO)) {
560     if (ConstIsRHS)
561       return ConstantExpr::get(I.getOpcode(), SOC, ConstOperand);
562     return ConstantExpr::get(I.getOpcode(), ConstOperand, SOC);
563   }
565   Value *Op0 = SO, *Op1 = ConstOperand;
566   if (!ConstIsRHS)
567     std::swap(Op0, Op1);
569   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(&I))
570     return IC->Builder->CreateBinOp(BO->getOpcode(), Op0, Op1,
571                                     SO->getName()+".op");
572   if (ICmpInst *CI = dyn_cast<ICmpInst>(&I))
573     return IC->Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), Op0, Op1,
574                                    SO->getName()+".cmp");
575   if (FCmpInst *CI = dyn_cast<FCmpInst>(&I))
576     return IC->Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), Op0, Op1,
577                                    SO->getName()+".cmp");
578   llvm_unreachable("Unknown binary instruction type!");
581 // FoldOpIntoSelect - Given an instruction with a select as one operand and a
582 // constant as the other operand, try to fold the binary operator into the
583 // select arguments.  This also works for Cast instructions, which obviously do
584 // not have a second operand.
585 Instruction *InstCombiner::FoldOpIntoSelect(Instruction &Op, SelectInst *SI) {
586   // Don't modify shared select instructions
587   if (!SI->hasOneUse()) return 0;
588   Value *TV = SI->getOperand(1);
589   Value *FV = SI->getOperand(2);
591   if (isa<Constant>(TV) || isa<Constant>(FV)) {
592     // Bool selects with constant operands can be folded to logical ops.
593     if (SI->getType()->isIntegerTy(1)) return 0;
595     // If it's a bitcast involving vectors, make sure it has the same number of
596     // elements on both sides.
597     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(&Op)) {
598       VectorType *DestTy = dyn_cast<VectorType>(BC->getDestTy());
599       VectorType *SrcTy = dyn_cast<VectorType>(BC->getSrcTy());
601       // Verify that either both or neither are vectors.
602       if ((SrcTy == NULL) != (DestTy == NULL)) return 0;
603       // If vectors, verify that they have the same number of elements.
604       if (SrcTy && SrcTy->getNumElements() != DestTy->getNumElements())
605         return 0;
606     }
608     Value *SelectTrueVal = FoldOperationIntoSelectOperand(Op, TV, this);
609     Value *SelectFalseVal = FoldOperationIntoSelectOperand(Op, FV, this);
611     return SelectInst::Create(SI->getCondition(),
612                               SelectTrueVal, SelectFalseVal);
613   }
614   return 0;
618 /// FoldOpIntoPhi - Given a binary operator, cast instruction, or select which
619 /// has a PHI node as operand #0, see if we can fold the instruction into the
620 /// PHI (which is only possible if all operands to the PHI are constants).
621 ///
622 Instruction *InstCombiner::FoldOpIntoPhi(Instruction &I) {
623   PHINode *PN = cast<PHINode>(I.getOperand(0));
624   unsigned NumPHIValues = PN->getNumIncomingValues();
625   if (NumPHIValues == 0)
626     return 0;
628   // We normally only transform phis with a single use.  However, if a PHI has
629   // multiple uses and they are all the same operation, we can fold *all* of the
630   // uses into the PHI.
631   if (!PN->hasOneUse()) {
632     // Walk the use list for the instruction, comparing them to I.
633     for (Value::use_iterator UI = PN->use_begin(), E = PN->use_end();
634          UI != E; ++UI) {
635       Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
636       if (User != &I && !I.isIdenticalTo(User))
637         return 0;
638     }
639     // Otherwise, we can replace *all* users with the new PHI we form.
640   }
642   // Check to see if all of the operands of the PHI are simple constants
643   // (constantint/constantfp/undef).  If there is one non-constant value,
644   // remember the BB it is in.  If there is more than one or if *it* is a PHI,
645   // bail out.  We don't do arbitrary constant expressions here because moving
646   // their computation can be expensive without a cost model.
647   BasicBlock *NonConstBB = 0;
648   for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
649     Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
650     if (isa<Constant>(InVal) && !isa<ConstantExpr>(InVal))
651       continue;
653     if (isa<PHINode>(InVal)) return 0;  // Itself a phi.
654     if (NonConstBB) return 0;  // More than one non-const value.
656     NonConstBB = PN->getIncomingBlock(i);
658     // If the InVal is an invoke at the end of the pred block, then we can't
659     // insert a computation after it without breaking the edge.
660     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(InVal))
661       if (II->getParent() == NonConstBB)
662         return 0;
664     // If the incoming non-constant value is in I's block, we will remove one
665     // instruction, but insert another equivalent one, leading to infinite
666     // instcombine.
667     if (NonConstBB == I.getParent())
668       return 0;
669   }
671   // If there is exactly one non-constant value, we can insert a copy of the
672   // operation in that block.  However, if this is a critical edge, we would be
673   // inserting the computation one some other paths (e.g. inside a loop).  Only
674   // do this if the pred block is unconditionally branching into the phi block.
675   if (NonConstBB != 0) {
676     BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(NonConstBB->getTerminator());
677     if (!BI || !BI->isUnconditional()) return 0;
678   }
680   // Okay, we can do the transformation: create the new PHI node.
681   PHINode *NewPN = PHINode::Create(I.getType(), PN->getNumIncomingValues());
682   InsertNewInstBefore(NewPN, *PN);
683   NewPN->takeName(PN);
685   // If we are going to have to insert a new computation, do so right before the
686   // predecessors terminator.
687   if (NonConstBB)
688     Builder->SetInsertPoint(NonConstBB->getTerminator());
690   // Next, add all of the operands to the PHI.
691   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(&I)) {
692     // We only currently try to fold the condition of a select when it is a phi,
693     // not the true/false values.
694     Value *TrueV = SI->getTrueValue();
695     Value *FalseV = SI->getFalseValue();
696     BasicBlock *PhiTransBB = PN->getParent();
697     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
698       BasicBlock *ThisBB = PN->getIncomingBlock(i);
699       Value *TrueVInPred = TrueV->DoPHITranslation(PhiTransBB, ThisBB);
700       Value *FalseVInPred = FalseV->DoPHITranslation(PhiTransBB, ThisBB);
701       Value *InV = 0;
702       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
703         InV = InC->isNullValue() ? FalseVInPred : TrueVInPred;
704       else
705         InV = Builder->CreateSelect(PN->getIncomingValue(i),
706                                     TrueVInPred, FalseVInPred, "phitmp");
707       NewPN->addIncoming(InV, ThisBB);
708     }
709   } else if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(&I)) {
710     Constant *C = cast<Constant>(I.getOperand(1));
711     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
712       Value *InV = 0;
713       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
714         InV = ConstantExpr::getCompare(CI->getPredicate(), InC, C);
715       else if (isa<ICmpInst>(CI))
716         InV = Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), PN->getIncomingValue(i),
717                                   C, "phitmp");
718       else
719         InV = Builder->CreateFCmp(CI->getPredicate(), PN->getIncomingValue(i),
720                                   C, "phitmp");
721       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
722     }
723   } else if (I.getNumOperands() == 2) {
724     Constant *C = cast<Constant>(I.getOperand(1));
725     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
726       Value *InV = 0;
727       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
728         InV = ConstantExpr::get(I.getOpcode(), InC, C);
729       else
730         InV = Builder->CreateBinOp(cast<BinaryOperator>(I).getOpcode(),
731                                    PN->getIncomingValue(i), C, "phitmp");
732       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
733     }
734   } else {
735     CastInst *CI = cast<CastInst>(&I);
736     Type *RetTy = CI->getType();
737     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
738       Value *InV;
739       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
740         InV = ConstantExpr::getCast(CI->getOpcode(), InC, RetTy);
741       else
742         InV = Builder->CreateCast(CI->getOpcode(),
743                                 PN->getIncomingValue(i), I.getType(), "phitmp");
744       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
745     }
746   }
748   for (Value::use_iterator UI = PN->use_begin(), E = PN->use_end();
749        UI != E; ) {
750     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
751     if (User == &I) continue;
752     ReplaceInstUsesWith(*User, NewPN);
753     EraseInstFromFunction(*User);
754   }
755   return ReplaceInstUsesWith(I, NewPN);
758 /// FindElementAtOffset - Given a pointer type and a constant offset, determine
759 /// whether or not there is a sequence of GEP indices into the pointed type that
760 /// will land us at the specified offset.  If so, fill them into NewIndices and
761 /// return the resultant element type, otherwise return null.
762 Type *InstCombiner::FindElementAtOffset(Type *PtrTy, int64_t Offset,
763                                         SmallVectorImpl<Value*> &NewIndices) {
764   assert(PtrTy->isPtrOrPtrVectorTy());
766   if (!TD)
767     return 0;
769   Type *Ty = PtrTy->getPointerElementType();
770   if (!Ty->isSized())
771     return 0;
773   // Start with the index over the outer type.  Note that the type size
774   // might be zero (even if the offset isn't zero) if the indexed type
775   // is something like [0 x {int, int}]
776   Type *IntPtrTy = TD->getIntPtrType(PtrTy);
777   int64_t FirstIdx = 0;
778   if (int64_t TySize = TD->getTypeAllocSize(Ty)) {
779     FirstIdx = Offset/TySize;
780     Offset -= FirstIdx*TySize;
782     // Handle hosts where % returns negative instead of values [0..TySize).
783     if (Offset < 0) {
784       --FirstIdx;
785       Offset += TySize;
786       assert(Offset >= 0);
787     }
788     assert((uint64_t)Offset < (uint64_t)TySize && "Out of range offset");
789   }
791   NewIndices.push_back(ConstantInt::get(IntPtrTy, FirstIdx));
793   // Index into the types.  If we fail, set OrigBase to null.
794   while (Offset) {
795     // Indexing into tail padding between struct/array elements.
796     if (uint64_t(Offset*8) >= TD->getTypeSizeInBits(Ty))
797       return 0;
799     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
800       const StructLayout *SL = TD->getStructLayout(STy);
801       assert(Offset < (int64_t)SL->getSizeInBytes() &&
802              "Offset must stay within the indexed type");
804       unsigned Elt = SL->getElementContainingOffset(Offset);
805       NewIndices.push_back(ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Ty->getContext()),
806                                             Elt));
808       Offset -= SL->getElementOffset(Elt);
809       Ty = STy->getElementType(Elt);
810     } else if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
811       uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSize(AT->getElementType());
812       assert(EltSize && "Cannot index into a zero-sized array");
813       NewIndices.push_back(ConstantInt::get(IntPtrTy,Offset/EltSize));
814       Offset %= EltSize;
815       Ty = AT->getElementType();
816     } else {
817       // Otherwise, we can't index into the middle of this atomic type, bail.
818       return 0;
819     }
820   }
822   return Ty;
825 static bool shouldMergeGEPs(GEPOperator &GEP, GEPOperator &Src) {
826   // If this GEP has only 0 indices, it is the same pointer as
827   // Src. If Src is not a trivial GEP too, don't combine
828   // the indices.
829   if (GEP.hasAllZeroIndices() && !Src.hasAllZeroIndices() &&
830       !Src.hasOneUse())
831     return false;
832   return true;
835 /// Descale - Return a value X such that Val = X * Scale, or null if none.  If
836 /// the multiplication is known not to overflow then NoSignedWrap is set.
837 Value *InstCombiner::Descale(Value *Val, APInt Scale, bool &NoSignedWrap) {
838   assert(isa<IntegerType>(Val->getType()) && "Can only descale integers!");
839   assert(cast<IntegerType>(Val->getType())->getBitWidth() ==
840          Scale.getBitWidth() && "Scale not compatible with value!");
842   // If Val is zero or Scale is one then Val = Val * Scale.
843   if (match(Val, m_Zero()) || Scale == 1) {
844     NoSignedWrap = true;
845     return Val;
846   }
848   // If Scale is zero then it does not divide Val.
849   if (Scale.isMinValue())
850     return 0;
852   // Look through chains of multiplications, searching for a constant that is
853   // divisible by Scale.  For example, descaling X*(Y*(Z*4)) by a factor of 4
854   // will find the constant factor 4 and produce X*(Y*Z).  Descaling X*(Y*8) by
855   // a factor of 4 will produce X*(Y*2).  The principle of operation is to bore
856   // down from Val:
857   //
858   //     Val = M1 * X          ||   Analysis starts here and works down
859   //      M1 = M2 * Y          ||   Doesn't descend into terms with more
860   //      M2 =  Z * 4          \/   than one use
861   //
862   // Then to modify a term at the bottom:
863   //
864   //     Val = M1 * X
865   //      M1 =  Z * Y          ||   Replaced M2 with Z
866   //
867   // Then to work back up correcting nsw flags.
869   // Op - the term we are currently analyzing.  Starts at Val then drills down.
870   // Replaced with its descaled value before exiting from the drill down loop.
871   Value *Op = Val;
873   // Parent - initially null, but after drilling down notes where Op came from.
874   // In the example above, Parent is (Val, 0) when Op is M1, because M1 is the
875   // 0'th operand of Val.
876   std::pair<Instruction*, unsigned> Parent;
878   // RequireNoSignedWrap - Set if the transform requires a descaling at deeper
879   // levels that doesn't overflow.
880   bool RequireNoSignedWrap = false;
882   // logScale - log base 2 of the scale.  Negative if not a power of 2.
883   int32_t logScale = Scale.exactLogBase2();
885   for (;; Op = Parent.first->getOperand(Parent.second)) { // Drill down
887     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op)) {
888       // If Op is a constant divisible by Scale then descale to the quotient.
889       APInt Quotient(Scale), Remainder(Scale); // Init ensures right bitwidth.
890       APInt::sdivrem(CI->getValue(), Scale, Quotient, Remainder);
891       if (!Remainder.isMinValue())
892         // Not divisible by Scale.
893         return 0;
894       // Replace with the quotient in the parent.
895       Op = ConstantInt::get(CI->getType(), Quotient);
896       NoSignedWrap = true;
897       break;
898     }
900     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Op)) {
902       if (BO->getOpcode() == Instruction::Mul) {
903         // Multiplication.
904         NoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
905         if (RequireNoSignedWrap && !NoSignedWrap)
906           return 0;
908         // There are three cases for multiplication: multiplication by exactly
909         // the scale, multiplication by a constant different to the scale, and
910         // multiplication by something else.
911         Value *LHS = BO->getOperand(0);
912         Value *RHS = BO->getOperand(1);
914         if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(RHS)) {
915           // Multiplication by a constant.
916           if (CI->getValue() == Scale) {
917             // Multiplication by exactly the scale, replace the multiplication
918             // by its left-hand side in the parent.
919             Op = LHS;
920             break;
921           }
923           // Otherwise drill down into the constant.
924           if (!Op->hasOneUse())
925             return 0;
927           Parent = std::make_pair(BO, 1);
928           continue;
929         }
931         // Multiplication by something else. Drill down into the left-hand side
932         // since that's where the reassociate pass puts the good stuff.
933         if (!Op->hasOneUse())
934           return 0;
936         Parent = std::make_pair(BO, 0);
937         continue;
938       }
940       if (logScale > 0 && BO->getOpcode() == Instruction::Shl &&
941           isa<ConstantInt>(BO->getOperand(1))) {
942         // Multiplication by a power of 2.
943         NoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
944         if (RequireNoSignedWrap && !NoSignedWrap)
945           return 0;
947         Value *LHS = BO->getOperand(0);
948         int32_t Amt = cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1))->
949           getLimitedValue(Scale.getBitWidth());
950         // Op = LHS << Amt.
952         if (Amt == logScale) {
953           // Multiplication by exactly the scale, replace the multiplication
954           // by its left-hand side in the parent.
955           Op = LHS;
956           break;
957         }
958         if (Amt < logScale || !Op->hasOneUse())
959           return 0;
961         // Multiplication by more than the scale.  Reduce the multiplying amount
962         // by the scale in the parent.
963         Parent = std::make_pair(BO, 1);
964         Op = ConstantInt::get(BO->getType(), Amt - logScale);
965         break;
966       }
967     }
969     if (!Op->hasOneUse())
970       return 0;
972     if (CastInst *Cast = dyn_cast<CastInst>(Op)) {
973       if (Cast->getOpcode() == Instruction::SExt) {
974         // Op is sign-extended from a smaller type, descale in the smaller type.
975         unsigned SmallSize = Cast->getSrcTy()->getPrimitiveSizeInBits();
976         APInt SmallScale = Scale.trunc(SmallSize);
977         // Suppose Op = sext X, and we descale X as Y * SmallScale.  We want to
978         // descale Op as (sext Y) * Scale.  In order to have
979         //   sext (Y * SmallScale) = (sext Y) * Scale
980         // some conditions need to hold however: SmallScale must sign-extend to
981         // Scale and the multiplication Y * SmallScale should not overflow.
982         if (SmallScale.sext(Scale.getBitWidth()) != Scale)
983           // SmallScale does not sign-extend to Scale.
984           return 0;
985         assert(SmallScale.exactLogBase2() == logScale);
986         // Require that Y * SmallScale must not overflow.
987         RequireNoSignedWrap = true;
989         // Drill down through the cast.
990         Parent = std::make_pair(Cast, 0);
991         Scale = SmallScale;
992         continue;
993       }
995       if (Cast->getOpcode() == Instruction::Trunc) {
996         // Op is truncated from a larger type, descale in the larger type.
997         // Suppose Op = trunc X, and we descale X as Y * sext Scale.  Then
998         //   trunc (Y * sext Scale) = (trunc Y) * Scale
999         // always holds.  However (trunc Y) * Scale may overflow even if
1000         // trunc (Y * sext Scale) does not, so nsw flags need to be cleared
1001         // from this point up in the expression (see later).
1002         if (RequireNoSignedWrap)
1003           return 0;
1005         // Drill down through the cast.
1006         unsigned LargeSize = Cast->getSrcTy()->getPrimitiveSizeInBits();
1007         Parent = std::make_pair(Cast, 0);
1008         Scale = Scale.sext(LargeSize);
1009         if (logScale + 1 == (int32_t)Cast->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1010           logScale = -1;
1011         assert(Scale.exactLogBase2() == logScale);
1012         continue;
1013       }
1014     }
1016     // Unsupported expression, bail out.
1017     return 0;
1018   }
1020   // We know that we can successfully descale, so from here on we can safely
1021   // modify the IR.  Op holds the descaled version of the deepest term in the
1022   // expression.  NoSignedWrap is 'true' if multiplying Op by Scale is known
1023   // not to overflow.
1025   if (!Parent.first)
1026     // The expression only had one term.
1027     return Op;
1029   // Rewrite the parent using the descaled version of its operand.
1030   assert(Parent.first->hasOneUse() && "Drilled down when more than one use!");
1031   assert(Op != Parent.first->getOperand(Parent.second) &&
1032          "Descaling was a no-op?");
1033   Parent.first->setOperand(Parent.second, Op);
1034   Worklist.Add(Parent.first);
1036   // Now work back up the expression correcting nsw flags.  The logic is based
1037   // on the following observation: if X * Y is known not to overflow as a signed
1038   // multiplication, and Y is replaced by a value Z with smaller absolute value,
1039   // then X * Z will not overflow as a signed multiplication either.  As we work
1040   // our way up, having NoSignedWrap 'true' means that the descaled value at the
1041   // current level has strictly smaller absolute value than the original.
1042   Instruction *Ancestor = Parent.first;
1043   do {
1044     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Ancestor)) {
1045       // If the multiplication wasn't nsw then we can't say anything about the
1046       // value of the descaled multiplication, and we have to clear nsw flags
1047       // from this point on up.
1048       bool OpNoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
1049       NoSignedWrap &= OpNoSignedWrap;
1050       if (NoSignedWrap != OpNoSignedWrap) {
1051         BO->setHasNoSignedWrap(NoSignedWrap);
1052         Worklist.Add(Ancestor);
1053       }
1054     } else if (Ancestor->getOpcode() == Instruction::Trunc) {
1055       // The fact that the descaled input to the trunc has smaller absolute
1056       // value than the original input doesn't tell us anything useful about
1057       // the absolute values of the truncations.
1058       NoSignedWrap = false;
1059     }
1060     assert((Ancestor->getOpcode() != Instruction::SExt || NoSignedWrap) &&
1061            "Failed to keep proper track of nsw flags while drilling down?");
1063     if (Ancestor == Val)
1064       // Got to the top, all done!
1065       return Val;
1067     // Move up one level in the expression.
1068     assert(Ancestor->hasOneUse() && "Drilled down when more than one use!");
1069     Ancestor = Ancestor->use_back();
1070   } while (1);
1073 Instruction *InstCombiner::visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEP) {
1074   SmallVector<Value*, 8> Ops(GEP.op_begin(), GEP.op_end());
1076   if (Value *V = SimplifyGEPInst(Ops, TD))
1077     return ReplaceInstUsesWith(GEP, V);
1079   Value *PtrOp = GEP.getOperand(0);
1081   // Eliminate unneeded casts for indices, and replace indices which displace
1082   // by multiples of a zero size type with zero.
1083   if (TD) {
1084     bool MadeChange = false;
1085     Type *IntPtrTy = TD->getIntPtrType(GEP.getPointerOperandType());
1087     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
1088     for (User::op_iterator I = GEP.op_begin() + 1, E = GEP.op_end();
1089          I != E; ++I, ++GTI) {
1090       // Skip indices into struct types.
1091       SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(*GTI);
1092       if (!SeqTy) continue;
1094       // If the element type has zero size then any index over it is equivalent
1095       // to an index of zero, so replace it with zero if it is not zero already.
1096       if (SeqTy->getElementType()->isSized() &&
1097           TD->getTypeAllocSize(SeqTy->getElementType()) == 0)
1098         if (!isa<Constant>(*I) || !cast<Constant>(*I)->isNullValue()) {
1099           *I = Constant::getNullValue(IntPtrTy);
1100           MadeChange = true;
1101         }
1103       Type *IndexTy = (*I)->getType();
1104       if (IndexTy != IntPtrTy) {
1105         // If we are using a wider index than needed for this platform, shrink
1106         // it to what we need.  If narrower, sign-extend it to what we need.
1107         // This explicit cast can make subsequent optimizations more obvious.
1108         *I = Builder->CreateIntCast(*I, IntPtrTy, true);
1109         MadeChange = true;
1110       }
1111     }
1112     if (MadeChange) return &GEP;
1113   }
1115   // Combine Indices - If the source pointer to this getelementptr instruction
1116   // is a getelementptr instruction, combine the indices of the two
1117   // getelementptr instructions into a single instruction.
1118   //
1119   if (GEPOperator *Src = dyn_cast<GEPOperator>(PtrOp)) {
1120     if (!shouldMergeGEPs(*cast<GEPOperator>(&GEP), *Src))
1121       return 0;
1123     // Note that if our source is a gep chain itself then we wait for that
1124     // chain to be resolved before we perform this transformation.  This
1125     // avoids us creating a TON of code in some cases.
1126     if (GEPOperator *SrcGEP =
1127           dyn_cast<GEPOperator>(Src->getOperand(0)))
1128       if (SrcGEP->getNumOperands() == 2 && shouldMergeGEPs(*Src, *SrcGEP))
1129         return 0;   // Wait until our source is folded to completion.
1131     SmallVector<Value*, 8> Indices;
1133     // Find out whether the last index in the source GEP is a sequential idx.
1134     bool EndsWithSequential = false;
1135     for (gep_type_iterator I = gep_type_begin(*Src), E = gep_type_end(*Src);
1136          I != E; ++I)
1137       EndsWithSequential = !(*I)->isStructTy();
1139     // Can we combine the two pointer arithmetics offsets?
1140     if (EndsWithSequential) {
1141       // Replace: gep (gep %P, long B), long A, ...
1142       // With:    T = long A+B; gep %P, T, ...
1143       //
1144       Value *Sum;
1145       Value *SO1 = Src->getOperand(Src->getNumOperands()-1);
1146       Value *GO1 = GEP.getOperand(1);
1147       if (SO1 == Constant::getNullValue(SO1->getType())) {
1148         Sum = GO1;
1149       } else if (GO1 == Constant::getNullValue(GO1->getType())) {
1150         Sum = SO1;
1151       } else {
1152         // If they aren't the same type, then the input hasn't been processed
1153         // by the loop above yet (which canonicalizes sequential index types to
1154         // intptr_t).  Just avoid transforming this until the input has been
1155         // normalized.
1156         if (SO1->getType() != GO1->getType())
1157           return 0;
1158         Sum = Builder->CreateAdd(SO1, GO1, PtrOp->getName()+".sum");
1159       }
1161       // Update the GEP in place if possible.
1162       if (Src->getNumOperands() == 2) {
1163         GEP.setOperand(0, Src->getOperand(0));
1164         GEP.setOperand(1, Sum);
1165         return &GEP;
1166       }
1167       Indices.append(Src->op_begin()+1, Src->op_end()-1);
1168       Indices.push_back(Sum);
1169       Indices.append(GEP.op_begin()+2, GEP.op_end());
1170     } else if (isa<Constant>(*GEP.idx_begin()) &&
1171                cast<Constant>(*GEP.idx_begin())->isNullValue() &&
1172                Src->getNumOperands() != 1) {
1173       // Otherwise we can do the fold if the first index of the GEP is a zero
1174       Indices.append(Src->op_begin()+1, Src->op_end());
1175       Indices.append(GEP.idx_begin()+1, GEP.idx_end());
1176     }
1178     if (!Indices.empty())
1179       return (GEP.isInBounds() && Src->isInBounds()) ?
1180         GetElementPtrInst::CreateInBounds(Src->getOperand(0), Indices,
1181                                           GEP.getName()) :
1182         GetElementPtrInst::Create(Src->getOperand(0), Indices, GEP.getName());
1183   }
1185   // Canonicalize (gep i8* X, -(ptrtoint Y)) to (sub (ptrtoint X), (ptrtoint Y))
1186   // The GEP pattern is emitted by the SCEV expander for certain kinds of
1187   // pointer arithmetic.
1188   if (TD && GEP.getNumIndices() == 1 &&
1189       match(GEP.getOperand(1), m_Neg(m_PtrToInt(m_Value()))) &&
1190       GEP.getType() == Builder->getInt8PtrTy() &&
1191       GEP.getOperand(1)->getType()->getScalarSizeInBits() ==
1192           TD->getPointerSizeInBits(GEP.getPointerAddressSpace())) {
1193     Operator *Index = cast<Operator>(GEP.getOperand(1));
1194     Value *PtrToInt = Builder->CreatePtrToInt(PtrOp, Index->getType());
1195     Value *NewSub = Builder->CreateSub(PtrToInt, Index->getOperand(1));
1196     return CastInst::Create(Instruction::IntToPtr, NewSub, GEP.getType());
1197   }
1199   // Handle gep(bitcast x) and gep(gep x, 0, 0, 0).
1200   Value *StrippedPtr = PtrOp->stripPointerCasts();
1201   PointerType *StrippedPtrTy = dyn_cast<PointerType>(StrippedPtr->getType());
1203   // We do not handle pointer-vector geps here.
1204   if (!StrippedPtrTy)
1205     return 0;
1207   if (StrippedPtr != PtrOp &&
1208     StrippedPtrTy->getAddressSpace() == GEP.getPointerAddressSpace()) {
1210     bool HasZeroPointerIndex = false;
1211     if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(GEP.getOperand(1)))
1212       HasZeroPointerIndex = C->isZero();
1214     // Transform: GEP (bitcast [10 x i8]* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1215     // into     : GEP [10 x i8]* X, i32 0, ...
1216     //
1217     // Likewise, transform: GEP (bitcast i8* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1218     //           into     : GEP i8* X, ...
1219     //
1220     // This occurs when the program declares an array extern like "int X[];"
1221     if (HasZeroPointerIndex) {
1222       PointerType *CPTy = cast<PointerType>(PtrOp->getType());
1223       if (ArrayType *CATy =
1224           dyn_cast<ArrayType>(CPTy->getElementType())) {
1225         // GEP (bitcast i8* X to [0 x i8]*), i32 0, ... ?
1226         if (CATy->getElementType() == StrippedPtrTy->getElementType()) {
1227           // -> GEP i8* X, ...
1228           SmallVector<Value*, 8> Idx(GEP.idx_begin()+1, GEP.idx_end());
1229           GetElementPtrInst *Res =
1230             GetElementPtrInst::Create(StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
1231           Res->setIsInBounds(GEP.isInBounds());
1232           return Res;
1233         }
1235         if (ArrayType *XATy =
1236               dyn_cast<ArrayType>(StrippedPtrTy->getElementType())){
1237           // GEP (bitcast [10 x i8]* X to [0 x i8]*), i32 0, ... ?
1238           if (CATy->getElementType() == XATy->getElementType()) {
1239             // -> GEP [10 x i8]* X, i32 0, ...
1240             // At this point, we know that the cast source type is a pointer
1241             // to an array of the same type as the destination pointer
1242             // array.  Because the array type is never stepped over (there
1243             // is a leading zero) we can fold the cast into this GEP.
1244             GEP.setOperand(0, StrippedPtr);
1245             return &GEP;
1246           }
1247         }
1248       }
1249     } else if (GEP.getNumOperands() == 2) {
1250       // Transform things like:
1251       // %t = getelementptr i32* bitcast ([2 x i32]* %str to i32*), i32 %V
1252       // into:  %t1 = getelementptr [2 x i32]* %str, i32 0, i32 %V; bitcast
1253       Type *SrcElTy = StrippedPtrTy->getElementType();
1254       Type *ResElTy = PtrOp->getType()->getPointerElementType();
1255       if (TD && SrcElTy->isArrayTy() &&
1256           TD->getTypeAllocSize(SrcElTy->getArrayElementType()) ==
1257           TD->getTypeAllocSize(ResElTy)) {
1258         Type *IdxType = TD->getIntPtrType(GEP.getType());
1259         Value *Idx[2] = { Constant::getNullValue(IdxType), GEP.getOperand(1) };
1260         Value *NewGEP = GEP.isInBounds() ?
1261           Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, Idx, GEP.getName()) :
1262           Builder->CreateGEP(StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
1263         // V and GEP are both pointer types --> BitCast
1264         return new BitCastInst(NewGEP, GEP.getType());
1265       }
1267       // Transform things like:
1268       // %V = mul i64 %N, 4
1269       // %t = getelementptr i8* bitcast (i32* %arr to i8*), i32 %V
1270       // into:  %t1 = getelementptr i32* %arr, i32 %N; bitcast
1271       if (TD && ResElTy->isSized() && SrcElTy->isSized()) {
1272         // Check that changing the type amounts to dividing the index by a scale
1273         // factor.
1274         uint64_t ResSize = TD->getTypeAllocSize(ResElTy);
1275         uint64_t SrcSize = TD->getTypeAllocSize(SrcElTy);
1276         if (ResSize && SrcSize % ResSize == 0) {
1277           Value *Idx = GEP.getOperand(1);
1278           unsigned BitWidth = Idx->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
1279           uint64_t Scale = SrcSize / ResSize;
1281           // Earlier transforms ensure that the index has type IntPtrType, which
1282           // considerably simplifies the logic by eliminating implicit casts.
1283           assert(Idx->getType() == TD->getIntPtrType(GEP.getType()) &&
1284                  "Index not cast to pointer width?");
1286           bool NSW;
1287           if (Value *NewIdx = Descale(Idx, APInt(BitWidth, Scale), NSW)) {
1288             // Successfully decomposed Idx as NewIdx * Scale, form a new GEP.
1289             // If the multiplication NewIdx * Scale may overflow then the new
1290             // GEP may not be "inbounds".
1291             Value *NewGEP = GEP.isInBounds() && NSW ?
1292               Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, NewIdx, GEP.getName()) :
1293               Builder->CreateGEP(StrippedPtr, NewIdx, GEP.getName());
1294             // The NewGEP must be pointer typed, so must the old one -> BitCast
1295             return new BitCastInst(NewGEP, GEP.getType());
1296           }
1297         }
1298       }
1300       // Similarly, transform things like:
1301       // getelementptr i8* bitcast ([100 x double]* X to i8*), i32 %tmp
1302       //   (where tmp = 8*tmp2) into:
1303       // getelementptr [100 x double]* %arr, i32 0, i32 %tmp2; bitcast
1304       if (TD && ResElTy->isSized() && SrcElTy->isSized() &&
1305           SrcElTy->isArrayTy()) {
1306         // Check that changing to the array element type amounts to dividing the
1307         // index by a scale factor.
1308         uint64_t ResSize = TD->getTypeAllocSize(ResElTy);
1309         uint64_t ArrayEltSize
1310           = TD->getTypeAllocSize(SrcElTy->getArrayElementType());
1311         if (ResSize && ArrayEltSize % ResSize == 0) {
1312           Value *Idx = GEP.getOperand(1);
1313           unsigned BitWidth = Idx->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
1314           uint64_t Scale = ArrayEltSize / ResSize;
1316           // Earlier transforms ensure that the index has type IntPtrType, which
1317           // considerably simplifies the logic by eliminating implicit casts.
1318           assert(Idx->getType() == TD->getIntPtrType(GEP.getType()) &&
1319                  "Index not cast to pointer width?");
1321           bool NSW;
1322           if (Value *NewIdx = Descale(Idx, APInt(BitWidth, Scale), NSW)) {
1323             // Successfully decomposed Idx as NewIdx * Scale, form a new GEP.
1324             // If the multiplication NewIdx * Scale may overflow then the new
1325             // GEP may not be "inbounds".
1326             Value *Off[2] = {
1327               Constant::getNullValue(TD->getIntPtrType(GEP.getType())),
1328               NewIdx
1329             };
1331             Value *NewGEP = GEP.isInBounds() && NSW ?
1332               Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, Off, GEP.getName()) :
1333               Builder->CreateGEP(StrippedPtr, Off, GEP.getName());
1334             // The NewGEP must be pointer typed, so must the old one -> BitCast
1335             return new BitCastInst(NewGEP, GEP.getType());
1336           }
1337         }
1338       }
1339     }
1340   }
1342   if (!TD)
1343     return 0;
1345   /// See if we can simplify:
1346   ///   X = bitcast A* to B*
1347   ///   Y = gep X, <...constant indices...>
1348   /// into a gep of the original struct.  This is important for SROA and alias
1349   /// analysis of unions.  If "A" is also a bitcast, wait for A/X to be merged.
1350   if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(PtrOp)) {
1351     Value *Operand = BCI->getOperand(0);
1352     PointerType *OpType = cast<PointerType>(Operand->getType());
1353     unsigned OffsetBits = TD->getPointerTypeSizeInBits(OpType);
1354     APInt Offset(OffsetBits, 0);
1355     if (!isa<BitCastInst>(Operand) &&
1356         GEP.accumulateConstantOffset(*TD, Offset) &&
1357         StrippedPtrTy->getAddressSpace() == GEP.getPointerAddressSpace()) {
1359       // If this GEP instruction doesn't move the pointer, just replace the GEP
1360       // with a bitcast of the real input to the dest type.
1361       if (!Offset) {
1362         // If the bitcast is of an allocation, and the allocation will be
1363         // converted to match the type of the cast, don't touch this.
1364         if (isa<AllocaInst>(Operand) || isAllocationFn(Operand, TLI)) {
1365           // See if the bitcast simplifies, if so, don't nuke this GEP yet.
1366           if (Instruction *I = visitBitCast(*BCI)) {
1367             if (I != BCI) {
1368               I->takeName(BCI);
1369               BCI->getParent()->getInstList().insert(BCI, I);
1370               ReplaceInstUsesWith(*BCI, I);
1371             }
1372             return &GEP;
1373           }
1374         }
1375         return new BitCastInst(Operand, GEP.getType());
1376       }
1378       // Otherwise, if the offset is non-zero, we need to find out if there is a
1379       // field at Offset in 'A's type.  If so, we can pull the cast through the
1380       // GEP.
1381       SmallVector<Value*, 8> NewIndices;
1382       if (FindElementAtOffset(OpType, Offset.getSExtValue(), NewIndices)) {
1383         Value *NGEP = GEP.isInBounds() ?
1384           Builder->CreateInBoundsGEP(Operand, NewIndices) :
1385           Builder->CreateGEP(Operand, NewIndices);
1387         if (NGEP->getType() == GEP.getType())
1388           return ReplaceInstUsesWith(GEP, NGEP);
1389         NGEP->takeName(&GEP);
1390         return new BitCastInst(NGEP, GEP.getType());
1391       }
1392     }
1393   }
1395   return 0;
1398 static bool
1399 isAllocSiteRemovable(Instruction *AI, SmallVectorImpl<WeakVH> &Users,
1400                      const TargetLibraryInfo *TLI) {
1401   SmallVector<Instruction*, 4> Worklist;
1402   Worklist.push_back(AI);
1404   do {
1405     Instruction *PI = Worklist.pop_back_val();
1406     for (Value::use_iterator UI = PI->use_begin(), UE = PI->use_end(); UI != UE;
1407          ++UI) {
1408       Instruction *I = cast<Instruction>(*UI);
1409       switch (I->getOpcode()) {
1410       default:
1411         // Give up the moment we see something we can't handle.
1412         return false;
1414       case Instruction::BitCast:
1415       case Instruction::GetElementPtr:
1416         Users.push_back(I);
1417         Worklist.push_back(I);
1418         continue;
1420       case Instruction::ICmp: {
1421         ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(I);
1422         // We can fold eq/ne comparisons with null to false/true, respectively.
1423         if (!ICI->isEquality() || !isa<ConstantPointerNull>(ICI->getOperand(1)))
1424           return false;
1425         Users.push_back(I);
1426         continue;
1427       }
1429       case Instruction::Call:
1430         // Ignore no-op and store intrinsics.
1431         if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
1432           switch (II->getIntrinsicID()) {
1433           default:
1434             return false;
1436           case Intrinsic::memmove:
1437           case Intrinsic::memcpy:
1438           case Intrinsic::memset: {
1439             MemIntrinsic *MI = cast<MemIntrinsic>(II);
1440             if (MI->isVolatile() || MI->getRawDest() != PI)
1441               return false;
1442           }
1443           // fall through
1444           case Intrinsic::dbg_declare:
1445           case Intrinsic::dbg_value:
1446           case Intrinsic::invariant_start:
1447           case Intrinsic::invariant_end:
1448           case Intrinsic::lifetime_start:
1449           case Intrinsic::lifetime_end:
1450           case Intrinsic::objectsize:
1451             Users.push_back(I);
1452             continue;
1453           }
1454         }
1456         if (isFreeCall(I, TLI)) {
1457           Users.push_back(I);
1458           continue;
1459         }
1460         return false;
1462       case Instruction::Store: {
1463         StoreInst *SI = cast<StoreInst>(I);
1464         if (SI->isVolatile() || SI->getPointerOperand() != PI)
1465           return false;
1466         Users.push_back(I);
1467         continue;
1468       }
1469       }
1470       llvm_unreachable("missing a return?");
1471     }
1472   } while (!Worklist.empty());
1473   return true;
1476 Instruction *InstCombiner::visitAllocSite(Instruction &MI) {
1477   // If we have a malloc call which is only used in any amount of comparisons
1478   // to null and free calls, delete the calls and replace the comparisons with
1479   // true or false as appropriate.
1480   SmallVector<WeakVH, 64> Users;
1481   if (isAllocSiteRemovable(&MI, Users, TLI)) {
1482     for (unsigned i = 0, e = Users.size(); i != e; ++i) {
1483       Instruction *I = cast_or_null<Instruction>(&*Users[i]);
1484       if (!I) continue;
1486       if (ICmpInst *C = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
1487         ReplaceInstUsesWith(*C,
1488                             ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(C->getContext()),
1489                                              C->isFalseWhenEqual()));
1490       } else if (isa<BitCastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I)) {
1491         ReplaceInstUsesWith(*I, UndefValue::get(I->getType()));
1492       } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
1493         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::objectsize) {
1494           ConstantInt *CI = cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(1));
1495           uint64_t DontKnow = CI->isZero() ? -1ULL : 0;
1496           ReplaceInstUsesWith(*I, ConstantInt::get(I->getType(), DontKnow));
1497         }
1498       }
1499       EraseInstFromFunction(*I);
1500     }
1502     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(&MI)) {
1503       // Replace invoke with a NOP intrinsic to maintain the original CFG
1504       Module *M = II->getParent()->getParent()->getParent();
1505       Function *F = Intrinsic::getDeclaration(M, Intrinsic::donothing);
1506       InvokeInst::Create(F, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
1507                          None, "", II->getParent());
1508     }
1509     return EraseInstFromFunction(MI);
1510   }
1511   return 0;
1514 /// \brief Move the call to free before a NULL test.
1515 ///
1516 /// Check if this free is accessed after its argument has been test
1517 /// against NULL (property 0).
1518 /// If yes, it is legal to move this call in its predecessor block.
1519 ///
1520 /// The move is performed only if the block containing the call to free
1521 /// will be removed, i.e.:
1522 /// 1. it has only one predecessor P, and P has two successors
1523 /// 2. it contains the call and an unconditional branch
1524 /// 3. its successor is the same as its predecessor's successor
1525 ///
1526 /// The profitability is out-of concern here and this function should
1527 /// be called only if the caller knows this transformation would be
1528 /// profitable (e.g., for code size).
1529 static Instruction *
1530 tryToMoveFreeBeforeNullTest(CallInst &FI) {
1531   Value *Op = FI.getArgOperand(0);
1532   BasicBlock *FreeInstrBB = FI.getParent();
1533   BasicBlock *PredBB = FreeInstrBB->getSinglePredecessor();
1535   // Validate part of constraint #1: Only one predecessor
1536   // FIXME: We can extend the number of predecessor, but in that case, we
1537   //        would duplicate the call to free in each predecessor and it may
1538   //        not be profitable even for code size.
1539   if (!PredBB)
1540     return 0;
1542   // Validate constraint #2: Does this block contains only the call to
1543   //                         free and an unconditional branch?
1544   // FIXME: We could check if we can speculate everything in the
1545   //        predecessor block
1546   if (FreeInstrBB->size() != 2)
1547     return 0;
1548   BasicBlock *SuccBB;
1549   if (!match(FreeInstrBB->getTerminator(), m_UnconditionalBr(SuccBB)))
1550     return 0;
1552   // Validate the rest of constraint #1 by matching on the pred branch.
1553   TerminatorInst *TI = PredBB->getTerminator();
1554   BasicBlock *TrueBB, *FalseBB;
1555   ICmpInst::Predicate Pred;
1556   if (!match(TI, m_Br(m_ICmp(Pred, m_Specific(Op), m_Zero()), TrueBB, FalseBB)))
1557     return 0;
1558   if (Pred != ICmpInst::ICMP_EQ && Pred != ICmpInst::ICMP_NE)
1559     return 0;
1561   // Validate constraint #3: Ensure the null case just falls through.
1562   if (SuccBB != (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ ? TrueBB : FalseBB))
1563     return 0;
1564   assert(FreeInstrBB == (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ ? FalseBB : TrueBB) &&
1565          "Broken CFG: missing edge from predecessor to successor");
1567   FI.moveBefore(TI);
1568   return &FI;
1572 Instruction *InstCombiner::visitFree(CallInst &FI) {
1573   Value *Op = FI.getArgOperand(0);
1575   // free undef -> unreachable.
1576   if (isa<UndefValue>(Op)) {
1577     // Insert a new store to null because we cannot modify the CFG here.
1578     Builder->CreateStore(ConstantInt::getTrue(FI.getContext()),
1579                          UndefValue::get(Type::getInt1PtrTy(FI.getContext())));
1580     return EraseInstFromFunction(FI);
1581   }
1583   // If we have 'free null' delete the instruction.  This can happen in stl code
1584   // when lots of inlining happens.
1585   if (isa<ConstantPointerNull>(Op))
1586     return EraseInstFromFunction(FI);
1588   // If we optimize for code size, try to move the call to free before the null
1589   // test so that simplify cfg can remove the empty block and dead code
1590   // elimination the branch. I.e., helps to turn something like:
1591   // if (foo) free(foo);
1592   // into
1593   // free(foo);
1594   if (MinimizeSize)
1595     if (Instruction *I = tryToMoveFreeBeforeNullTest(FI))
1596       return I;
1598   return 0;
1603 Instruction *InstCombiner::visitBranchInst(BranchInst &BI) {
1604   // Change br (not X), label True, label False to: br X, label False, True
1605   Value *X = 0;
1606   BasicBlock *TrueDest;
1607   BasicBlock *FalseDest;
1608   if (match(&BI, m_Br(m_Not(m_Value(X)), TrueDest, FalseDest)) &&
1609       !isa<Constant>(X)) {
1610     // Swap Destinations and condition...
1611     BI.setCondition(X);
1612     BI.swapSuccessors();
1613     return &BI;
1614   }
1616   // Cannonicalize fcmp_one -> fcmp_oeq
1617   FCmpInst::Predicate FPred; Value *Y;
1618   if (match(&BI, m_Br(m_FCmp(FPred, m_Value(X), m_Value(Y)),
1619                              TrueDest, FalseDest)) &&
1620       BI.getCondition()->hasOneUse())
1621     if (FPred == FCmpInst::FCMP_ONE || FPred == FCmpInst::FCMP_OLE ||
1622         FPred == FCmpInst::FCMP_OGE) {
1623       FCmpInst *Cond = cast<FCmpInst>(BI.getCondition());
1624       Cond->setPredicate(FCmpInst::getInversePredicate(FPred));
1626       // Swap Destinations and condition.
1627       BI.swapSuccessors();
1628       Worklist.Add(Cond);
1629       return &BI;
1630     }
1632   // Cannonicalize icmp_ne -> icmp_eq
1633   ICmpInst::Predicate IPred;
1634   if (match(&BI, m_Br(m_ICmp(IPred, m_Value(X), m_Value(Y)),
1635                       TrueDest, FalseDest)) &&
1636       BI.getCondition()->hasOneUse())
1637     if (IPred == ICmpInst::ICMP_NE  || IPred == ICmpInst::ICMP_ULE ||
1638         IPred == ICmpInst::ICMP_SLE || IPred == ICmpInst::ICMP_UGE ||
1639         IPred == ICmpInst::ICMP_SGE) {
1640       ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(BI.getCondition());
1641       Cond->setPredicate(ICmpInst::getInversePredicate(IPred));
1642       // Swap Destinations and condition.
1643       BI.swapSuccessors();
1644       Worklist.Add(Cond);
1645       return &BI;
1646     }
1648   return 0;
1651 Instruction *InstCombiner::visitSwitchInst(SwitchInst &SI) {
1652   Value *Cond = SI.getCondition();
1653   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Cond)) {
1654     if (I->getOpcode() == Instruction::Add)
1655       if (ConstantInt *AddRHS = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1656         // change 'switch (X+4) case 1:' into 'switch (X) case -3'
1657         // Skip the first item since that's the default case.
1658         for (SwitchInst::CaseIt i = SI.case_begin(), e = SI.case_end();
1659              i != e; ++i) {
1660           ConstantInt* CaseVal = i.getCaseValue();
1661           Constant* NewCaseVal = ConstantExpr::getSub(cast<Constant>(CaseVal),
1662                                                       AddRHS);
1663           assert(isa<ConstantInt>(NewCaseVal) &&
1664                  "Result of expression should be constant");
1665           i.setValue(cast<ConstantInt>(NewCaseVal));
1666         }
1667         SI.setCondition(I->getOperand(0));
1668         Worklist.Add(I);
1669         return &SI;
1670       }
1671   }
1672   return 0;
1675 Instruction *InstCombiner::visitExtractValueInst(ExtractValueInst &EV) {
1676   Value *Agg = EV.getAggregateOperand();
1678   if (!EV.hasIndices())
1679     return ReplaceInstUsesWith(EV, Agg);
1681   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Agg)) {
1682     if (Constant *C2 = C->getAggregateElement(*EV.idx_begin())) {
1683       if (EV.getNumIndices() == 0)
1684         return ReplaceInstUsesWith(EV, C2);
1685       // Extract the remaining indices out of the constant indexed by the
1686       // first index
1687       return ExtractValueInst::Create(C2, EV.getIndices().slice(1));
1688     }
1689     return 0; // Can't handle other constants
1690   }
1692   if (InsertValueInst *IV = dyn_cast<InsertValueInst>(Agg)) {
1693     // We're extracting from an insertvalue instruction, compare the indices
1694     const unsigned *exti, *exte, *insi, *inse;
1695     for (exti = EV.idx_begin(), insi = IV->idx_begin(),
1696          exte = EV.idx_end(), inse = IV->idx_end();
1697          exti != exte && insi != inse;
1698          ++exti, ++insi) {
1699       if (*insi != *exti)
1700         // The insert and extract both reference distinctly different elements.
1701         // This means the extract is not influenced by the insert, and we can
1702         // replace the aggregate operand of the extract with the aggregate
1703         // operand of the insert. i.e., replace
1704         // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, { i32 } { i32 42 }, 1
1705         // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 0
1706         // with
1707         // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %A, 0
1708         return ExtractValueInst::Create(IV->getAggregateOperand(),
1709                                         EV.getIndices());
1710     }
1711     if (exti == exte && insi == inse)
1712       // Both iterators are at the end: Index lists are identical. Replace
1713       // %B = insertvalue { i32, { i32 } } %A, i32 42, 1, 0
1714       // %C = extractvalue { i32, { i32 } } %B, 1, 0
1715       // with "i32 42"
1716       return ReplaceInstUsesWith(EV, IV->getInsertedValueOperand());
1717     if (exti == exte) {
1718       // The extract list is a prefix of the insert list. i.e. replace
1719       // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, i32 42, 1, 0
1720       // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 1
1721       // with
1722       // %X = extractvalue { i32, { i32 } } %A, 1
1723       // %E = insertvalue { i32 } %X, i32 42, 0
1724       // by switching the order of the insert and extract (though the
1725       // insertvalue should be left in, since it may have other uses).
1726       Value *NewEV = Builder->CreateExtractValue(IV->getAggregateOperand(),
1727                                                  EV.getIndices());
1728       return InsertValueInst::Create(NewEV, IV->getInsertedValueOperand(),
1729                                      makeArrayRef(insi, inse));
1730     }
1731     if (insi == inse)
1732       // The insert list is a prefix of the extract list
1733       // We can simply remove the common indices from the extract and make it
1734       // operate on the inserted value instead of the insertvalue result.
1735       // i.e., replace
1736       // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, { i32 } { i32 42 }, 1
1737       // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 1, 0
1738       // with
1739       // %E extractvalue { i32 } { i32 42 }, 0
1740       return ExtractValueInst::Create(IV->getInsertedValueOperand(),
1741                                       makeArrayRef(exti, exte));
1742   }
1743   if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Agg)) {
1744     // We're extracting from an intrinsic, see if we're the only user, which
1745     // allows us to simplify multiple result intrinsics to simpler things that
1746     // just get one value.
1747     if (II->hasOneUse()) {
1748       // Check if we're grabbing the overflow bit or the result of a 'with
1749       // overflow' intrinsic.  If it's the latter we can remove the intrinsic
1750       // and replace it with a traditional binary instruction.
1751       switch (II->getIntrinsicID()) {
1752       case Intrinsic::uadd_with_overflow:
1753       case Intrinsic::sadd_with_overflow:
1754         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
1755           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
1756           ReplaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
1757           EraseInstFromFunction(*II);
1758           return BinaryOperator::CreateAdd(LHS, RHS);
1759         }
1761         // If the normal result of the add is dead, and the RHS is a constant,
1762         // we can transform this into a range comparison.
1763         // overflow = uadd a, -4  -->  overflow = icmp ugt a, 3
1764         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::uadd_with_overflow)
1765           if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(1)))
1766             return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_UGT, II->getArgOperand(0),
1767                                 ConstantExpr::getNot(CI));
1768         break;
1769       case Intrinsic::usub_with_overflow:
1770       case Intrinsic::ssub_with_overflow:
1771         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
1772           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
1773           ReplaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
1774           EraseInstFromFunction(*II);
1775           return BinaryOperator::CreateSub(LHS, RHS);
1776         }
1777         break;
1778       case Intrinsic::umul_with_overflow:
1779       case Intrinsic::smul_with_overflow:
1780         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
1781           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
1782           ReplaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
1783           EraseInstFromFunction(*II);
1784           return BinaryOperator::CreateMul(LHS, RHS);
1785         }
1786         break;
1787       default:
1788         break;
1789       }
1790     }
1791   }
1792   if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(Agg))
1793     // If the (non-volatile) load only has one use, we can rewrite this to a
1794     // load from a GEP. This reduces the size of the load.
1795     // FIXME: If a load is used only by extractvalue instructions then this
1796     //        could be done regardless of having multiple uses.
1797     if (L->isSimple() && L->hasOneUse()) {
1798       // extractvalue has integer indices, getelementptr has Value*s. Convert.
1799       SmallVector<Value*, 4> Indices;
1800       // Prefix an i32 0 since we need the first element.
1801       Indices.push_back(Builder->getInt32(0));
1802       for (ExtractValueInst::idx_iterator I = EV.idx_begin(), E = EV.idx_end();
1803             I != E; ++I)
1804         Indices.push_back(Builder->getInt32(*I));
1806       // We need to insert these at the location of the old load, not at that of
1807       // the extractvalue.
1808       Builder->SetInsertPoint(L->getParent(), L);
1809       Value *GEP = Builder->CreateInBoundsGEP(L->getPointerOperand(), Indices);
1810       // Returning the load directly will cause the main loop to insert it in
1811       // the wrong spot, so use ReplaceInstUsesWith().
1812       return ReplaceInstUsesWith(EV, Builder->CreateLoad(GEP));
1813     }
1814   // We could simplify extracts from other values. Note that nested extracts may
1815   // already be simplified implicitly by the above: extract (extract (insert) )
1816   // will be translated into extract ( insert ( extract ) ) first and then just
1817   // the value inserted, if appropriate. Similarly for extracts from single-use
1818   // loads: extract (extract (load)) will be translated to extract (load (gep))
1819   // and if again single-use then via load (gep (gep)) to load (gep).
1820   // However, double extracts from e.g. function arguments or return values
1821   // aren't handled yet.
1822   return 0;
1825 enum Personality_Type {
1826   Unknown_Personality,
1827   GNU_Ada_Personality,
1828   GNU_CXX_Personality,
1829   GNU_ObjC_Personality
1830 };
1832 /// RecognizePersonality - See if the given exception handling personality
1833 /// function is one that we understand.  If so, return a description of it;
1834 /// otherwise return Unknown_Personality.
1835 static Personality_Type RecognizePersonality(Value *Pers) {
1836   Function *F = dyn_cast<Function>(Pers->stripPointerCasts());
1837   if (!F)
1838     return Unknown_Personality;
1839   return StringSwitch<Personality_Type>(F->getName())
1840     .Case("__gnat_eh_personality", GNU_Ada_Personality)
1841     .Case("__gxx_personality_v0",  GNU_CXX_Personality)
1842     .Case("__objc_personality_v0", GNU_ObjC_Personality)
1843     .Default(Unknown_Personality);
1846 /// isCatchAll - Return 'true' if the given typeinfo will match anything.
1847 static bool isCatchAll(Personality_Type Personality, Constant *TypeInfo) {
1848   switch (Personality) {
1849   case Unknown_Personality:
1850     return false;
1851   case GNU_Ada_Personality:
1852     // While __gnat_all_others_value will match any Ada exception, it doesn't
1853     // match foreign exceptions (or didn't, before gcc-4.7).
1854     return false;
1855   case GNU_CXX_Personality:
1856   case GNU_ObjC_Personality:
1857     return TypeInfo->isNullValue();
1858   }
1859   llvm_unreachable("Unknown personality!");
1862 static bool shorter_filter(const Value *LHS, const Value *RHS) {
1863   return
1864     cast<ArrayType>(LHS->getType())->getNumElements()
1865   <
1866     cast<ArrayType>(RHS->getType())->getNumElements();
1869 Instruction *InstCombiner::visitLandingPadInst(LandingPadInst &LI) {
1870   // The logic here should be correct for any real-world personality function.
1871   // However if that turns out not to be true, the offending logic can always
1872   // be conditioned on the personality function, like the catch-all logic is.
1873   Personality_Type Personality = RecognizePersonality(LI.getPersonalityFn());
1875   // Simplify the list of clauses, eg by removing repeated catch clauses
1876   // (these are often created by inlining).
1877   bool MakeNewInstruction = false; // If true, recreate using the following:
1878   SmallVector<Value *, 16> NewClauses; // - Clauses for the new instruction;
1879   bool CleanupFlag = LI.isCleanup();   // - The new instruction is a cleanup.
1881   SmallPtrSet<Value *, 16> AlreadyCaught; // Typeinfos known caught already.
1882   for (unsigned i = 0, e = LI.getNumClauses(); i != e; ++i) {
1883     bool isLastClause = i + 1 == e;
1884     if (LI.isCatch(i)) {
1885       // A catch clause.
1886       Value *CatchClause = LI.getClause(i);
1887       Constant *TypeInfo = cast<Constant>(CatchClause->stripPointerCasts());
1889       // If we already saw this clause, there is no point in having a second
1890       // copy of it.
1891       if (AlreadyCaught.insert(TypeInfo)) {
1892         // This catch clause was not already seen.
1893         NewClauses.push_back(CatchClause);
1894       } else {
1895         // Repeated catch clause - drop the redundant copy.
1896         MakeNewInstruction = true;
1897       }
1899       // If this is a catch-all then there is no point in keeping any following
1900       // clauses or marking the landingpad as having a cleanup.
1901       if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
1902         if (!isLastClause)
1903           MakeNewInstruction = true;
1904         CleanupFlag = false;
1905         break;
1906       }
1907     } else {
1908       // A filter clause.  If any of the filter elements were already caught
1909       // then they can be dropped from the filter.  It is tempting to try to
1910       // exploit the filter further by saying that any typeinfo that does not
1911       // occur in the filter can't be caught later (and thus can be dropped).
1912       // However this would be wrong, since typeinfos can match without being
1913       // equal (for example if one represents a C++ class, and the other some
1914       // class derived from it).
1915       assert(LI.isFilter(i) && "Unsupported landingpad clause!");
1916       Value *FilterClause = LI.getClause(i);
1917       ArrayType *FilterType = cast<ArrayType>(FilterClause->getType());
1918       unsigned NumTypeInfos = FilterType->getNumElements();
1920       // An empty filter catches everything, so there is no point in keeping any
1921       // following clauses or marking the landingpad as having a cleanup.  By
1922       // dealing with this case here the following code is made a bit simpler.
1923       if (!NumTypeInfos) {
1924         NewClauses.push_back(FilterClause);
1925         if (!isLastClause)
1926           MakeNewInstruction = true;
1927         CleanupFlag = false;
1928         break;
1929       }
1931       bool MakeNewFilter = false; // If true, make a new filter.
1932       SmallVector<Constant *, 16> NewFilterElts; // New elements.
1933       if (isa<ConstantAggregateZero>(FilterClause)) {
1934         // Not an empty filter - it contains at least one null typeinfo.
1935         assert(NumTypeInfos > 0 && "Should have handled empty filter already!");
1936         Constant *TypeInfo =
1937           Constant::getNullValue(FilterType->getElementType());
1938         // If this typeinfo is a catch-all then the filter can never match.
1939         if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
1940           // Throw the filter away.
1941           MakeNewInstruction = true;
1942           continue;
1943         }
1945         // There is no point in having multiple copies of this typeinfo, so
1946         // discard all but the first copy if there is more than one.
1947         NewFilterElts.push_back(TypeInfo);
1948         if (NumTypeInfos > 1)
1949           MakeNewFilter = true;
1950       } else {
1951         ConstantArray *Filter = cast<ConstantArray>(FilterClause);
1952         SmallPtrSet<Value *, 16> SeenInFilter; // For uniquing the elements.
1953         NewFilterElts.reserve(NumTypeInfos);
1955         // Remove any filter elements that were already caught or that already
1956         // occurred in the filter.  While there, see if any of the elements are
1957         // catch-alls.  If so, the filter can be discarded.
1958         bool SawCatchAll = false;
1959         for (unsigned j = 0; j != NumTypeInfos; ++j) {
1960           Value *Elt = Filter->getOperand(j);
1961           Constant *TypeInfo = cast<Constant>(Elt->stripPointerCasts());
1962           if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
1963             // This element is a catch-all.  Bail out, noting this fact.
1964             SawCatchAll = true;
1965             break;
1966           }
1967           if (AlreadyCaught.count(TypeInfo))
1968             // Already caught by an earlier clause, so having it in the filter
1969             // is pointless.
1970             continue;
1971           // There is no point in having multiple copies of the same typeinfo in
1972           // a filter, so only add it if we didn't already.
1973           if (SeenInFilter.insert(TypeInfo))
1974             NewFilterElts.push_back(cast<Constant>(Elt));
1975         }
1976         // A filter containing a catch-all cannot match anything by definition.
1977         if (SawCatchAll) {
1978           // Throw the filter away.
1979           MakeNewInstruction = true;
1980           continue;
1981         }
1983         // If we dropped something from the filter, make a new one.
1984         if (NewFilterElts.size() < NumTypeInfos)
1985           MakeNewFilter = true;
1986       }
1987       if (MakeNewFilter) {
1988         FilterType = ArrayType::get(FilterType->getElementType(),
1989                                     NewFilterElts.size());
1990         FilterClause = ConstantArray::get(FilterType, NewFilterElts);
1991         MakeNewInstruction = true;
1992       }
1994       NewClauses.push_back(FilterClause);
1996       // If the new filter is empty then it will catch everything so there is
1997       // no point in keeping any following clauses or marking the landingpad
1998       // as having a cleanup.  The case of the original filter being empty was
1999       // already handled above.
2000       if (MakeNewFilter && !NewFilterElts.size()) {
2001         assert(MakeNewInstruction && "New filter but not a new instruction!");
2002         CleanupFlag = false;
2003         break;
2004       }
2005     }
2006   }
2008   // If several filters occur in a row then reorder them so that the shortest
2009   // filters come first (those with the smallest number of elements).  This is
2010   // advantageous because shorter filters are more likely to match, speeding up
2011   // unwinding, but mostly because it increases the effectiveness of the other
2012   // filter optimizations below.
2013   for (unsigned i = 0, e = NewClauses.size(); i + 1 < e; ) {
2014     unsigned j;
2015     // Find the maximal 'j' s.t. the range [i, j) consists entirely of filters.
2016     for (j = i; j != e; ++j)
2017       if (!isa<ArrayType>(NewClauses[j]->getType()))
2018         break;
2020     // Check whether the filters are already sorted by length.  We need to know
2021     // if sorting them is actually going to do anything so that we only make a
2022     // new landingpad instruction if it does.
2023     for (unsigned k = i; k + 1 < j; ++k)
2024       if (shorter_filter(NewClauses[k+1], NewClauses[k])) {
2025         // Not sorted, so sort the filters now.  Doing an unstable sort would be
2026         // correct too but reordering filters pointlessly might confuse users.
2027         std::stable_sort(NewClauses.begin() + i, NewClauses.begin() + j,
2028                          shorter_filter);
2029         MakeNewInstruction = true;
2030         break;
2031       }
2033     // Look for the next batch of filters.
2034     i = j + 1;
2035   }
2037   // If typeinfos matched if and only if equal, then the elements of a filter L
2038   // that occurs later than a filter F could be replaced by the intersection of
2039   // the elements of F and L.  In reality two typeinfos can match without being
2040   // equal (for example if one represents a C++ class, and the other some class
2041   // derived from it) so it would be wrong to perform this transform in general.
2042   // However the transform is correct and useful if F is a subset of L.  In that
2043   // case L can be replaced by F, and thus removed altogether since repeating a
2044   // filter is pointless.  So here we look at all pairs of filters F and L where
2045   // L follows F in the list of clauses, and remove L if every element of F is
2046   // an element of L.  This can occur when inlining C++ functions with exception
2047   // specifications.
2048   for (unsigned i = 0; i + 1 < NewClauses.size(); ++i) {
2049     // Examine each filter in turn.
2050     Value *Filter = NewClauses[i];
2051     ArrayType *FTy = dyn_cast<ArrayType>(Filter->getType());
2052     if (!FTy)
2053       // Not a filter - skip it.
2054       continue;
2055     unsigned FElts = FTy->getNumElements();
2056     // Examine each filter following this one.  Doing this backwards means that
2057     // we don't have to worry about filters disappearing under us when removed.
2058     for (unsigned j = NewClauses.size() - 1; j != i; --j) {
2059       Value *LFilter = NewClauses[j];
2060       ArrayType *LTy = dyn_cast<ArrayType>(LFilter->getType());
2061       if (!LTy)
2062         // Not a filter - skip it.
2063         continue;
2064       // If Filter is a subset of LFilter, i.e. every element of Filter is also
2065       // an element of LFilter, then discard LFilter.
2066       SmallVectorImpl<Value *>::iterator J = NewClauses.begin() + j;
2067       // If Filter is empty then it is a subset of LFilter.
2068       if (!FElts) {
2069         // Discard LFilter.
2070         NewClauses.erase(J);
2071         MakeNewInstruction = true;
2072         // Move on to the next filter.
2073         continue;
2074       }
2075       unsigned LElts = LTy->getNumElements();
2076       // If Filter is longer than LFilter then it cannot be a subset of it.
2077       if (FElts > LElts)
2078         // Move on to the next filter.
2079         continue;
2080       // At this point we know that LFilter has at least one element.
2081       if (isa<ConstantAggregateZero>(LFilter)) { // LFilter only contains zeros.
2082         // Filter is a subset of LFilter iff Filter contains only zeros (as we
2083         // already know that Filter is not longer than LFilter).
2084         if (isa<ConstantAggregateZero>(Filter)) {
2085           assert(FElts <= LElts && "Should have handled this case earlier!");
2086           // Discard LFilter.
2087           NewClauses.erase(J);
2088           MakeNewInstruction = true;
2089         }
2090         // Move on to the next filter.
2091         continue;
2092       }
2093       ConstantArray *LArray = cast<ConstantArray>(LFilter);
2094       if (isa<ConstantAggregateZero>(Filter)) { // Filter only contains zeros.
2095         // Since Filter is non-empty and contains only zeros, it is a subset of
2096         // LFilter iff LFilter contains a zero.
2097         assert(FElts > 0 && "Should have eliminated the empty filter earlier!");
2098         for (unsigned l = 0; l != LElts; ++l)
2099           if (LArray->getOperand(l)->isNullValue()) {
2100             // LFilter contains a zero - discard it.
2101             NewClauses.erase(J);
2102             MakeNewInstruction = true;
2103             break;
2104           }
2105         // Move on to the next filter.
2106         continue;
2107       }
2108       // At this point we know that both filters are ConstantArrays.  Loop over
2109       // operands to see whether every element of Filter is also an element of
2110       // LFilter.  Since filters tend to be short this is probably faster than
2111       // using a method that scales nicely.
2112       ConstantArray *FArray = cast<ConstantArray>(Filter);
2113       bool AllFound = true;
2114       for (unsigned f = 0; f != FElts; ++f) {
2115         Value *FTypeInfo = FArray->getOperand(f)->stripPointerCasts();
2116         AllFound = false;
2117         for (unsigned l = 0; l != LElts; ++l) {
2118           Value *LTypeInfo = LArray->getOperand(l)->stripPointerCasts();
2119           if (LTypeInfo == FTypeInfo) {
2120             AllFound = true;
2121             break;
2122           }
2123         }
2124         if (!AllFound)
2125           break;
2126       }
2127       if (AllFound) {
2128         // Discard LFilter.
2129         NewClauses.erase(J);
2130         MakeNewInstruction = true;
2131       }
2132       // Move on to the next filter.
2133     }
2134   }
2136   // If we changed any of the clauses, replace the old landingpad instruction
2137   // with a new one.
2138   if (MakeNewInstruction) {
2139     LandingPadInst *NLI = LandingPadInst::Create(LI.getType(),
2140                                                  LI.getPersonalityFn(),
2141                                                  NewClauses.size());
2142     for (unsigned i = 0, e = NewClauses.size(); i != e; ++i)
2143       NLI->addClause(NewClauses[i]);
2144     // A landing pad with no clauses must have the cleanup flag set.  It is
2145     // theoretically possible, though highly unlikely, that we eliminated all
2146     // clauses.  If so, force the cleanup flag to true.
2147     if (NewClauses.empty())
2148       CleanupFlag = true;
2149     NLI->setCleanup(CleanupFlag);
2150     return NLI;
2151   }
2153   // Even if none of the clauses changed, we may nonetheless have understood
2154   // that the cleanup flag is pointless.  Clear it if so.
2155   if (LI.isCleanup() != CleanupFlag) {
2156     assert(!CleanupFlag && "Adding a cleanup, not removing one?!");
2157     LI.setCleanup(CleanupFlag);
2158     return &LI;
2159   }
2161   return 0;
2167 /// TryToSinkInstruction - Try to move the specified instruction from its
2168 /// current block into the beginning of DestBlock, which can only happen if it's
2169 /// safe to move the instruction past all of the instructions between it and the
2170 /// end of its block.
2171 static bool TryToSinkInstruction(Instruction *I, BasicBlock *DestBlock) {
2172   assert(I->hasOneUse() && "Invariants didn't hold!");
2174   // Cannot move control-flow-involving, volatile loads, vaarg, etc.
2175   if (isa<PHINode>(I) || isa<LandingPadInst>(I) || I->mayHaveSideEffects() ||
2176       isa<TerminatorInst>(I))
2177     return false;
2179   // Do not sink alloca instructions out of the entry block.
2180   if (isa<AllocaInst>(I) && I->getParent() ==
2181         &DestBlock->getParent()->getEntryBlock())
2182     return false;
2184   // We can only sink load instructions if there is nothing between the load and
2185   // the end of block that could change the value.
2186   if (I->mayReadFromMemory()) {
2187     for (BasicBlock::iterator Scan = I, E = I->getParent()->end();
2188          Scan != E; ++Scan)
2189       if (Scan->mayWriteToMemory())
2190         return false;
2191   }
2193   BasicBlock::iterator InsertPos = DestBlock->getFirstInsertionPt();
2194   I->moveBefore(InsertPos);
2195   ++NumSunkInst;
2196   return true;
2200 /// AddReachableCodeToWorklist - Walk the function in depth-first order, adding
2201 /// all reachable code to the worklist.
2202 ///
2203 /// This has a couple of tricks to make the code faster and more powerful.  In
2204 /// particular, we constant fold and DCE instructions as we go, to avoid adding
2205 /// them to the worklist (this significantly speeds up instcombine on code where
2206 /// many instructions are dead or constant).  Additionally, if we find a branch
2207 /// whose condition is a known constant, we only visit the reachable successors.
2208 ///
2209 static bool AddReachableCodeToWorklist(BasicBlock *BB,
2210                                        SmallPtrSet<BasicBlock*, 64> &Visited,
2211                                        InstCombiner &IC,
2212                                        const DataLayout *TD,
2213                                        const TargetLibraryInfo *TLI) {
2214   bool MadeIRChange = false;
2215   SmallVector<BasicBlock*, 256> Worklist;
2216   Worklist.push_back(BB);
2218   SmallVector<Instruction*, 128> InstrsForInstCombineWorklist;
2219   DenseMap<ConstantExpr*, Constant*> FoldedConstants;
2221   do {
2222     BB = Worklist.pop_back_val();
2224     // We have now visited this block!  If we've already been here, ignore it.
2225     if (!Visited.insert(BB)) continue;
2227     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(), E = BB->end(); BBI != E; ) {
2228       Instruction *Inst = BBI++;
2230       // DCE instruction if trivially dead.
2231       if (isInstructionTriviallyDead(Inst, TLI)) {
2232         ++NumDeadInst;
2233         DEBUG(dbgs() << "IC: DCE: " << *Inst << '\n');
2234         Inst->eraseFromParent();
2235         continue;
2236       }
2238       // ConstantProp instruction if trivially constant.
2239       if (!Inst->use_empty() && isa<Constant>(Inst->getOperand(0)))
2240         if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(Inst, TD, TLI)) {
2241           DEBUG(dbgs() << "IC: ConstFold to: " << *C << " from: "
2242                        << *Inst << '\n');
2243           Inst->replaceAllUsesWith(C);
2244           ++NumConstProp;
2245           Inst->eraseFromParent();
2246           continue;
2247         }
2249       if (TD) {
2250         // See if we can constant fold its operands.
2251         for (User::op_iterator i = Inst->op_begin(), e = Inst->op_end();
2252              i != e; ++i) {
2253           ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(i);
2254           if (CE == 0) continue;
2256           Constant*& FoldRes = FoldedConstants[CE];
2257           if (!FoldRes)
2258             FoldRes = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD, TLI);
2259           if (!FoldRes)
2260             FoldRes = CE;
2262           if (FoldRes != CE) {
2263             *i = FoldRes;
2264             MadeIRChange = true;
2265           }
2266         }
2267       }
2269       InstrsForInstCombineWorklist.push_back(Inst);
2270     }
2272     // Recursively visit successors.  If this is a branch or switch on a
2273     // constant, only visit the reachable successor.
2274     TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
2275     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
2276       if (BI->isConditional() && isa<ConstantInt>(BI->getCondition())) {
2277         bool CondVal = cast<ConstantInt>(BI->getCondition())->getZExtValue();
2278         BasicBlock *ReachableBB = BI->getSuccessor(!CondVal);
2279         Worklist.push_back(ReachableBB);
2280         continue;
2281       }
2282     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
2283       if (ConstantInt *Cond = dyn_cast<ConstantInt>(SI->getCondition())) {
2284         // See if this is an explicit destination.
2285         for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
2286              i != e; ++i)
2287           if (i.getCaseValue() == Cond) {
2288             BasicBlock *ReachableBB = i.getCaseSuccessor();
2289             Worklist.push_back(ReachableBB);
2290             continue;
2291           }
2293         // Otherwise it is the default destination.
2294         Worklist.push_back(SI->getDefaultDest());
2295         continue;
2296       }
2297     }
2299     for (unsigned i = 0, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
2300       Worklist.push_back(TI->getSuccessor(i));
2301   } while (!Worklist.empty());
2303   // Once we've found all of the instructions to add to instcombine's worklist,
2304   // add them in reverse order.  This way instcombine will visit from the top
2305   // of the function down.  This jives well with the way that it adds all uses
2306   // of instructions to the worklist after doing a transformation, thus avoiding
2307   // some N^2 behavior in pathological cases.
2308   IC.Worklist.AddInitialGroup(&InstrsForInstCombineWorklist[0],
2309                               InstrsForInstCombineWorklist.size());
2311   return MadeIRChange;
2314 bool InstCombiner::DoOneIteration(Function &F, unsigned Iteration) {
2315   MadeIRChange = false;
2317   DEBUG(dbgs() << "\n\nINSTCOMBINE ITERATION #" << Iteration << " on "
2318                << F.getName() << "\n");
2320   {
2321     // Do a depth-first traversal of the function, populate the worklist with
2322     // the reachable instructions.  Ignore blocks that are not reachable.  Keep
2323     // track of which blocks we visit.
2324     SmallPtrSet<BasicBlock*, 64> Visited;
2325     MadeIRChange |= AddReachableCodeToWorklist(F.begin(), Visited, *this, TD,
2326                                                TLI);
2328     // Do a quick scan over the function.  If we find any blocks that are
2329     // unreachable, remove any instructions inside of them.  This prevents
2330     // the instcombine code from having to deal with some bad special cases.
2331     for (Function::iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB) {
2332       if (Visited.count(BB)) continue;
2334       // Delete the instructions backwards, as it has a reduced likelihood of
2335       // having to update as many def-use and use-def chains.
2336       Instruction *EndInst = BB->getTerminator(); // Last not to be deleted.
2337       while (EndInst != BB->begin()) {
2338         // Delete the next to last instruction.
2339         BasicBlock::iterator I = EndInst;
2340         Instruction *Inst = --I;
2341         if (!Inst->use_empty())
2342           Inst->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(Inst->getType()));
2343         if (isa<LandingPadInst>(Inst)) {
2344           EndInst = Inst;
2345           continue;
2346         }
2347         if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(Inst)) {
2348           ++NumDeadInst;
2349           MadeIRChange = true;
2350         }
2351         Inst->eraseFromParent();
2352       }
2353     }
2354   }
2356   while (!Worklist.isEmpty()) {
2357     Instruction *I = Worklist.RemoveOne();
2358     if (I == 0) continue;  // skip null values.
2360     // Check to see if we can DCE the instruction.
2361     if (isInstructionTriviallyDead(I, TLI)) {
2362       DEBUG(dbgs() << "IC: DCE: " << *I << '\n');
2363       EraseInstFromFunction(*I);
2364       ++NumDeadInst;
2365       MadeIRChange = true;
2366       continue;
2367     }
2369     // Instruction isn't dead, see if we can constant propagate it.
2370     if (!I->use_empty() && isa<Constant>(I->getOperand(0)))
2371       if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(I, TD, TLI)) {
2372         DEBUG(dbgs() << "IC: ConstFold to: " << *C << " from: " << *I << '\n');
2374         // Add operands to the worklist.
2375         ReplaceInstUsesWith(*I, C);
2376         ++NumConstProp;
2377         EraseInstFromFunction(*I);
2378         MadeIRChange = true;
2379         continue;
2380       }
2382     // See if we can trivially sink this instruction to a successor basic block.
2383     if (I->hasOneUse()) {
2384       BasicBlock *BB = I->getParent();
2385       Instruction *UserInst = cast<Instruction>(I->use_back());
2386       BasicBlock *UserParent;
2388       // Get the block the use occurs in.
2389       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(UserInst))
2390         UserParent = PN->getIncomingBlock(I->use_begin().getUse());
2391       else
2392         UserParent = UserInst->getParent();
2394       if (UserParent != BB) {
2395         bool UserIsSuccessor = false;
2396         // See if the user is one of our successors.
2397         for (succ_iterator SI = succ_begin(BB), E = succ_end(BB); SI != E; ++SI)
2398           if (*SI == UserParent) {
2399             UserIsSuccessor = true;
2400             break;
2401           }
2403         // If the user is one of our immediate successors, and if that successor
2404         // only has us as a predecessors (we'd have to split the critical edge
2405         // otherwise), we can keep going.
2406         if (UserIsSuccessor && UserParent->getSinglePredecessor())
2407           // Okay, the CFG is simple enough, try to sink this instruction.
2408           MadeIRChange |= TryToSinkInstruction(I, UserParent);
2409       }
2410     }
2412     // Now that we have an instruction, try combining it to simplify it.
2413     Builder->SetInsertPoint(I->getParent(), I);
2414     Builder->SetCurrentDebugLocation(I->getDebugLoc());
2416 #ifndef NDEBUG
2417     std::string OrigI;
2418 #endif
2419     DEBUG(raw_string_ostream SS(OrigI); I->print(SS); OrigI = SS.str(););
2420     DEBUG(dbgs() << "IC: Visiting: " << OrigI << '\n');
2422     if (Instruction *Result = visit(*I)) {
2423       ++NumCombined;
2424       // Should we replace the old instruction with a new one?
2425       if (Result != I) {
2426         DEBUG(dbgs() << "IC: Old = " << *I << '\n'
2427                      << "    New = " << *Result << '\n');
2429         if (!I->getDebugLoc().isUnknown())
2430           Result->setDebugLoc(I->getDebugLoc());
2431         // Everything uses the new instruction now.
2432         I->replaceAllUsesWith(Result);
2434         // Move the name to the new instruction first.
2435         Result->takeName(I);
2437         // Push the new instruction and any users onto the worklist.
2438         Worklist.Add(Result);
2439         Worklist.AddUsersToWorkList(*Result);
2441         // Insert the new instruction into the basic block...
2442         BasicBlock *InstParent = I->getParent();
2443         BasicBlock::iterator InsertPos = I;
2445         // If we replace a PHI with something that isn't a PHI, fix up the
2446         // insertion point.
2447         if (!isa<PHINode>(Result) && isa<PHINode>(InsertPos))
2448           InsertPos = InstParent->getFirstInsertionPt();
2450         InstParent->getInstList().insert(InsertPos, Result);
2452         EraseInstFromFunction(*I);
2453       } else {
2454 #ifndef NDEBUG
2455         DEBUG(dbgs() << "IC: Mod = " << OrigI << '\n'
2456                      << "    New = " << *I << '\n');
2457 #endif
2459         // If the instruction was modified, it's possible that it is now dead.
2460         // if so, remove it.
2461         if (isInstructionTriviallyDead(I, TLI)) {
2462           EraseInstFromFunction(*I);
2463         } else {
2464           Worklist.Add(I);
2465           Worklist.AddUsersToWorkList(*I);
2466         }
2467       }
2468       MadeIRChange = true;
2469     }
2470   }
2472   Worklist.Zap();
2473   return MadeIRChange;
2476 namespace {
2477 class InstCombinerLibCallSimplifier : public LibCallSimplifier {
2478   InstCombiner *IC;
2479 public:
2480   InstCombinerLibCallSimplifier(const DataLayout *TD,
2481                                 const TargetLibraryInfo *TLI,
2482                                 InstCombiner *IC)
2483     : LibCallSimplifier(TD, TLI, UnsafeFPShrink) {
2484     this->IC = IC;
2485   }
2487   /// replaceAllUsesWith - override so that instruction replacement
2488   /// can be defined in terms of the instruction combiner framework.
2489   virtual void replaceAllUsesWith(Instruction *I, Value *With) const {
2490     IC->ReplaceInstUsesWith(*I, With);
2491   }
2492 };
2495 bool InstCombiner::runOnFunction(Function &F) {
2496   TD = getAnalysisIfAvailable<DataLayout>();
2497   TLI = &getAnalysis<TargetLibraryInfo>();
2498   // Minimizing size?
2499   MinimizeSize = F.getAttributes().hasAttribute(AttributeSet::FunctionIndex,
2500                                                 Attribute::MinSize);
2502   /// Builder - This is an IRBuilder that automatically inserts new
2503   /// instructions into the worklist when they are created.
2504   IRBuilder<true, TargetFolder, InstCombineIRInserter>
2505     TheBuilder(F.getContext(), TargetFolder(TD),
2506                InstCombineIRInserter(Worklist));
2507   Builder = &TheBuilder;
2509   InstCombinerLibCallSimplifier TheSimplifier(TD, TLI, this);
2510   Simplifier = &TheSimplifier;
2512   bool EverMadeChange = false;
2514   // Lower dbg.declare intrinsics otherwise their value may be clobbered
2515   // by instcombiner.
2516   EverMadeChange = LowerDbgDeclare(F);
2518   // Iterate while there is work to do.
2519   unsigned Iteration = 0;
2520   while (DoOneIteration(F, Iteration++))
2521     EverMadeChange = true;
2523   Builder = 0;
2524   return EverMadeChange;
2527 FunctionPass *llvm::createInstructionCombiningPass() {
2528   return new InstCombiner();