OSDN Git Service

[ValueTracking] allow undef elements when matching vector abs
[android-x86/external-llvm.git] / lib / Analysis / ValueTracking.cpp
1 //===- ValueTracking.cpp - Walk computations to compute properties --------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file contains routines that help analyze properties that chains of
11 // computations have.
12 //
13 //===----------------------------------------------------------------------===//
14
15 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
16 #include "llvm/ADT/APFloat.h"
17 #include "llvm/ADT/APInt.h"
18 #include "llvm/ADT/ArrayRef.h"
19 #include "llvm/ADT/None.h"
20 #include "llvm/ADT/Optional.h"
21 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
22 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
23 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
24 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
25 #include "llvm/ADT/StringRef.h"
26 #include "llvm/ADT/iterator_range.h"
27 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
28 #include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
29 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
30 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
31 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
32 #include "llvm/Analysis/OptimizationRemarkEmitter.h"
33 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
34 #include "llvm/IR/Argument.h"
35 #include "llvm/IR/Attributes.h"
36 #include "llvm/IR/BasicBlock.h"
37 #include "llvm/IR/CallSite.h"
38 #include "llvm/IR/Constant.h"
39 #include "llvm/IR/ConstantRange.h"
40 #include "llvm/IR/Constants.h"
41 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
42 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
43 #include "llvm/IR/DiagnosticInfo.h"
44 #include "llvm/IR/Dominators.h"
45 #include "llvm/IR/Function.h"
46 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
47 #include "llvm/IR/GlobalAlias.h"
48 #include "llvm/IR/GlobalValue.h"
49 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
50 #include "llvm/IR/InstrTypes.h"
51 #include "llvm/IR/Instruction.h"
52 #include "llvm/IR/Instructions.h"
53 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
54 #include "llvm/IR/Intrinsics.h"
55 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
56 #include "llvm/IR/Metadata.h"
57 #include "llvm/IR/Module.h"
58 #include "llvm/IR/Operator.h"
59 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
60 #include "llvm/IR/Type.h"
61 #include "llvm/IR/User.h"
62 #include "llvm/IR/Value.h"
63 #include "llvm/Support/Casting.h"
64 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
65 #include "llvm/Support/Compiler.h"
66 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
67 #include "llvm/Support/KnownBits.h"
68 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
69 #include <algorithm>
70 #include <array>
71 #include <cassert>
72 #include <cstdint>
73 #include <iterator>
74 #include <utility>     
75
76 using namespace llvm;
77 using namespace llvm::PatternMatch;
78
79 const unsigned MaxDepth = 6;
80
81 // Controls the number of uses of the value searched for possible
82 // dominating comparisons.
83 static cl::opt<unsigned> DomConditionsMaxUses("dom-conditions-max-uses",
84                                               cl::Hidden, cl::init(20));
85
86 /// Returns the bitwidth of the given scalar or pointer type. For vector types,
87 /// returns the element type's bitwidth.
88 static unsigned getBitWidth(Type *Ty, const DataLayout &DL) {
89   if (unsigned BitWidth = Ty->getScalarSizeInBits())
90     return BitWidth;
91
92   return DL.getIndexTypeSizeInBits(Ty);
93 }
94
95 namespace {
96
97 // Simplifying using an assume can only be done in a particular control-flow
98 // context (the context instruction provides that context). If an assume and
99 // the context instruction are not in the same block then the DT helps in
100 // figuring out if we can use it.
101 struct Query {
102   const DataLayout &DL;
103   AssumptionCache *AC;
104   const Instruction *CxtI;
105   const DominatorTree *DT;
106
107   // Unlike the other analyses, this may be a nullptr because not all clients
108   // provide it currently.
109   OptimizationRemarkEmitter *ORE;
110
111   /// Set of assumptions that should be excluded from further queries.
112   /// This is because of the potential for mutual recursion to cause
113   /// computeKnownBits to repeatedly visit the same assume intrinsic. The
114   /// classic case of this is assume(x = y), which will attempt to determine
115   /// bits in x from bits in y, which will attempt to determine bits in y from
116   /// bits in x, etc. Regarding the mutual recursion, computeKnownBits can call
117   /// isKnownNonZero, which calls computeKnownBits and isKnownToBeAPowerOfTwo
118   /// (all of which can call computeKnownBits), and so on.
119   std::array<const Value *, MaxDepth> Excluded;
120
121   unsigned NumExcluded = 0;
122
123   Query(const DataLayout &DL, AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
124         const DominatorTree *DT, OptimizationRemarkEmitter *ORE = nullptr)
125       : DL(DL), AC(AC), CxtI(CxtI), DT(DT), ORE(ORE) {}
126
127   Query(const Query &Q, const Value *NewExcl)
128       : DL(Q.DL), AC(Q.AC), CxtI(Q.CxtI), DT(Q.DT), ORE(Q.ORE),
129         NumExcluded(Q.NumExcluded) {
130     Excluded = Q.Excluded;
131     Excluded[NumExcluded++] = NewExcl;
132     assert(NumExcluded <= Excluded.size());
133   }
134
135   bool isExcluded(const Value *Value) const {
136     if (NumExcluded == 0)
137       return false;
138     auto End = Excluded.begin() + NumExcluded;
139     return std::find(Excluded.begin(), End, Value) != End;
140   }
141 };
142
143 } // end anonymous namespace
144
145 // Given the provided Value and, potentially, a context instruction, return
146 // the preferred context instruction (if any).
147 static const Instruction *safeCxtI(const Value *V, const Instruction *CxtI) {
148   // If we've been provided with a context instruction, then use that (provided
149   // it has been inserted).
150   if (CxtI && CxtI->getParent())
151     return CxtI;
152
153   // If the value is really an already-inserted instruction, then use that.
154   CxtI = dyn_cast<Instruction>(V);
155   if (CxtI && CxtI->getParent())
156     return CxtI;
157
158   return nullptr;
159 }
160
161 static void computeKnownBits(const Value *V, KnownBits &Known,
162                              unsigned Depth, const Query &Q);
163
164 void llvm::computeKnownBits(const Value *V, KnownBits &Known,
165                             const DataLayout &DL, unsigned Depth,
166                             AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
167                             const DominatorTree *DT,
168                             OptimizationRemarkEmitter *ORE) {
169   ::computeKnownBits(V, Known, Depth,
170                      Query(DL, AC, safeCxtI(V, CxtI), DT, ORE));
171 }
172
173 static KnownBits computeKnownBits(const Value *V, unsigned Depth,
174                                   const Query &Q);
175
176 KnownBits llvm::computeKnownBits(const Value *V, const DataLayout &DL,
177                                  unsigned Depth, AssumptionCache *AC,
178                                  const Instruction *CxtI,
179                                  const DominatorTree *DT,
180                                  OptimizationRemarkEmitter *ORE) {
181   return ::computeKnownBits(V, Depth,
182                             Query(DL, AC, safeCxtI(V, CxtI), DT, ORE));
183 }
184
185 bool llvm::haveNoCommonBitsSet(const Value *LHS, const Value *RHS,
186                                const DataLayout &DL,
187                                AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
188                                const DominatorTree *DT) {
189   assert(LHS->getType() == RHS->getType() &&
190          "LHS and RHS should have the same type");
191   assert(LHS->getType()->isIntOrIntVectorTy() &&
192          "LHS and RHS should be integers");
193   // Look for an inverted mask: (X & ~M) op (Y & M).
194   Value *M;
195   if (match(LHS, m_c_And(m_Not(m_Value(M)), m_Value())) &&
196       match(RHS, m_c_And(m_Specific(M), m_Value())))
197     return true;
198   if (match(RHS, m_c_And(m_Not(m_Value(M)), m_Value())) &&
199       match(LHS, m_c_And(m_Specific(M), m_Value())))
200     return true;
201   IntegerType *IT = cast<IntegerType>(LHS->getType()->getScalarType());
202   KnownBits LHSKnown(IT->getBitWidth());
203   KnownBits RHSKnown(IT->getBitWidth());
204   computeKnownBits(LHS, LHSKnown, DL, 0, AC, CxtI, DT);
205   computeKnownBits(RHS, RHSKnown, DL, 0, AC, CxtI, DT);
206   return (LHSKnown.Zero | RHSKnown.Zero).isAllOnesValue();
207 }
208
209 bool llvm::isOnlyUsedInZeroEqualityComparison(const Instruction *CxtI) {
210   for (const User *U : CxtI->users()) {
211     if (const ICmpInst *IC = dyn_cast<ICmpInst>(U))
212       if (IC->isEquality())
213         if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(IC->getOperand(1)))
214           if (C->isNullValue())
215             continue;
216     return false;
217   }
218   return true;
219 }
220
221 static bool isKnownToBeAPowerOfTwo(const Value *V, bool OrZero, unsigned Depth,
222                                    const Query &Q);
223
224 bool llvm::isKnownToBeAPowerOfTwo(const Value *V, const DataLayout &DL,
225                                   bool OrZero,
226                                   unsigned Depth, AssumptionCache *AC,
227                                   const Instruction *CxtI,
228                                   const DominatorTree *DT) {
229   return ::isKnownToBeAPowerOfTwo(V, OrZero, Depth,
230                                   Query(DL, AC, safeCxtI(V, CxtI), DT));
231 }
232
233 static bool isKnownNonZero(const Value *V, unsigned Depth, const Query &Q);
234
235 bool llvm::isKnownNonZero(const Value *V, const DataLayout &DL, unsigned Depth,
236                           AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
237                           const DominatorTree *DT) {
238   return ::isKnownNonZero(V, Depth, Query(DL, AC, safeCxtI(V, CxtI), DT));
239 }
240
241 bool llvm::isKnownNonNegative(const Value *V, const DataLayout &DL,
242                               unsigned Depth,
243                               AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
244                               const DominatorTree *DT) {
245   KnownBits Known = computeKnownBits(V, DL, Depth, AC, CxtI, DT);
246   return Known.isNonNegative();
247 }
248
249 bool llvm::isKnownPositive(const Value *V, const DataLayout &DL, unsigned Depth,
250                            AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
251                            const DominatorTree *DT) {
252   if (auto *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V))
253     return CI->getValue().isStrictlyPositive();
254
255   // TODO: We'd doing two recursive queries here.  We should factor this such
256   // that only a single query is needed.
257   return isKnownNonNegative(V, DL, Depth, AC, CxtI, DT) &&
258     isKnownNonZero(V, DL, Depth, AC, CxtI, DT);
259 }
260
261 bool llvm::isKnownNegative(const Value *V, const DataLayout &DL, unsigned Depth,
262                            AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
263                            const DominatorTree *DT) {
264   KnownBits Known = computeKnownBits(V, DL, Depth, AC, CxtI, DT);
265   return Known.isNegative();
266 }
267
268 static bool isKnownNonEqual(const Value *V1, const Value *V2, const Query &Q);
269
270 bool llvm::isKnownNonEqual(const Value *V1, const Value *V2,
271                            const DataLayout &DL,
272                            AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
273                            const DominatorTree *DT) {
274   return ::isKnownNonEqual(V1, V2, Query(DL, AC,
275                                          safeCxtI(V1, safeCxtI(V2, CxtI)),
276                                          DT));
277 }
278
279 static bool MaskedValueIsZero(const Value *V, const APInt &Mask, unsigned Depth,
280                               const Query &Q);
281
282 bool llvm::MaskedValueIsZero(const Value *V, const APInt &Mask,
283                              const DataLayout &DL,
284                              unsigned Depth, AssumptionCache *AC,
285                              const Instruction *CxtI, const DominatorTree *DT) {
286   return ::MaskedValueIsZero(V, Mask, Depth,
287                              Query(DL, AC, safeCxtI(V, CxtI), DT));
288 }
289
290 static unsigned ComputeNumSignBits(const Value *V, unsigned Depth,
291                                    const Query &Q);
292
293 unsigned llvm::ComputeNumSignBits(const Value *V, const DataLayout &DL,
294                                   unsigned Depth, AssumptionCache *AC,
295                                   const Instruction *CxtI,
296                                   const DominatorTree *DT) {
297   return ::ComputeNumSignBits(V, Depth, Query(DL, AC, safeCxtI(V, CxtI), DT));
298 }
299
300 static void computeKnownBitsAddSub(bool Add, const Value *Op0, const Value *Op1,
301                                    bool NSW,
302                                    KnownBits &KnownOut, KnownBits &Known2,
303                                    unsigned Depth, const Query &Q) {
304   unsigned BitWidth = KnownOut.getBitWidth();
305
306   // If an initial sequence of bits in the result is not needed, the
307   // corresponding bits in the operands are not needed.
308   KnownBits LHSKnown(BitWidth);
309   computeKnownBits(Op0, LHSKnown, Depth + 1, Q);
310   computeKnownBits(Op1, Known2, Depth + 1, Q);
311
312   KnownOut = KnownBits::computeForAddSub(Add, NSW, LHSKnown, Known2);
313 }
314
315 static void computeKnownBitsMul(const Value *Op0, const Value *Op1, bool NSW,
316                                 KnownBits &Known, KnownBits &Known2,
317                                 unsigned Depth, const Query &Q) {
318   unsigned BitWidth = Known.getBitWidth();
319   computeKnownBits(Op1, Known, Depth + 1, Q);
320   computeKnownBits(Op0, Known2, Depth + 1, Q);
321
322   bool isKnownNegative = false;
323   bool isKnownNonNegative = false;
324   // If the multiplication is known not to overflow, compute the sign bit.
325   if (NSW) {
326     if (Op0 == Op1) {
327       // The product of a number with itself is non-negative.
328       isKnownNonNegative = true;
329     } else {
330       bool isKnownNonNegativeOp1 = Known.isNonNegative();
331       bool isKnownNonNegativeOp0 = Known2.isNonNegative();
332       bool isKnownNegativeOp1 = Known.isNegative();
333       bool isKnownNegativeOp0 = Known2.isNegative();
334       // The product of two numbers with the same sign is non-negative.
335       isKnownNonNegative = (isKnownNegativeOp1 && isKnownNegativeOp0) ||
336         (isKnownNonNegativeOp1 && isKnownNonNegativeOp0);
337       // The product of a negative number and a non-negative number is either
338       // negative or zero.
339       if (!isKnownNonNegative)
340         isKnownNegative = (isKnownNegativeOp1 && isKnownNonNegativeOp0 &&
341                            isKnownNonZero(Op0, Depth, Q)) ||
342                           (isKnownNegativeOp0 && isKnownNonNegativeOp1 &&
343                            isKnownNonZero(Op1, Depth, Q));
344     }
345   }
346
347   assert(!Known.hasConflict() && !Known2.hasConflict());
348   // Compute a conservative estimate for high known-0 bits.
349   unsigned LeadZ =  std::max(Known.countMinLeadingZeros() +
350                              Known2.countMinLeadingZeros(),
351                              BitWidth) - BitWidth;
352   LeadZ = std::min(LeadZ, BitWidth);
353
354   // The result of the bottom bits of an integer multiply can be
355   // inferred by looking at the bottom bits of both operands and
356   // multiplying them together.
357   // We can infer at least the minimum number of known trailing bits
358   // of both operands. Depending on number of trailing zeros, we can
359   // infer more bits, because (a*b) <=> ((a/m) * (b/n)) * (m*n) assuming
360   // a and b are divisible by m and n respectively.
361   // We then calculate how many of those bits are inferrable and set
362   // the output. For example, the i8 mul:
363   //  a = XXXX1100 (12)
364   //  b = XXXX1110 (14)
365   // We know the bottom 3 bits are zero since the first can be divided by
366   // 4 and the second by 2, thus having ((12/4) * (14/2)) * (2*4).
367   // Applying the multiplication to the trimmed arguments gets:
368   //    XX11 (3)
369   //    X111 (7)
370   // -------
371   //    XX11
372   //   XX11
373   //  XX11
374   // XX11
375   // -------
376   // XXXXX01
377   // Which allows us to infer the 2 LSBs. Since we're multiplying the result
378   // by 8, the bottom 3 bits will be 0, so we can infer a total of 5 bits.
379   // The proof for this can be described as:
380   // Pre: (C1 >= 0) && (C1 < (1 << C5)) && (C2 >= 0) && (C2 < (1 << C6)) &&
381   //      (C7 == (1 << (umin(countTrailingZeros(C1), C5) +
382   //                    umin(countTrailingZeros(C2), C6) +
383   //                    umin(C5 - umin(countTrailingZeros(C1), C5),
384   //                         C6 - umin(countTrailingZeros(C2), C6)))) - 1)
385   // %aa = shl i8 %a, C5
386   // %bb = shl i8 %b, C6
387   // %aaa = or i8 %aa, C1
388   // %bbb = or i8 %bb, C2
389   // %mul = mul i8 %aaa, %bbb
390   // %mask = and i8 %mul, C7
391   //   =>
392   // %mask = i8 ((C1*C2)&C7)
393   // Where C5, C6 describe the known bits of %a, %b
394   // C1, C2 describe the known bottom bits of %a, %b.
395   // C7 describes the mask of the known bits of the result.
396   APInt Bottom0 = Known.One;
397   APInt Bottom1 = Known2.One;
398
399   // How many times we'd be able to divide each argument by 2 (shr by 1).
400   // This gives us the number of trailing zeros on the multiplication result.
401   unsigned TrailBitsKnown0 = (Known.Zero | Known.One).countTrailingOnes();
402   unsigned TrailBitsKnown1 = (Known2.Zero | Known2.One).countTrailingOnes();
403   unsigned TrailZero0 = Known.countMinTrailingZeros();
404   unsigned TrailZero1 = Known2.countMinTrailingZeros();
405   unsigned TrailZ = TrailZero0 + TrailZero1;
406
407   // Figure out the fewest known-bits operand.
408   unsigned SmallestOperand = std::min(TrailBitsKnown0 - TrailZero0,
409                                       TrailBitsKnown1 - TrailZero1);
410   unsigned ResultBitsKnown = std::min(SmallestOperand + TrailZ, BitWidth);
411
412   APInt BottomKnown = Bottom0.getLoBits(TrailBitsKnown0) *
413                       Bottom1.getLoBits(TrailBitsKnown1);
414
415   Known.resetAll();
416   Known.Zero.setHighBits(LeadZ);
417   Known.Zero |= (~BottomKnown).getLoBits(ResultBitsKnown);
418   Known.One |= BottomKnown.getLoBits(ResultBitsKnown);
419
420   // Only make use of no-wrap flags if we failed to compute the sign bit
421   // directly.  This matters if the multiplication always overflows, in
422   // which case we prefer to follow the result of the direct computation,
423   // though as the program is invoking undefined behaviour we can choose
424   // whatever we like here.
425   if (isKnownNonNegative && !Known.isNegative())
426     Known.makeNonNegative();
427   else if (isKnownNegative && !Known.isNonNegative())
428     Known.makeNegative();
429 }
430
431 void llvm::computeKnownBitsFromRangeMetadata(const MDNode &Ranges,
432                                              KnownBits &Known) {
433   unsigned BitWidth = Known.getBitWidth();
434   unsigned NumRanges = Ranges.getNumOperands() / 2;
435   assert(NumRanges >= 1);
436
437   Known.Zero.setAllBits();
438   Known.One.setAllBits();
439
440   for (unsigned i = 0; i < NumRanges; ++i) {
441     ConstantInt *Lower =
442         mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges.getOperand(2 * i + 0));
443     ConstantInt *Upper =
444         mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges.getOperand(2 * i + 1));
445     ConstantRange Range(Lower->getValue(), Upper->getValue());
446
447     // The first CommonPrefixBits of all values in Range are equal.
448     unsigned CommonPrefixBits =
449         (Range.getUnsignedMax() ^ Range.getUnsignedMin()).countLeadingZeros();
450
451     APInt Mask = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, CommonPrefixBits);
452     Known.One &= Range.getUnsignedMax() & Mask;
453     Known.Zero &= ~Range.getUnsignedMax() & Mask;
454   }
455 }
456
457 static bool isEphemeralValueOf(const Instruction *I, const Value *E) {
458   SmallVector<const Value *, 16> WorkSet(1, I);
459   SmallPtrSet<const Value *, 32> Visited;
460   SmallPtrSet<const Value *, 16> EphValues;
461
462   // The instruction defining an assumption's condition itself is always
463   // considered ephemeral to that assumption (even if it has other
464   // non-ephemeral users). See r246696's test case for an example.
465   if (is_contained(I->operands(), E))
466     return true;
467
468   while (!WorkSet.empty()) {
469     const Value *V = WorkSet.pop_back_val();
470     if (!Visited.insert(V).second)
471       continue;
472
473     // If all uses of this value are ephemeral, then so is this value.
474     if (llvm::all_of(V->users(), [&](const User *U) {
475                                    return EphValues.count(U);
476                                  })) {
477       if (V == E)
478         return true;
479
480       if (V == I || isSafeToSpeculativelyExecute(V)) {
481        EphValues.insert(V);
482        if (const User *U = dyn_cast<User>(V))
483          for (User::const_op_iterator J = U->op_begin(), JE = U->op_end();
484               J != JE; ++J)
485            WorkSet.push_back(*J);
486       }
487     }
488   }
489
490   return false;
491 }
492
493 // Is this an intrinsic that cannot be speculated but also cannot trap?
494 bool llvm::isAssumeLikeIntrinsic(const Instruction *I) {
495   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
496     if (Function *F = CI->getCalledFunction())
497       switch (F->getIntrinsicID()) {
498       default: break;
499       // FIXME: This list is repeated from NoTTI::getIntrinsicCost.
500       case Intrinsic::assume:
501       case Intrinsic::sideeffect:
502       case Intrinsic::dbg_declare:
503       case Intrinsic::dbg_value:
504       case Intrinsic::dbg_label:
505       case Intrinsic::invariant_start:
506       case Intrinsic::invariant_end:
507       case Intrinsic::lifetime_start:
508       case Intrinsic::lifetime_end:
509       case Intrinsic::objectsize:
510       case Intrinsic::ptr_annotation:
511       case Intrinsic::var_annotation:
512         return true;
513       }
514
515   return false;
516 }
517
518 bool llvm::isValidAssumeForContext(const Instruction *Inv,
519                                    const Instruction *CxtI,
520                                    const DominatorTree *DT) {
521   // There are two restrictions on the use of an assume:
522   //  1. The assume must dominate the context (or the control flow must
523   //     reach the assume whenever it reaches the context).
524   //  2. The context must not be in the assume's set of ephemeral values
525   //     (otherwise we will use the assume to prove that the condition
526   //     feeding the assume is trivially true, thus causing the removal of
527   //     the assume).
528
529   if (DT) {
530     if (DT->dominates(Inv, CxtI))
531       return true;
532   } else if (Inv->getParent() == CxtI->getParent()->getSinglePredecessor()) {
533     // We don't have a DT, but this trivially dominates.
534     return true;
535   }
536
537   // With or without a DT, the only remaining case we will check is if the
538   // instructions are in the same BB.  Give up if that is not the case.
539   if (Inv->getParent() != CxtI->getParent())
540     return false;
541
542   // If we have a dom tree, then we now know that the assume doesn't dominate
543   // the other instruction.  If we don't have a dom tree then we can check if
544   // the assume is first in the BB.
545   if (!DT) {
546     // Search forward from the assume until we reach the context (or the end
547     // of the block); the common case is that the assume will come first.
548     for (auto I = std::next(BasicBlock::const_iterator(Inv)),
549          IE = Inv->getParent()->end(); I != IE; ++I)
550       if (&*I == CxtI)
551         return true;
552   }
553
554   // The context comes first, but they're both in the same block. Make sure
555   // there is nothing in between that might interrupt the control flow.
556   for (BasicBlock::const_iterator I =
557          std::next(BasicBlock::const_iterator(CxtI)), IE(Inv);
558        I != IE; ++I)
559     if (!isSafeToSpeculativelyExecute(&*I) && !isAssumeLikeIntrinsic(&*I))
560       return false;
561
562   return !isEphemeralValueOf(Inv, CxtI);
563 }
564
565 static void computeKnownBitsFromAssume(const Value *V, KnownBits &Known,
566                                        unsigned Depth, const Query &Q) {
567   // Use of assumptions is context-sensitive. If we don't have a context, we
568   // cannot use them!
569   if (!Q.AC || !Q.CxtI)
570     return;
571
572   unsigned BitWidth = Known.getBitWidth();
573
574   // Note that the patterns below need to be kept in sync with the code
575   // in AssumptionCache::updateAffectedValues.
576
577   for (auto &AssumeVH : Q.AC->assumptionsFor(V)) {
578     if (!AssumeVH)
579       continue;
580     CallInst *I = cast<CallInst>(AssumeVH);
581     assert(I->getParent()->getParent() == Q.CxtI->getParent()->getParent() &&
582            "Got assumption for the wrong function!");
583     if (Q.isExcluded(I))
584       continue;
585
586     // Warning: This loop can end up being somewhat performance sensitive.
587     // We're running this loop for once for each value queried resulting in a
588     // runtime of ~O(#assumes * #values).
589
590     assert(I->getCalledFunction()->getIntrinsicID() == Intrinsic::assume &&
591            "must be an assume intrinsic");
592
593     Value *Arg = I->getArgOperand(0);
594
595     if (Arg == V && isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
596       assert(BitWidth == 1 && "assume operand is not i1?");
597       Known.setAllOnes();
598       return;
599     }
600     if (match(Arg, m_Not(m_Specific(V))) &&
601         isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
602       assert(BitWidth == 1 && "assume operand is not i1?");
603       Known.setAllZero();
604       return;
605     }
606
607     // The remaining tests are all recursive, so bail out if we hit the limit.
608     if (Depth == MaxDepth)
609       continue;
610
611     Value *A, *B;
612     auto m_V = m_CombineOr(m_Specific(V),
613                            m_CombineOr(m_PtrToInt(m_Specific(V)),
614                            m_BitCast(m_Specific(V))));
615
616     CmpInst::Predicate Pred;
617     uint64_t C;
618     // assume(v = a)
619     if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
620         Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
621       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
622       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
623       Known.Zero |= RHSKnown.Zero;
624       Known.One  |= RHSKnown.One;
625     // assume(v & b = a)
626     } else if (match(Arg,
627                      m_c_ICmp(Pred, m_c_And(m_V, m_Value(B)), m_Value(A))) &&
628                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
629                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
630       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
631       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
632       KnownBits MaskKnown(BitWidth);
633       computeKnownBits(B, MaskKnown, Depth+1, Query(Q, I));
634
635       // For those bits in the mask that are known to be one, we can propagate
636       // known bits from the RHS to V.
637       Known.Zero |= RHSKnown.Zero & MaskKnown.One;
638       Known.One  |= RHSKnown.One  & MaskKnown.One;
639     // assume(~(v & b) = a)
640     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_c_And(m_V, m_Value(B))),
641                                    m_Value(A))) &&
642                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
643                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
644       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
645       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
646       KnownBits MaskKnown(BitWidth);
647       computeKnownBits(B, MaskKnown, Depth+1, Query(Q, I));
648
649       // For those bits in the mask that are known to be one, we can propagate
650       // inverted known bits from the RHS to V.
651       Known.Zero |= RHSKnown.One  & MaskKnown.One;
652       Known.One  |= RHSKnown.Zero & MaskKnown.One;
653     // assume(v | b = a)
654     } else if (match(Arg,
655                      m_c_ICmp(Pred, m_c_Or(m_V, m_Value(B)), m_Value(A))) &&
656                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
657                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
658       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
659       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
660       KnownBits BKnown(BitWidth);
661       computeKnownBits(B, BKnown, Depth+1, Query(Q, I));
662
663       // For those bits in B that are known to be zero, we can propagate known
664       // bits from the RHS to V.
665       Known.Zero |= RHSKnown.Zero & BKnown.Zero;
666       Known.One  |= RHSKnown.One  & BKnown.Zero;
667     // assume(~(v | b) = a)
668     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_c_Or(m_V, m_Value(B))),
669                                    m_Value(A))) &&
670                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
671                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
672       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
673       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
674       KnownBits BKnown(BitWidth);
675       computeKnownBits(B, BKnown, Depth+1, Query(Q, I));
676
677       // For those bits in B that are known to be zero, we can propagate
678       // inverted known bits from the RHS to V.
679       Known.Zero |= RHSKnown.One  & BKnown.Zero;
680       Known.One  |= RHSKnown.Zero & BKnown.Zero;
681     // assume(v ^ b = a)
682     } else if (match(Arg,
683                      m_c_ICmp(Pred, m_c_Xor(m_V, m_Value(B)), m_Value(A))) &&
684                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
685                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
686       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
687       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
688       KnownBits BKnown(BitWidth);
689       computeKnownBits(B, BKnown, Depth+1, Query(Q, I));
690
691       // For those bits in B that are known to be zero, we can propagate known
692       // bits from the RHS to V. For those bits in B that are known to be one,
693       // we can propagate inverted known bits from the RHS to V.
694       Known.Zero |= RHSKnown.Zero & BKnown.Zero;
695       Known.One  |= RHSKnown.One  & BKnown.Zero;
696       Known.Zero |= RHSKnown.One  & BKnown.One;
697       Known.One  |= RHSKnown.Zero & BKnown.One;
698     // assume(~(v ^ b) = a)
699     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_c_Xor(m_V, m_Value(B))),
700                                    m_Value(A))) &&
701                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
702                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
703       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
704       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
705       KnownBits BKnown(BitWidth);
706       computeKnownBits(B, BKnown, Depth+1, Query(Q, I));
707
708       // For those bits in B that are known to be zero, we can propagate
709       // inverted known bits from the RHS to V. For those bits in B that are
710       // known to be one, we can propagate known bits from the RHS to V.
711       Known.Zero |= RHSKnown.One  & BKnown.Zero;
712       Known.One  |= RHSKnown.Zero & BKnown.Zero;
713       Known.Zero |= RHSKnown.Zero & BKnown.One;
714       Known.One  |= RHSKnown.One  & BKnown.One;
715     // assume(v << c = a)
716     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Shl(m_V, m_ConstantInt(C)),
717                                    m_Value(A))) &&
718                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
719                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT) &&
720                C < BitWidth) {
721       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
722       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
723       // For those bits in RHS that are known, we can propagate them to known
724       // bits in V shifted to the right by C.
725       RHSKnown.Zero.lshrInPlace(C);
726       Known.Zero |= RHSKnown.Zero;
727       RHSKnown.One.lshrInPlace(C);
728       Known.One  |= RHSKnown.One;
729     // assume(~(v << c) = a)
730     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_Shl(m_V, m_ConstantInt(C))),
731                                    m_Value(A))) &&
732                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
733                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT) &&
734                C < BitWidth) {
735       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
736       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
737       // For those bits in RHS that are known, we can propagate them inverted
738       // to known bits in V shifted to the right by C.
739       RHSKnown.One.lshrInPlace(C);
740       Known.Zero |= RHSKnown.One;
741       RHSKnown.Zero.lshrInPlace(C);
742       Known.One  |= RHSKnown.Zero;
743     // assume(v >> c = a)
744     } else if (match(Arg,
745                      m_c_ICmp(Pred, m_Shr(m_V, m_ConstantInt(C)),
746                               m_Value(A))) &&
747                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
748                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT) &&
749                C < BitWidth) {
750       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
751       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
752       // For those bits in RHS that are known, we can propagate them to known
753       // bits in V shifted to the right by C.
754       Known.Zero |= RHSKnown.Zero << C;
755       Known.One  |= RHSKnown.One  << C;
756     // assume(~(v >> c) = a)
757     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_Shr(m_V, m_ConstantInt(C))),
758                                    m_Value(A))) &&
759                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ &&
760                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT) &&
761                C < BitWidth) {
762       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
763       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
764       // For those bits in RHS that are known, we can propagate them inverted
765       // to known bits in V shifted to the right by C.
766       Known.Zero |= RHSKnown.One  << C;
767       Known.One  |= RHSKnown.Zero << C;
768     // assume(v >=_s c) where c is non-negative
769     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
770                Pred == ICmpInst::ICMP_SGE &&
771                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
772       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
773       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
774
775       if (RHSKnown.isNonNegative()) {
776         // We know that the sign bit is zero.
777         Known.makeNonNegative();
778       }
779     // assume(v >_s c) where c is at least -1.
780     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
781                Pred == ICmpInst::ICMP_SGT &&
782                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
783       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
784       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
785
786       if (RHSKnown.isAllOnes() || RHSKnown.isNonNegative()) {
787         // We know that the sign bit is zero.
788         Known.makeNonNegative();
789       }
790     // assume(v <=_s c) where c is negative
791     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
792                Pred == ICmpInst::ICMP_SLE &&
793                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
794       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
795       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
796
797       if (RHSKnown.isNegative()) {
798         // We know that the sign bit is one.
799         Known.makeNegative();
800       }
801     // assume(v <_s c) where c is non-positive
802     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
803                Pred == ICmpInst::ICMP_SLT &&
804                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
805       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
806       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
807
808       if (RHSKnown.isZero() || RHSKnown.isNegative()) {
809         // We know that the sign bit is one.
810         Known.makeNegative();
811       }
812     // assume(v <=_u c)
813     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
814                Pred == ICmpInst::ICMP_ULE &&
815                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
816       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
817       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
818
819       // Whatever high bits in c are zero are known to be zero.
820       Known.Zero.setHighBits(RHSKnown.countMinLeadingZeros());
821       // assume(v <_u c)
822     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
823                Pred == ICmpInst::ICMP_ULT &&
824                isValidAssumeForContext(I, Q.CxtI, Q.DT)) {
825       KnownBits RHSKnown(BitWidth);
826       computeKnownBits(A, RHSKnown, Depth+1, Query(Q, I));
827
828       // If the RHS is known zero, then this assumption must be wrong (nothing
829       // is unsigned less than zero). Signal a conflict and get out of here.
830       if (RHSKnown.isZero()) {
831         Known.Zero.setAllBits();
832         Known.One.setAllBits();
833         break;
834       }
835
836       // Whatever high bits in c are zero are known to be zero (if c is a power
837       // of 2, then one more).
838       if (isKnownToBeAPowerOfTwo(A, false, Depth + 1, Query(Q, I)))
839         Known.Zero.setHighBits(RHSKnown.countMinLeadingZeros() + 1);
840       else
841         Known.Zero.setHighBits(RHSKnown.countMinLeadingZeros());
842     }
843   }
844
845   // If assumptions conflict with each other or previous known bits, then we
846   // have a logical fallacy. It's possible that the assumption is not reachable,
847   // so this isn't a real bug. On the other hand, the program may have undefined
848   // behavior, or we might have a bug in the compiler. We can't assert/crash, so
849   // clear out the known bits, try to warn the user, and hope for the best.
850   if (Known.Zero.intersects(Known.One)) {
851     Known.resetAll();
852
853     if (Q.ORE)
854       Q.ORE->emit([&]() {
855         auto *CxtI = const_cast<Instruction *>(Q.CxtI);
856         return OptimizationRemarkAnalysis("value-tracking", "BadAssumption",
857                                           CxtI)
858                << "Detected conflicting code assumptions. Program may "
859                   "have undefined behavior, or compiler may have "
860                   "internal error.";
861       });
862   }
863 }
864
865 /// Compute known bits from a shift operator, including those with a
866 /// non-constant shift amount. Known is the output of this function. Known2 is a
867 /// pre-allocated temporary with the same bit width as Known. KZF and KOF are
868 /// operator-specific functions that, given the known-zero or known-one bits
869 /// respectively, and a shift amount, compute the implied known-zero or
870 /// known-one bits of the shift operator's result respectively for that shift
871 /// amount. The results from calling KZF and KOF are conservatively combined for
872 /// all permitted shift amounts.
873 static void computeKnownBitsFromShiftOperator(
874     const Operator *I, KnownBits &Known, KnownBits &Known2,
875     unsigned Depth, const Query &Q,
876     function_ref<APInt(const APInt &, unsigned)> KZF,
877     function_ref<APInt(const APInt &, unsigned)> KOF) {
878   unsigned BitWidth = Known.getBitWidth();
879
880   if (auto *SA = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
881     unsigned ShiftAmt = SA->getLimitedValue(BitWidth-1);
882
883     computeKnownBits(I->getOperand(0), Known, Depth + 1, Q);
884     Known.Zero = KZF(Known.Zero, ShiftAmt);
885     Known.One  = KOF(Known.One, ShiftAmt);
886     // If the known bits conflict, this must be an overflowing left shift, so
887     // the shift result is poison. We can return anything we want. Choose 0 for
888     // the best folding opportunity.
889     if (Known.hasConflict())
890       Known.setAllZero();
891
892     return;
893   }
894
895   computeKnownBits(I->getOperand(1), Known, Depth + 1, Q);
896
897   // If the shift amount could be greater than or equal to the bit-width of the
898   // LHS, the value could be poison, but bail out because the check below is
899   // expensive. TODO: Should we just carry on?
900   if ((~Known.Zero).uge(BitWidth)) {
901     Known.resetAll();
902     return;
903   }
904
905   // Note: We cannot use Known.Zero.getLimitedValue() here, because if
906   // BitWidth > 64 and any upper bits are known, we'll end up returning the
907   // limit value (which implies all bits are known).
908   uint64_t ShiftAmtKZ = Known.Zero.zextOrTrunc(64).getZExtValue();
909   uint64_t ShiftAmtKO = Known.One.zextOrTrunc(64).getZExtValue();
910
911   // It would be more-clearly correct to use the two temporaries for this
912   // calculation. Reusing the APInts here to prevent unnecessary allocations.
913   Known.resetAll();
914
915   // If we know the shifter operand is nonzero, we can sometimes infer more
916   // known bits. However this is expensive to compute, so be lazy about it and
917   // only compute it when absolutely necessary.
918   Optional<bool> ShifterOperandIsNonZero;
919
920   // Early exit if we can't constrain any well-defined shift amount.
921   if (!(ShiftAmtKZ & (PowerOf2Ceil(BitWidth) - 1)) &&
922       !(ShiftAmtKO & (PowerOf2Ceil(BitWidth) - 1))) {
923     ShifterOperandIsNonZero = isKnownNonZero(I->getOperand(1), Depth + 1, Q);
924     if (!*ShifterOperandIsNonZero)
925       return;
926   }
927
928   computeKnownBits(I->getOperand(0), Known2, Depth + 1, Q);
929
930   Known.Zero.setAllBits();
931   Known.One.setAllBits();
932   for (unsigned ShiftAmt = 0; ShiftAmt < BitWidth; ++ShiftAmt) {
933     // Combine the shifted known input bits only for those shift amounts
934     // compatible with its known constraints.
935     if ((ShiftAmt & ~ShiftAmtKZ) != ShiftAmt)
936       continue;
937     if ((ShiftAmt | ShiftAmtKO) != ShiftAmt)
938       continue;
939     // If we know the shifter is nonzero, we may be able to infer more known
940     // bits. This check is sunk down as far as possible to avoid the expensive
941     // call to isKnownNonZero if the cheaper checks above fail.
942     if (ShiftAmt == 0) {
943       if (!ShifterOperandIsNonZero.hasValue())
944         ShifterOperandIsNonZero =
945             isKnownNonZero(I->getOperand(1), Depth + 1, Q);
946       if (*ShifterOperandIsNonZero)
947         continue;
948     }
949
950     Known.Zero &= KZF(Known2.Zero, ShiftAmt);
951     Known.One  &= KOF(Known2.One, ShiftAmt);
952   }
953
954   // If the known bits conflict, the result is poison. Return a 0 and hope the
955   // caller can further optimize that.
956   if (Known.hasConflict())
957     Known.setAllZero();
958 }
959
960 static void computeKnownBitsFromOperator(const Operator *I, KnownBits &Known,
961                                          unsigned Depth, const Query &Q) {
962   unsigned BitWidth = Known.getBitWidth();
963
964   KnownBits Known2(Known);
965   switch (I->getOpcode()) {
966   default: break;
967   case Instruction::Load:
968     if (MDNode *MD = cast<LoadInst>(I)->getMetadata(LLVMContext::MD_range))
969       computeKnownBitsFromRangeMetadata(*MD, Known);
970     break;
971   case Instruction::And: {
972     // If either the LHS or the RHS are Zero, the result is zero.
973     computeKnownBits(I->getOperand(1), Known, Depth + 1, Q);
974     computeKnownBits(I->getOperand(0), Known2, Depth + 1, Q);
975
976     // Output known-1 bits are only known if set in both the LHS & RHS.
977     Known.One &= Known2.One;
978     // Output known-0 are known to be clear if zero in either the LHS | RHS.
979     Known.Zero |= Known2.Zero;
980
981     // and(x, add (x, -1)) is a common idiom that always clears the low bit;
982     // here we handle the more general case of adding any odd number by
983     // matching the form add(x, add(x, y)) where y is odd.
984     // TODO: This could be generalized to clearing any bit set in y where the
985     // following bit is known to be unset in y.
986     Value *X = nullptr, *Y = nullptr;
987     if (!Known.Zero[0] && !Known.One[0] &&
988         match(I, m_c_BinOp(m_Value(X), m_Add(m_Deferred(X), m_Value(Y))))) {
989       Known2.resetAll();
990       computeKnownBits(Y, Known2, Depth + 1, Q);
991       if (Known2.countMinTrailingOnes() > 0)
992         Known.Zero.setBit(0);
993     }
994     break;
995   }
996   case Instruction::Or:
997     computeKnownBits(I->getOperand(1), Known, Depth + 1, Q);
998     computeKnownBits(I->getOperand(0), Known2, Depth + 1, Q);
999
1000     // Output known-0 bits are only known if clear in both the LHS & RHS.
1001     Known.Zero &= Known2.Zero;
1002     // Output known-1 are known to be set if set in either the LHS | RHS.
1003     Known.One |= Known2.One;
1004     break;
1005   case Instruction::Xor: {
1006     computeKnownBits(I->getOperand(1), Known, Depth + 1, Q);
1007     computeKnownBits(I->getOperand(0), Known2, Depth + 1, Q);
1008
1009     // Output known-0 bits are known if clear or set in both the LHS & RHS.
1010     APInt KnownZeroOut = (Known.Zero & Known2.Zero) | (Known.One & Known2.One);
1011     // Output known-1 are known to be set if set in only one of the LHS, RHS.
1012     Known.One = (Known.Zero & Known2.One) | (Known.One & Known2.Zero);
1013     Known.Zero = std::move(KnownZeroOut);
1014     break;
1015   }
1016   case Instruction::Mul: {
1017     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
1018     computeKnownBitsMul(I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW, Known,
1019                         Known2, Depth, Q);
1020     break;
1021   }
1022   case Instruction::UDiv: {
1023     // For the purposes of computing leading zeros we can conservatively
1024     // treat a udiv as a logical right shift by the power of 2 known to
1025     // be less than the denominator.
1026     computeKnownBits(I->getOperand(0), Known2, Depth + 1, Q);
1027     unsigned LeadZ = Known2.countMinLeadingZeros();
1028
1029     Known2.resetAll();
1030     computeKnownBits(I->getOperand(1), Known2, Depth + 1, Q);
1031     unsigned RHSMaxLeadingZeros = Known2.countMaxLeadingZeros();
1032     if (RHSMaxLeadingZeros != BitWidth)
1033       LeadZ = std::min(BitWidth, LeadZ + BitWidth - RHSMaxLeadingZeros - 1);
1034
1035     Known.Zero.setHighBits(LeadZ);
1036     break;
1037   }
1038   case Instruction::Select: {
1039     const Value *LHS, *RHS;
1040     SelectPatternFlavor SPF = matchSelectPattern(I, LHS, RHS).Flavor;
1041     if (SelectPatternResult::isMinOrMax(SPF)) {
1042       computeKnownBits(RHS, Known, Depth + 1, Q);
1043       computeKnownBits(LHS, Known2, Depth + 1, Q);
1044     } else {
1045       computeKnownBits(I->getOperand(2), Known, Depth + 1, Q);
1046       computeKnownBits(I->getOperand(1), Known2, Depth + 1, Q);
1047     }
1048
1049     unsigned MaxHighOnes = 0;
1050     unsigned MaxHighZeros = 0;
1051     if (SPF == SPF_SMAX) {
1052       // If both sides are negative, the result is negative.
1053       if (Known.isNegative() && Known2.isNegative())
1054         // We can derive a lower bound on the result by taking the max of the
1055         // leading one bits.
1056         MaxHighOnes =
1057             std::max(Known.countMinLeadingOnes(), Known2.countMinLeadingOnes());
1058       // If either side is non-negative, the result is non-negative.
1059       else if (Known.isNonNegative() || Known2.isNonNegative())
1060         MaxHighZeros = 1;
1061     } else if (SPF == SPF_SMIN) {
1062       // If both sides are non-negative, the result is non-negative.
1063       if (Known.isNonNegative() && Known2.isNonNegative())
1064         // We can derive an upper bound on the result by taking the max of the
1065         // leading zero bits.
1066         MaxHighZeros = std::max(Known.countMinLeadingZeros(),
1067                                 Known2.countMinLeadingZeros());
1068       // If either side is negative, the result is negative.
1069       else if (Known.isNegative() || Known2.isNegative())
1070         MaxHighOnes = 1;
1071     } else if (SPF == SPF_UMAX) {
1072       // We can derive a lower bound on the result by taking the max of the
1073       // leading one bits.
1074       MaxHighOnes =
1075           std::max(Known.countMinLeadingOnes(), Known2.countMinLeadingOnes());
1076     } else if (SPF == SPF_UMIN) {
1077       // We can derive an upper bound on the result by taking the max of the
1078       // leading zero bits.
1079       MaxHighZeros =
1080           std::max(Known.countMinLeadingZeros(), Known2.countMinLeadingZeros());
1081     } else if (SPF == SPF_ABS) {
1082       // RHS from matchSelectPattern returns the negation part of abs pattern.
1083       // If the negate has an NSW flag we can assume the sign bit of the result
1084       // will be 0 because that makes abs(INT_MIN) undefined.
1085       if (cast<Instruction>(RHS)->hasNoSignedWrap())
1086         MaxHighZeros = 1;
1087     }
1088
1089     // Only known if known in both the LHS and RHS.
1090     Known.One &= Known2.One;
1091     Known.Zero &= Known2.Zero;
1092     if (MaxHighOnes > 0)
1093       Known.One.setHighBits(MaxHighOnes);
1094     if (MaxHighZeros > 0)
1095       Known.Zero.setHighBits(MaxHighZeros);
1096     break;
1097   }
1098   case Instruction::FPTrunc:
1099   case Instruction::FPExt:
1100   case Instruction::FPToUI:
1101   case Instruction::FPToSI:
1102   case Instruction::SIToFP:
1103   case Instruction::UIToFP:
1104     break; // Can't work with floating point.
1105   case Instruction::PtrToInt:
1106   case Instruction::IntToPtr:
1107     // Fall through and handle them the same as zext/trunc.
1108     LLVM_FALLTHROUGH;
1109   case Instruction::ZExt:
1110   case Instruction::Trunc: {
1111     Type *SrcTy = I->getOperand(0)->getType();
1112
1113     unsigned SrcBitWidth;
1114     // Note that we handle pointer operands here because of inttoptr/ptrtoint
1115     // which fall through here.
1116     Type *ScalarTy = SrcTy->getScalarType();
1117     SrcBitWidth = ScalarTy->isPointerTy() ?
1118       Q.DL.getIndexTypeSizeInBits(ScalarTy) :
1119       Q.DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy);
1120
1121     assert(SrcBitWidth && "SrcBitWidth can't be zero");
1122     Known = Known.zextOrTrunc(SrcBitWidth);
1123     computeKnownBits(I->getOperand(0), Known, Depth + 1, Q);
1124     Known = Known.zextOrTrunc(BitWidth);
1125     // Any top bits are known to be zero.
1126     if (BitWidth > SrcBitWidth)
1127       Known.Zero.setBitsFrom(SrcBitWidth);
1128     break;
1129   }
1130   case Instruction::BitCast: {
1131     Type *SrcTy = I->getOperand(0)->getType();
1132     if ((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
1133         // TODO: For now, not handling conversions like:
1134         // (bitcast i64 %x to <2 x i32>)
1135         !I->getType()->isVectorTy()) {
1136       computeKnownBits(I->getOperand(0), Known, Depth + 1, Q);
1137       break;
1138     }
1139     break;
1140   }
1141   case Instruction::SExt: {
1142     // Compute the bits in the result that are not present in the input.
1143     unsigned SrcBitWidth = I->getOperand(0)->getType()->getScalarSizeInBits();
1144
1145     Known = Known.trunc(SrcBitWidth);
1146     computeKnownBits(I->getOperand(0), Known, Depth + 1, Q);
1147     // If the sign bit of the input is known set or clear, then we know the
1148     // top bits of the result.
1149     Known = Known.sext(BitWidth);
1150     break;
1151   }
1152   case Instruction::Shl: {
1153     // (shl X, C1) & C2 == 0   iff   (X & C2 >>u C1) == 0
1154     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
1155     auto KZF = [NSW](const APInt &KnownZero, unsigned ShiftAmt) {
1156       APInt KZResult = KnownZero << ShiftAmt;
1157       KZResult.setLowBits(ShiftAmt); // Low bits known 0.
1158       // If this shift has "nsw" keyword, then the result is either a poison
1159       // value or has the same sign bit as the first operand.
1160       if (NSW && KnownZero.isSignBitSet())
1161         KZResult.setSignBit();
1162       return KZResult;
1163     };
1164
1165     auto KOF = [NSW](const APInt &KnownOne, unsigned ShiftAmt) {
1166       APInt KOResult = KnownOne << ShiftAmt;
1167       if (NSW && KnownOne.isSignBitSet())
1168         KOResult.setSignBit();
1169       return KOResult;
1170     };
1171
1172     computeKnownBitsFromShiftOperator(I, Known, Known2, Depth, Q, KZF, KOF);
1173     break;
1174   }
1175   case Instruction::LShr: {
1176     // (lshr X, C1) & C2 == 0   iff  (-1 >> C1) & C2 == 0
1177     auto KZF = [](const APInt &KnownZero, unsigned ShiftAmt) {
1178       APInt KZResult = KnownZero.lshr(ShiftAmt);
1179       // High bits known zero.
1180       KZResult.setHighBits(ShiftAmt);
1181       return KZResult;
1182     };
1183
1184     auto KOF = [](const APInt &KnownOne, unsigned ShiftAmt) {
1185       return KnownOne.lshr(ShiftAmt);
1186     };
1187
1188     computeKnownBitsFromShiftOperator(I, Known, Known2, Depth, Q, KZF, KOF);
1189     break;
1190   }
1191   case Instruction::AShr: {
1192     // (ashr X, C1) & C2 == 0   iff  (-1 >> C1) & C2 == 0
1193     auto KZF = [](const APInt &KnownZero, unsigned ShiftAmt) {
1194       return KnownZero.ashr(ShiftAmt);
1195     };
1196
1197     auto KOF = [](const APInt &KnownOne, unsigned ShiftAmt) {
1198       return KnownOne.ashr(ShiftAmt);
1199     };
1200
1201     computeKnownBitsFromShiftOperator(I, Known, Known2, Depth, Q, KZF, KOF);
1202     break;
1203   }
1204   case Instruction::Sub: {
1205     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
1206     computeKnownBitsAddSub(false, I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW,
1207                            Known, Known2, Depth, Q);
1208     break;
1209   }
1210   case Instruction::Add: {
1211     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
1212     computeKnownBitsAddSub(true, I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW,
1213                            Known, Known2, Depth, Q);
1214     break;
1215   }
1216   case Instruction::SRem:
1217     if (ConstantInt *Rem = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1218       APInt RA = Rem->getValue().abs();
1219       if (RA.isPowerOf2()) {
1220         APInt LowBits = RA - 1;
1221         computeKnownBits(I->getOperand(0), Known2, Depth + 1, Q);
1222
1223         // The low bits of the first operand are unchanged by the srem.
1224         Known.Zero = Known2.Zero & LowBits;
1225         Known.One = Known2.One & LowBits;
1226
1227         // If the first operand is non-negative or has all low bits zero, then
1228         // the upper bits are all zero.
1229         if (Known2.isNonNegative() || LowBits.isSubsetOf(Known2.Zero))
1230           Known.Zero |= ~LowBits;
1231
1232         // If the first operand is negative and not all low bits are zero, then
1233         // the upper bits are all one.
1234         if (Known2.isNegative() && LowBits.intersects(Known2.One))
1235           Known.One |= ~LowBits;
1236
1237         assert((Known.Zero & Known.One) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
1238         break;
1239       }
1240     }
1241
1242     // The sign bit is the LHS's sign bit, except when the result of the
1243     // remainder is zero.
1244     computeKnownBits(I->getOperand(0), Known2, Depth + 1, Q);
1245     // If it's known zero, our sign bit is also zero.
1246     if (Known2.isNonNegative())
1247       Known.makeNonNegative();
1248
1249     break;
1250   case Instruction::URem: {
1251     if (ConstantInt *Rem = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1252       const APInt &RA = Rem->getValue();
1253       if (RA.isPowerOf2()) {
1254         APInt LowBits = (RA - 1);
1255         computeKnownBits(I->getOperand(0), Known, Depth + 1, Q);
1256         Known.Zero |= ~LowBits;
1257         Known.One &= LowBits;
1258         break;
1259       }
1260     }
1261
1262     // Since the result is less than or equal to either operand, any leading
1263     // zero bits in either operand must also exist in the result.
1264     computeKnownBits(I->getOperand(0), Known, Depth + 1, Q);
1265     computeKnownBits(I->getOperand(1), Known2, Depth + 1, Q);
1266
1267     unsigned Leaders =
1268         std::max(Known.countMinLeadingZeros(), Known2.countMinLeadingZeros());
1269     Known.resetAll();
1270     Known.Zero.setHighBits(Leaders);
1271     break;
1272   }
1273
1274   case Instruction::Alloca: {
1275     const AllocaInst *AI = cast<AllocaInst>(I);
1276     unsigned Align = AI->getAlignment();
1277     if (Align == 0)
1278       Align = Q.DL.getABITypeAlignment(AI->getAllocatedType());
1279
1280     if (Align > 0)
1281       Known.Zero.setLowBits(countTrailingZeros(Align));
1282     break;
1283   }
1284   case Instruction::GetElementPtr: {
1285     // Analyze all of the subscripts of this getelementptr instruction
1286     // to determine if we can prove known low zero bits.
1287     KnownBits LocalKnown(BitWidth);
1288     computeKnownBits(I->getOperand(0), LocalKnown, Depth + 1, Q);
1289     unsigned TrailZ = LocalKnown.countMinTrailingZeros();
1290
1291     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(I);
1292     for (unsigned i = 1, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i, ++GTI) {
1293       Value *Index = I->getOperand(i);
1294       if (StructType *STy = GTI.getStructTypeOrNull()) {
1295         // Handle struct member offset arithmetic.
1296
1297         // Handle case when index is vector zeroinitializer
1298         Constant *CIndex = cast<Constant>(Index);
1299         if (CIndex->isZeroValue())
1300           continue;
1301
1302         if (CIndex->getType()->isVectorTy())
1303           Index = CIndex->getSplatValue();
1304
1305         unsigned Idx = cast<ConstantInt>(Index)->getZExtValue();
1306         const StructLayout *SL = Q.DL.getStructLayout(STy);
1307         uint64_t Offset = SL->getElementOffset(Idx);
1308         TrailZ = std::min<unsigned>(TrailZ,
1309                                     countTrailingZeros(Offset));
1310       } else {
1311         // Handle array index arithmetic.
1312         Type *IndexedTy = GTI.getIndexedType();
1313         if (!IndexedTy->isSized()) {
1314           TrailZ = 0;
1315           break;
1316         }
1317         unsigned GEPOpiBits = Index->getType()->getScalarSizeInBits();
1318         uint64_t TypeSize = Q.DL.getTypeAllocSize(IndexedTy);
1319         LocalKnown.Zero = LocalKnown.One = APInt(GEPOpiBits, 0);
1320         computeKnownBits(Index, LocalKnown, Depth + 1, Q);
1321         TrailZ = std::min(TrailZ,
1322                           unsigned(countTrailingZeros(TypeSize) +
1323                                    LocalKnown.countMinTrailingZeros()));
1324       }
1325     }
1326
1327     Known.Zero.setLowBits(TrailZ);
1328     break;
1329   }
1330   case Instruction::PHI: {
1331     const PHINode *P = cast<PHINode>(I);
1332     // Handle the case of a simple two-predecessor recurrence PHI.
1333     // There's a lot more that could theoretically be done here, but
1334     // this is sufficient to catch some interesting cases.
1335     if (P->getNumIncomingValues() == 2) {
1336       for (unsigned i = 0; i != 2; ++i) {
1337         Value *L = P->getIncomingValue(i);
1338         Value *R = P->getIncomingValue(!i);
1339         Operator *LU = dyn_cast<Operator>(L);
1340         if (!LU)
1341           continue;
1342         unsigned Opcode = LU->getOpcode();
1343         // Check for operations that have the property that if
1344         // both their operands have low zero bits, the result
1345         // will have low zero bits.
1346         if (Opcode == Instruction::Add ||
1347             Opcode == Instruction::Sub ||
1348             Opcode == Instruction::And ||
1349             Opcode == Instruction::Or ||
1350             Opcode == Instruction::Mul) {
1351           Value *LL = LU->getOperand(0);
1352           Value *LR = LU->getOperand(1);
1353           // Find a recurrence.
1354           if (LL == I)
1355             L = LR;
1356           else if (LR == I)
1357             L = LL;
1358           else
1359             break;
1360           // Ok, we have a PHI of the form L op= R. Check for low
1361           // zero bits.
1362           computeKnownBits(R, Known2, Depth + 1, Q);
1363
1364           // We need to take the minimum number of known bits
1365           KnownBits Known3(Known);
1366           computeKnownBits(L, Known3, Depth + 1, Q);
1367
1368           Known.Zero.setLowBits(std::min(Known2.countMinTrailingZeros(),
1369                                          Known3.countMinTrailingZeros()));
1370
1371           auto *OverflowOp = dyn_cast<OverflowingBinaryOperator>(LU);
1372           if (OverflowOp && OverflowOp->hasNoSignedWrap()) {
1373             // If initial value of recurrence is nonnegative, and we are adding
1374             // a nonnegative number with nsw, the result can only be nonnegative
1375             // or poison value regardless of the number of times we execute the
1376             // add in phi recurrence. If initial value is negative and we are
1377             // adding a negative number with nsw, the result can only be
1378             // negative or poison value. Similar arguments apply to sub and mul.
1379             //
1380             // (add non-negative, non-negative) --> non-negative
1381             // (add negative, negative) --> negative
1382             if (Opcode == Instruction::Add) {
1383               if (Known2.isNonNegative() && Known3.isNonNegative())
1384                 Known.makeNonNegative();
1385               else if (Known2.isNegative() && Known3.isNegative())
1386                 Known.makeNegative();
1387             }
1388
1389             // (sub nsw non-negative, negative) --> non-negative
1390             // (sub nsw negative, non-negative) --> negative
1391             else if (Opcode == Instruction::Sub && LL == I) {
1392               if (Known2.isNonNegative() && Known3.isNegative())
1393                 Known.makeNonNegative();
1394               else if (Known2.isNegative() && Known3.isNonNegative())
1395                 Known.makeNegative();
1396             }
1397
1398             // (mul nsw non-negative, non-negative) --> non-negative
1399             else if (Opcode == Instruction::Mul && Known2.isNonNegative() &&
1400                      Known3.isNonNegative())
1401               Known.makeNonNegative();
1402           }
1403
1404           break;
1405         }
1406       }
1407     }
1408
1409     // Unreachable blocks may have zero-operand PHI nodes.
1410     if (P->getNumIncomingValues() == 0)
1411       break;
1412
1413     // Otherwise take the unions of the known bit sets of the operands,
1414     // taking conservative care to avoid excessive recursion.
1415     if (Depth < MaxDepth - 1 && !Known.Zero && !Known.One) {
1416       // Skip if every incoming value references to ourself.
1417       if (dyn_cast_or_null<UndefValue>(P->hasConstantValue()))
1418         break;
1419
1420       Known.Zero.setAllBits();
1421       Known.One.setAllBits();
1422       for (Value *IncValue : P->incoming_values()) {
1423         // Skip direct self references.
1424         if (IncValue == P) continue;
1425
1426         Known2 = KnownBits(BitWidth);
1427         // Recurse, but cap the recursion to one level, because we don't
1428         // want to waste time spinning around in loops.
1429         computeKnownBits(IncValue, Known2, MaxDepth - 1, Q);
1430         Known.Zero &= Known2.Zero;
1431         Known.One &= Known2.One;
1432         // If all bits have been ruled out, there's no need to check
1433         // more operands.
1434         if (!Known.Zero && !Known.One)
1435           break;
1436       }
1437     }
1438     break;
1439   }
1440   case Instruction::Call:
1441   case Instruction::Invoke:
1442     // If range metadata is attached to this call, set known bits from that,
1443     // and then intersect with known bits based on other properties of the
1444     // function.
1445     if (MDNode *MD = cast<Instruction>(I)->getMetadata(LLVMContext::MD_range))
1446       computeKnownBitsFromRangeMetadata(*MD, Known);
1447     if (const Value *RV = ImmutableCallSite(I).getReturnedArgOperand()) {
1448       computeKnownBits(RV, Known2, Depth + 1, Q);
1449       Known.Zero |= Known2.Zero;
1450       Known.One |= Known2.One;
1451     }
1452     if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
1453       switch (II->getIntrinsicID()) {
1454       default: break;
1455       case Intrinsic::bitreverse:
1456         computeKnownBits(I->getOperand(0), Known2, Depth + 1, Q);
1457         Known.Zero |= Known2.Zero.reverseBits();
1458         Known.One |= Known2.One.reverseBits();
1459         break;
1460       case Intrinsic::bswap:
1461         computeKnownBits(I->getOperand(0), Known2, Depth + 1, Q);
1462         Known.Zero |= Known2.Zero.byteSwap();
1463         Known.One |= Known2.One.byteSwap();
1464         break;
1465       case Intrinsic::ctlz: {
1466         computeKnownBits(I->getOperand(0), Known2, Depth + 1, Q);
1467         // If we have a known 1, its position is our upper bound.
1468         unsigned PossibleLZ = Known2.One.countLeadingZeros();
1469         // If this call is undefined for 0, the result will be less than 2^n.
1470         if (II->getArgOperand(1) == ConstantInt::getTrue(II->getContext()))
1471           PossibleLZ = std::min(PossibleLZ, BitWidth - 1);
1472         unsigned LowBits = Log2_32(PossibleLZ)+1;
1473         Known.Zero.setBitsFrom(LowBits);
1474         break;
1475       }
1476       case Intrinsic::cttz: {
1477         computeKnownBits(I->getOperand(0), Known2, Depth + 1, Q);
1478         // If we have a known 1, its position is our upper bound.
1479         unsigned PossibleTZ = Known2.One.countTrailingZeros();
1480         // If this call is undefined for 0, the result will be less than 2^n.
1481         if (II->getArgOperand(1) == ConstantInt::getTrue(II->getContext()))
1482           PossibleTZ = std::min(PossibleTZ, BitWidth - 1);
1483         unsigned LowBits = Log2_32(PossibleTZ)+1;
1484         Known.Zero.setBitsFrom(LowBits);
1485         break;
1486       }
1487       case Intrinsic::ctpop: {
1488         computeKnownBits(I->getOperand(0), Known2, Depth + 1, Q);
1489         // We can bound the space the count needs.  Also, bits known to be zero
1490         // can't contribute to the population.
1491         unsigned BitsPossiblySet = Known2.countMaxPopulation();
1492         unsigned LowBits = Log2_32(BitsPossiblySet)+1;
1493         Known.Zero.setBitsFrom(LowBits);
1494         // TODO: we could bound KnownOne using the lower bound on the number
1495         // of bits which might be set provided by popcnt KnownOne2.
1496         break;
1497       }
1498       case Intrinsic::x86_sse42_crc32_64_64:
1499         Known.Zero.setBitsFrom(32);
1500         break;
1501       }
1502     }
1503     break;
1504   case Instruction::ExtractElement:
1505     // Look through extract element. At the moment we keep this simple and skip
1506     // tracking the specific element. But at least we might find information
1507     // valid for all elements of the vector (for example if vector is sign
1508     // extended, shifted, etc).
1509     computeKnownBits(I->getOperand(0), Known, Depth + 1, Q);
1510     break;
1511   case Instruction::ExtractValue:
1512     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I->getOperand(0))) {
1513       const ExtractValueInst *EVI = cast<ExtractValueInst>(I);
1514       if (EVI->getNumIndices() != 1) break;
1515       if (EVI->getIndices()[0] == 0) {
1516         switch (II->getIntrinsicID()) {
1517         default: break;
1518         case Intrinsic::uadd_with_overflow:
1519         case Intrinsic::sadd_with_overflow:
1520           computeKnownBitsAddSub(true, II->getArgOperand(0),
1521                                  II->getArgOperand(1), false, Known, Known2,
1522                                  Depth, Q);
1523           break;
1524         case Intrinsic::usub_with_overflow:
1525         case Intrinsic::ssub_with_overflow:
1526           computeKnownBitsAddSub(false, II->getArgOperand(0),
1527                                  II->getArgOperand(1), false, Known, Known2,
1528                                  Depth, Q);
1529           break;
1530         case Intrinsic::umul_with_overflow:
1531         case Intrinsic::smul_with_overflow:
1532           computeKnownBitsMul(II->getArgOperand(0), II->getArgOperand(1), false,
1533                               Known, Known2, Depth, Q);
1534           break;
1535         }
1536       }
1537     }
1538   }
1539 }
1540
1541 /// Determine which bits of V are known to be either zero or one and return
1542 /// them.
1543 KnownBits computeKnownBits(const Value *V, unsigned Depth, const Query &Q) {
1544   KnownBits Known(getBitWidth(V->getType(), Q.DL));
1545   computeKnownBits(V, Known, Depth, Q);
1546   return Known;
1547 }
1548
1549 /// Determine which bits of V are known to be either zero or one and return
1550 /// them in the Known bit set.
1551 ///
1552 /// NOTE: we cannot consider 'undef' to be "IsZero" here.  The problem is that
1553 /// we cannot optimize based on the assumption that it is zero without changing
1554 /// it to be an explicit zero.  If we don't change it to zero, other code could
1555 /// optimized based on the contradictory assumption that it is non-zero.
1556 /// Because instcombine aggressively folds operations with undef args anyway,
1557 /// this won't lose us code quality.
1558 ///
1559 /// This function is defined on values with integer type, values with pointer
1560 /// type, and vectors of integers.  In the case
1561 /// where V is a vector, known zero, and known one values are the
1562 /// same width as the vector element, and the bit is set only if it is true
1563 /// for all of the elements in the vector.
1564 void computeKnownBits(const Value *V, KnownBits &Known, unsigned Depth,
1565                       const Query &Q) {
1566   assert(V && "No Value?");
1567   assert(Depth <= MaxDepth && "Limit Search Depth");
1568   unsigned BitWidth = Known.getBitWidth();
1569
1570   assert((V->getType()->isIntOrIntVectorTy(BitWidth) ||
1571           V->getType()->isPtrOrPtrVectorTy()) &&
1572          "Not integer or pointer type!");
1573
1574   Type *ScalarTy = V->getType()->getScalarType();
1575   unsigned ExpectedWidth = ScalarTy->isPointerTy() ?
1576     Q.DL.getIndexTypeSizeInBits(ScalarTy) : Q.DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy);
1577   assert(ExpectedWidth == BitWidth && "V and Known should have same BitWidth");
1578   (void)BitWidth;
1579   (void)ExpectedWidth;
1580
1581   const APInt *C;
1582   if (match(V, m_APInt(C))) {
1583     // We know all of the bits for a scalar constant or a splat vector constant!
1584     Known.One = *C;
1585     Known.Zero = ~Known.One;
1586     return;
1587   }
1588   // Null and aggregate-zero are all-zeros.
1589   if (isa<ConstantPointerNull>(V) || isa<ConstantAggregateZero>(V)) {
1590     Known.setAllZero();
1591     return;
1592   }
1593   // Handle a constant vector by taking the intersection of the known bits of
1594   // each element.
1595   if (const ConstantDataSequential *CDS = dyn_cast<ConstantDataSequential>(V)) {
1596     // We know that CDS must be a vector of integers. Take the intersection of
1597     // each element.
1598     Known.Zero.setAllBits(); Known.One.setAllBits();
1599     for (unsigned i = 0, e = CDS->getNumElements(); i != e; ++i) {
1600       APInt Elt = CDS->getElementAsAPInt(i);
1601       Known.Zero &= ~Elt;
1602       Known.One &= Elt;
1603     }
1604     return;
1605   }
1606
1607   if (const auto *CV = dyn_cast<ConstantVector>(V)) {
1608     // We know that CV must be a vector of integers. Take the intersection of
1609     // each element.
1610     Known.Zero.setAllBits(); Known.One.setAllBits();
1611     for (unsigned i = 0, e = CV->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1612       Constant *Element = CV->getAggregateElement(i);
1613       auto *ElementCI = dyn_cast_or_null<ConstantInt>(Element);
1614       if (!ElementCI) {
1615         Known.resetAll();
1616         return;
1617       }
1618       const APInt &Elt = ElementCI->getValue();
1619       Known.Zero &= ~Elt;
1620       Known.One &= Elt;
1621     }
1622     return;
1623   }
1624
1625   // Start out not knowing anything.
1626   Known.resetAll();
1627
1628   // We can't imply anything about undefs.
1629   if (isa<UndefValue>(V))
1630     return;
1631
1632   // There's no point in looking through other users of ConstantData for
1633   // assumptions.  Confirm that we've handled them all.
1634   assert(!isa<ConstantData>(V) && "Unhandled constant data!");
1635
1636   // Limit search depth.
1637   // All recursive calls that increase depth must come after this.
1638   if (Depth == MaxDepth)
1639     return;
1640
1641   // A weak GlobalAlias is totally unknown. A non-weak GlobalAlias has
1642   // the bits of its aliasee.
1643   if (const GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V)) {
1644     if (!GA->isInterposable())
1645       computeKnownBits(GA->getAliasee(), Known, Depth + 1, Q);
1646     return;
1647   }
1648
1649   if (const Operator *I = dyn_cast<Operator>(V))
1650     computeKnownBitsFromOperator(I, Known, Depth, Q);
1651
1652   // Aligned pointers have trailing zeros - refine Known.Zero set
1653   if (V->getType()->isPointerTy()) {
1654     unsigned Align = V->getPointerAlignment(Q.DL);
1655     if (Align)
1656       Known.Zero.setLowBits(countTrailingZeros(Align));
1657   }
1658
1659   // computeKnownBitsFromAssume strictly refines Known.
1660   // Therefore, we run them after computeKnownBitsFromOperator.
1661
1662   // Check whether a nearby assume intrinsic can determine some known bits.
1663   computeKnownBitsFromAssume(V, Known, Depth, Q);
1664
1665   assert((Known.Zero & Known.One) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
1666 }
1667
1668 /// Return true if the given value is known to have exactly one
1669 /// bit set when defined. For vectors return true if every element is known to
1670 /// be a power of two when defined. Supports values with integer or pointer
1671 /// types and vectors of integers.
1672 bool isKnownToBeAPowerOfTwo(const Value *V, bool OrZero, unsigned Depth,
1673                             const Query &Q) {
1674   assert(Depth <= MaxDepth && "Limit Search Depth");
1675
1676   // Attempt to match against constants.
1677   if (OrZero && match(V, m_Power2OrZero()))
1678       return true;
1679   if (match(V, m_Power2()))
1680       return true;
1681
1682   // 1 << X is clearly a power of two if the one is not shifted off the end.  If
1683   // it is shifted off the end then the result is undefined.
1684   if (match(V, m_Shl(m_One(), m_Value())))
1685     return true;
1686
1687   // (signmask) >>l X is clearly a power of two if the one is not shifted off
1688   // the bottom.  If it is shifted off the bottom then the result is undefined.
1689   if (match(V, m_LShr(m_SignMask(), m_Value())))
1690     return true;
1691
1692   // The remaining tests are all recursive, so bail out if we hit the limit.
1693   if (Depth++ == MaxDepth)
1694     return false;
1695
1696   Value *X = nullptr, *Y = nullptr;
1697   // A shift left or a logical shift right of a power of two is a power of two
1698   // or zero.
1699   if (OrZero && (match(V, m_Shl(m_Value(X), m_Value())) ||
1700                  match(V, m_LShr(m_Value(X), m_Value()))))
1701     return isKnownToBeAPowerOfTwo(X, /*OrZero*/ true, Depth, Q);
1702
1703   if (const ZExtInst *ZI = dyn_cast<ZExtInst>(V))
1704     return isKnownToBeAPowerOfTwo(ZI->getOperand(0), OrZero, Depth, Q);
1705
1706   if (const SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V))
1707     return isKnownToBeAPowerOfTwo(SI->getTrueValue(), OrZero, Depth, Q) &&
1708            isKnownToBeAPowerOfTwo(SI->getFalseValue(), OrZero, Depth, Q);
1709
1710   if (OrZero && match(V, m_And(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1711     // A power of two and'd with anything is a power of two or zero.
1712     if (isKnownToBeAPowerOfTwo(X, /*OrZero*/ true, Depth, Q) ||
1713         isKnownToBeAPowerOfTwo(Y, /*OrZero*/ true, Depth, Q))
1714       return true;
1715     // X & (-X) is always a power of two or zero.
1716     if (match(X, m_Neg(m_Specific(Y))) || match(Y, m_Neg(m_Specific(X))))
1717       return true;
1718     return false;
1719   }
1720
1721   // Adding a power-of-two or zero to the same power-of-two or zero yields
1722   // either the original power-of-two, a larger power-of-two or zero.
1723   if (match(V, m_Add(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1724     const OverflowingBinaryOperator *VOBO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V);
1725     if (OrZero || VOBO->hasNoUnsignedWrap() || VOBO->hasNoSignedWrap()) {
1726       if (match(X, m_And(m_Specific(Y), m_Value())) ||
1727           match(X, m_And(m_Value(), m_Specific(Y))))
1728         if (isKnownToBeAPowerOfTwo(Y, OrZero, Depth, Q))
1729           return true;
1730       if (match(Y, m_And(m_Specific(X), m_Value())) ||
1731           match(Y, m_And(m_Value(), m_Specific(X))))
1732         if (isKnownToBeAPowerOfTwo(X, OrZero, Depth, Q))
1733           return true;
1734
1735       unsigned BitWidth = V->getType()->getScalarSizeInBits();
1736       KnownBits LHSBits(BitWidth);
1737       computeKnownBits(X, LHSBits, Depth, Q);
1738
1739       KnownBits RHSBits(BitWidth);
1740       computeKnownBits(Y, RHSBits, Depth, Q);
1741       // If i8 V is a power of two or zero:
1742       //  ZeroBits: 1 1 1 0 1 1 1 1
1743       // ~ZeroBits: 0 0 0 1 0 0 0 0
1744       if ((~(LHSBits.Zero & RHSBits.Zero)).isPowerOf2())
1745         // If OrZero isn't set, we cannot give back a zero result.
1746         // Make sure either the LHS or RHS has a bit set.
1747         if (OrZero || RHSBits.One.getBoolValue() || LHSBits.One.getBoolValue())
1748           return true;
1749     }
1750   }
1751
1752   // An exact divide or right shift can only shift off zero bits, so the result
1753   // is a power of two only if the first operand is a power of two and not
1754   // copying a sign bit (sdiv int_min, 2).
1755   if (match(V, m_Exact(m_LShr(m_Value(), m_Value()))) ||
1756       match(V, m_Exact(m_UDiv(m_Value(), m_Value())))) {
1757     return isKnownToBeAPowerOfTwo(cast<Operator>(V)->getOperand(0), OrZero,
1758                                   Depth, Q);
1759   }
1760
1761   return false;
1762 }
1763
1764 /// Test whether a GEP's result is known to be non-null.
1765 ///
1766 /// Uses properties inherent in a GEP to try to determine whether it is known
1767 /// to be non-null.
1768 ///
1769 /// Currently this routine does not support vector GEPs.
1770 static bool isGEPKnownNonNull(const GEPOperator *GEP, unsigned Depth,
1771                               const Query &Q) {
1772   if (!GEP->isInBounds() || GEP->getPointerAddressSpace() != 0)
1773     return false;
1774
1775   // FIXME: Support vector-GEPs.
1776   assert(GEP->getType()->isPointerTy() && "We only support plain pointer GEP");
1777
1778   // If the base pointer is non-null, we cannot walk to a null address with an
1779   // inbounds GEP in address space zero.
1780   if (isKnownNonZero(GEP->getPointerOperand(), Depth, Q))
1781     return true;
1782
1783   // Walk the GEP operands and see if any operand introduces a non-zero offset.
1784   // If so, then the GEP cannot produce a null pointer, as doing so would
1785   // inherently violate the inbounds contract within address space zero.
1786   for (gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP), GTE = gep_type_end(GEP);
1787        GTI != GTE; ++GTI) {
1788     // Struct types are easy -- they must always be indexed by a constant.
1789     if (StructType *STy = GTI.getStructTypeOrNull()) {
1790       ConstantInt *OpC = cast<ConstantInt>(GTI.getOperand());
1791       unsigned ElementIdx = OpC->getZExtValue();
1792       const StructLayout *SL = Q.DL.getStructLayout(STy);
1793       uint64_t ElementOffset = SL->getElementOffset(ElementIdx);
1794       if (ElementOffset > 0)
1795         return true;
1796       continue;
1797     }
1798
1799     // If we have a zero-sized type, the index doesn't matter. Keep looping.
1800     if (Q.DL.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType()) == 0)
1801       continue;
1802
1803     // Fast path the constant operand case both for efficiency and so we don't
1804     // increment Depth when just zipping down an all-constant GEP.
1805     if (ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GTI.getOperand())) {
1806       if (!OpC->isZero())
1807         return true;
1808       continue;
1809     }
1810
1811     // We post-increment Depth here because while isKnownNonZero increments it
1812     // as well, when we pop back up that increment won't persist. We don't want
1813     // to recurse 10k times just because we have 10k GEP operands. We don't
1814     // bail completely out because we want to handle constant GEPs regardless
1815     // of depth.
1816     if (Depth++ >= MaxDepth)
1817       continue;
1818
1819     if (isKnownNonZero(GTI.getOperand(), Depth, Q))
1820       return true;
1821   }
1822
1823   return false;
1824 }
1825
1826 static bool isKnownNonNullFromDominatingCondition(const Value *V,
1827                                                   const Instruction *CtxI,
1828                                                   const DominatorTree *DT) {
1829   assert(V->getType()->isPointerTy() && "V must be pointer type");
1830   assert(!isa<ConstantData>(V) && "Did not expect ConstantPointerNull");
1831
1832   if (!CtxI || !DT)
1833     return false;
1834
1835   unsigned NumUsesExplored = 0;
1836   for (auto *U : V->users()) {
1837     // Avoid massive lists
1838     if (NumUsesExplored >= DomConditionsMaxUses)
1839       break;
1840     NumUsesExplored++;
1841
1842     // If the value is used as an argument to a call or invoke, then argument
1843     // attributes may provide an answer about null-ness.
1844     if (auto CS = ImmutableCallSite(U))
1845       if (auto *CalledFunc = CS.getCalledFunction())
1846         for (const Argument &Arg : CalledFunc->args())
1847           if (CS.getArgOperand(Arg.getArgNo()) == V &&
1848               Arg.hasNonNullAttr() && DT->dominates(CS.getInstruction(), CtxI))
1849             return true;
1850
1851     // Consider only compare instructions uniquely controlling a branch
1852     CmpInst::Predicate Pred;
1853     if (!match(const_cast<User *>(U),
1854                m_c_ICmp(Pred, m_Specific(V), m_Zero())) ||
1855         (Pred != ICmpInst::ICMP_EQ && Pred != ICmpInst::ICMP_NE))
1856       continue;
1857
1858     for (auto *CmpU : U->users()) {
1859       if (const BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(CmpU)) {
1860         assert(BI->isConditional() && "uses a comparison!");
1861
1862         BasicBlock *NonNullSuccessor =
1863             BI->getSuccessor(Pred == ICmpInst::ICMP_EQ ? 1 : 0);
1864         BasicBlockEdge Edge(BI->getParent(), NonNullSuccessor);
1865         if (Edge.isSingleEdge() && DT->dominates(Edge, CtxI->getParent()))
1866           return true;
1867       } else if (Pred == ICmpInst::ICMP_NE &&
1868                  match(CmpU, m_Intrinsic<Intrinsic::experimental_guard>()) &&
1869                  DT->dominates(cast<Instruction>(CmpU), CtxI)) {
1870         return true;
1871       }
1872     }
1873   }
1874
1875   return false;
1876 }
1877
1878 /// Does the 'Range' metadata (which must be a valid MD_range operand list)
1879 /// ensure that the value it's attached to is never Value?  'RangeType' is
1880 /// is the type of the value described by the range.
1881 static bool rangeMetadataExcludesValue(const MDNode* Ranges, const APInt& Value) {
1882   const unsigned NumRanges = Ranges->getNumOperands() / 2;
1883   assert(NumRanges >= 1);
1884   for (unsigned i = 0; i < NumRanges; ++i) {
1885     ConstantInt *Lower =
1886         mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges->getOperand(2 * i + 0));
1887     ConstantInt *Upper =
1888         mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges->getOperand(2 * i + 1));
1889     ConstantRange Range(Lower->getValue(), Upper->getValue());
1890     if (Range.contains(Value))
1891       return false;
1892   }
1893   return true;
1894 }
1895
1896 /// Return true if the given value is known to be non-zero when defined. For
1897 /// vectors, return true if every element is known to be non-zero when
1898 /// defined. For pointers, if the context instruction and dominator tree are
1899 /// specified, perform context-sensitive analysis and return true if the
1900 /// pointer couldn't possibly be null at the specified instruction.
1901 /// Supports values with integer or pointer type and vectors of integers.
1902 bool isKnownNonZero(const Value *V, unsigned Depth, const Query &Q) {
1903   if (auto *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
1904     if (C->isNullValue())
1905       return false;
1906     if (isa<ConstantInt>(C))
1907       // Must be non-zero due to null test above.
1908       return true;
1909
1910     // For constant vectors, check that all elements are undefined or known
1911     // non-zero to determine that the whole vector is known non-zero.
1912     if (auto *VecTy = dyn_cast<VectorType>(C->getType())) {
1913       for (unsigned i = 0, e = VecTy->getNumElements(); i != e; ++i) {
1914         Constant *Elt = C->getAggregateElement(i);
1915         if (!Elt || Elt->isNullValue())
1916           return false;
1917         if (!isa<UndefValue>(Elt) && !isa<ConstantInt>(Elt))
1918           return false;
1919       }
1920       return true;
1921     }
1922
1923     // A global variable in address space 0 is non null unless extern weak
1924     // or an absolute symbol reference. Other address spaces may have null as a
1925     // valid address for a global, so we can't assume anything.
1926     if (const GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(V)) {
1927       if (!GV->isAbsoluteSymbolRef() && !GV->hasExternalWeakLinkage() &&
1928           GV->getType()->getAddressSpace() == 0)
1929         return true;
1930     } else
1931       return false;
1932   }
1933
1934   if (auto *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
1935     if (MDNode *Ranges = I->getMetadata(LLVMContext::MD_range)) {
1936       // If the possible ranges don't contain zero, then the value is
1937       // definitely non-zero.
1938       if (auto *Ty = dyn_cast<IntegerType>(V->getType())) {
1939         const APInt ZeroValue(Ty->getBitWidth(), 0);
1940         if (rangeMetadataExcludesValue(Ranges, ZeroValue))
1941           return true;
1942       }
1943     }
1944   }
1945
1946   // Some of the tests below are recursive, so bail out if we hit the limit.
1947   if (Depth++ >= MaxDepth)
1948     return false;
1949
1950   // Check for pointer simplifications.
1951   if (V->getType()->isPointerTy()) {
1952     // Alloca never returns null, malloc might.
1953     if (isa<AllocaInst>(V) && Q.DL.getAllocaAddrSpace() == 0)
1954       return true;
1955
1956     // A byval, inalloca, or nonnull argument is never null.
1957     if (const Argument *A = dyn_cast<Argument>(V))
1958       if (A->hasByValOrInAllocaAttr() || A->hasNonNullAttr())
1959         return true;
1960
1961     // A Load tagged with nonnull metadata is never null.
1962     if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(V))
1963       if (LI->getMetadata(LLVMContext::MD_nonnull))
1964         return true;
1965
1966     if (auto CS = ImmutableCallSite(V)) {
1967       if (CS.isReturnNonNull())
1968         return true;
1969       if (const auto *RP = getArgumentAliasingToReturnedPointer(CS))
1970         return isKnownNonZero(RP, Depth, Q);
1971     }
1972   }
1973
1974
1975   // Check for recursive pointer simplifications.
1976   if (V->getType()->isPointerTy()) {
1977     if (isKnownNonNullFromDominatingCondition(V, Q.CxtI, Q.DT))
1978       return true;
1979
1980     if (const GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V))
1981       if (isGEPKnownNonNull(GEP, Depth, Q))
1982         return true;
1983   }
1984
1985   unsigned BitWidth = getBitWidth(V->getType()->getScalarType(), Q.DL);
1986
1987   // X | Y != 0 if X != 0 or Y != 0.
1988   Value *X = nullptr, *Y = nullptr;
1989   if (match(V, m_Or(m_Value(X), m_Value(Y))))
1990     return isKnownNonZero(X, Depth, Q) || isKnownNonZero(Y, Depth, Q);
1991
1992   // ext X != 0 if X != 0.
1993   if (isa<SExtInst>(V) || isa<ZExtInst>(V))
1994     return isKnownNonZero(cast<Instruction>(V)->getOperand(0), Depth, Q);
1995
1996   // shl X, Y != 0 if X is odd.  Note that the value of the shift is undefined
1997   // if the lowest bit is shifted off the end.
1998   if (match(V, m_Shl(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1999     // shl nuw can't remove any non-zero bits.
2000     const OverflowingBinaryOperator *BO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V);
2001     if (BO->hasNoUnsignedWrap())
2002       return isKnownNonZero(X, Depth, Q);
2003
2004     KnownBits Known(BitWidth);
2005     computeKnownBits(X, Known, Depth, Q);
2006     if (Known.One[0])
2007       return true;
2008   }
2009   // shr X, Y != 0 if X is negative.  Note that the value of the shift is not
2010   // defined if the sign bit is shifted off the end.
2011   else if (match(V, m_Shr(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
2012     // shr exact can only shift out zero bits.
2013     const PossiblyExactOperator *BO = cast<PossiblyExactOperator>(V);
2014     if (BO->isExact())
2015       return isKnownNonZero(X, Depth, Q);
2016
2017     KnownBits Known = computeKnownBits(X, Depth, Q);
2018     if (Known.isNegative())
2019       return true;
2020
2021     // If the shifter operand is a constant, and all of the bits shifted
2022     // out are known to be zero, and X is known non-zero then at least one
2023     // non-zero bit must remain.
2024     if (ConstantInt *Shift = dyn_cast<ConstantInt>(Y)) {
2025       auto ShiftVal = Shift->getLimitedValue(BitWidth - 1);
2026       // Is there a known one in the portion not shifted out?
2027       if (Known.countMaxLeadingZeros() < BitWidth - ShiftVal)
2028         return true;
2029       // Are all the bits to be shifted out known zero?
2030       if (Known.countMinTrailingZeros() >= ShiftVal)
2031         return isKnownNonZero(X, Depth, Q);
2032     }
2033   }
2034   // div exact can only produce a zero if the dividend is zero.
2035   else if (match(V, m_Exact(m_IDiv(m_Value(X), m_Value())))) {
2036     return isKnownNonZero(X, Depth, Q);
2037   }
2038   // X + Y.
2039   else if (match(V, m_Add(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
2040     KnownBits XKnown = computeKnownBits(X, Depth, Q);
2041     KnownBits YKnown = computeKnownBits(Y, Depth, Q);
2042
2043     // If X and Y are both non-negative (as signed values) then their sum is not
2044     // zero unless both X and Y are zero.
2045     if (XKnown.isNonNegative() && YKnown.isNonNegative())
2046       if (isKnownNonZero(X, Depth, Q) || isKnownNonZero(Y, Depth, Q))
2047         return true;
2048
2049     // If X and Y are both negative (as signed values) then their sum is not
2050     // zero unless both X and Y equal INT_MIN.
2051     if (XKnown.isNegative() && YKnown.isNegative()) {
2052       APInt Mask = APInt::getSignedMaxValue(BitWidth);
2053       // The sign bit of X is set.  If some other bit is set then X is not equal
2054       // to INT_MIN.
2055       if (XKnown.One.intersects(Mask))
2056         return true;
2057       // The sign bit of Y is set.  If some other bit is set then Y is not equal
2058       // to INT_MIN.
2059       if (YKnown.One.intersects(Mask))
2060         return true;
2061     }
2062
2063     // The sum of a non-negative number and a power of two is not zero.
2064     if (XKnown.isNonNegative() &&
2065         isKnownToBeAPowerOfTwo(Y, /*OrZero*/ false, Depth, Q))
2066       return true;
2067     if (YKnown.isNonNegative() &&
2068         isKnownToBeAPowerOfTwo(X, /*OrZero*/ false, Depth, Q))
2069       return true;
2070   }
2071   // X * Y.
2072   else if (match(V, m_Mul(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
2073     const OverflowingBinaryOperator *BO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V);
2074     // If X and Y are non-zero then so is X * Y as long as the multiplication
2075     // does not overflow.
2076     if ((BO->hasNoSignedWrap() || BO->hasNoUnsignedWrap()) &&
2077         isKnownNonZero(X, Depth, Q) && isKnownNonZero(Y, Depth, Q))
2078       return true;
2079   }
2080   // (C ? X : Y) != 0 if X != 0 and Y != 0.
2081   else if (const SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
2082     if (isKnownNonZero(SI->getTrueValue(), Depth, Q) &&
2083         isKnownNonZero(SI->getFalseValue(), Depth, Q))
2084       return true;
2085   }
2086   // PHI
2087   else if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
2088     // Try and detect a recurrence that monotonically increases from a
2089     // starting value, as these are common as induction variables.
2090     if (PN->getNumIncomingValues() == 2) {
2091       Value *Start = PN->getIncomingValue(0);
2092       Value *Induction = PN->getIncomingValue(1);
2093       if (isa<ConstantInt>(Induction) && !isa<ConstantInt>(Start))
2094         std::swap(Start, Induction);
2095       if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Start)) {
2096         if (!C->isZero() && !C->isNegative()) {
2097           ConstantInt *X;
2098           if ((match(Induction, m_NSWAdd(m_Specific(PN), m_ConstantInt(X))) ||
2099                match(Induction, m_NUWAdd(m_Specific(PN), m_ConstantInt(X)))) &&
2100               !X->isNegative())
2101             return true;
2102         }
2103       }
2104     }
2105     // Check if all incoming values are non-zero constant.
2106     bool AllNonZeroConstants = llvm::all_of(PN->operands(), [](Value *V) {
2107       return isa<ConstantInt>(V) && !cast<ConstantInt>(V)->isZero();
2108     });
2109     if (AllNonZeroConstants)
2110       return true;
2111   }
2112
2113   KnownBits Known(BitWidth);
2114   computeKnownBits(V, Known, Depth, Q);
2115   return Known.One != 0;
2116 }
2117
2118 /// Return true if V2 == V1 + X, where X is known non-zero.
2119 static bool isAddOfNonZero(const Value *V1, const Value *V2, const Query &Q) {
2120   const BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(V1);
2121   if (!BO || BO->getOpcode() != Instruction::Add)
2122     return false;
2123   Value *Op = nullptr;
2124   if (V2 == BO->getOperand(0))
2125     Op = BO->getOperand(1);
2126   else if (V2 == BO->getOperand(1))
2127     Op = BO->getOperand(0);
2128   else
2129     return false;
2130   return isKnownNonZero(Op, 0, Q);
2131 }
2132
2133 /// Return true if it is known that V1 != V2.
2134 static bool isKnownNonEqual(const Value *V1, const Value *V2, const Query &Q) {
2135   if (V1 == V2)
2136     return false;
2137   if (V1->getType() != V2->getType())
2138     // We can't look through casts yet.
2139     return false;
2140   if (isAddOfNonZero(V1, V2, Q) || isAddOfNonZero(V2, V1, Q))
2141     return true;
2142
2143   if (V1->getType()->isIntOrIntVectorTy()) {
2144     // Are any known bits in V1 contradictory to known bits in V2? If V1
2145     // has a known zero where V2 has a known one, they must not be equal.
2146     KnownBits Known1 = computeKnownBits(V1, 0, Q);
2147     KnownBits Known2 = computeKnownBits(V2, 0, Q);
2148
2149     if (Known1.Zero.intersects(Known2.One) ||
2150         Known2.Zero.intersects(Known1.One))
2151       return true;
2152   }
2153   return false;
2154 }
2155
2156 /// Return true if 'V & Mask' is known to be zero.  We use this predicate to
2157 /// simplify operations downstream. Mask is known to be zero for bits that V
2158 /// cannot have.
2159 ///
2160 /// This function is defined on values with integer type, values with pointer
2161 /// type, and vectors of integers.  In the case
2162 /// where V is a vector, the mask, known zero, and known one values are the
2163 /// same width as the vector element, and the bit is set only if it is true
2164 /// for all of the elements in the vector.
2165 bool MaskedValueIsZero(const Value *V, const APInt &Mask, unsigned Depth,
2166                        const Query &Q) {
2167   KnownBits Known(Mask.getBitWidth());
2168   computeKnownBits(V, Known, Depth, Q);
2169   return Mask.isSubsetOf(Known.Zero);
2170 }
2171
2172 /// For vector constants, loop over the elements and find the constant with the
2173 /// minimum number of sign bits. Return 0 if the value is not a vector constant
2174 /// or if any element was not analyzed; otherwise, return the count for the
2175 /// element with the minimum number of sign bits.
2176 static unsigned computeNumSignBitsVectorConstant(const Value *V,
2177                                                  unsigned TyBits) {
2178   const auto *CV = dyn_cast<Constant>(V);
2179   if (!CV || !CV->getType()->isVectorTy())
2180     return 0;
2181
2182   unsigned MinSignBits = TyBits;
2183   unsigned NumElts = CV->getType()->getVectorNumElements();
2184   for (unsigned i = 0; i != NumElts; ++i) {
2185     // If we find a non-ConstantInt, bail out.
2186     auto *Elt = dyn_cast_or_null<ConstantInt>(CV->getAggregateElement(i));
2187     if (!Elt)
2188       return 0;
2189
2190     MinSignBits = std::min(MinSignBits, Elt->getValue().getNumSignBits());
2191   }
2192
2193   return MinSignBits;
2194 }
2195
2196 static unsigned ComputeNumSignBitsImpl(const Value *V, unsigned Depth,
2197                                        const Query &Q);
2198
2199 static unsigned ComputeNumSignBits(const Value *V, unsigned Depth,
2200                                    const Query &Q) {
2201   unsigned Result = ComputeNumSignBitsImpl(V, Depth, Q);
2202   assert(Result > 0 && "At least one sign bit needs to be present!");
2203   return Result;
2204 }
2205
2206 /// Return the number of times the sign bit of the register is replicated into
2207 /// the other bits. We know that at least 1 bit is always equal to the sign bit
2208 /// (itself), but other cases can give us information. For example, immediately
2209 /// after an "ashr X, 2", we know that the top 3 bits are all equal to each
2210 /// other, so we return 3. For vectors, return the number of sign bits for the
2211 /// vector element with the minimum number of known sign bits.
2212 static unsigned ComputeNumSignBitsImpl(const Value *V, unsigned Depth,
2213                                        const Query &Q) {
2214   assert(Depth <= MaxDepth && "Limit Search Depth");
2215
2216   // We return the minimum number of sign bits that are guaranteed to be present
2217   // in V, so for undef we have to conservatively return 1.  We don't have the
2218   // same behavior for poison though -- that's a FIXME today.
2219
2220   Type *ScalarTy = V->getType()->getScalarType();
2221   unsigned TyBits = ScalarTy->isPointerTy() ?
2222     Q.DL.getIndexTypeSizeInBits(ScalarTy) :
2223     Q.DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy);
2224
2225   unsigned Tmp, Tmp2;
2226   unsigned FirstAnswer = 1;
2227
2228   // Note that ConstantInt is handled by the general computeKnownBits case
2229   // below.
2230
2231   if (Depth == MaxDepth)
2232     return 1;  // Limit search depth.
2233
2234   const Operator *U = dyn_cast<Operator>(V);
2235   switch (Operator::getOpcode(V)) {
2236   default: break;
2237   case Instruction::SExt:
2238     Tmp = TyBits - U->getOperand(0)->getType()->getScalarSizeInBits();
2239     return ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q) + Tmp;
2240
2241   case Instruction::SDiv: {
2242     const APInt *Denominator;
2243     // sdiv X, C -> adds log(C) sign bits.
2244     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(Denominator))) {
2245
2246       // Ignore non-positive denominator.
2247       if (!Denominator->isStrictlyPositive())
2248         break;
2249
2250       // Calculate the incoming numerator bits.
2251       unsigned NumBits = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q);
2252
2253       // Add floor(log(C)) bits to the numerator bits.
2254       return std::min(TyBits, NumBits + Denominator->logBase2());
2255     }
2256     break;
2257   }
2258
2259   case Instruction::SRem: {
2260     const APInt *Denominator;
2261     // srem X, C -> we know that the result is within [-C+1,C) when C is a
2262     // positive constant.  This let us put a lower bound on the number of sign
2263     // bits.
2264     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(Denominator))) {
2265
2266       // Ignore non-positive denominator.
2267       if (!Denominator->isStrictlyPositive())
2268         break;
2269
2270       // Calculate the incoming numerator bits. SRem by a positive constant
2271       // can't lower the number of sign bits.
2272       unsigned NumrBits =
2273           ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q);
2274
2275       // Calculate the leading sign bit constraints by examining the
2276       // denominator.  Given that the denominator is positive, there are two
2277       // cases:
2278       //
2279       //  1. the numerator is positive.  The result range is [0,C) and [0,C) u<
2280       //     (1 << ceilLogBase2(C)).
2281       //
2282       //  2. the numerator is negative.  Then the result range is (-C,0] and
2283       //     integers in (-C,0] are either 0 or >u (-1 << ceilLogBase2(C)).
2284       //
2285       // Thus a lower bound on the number of sign bits is `TyBits -
2286       // ceilLogBase2(C)`.
2287
2288       unsigned ResBits = TyBits - Denominator->ceilLogBase2();
2289       return std::max(NumrBits, ResBits);
2290     }
2291     break;
2292   }
2293
2294   case Instruction::AShr: {
2295     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q);
2296     // ashr X, C   -> adds C sign bits.  Vectors too.
2297     const APInt *ShAmt;
2298     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(ShAmt))) {
2299       if (ShAmt->uge(TyBits))
2300         break;  // Bad shift.
2301       unsigned ShAmtLimited = ShAmt->getZExtValue();
2302       Tmp += ShAmtLimited;
2303       if (Tmp > TyBits) Tmp = TyBits;
2304     }
2305     return Tmp;
2306   }
2307   case Instruction::Shl: {
2308     const APInt *ShAmt;
2309     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(ShAmt))) {
2310       // shl destroys sign bits.
2311       Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q);
2312       if (ShAmt->uge(TyBits) ||      // Bad shift.
2313           ShAmt->uge(Tmp)) break;    // Shifted all sign bits out.
2314       Tmp2 = ShAmt->getZExtValue();
2315       return Tmp - Tmp2;
2316     }
2317     break;
2318   }
2319   case Instruction::And:
2320   case Instruction::Or:
2321   case Instruction::Xor:    // NOT is handled here.
2322     // Logical binary ops preserve the number of sign bits at the worst.
2323     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q);
2324     if (Tmp != 1) {
2325       Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), Depth + 1, Q);
2326       FirstAnswer = std::min(Tmp, Tmp2);
2327       // We computed what we know about the sign bits as our first
2328       // answer. Now proceed to the generic code that uses
2329       // computeKnownBits, and pick whichever answer is better.
2330     }
2331     break;
2332
2333   case Instruction::Select:
2334     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), Depth + 1, Q);
2335     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
2336     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(2), Depth + 1, Q);
2337     return std::min(Tmp, Tmp2);
2338
2339   case Instruction::Add:
2340     // Add can have at most one carry bit.  Thus we know that the output
2341     // is, at worst, one more bit than the inputs.
2342     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q);
2343     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
2344
2345     // Special case decrementing a value (ADD X, -1):
2346     if (const auto *CRHS = dyn_cast<Constant>(U->getOperand(1)))
2347       if (CRHS->isAllOnesValue()) {
2348         KnownBits Known(TyBits);
2349         computeKnownBits(U->getOperand(0), Known, Depth + 1, Q);
2350
2351         // If the input is known to be 0 or 1, the output is 0/-1, which is all
2352         // sign bits set.
2353         if ((Known.Zero | 1).isAllOnesValue())
2354           return TyBits;
2355
2356         // If we are subtracting one from a positive number, there is no carry
2357         // out of the result.
2358         if (Known.isNonNegative())
2359           return Tmp;
2360       }
2361
2362     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), Depth + 1, Q);
2363     if (Tmp2 == 1) return 1;
2364     return std::min(Tmp, Tmp2)-1;
2365
2366   case Instruction::Sub:
2367     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), Depth + 1, Q);
2368     if (Tmp2 == 1) return 1;
2369
2370     // Handle NEG.
2371     if (const auto *CLHS = dyn_cast<Constant>(U->getOperand(0)))
2372       if (CLHS->isNullValue()) {
2373         KnownBits Known(TyBits);
2374         computeKnownBits(U->getOperand(1), Known, Depth + 1, Q);
2375         // If the input is known to be 0 or 1, the output is 0/-1, which is all
2376         // sign bits set.
2377         if ((Known.Zero | 1).isAllOnesValue())
2378           return TyBits;
2379
2380         // If the input is known to be positive (the sign bit is known clear),
2381         // the output of the NEG has the same number of sign bits as the input.
2382         if (Known.isNonNegative())
2383           return Tmp2;
2384
2385         // Otherwise, we treat this like a SUB.
2386       }
2387
2388     // Sub can have at most one carry bit.  Thus we know that the output
2389     // is, at worst, one more bit than the inputs.
2390     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q);
2391     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
2392     return std::min(Tmp, Tmp2)-1;
2393
2394   case Instruction::Mul: {
2395     // The output of the Mul can be at most twice the valid bits in the inputs.
2396     unsigned SignBitsOp0 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q);
2397     if (SignBitsOp0 == 1) return 1;  // Early out.
2398     unsigned SignBitsOp1 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), Depth + 1, Q);
2399     if (SignBitsOp1 == 1) return 1;
2400     unsigned OutValidBits =
2401         (TyBits - SignBitsOp0 + 1) + (TyBits - SignBitsOp1 + 1);
2402     return OutValidBits > TyBits ? 1 : TyBits - OutValidBits + 1;
2403   }
2404
2405   case Instruction::PHI: {
2406     const PHINode *PN = cast<PHINode>(U);
2407     unsigned NumIncomingValues = PN->getNumIncomingValues();
2408     // Don't analyze large in-degree PHIs.
2409     if (NumIncomingValues > 4) break;
2410     // Unreachable blocks may have zero-operand PHI nodes.
2411     if (NumIncomingValues == 0) break;
2412
2413     // Take the minimum of all incoming values.  This can't infinitely loop
2414     // because of our depth threshold.
2415     Tmp = ComputeNumSignBits(PN->getIncomingValue(0), Depth + 1, Q);
2416     for (unsigned i = 1, e = NumIncomingValues; i != e; ++i) {
2417       if (Tmp == 1) return Tmp;
2418       Tmp = std::min(
2419           Tmp, ComputeNumSignBits(PN->getIncomingValue(i), Depth + 1, Q));
2420     }
2421     return Tmp;
2422   }
2423
2424   case Instruction::Trunc:
2425     // FIXME: it's tricky to do anything useful for this, but it is an important
2426     // case for targets like X86.
2427     break;
2428
2429   case Instruction::ExtractElement:
2430     // Look through extract element. At the moment we keep this simple and skip
2431     // tracking the specific element. But at least we might find information
2432     // valid for all elements of the vector (for example if vector is sign
2433     // extended, shifted, etc).
2434     return ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), Depth + 1, Q);
2435   }
2436
2437   // Finally, if we can prove that the top bits of the result are 0's or 1's,
2438   // use this information.
2439
2440   // If we can examine all elements of a vector constant successfully, we're
2441   // done (we can't do any better than that). If not, keep trying.
2442   if (unsigned VecSignBits = computeNumSignBitsVectorConstant(V, TyBits))
2443     return VecSignBits;
2444
2445   KnownBits Known(TyBits);
2446   computeKnownBits(V, Known, Depth, Q);
2447
2448   // If we know that the sign bit is either zero or one, determine the number of
2449   // identical bits in the top of the input value.
2450   return std::max(FirstAnswer, Known.countMinSignBits());
2451 }
2452
2453 /// This function computes the integer multiple of Base that equals V.
2454 /// If successful, it returns true and returns the multiple in
2455 /// Multiple. If unsuccessful, it returns false. It looks
2456 /// through SExt instructions only if LookThroughSExt is true.
2457 bool llvm::ComputeMultiple(Value *V, unsigned Base, Value *&Multiple,
2458                            bool LookThroughSExt, unsigned Depth) {
2459   const unsigned MaxDepth = 6;
2460
2461   assert(V && "No Value?");
2462   assert(Depth <= MaxDepth && "Limit Search Depth");
2463   assert(V->getType()->isIntegerTy() && "Not integer or pointer type!");
2464
2465   Type *T = V->getType();
2466
2467   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
2468
2469   if (Base == 0)
2470     return false;
2471
2472   if (Base == 1) {
2473     Multiple = V;
2474     return true;
2475   }
2476
2477   ConstantExpr *CO = dyn_cast<ConstantExpr>(V);
2478   Constant *BaseVal = ConstantInt::get(T, Base);
2479   if (CO && CO == BaseVal) {
2480     // Multiple is 1.
2481     Multiple = ConstantInt::get(T, 1);
2482     return true;
2483   }
2484
2485   if (CI && CI->getZExtValue() % Base == 0) {
2486     Multiple = ConstantInt::get(T, CI->getZExtValue() / Base);
2487     return true;
2488   }
2489
2490   if (Depth == MaxDepth) return false;  // Limit search depth.
2491
2492   Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
2493   if (!I) return false;
2494
2495   switch (I->getOpcode()) {
2496   default: break;
2497   case Instruction::SExt:
2498     if (!LookThroughSExt) return false;
2499     // otherwise fall through to ZExt
2500     LLVM_FALLTHROUGH;
2501   case Instruction::ZExt:
2502     return ComputeMultiple(I->getOperand(0), Base, Multiple,
2503                            LookThroughSExt, Depth+1);
2504   case Instruction::Shl:
2505   case Instruction::Mul: {
2506     Value *Op0 = I->getOperand(0);
2507     Value *Op1 = I->getOperand(1);
2508
2509     if (I->getOpcode() == Instruction::Shl) {
2510       ConstantInt *Op1CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op1);
2511       if (!Op1CI) return false;
2512       // Turn Op0 << Op1 into Op0 * 2^Op1
2513       APInt Op1Int = Op1CI->getValue();
2514       uint64_t BitToSet = Op1Int.getLimitedValue(Op1Int.getBitWidth() - 1);
2515       APInt API(Op1Int.getBitWidth(), 0);
2516       API.setBit(BitToSet);
2517       Op1 = ConstantInt::get(V->getContext(), API);
2518     }
2519
2520     Value *Mul0 = nullptr;
2521     if (ComputeMultiple(Op0, Base, Mul0, LookThroughSExt, Depth+1)) {
2522       if (Constant *Op1C = dyn_cast<Constant>(Op1))
2523         if (Constant *MulC = dyn_cast<Constant>(Mul0)) {
2524           if (Op1C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
2525               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
2526             Op1C = ConstantExpr::getZExt(Op1C, MulC->getType());
2527           if (Op1C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() >
2528               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
2529             MulC = ConstantExpr::getZExt(MulC, Op1C->getType());
2530
2531           // V == Base * (Mul0 * Op1), so return (Mul0 * Op1)
2532           Multiple = ConstantExpr::getMul(MulC, Op1C);
2533           return true;
2534         }
2535
2536       if (ConstantInt *Mul0CI = dyn_cast<ConstantInt>(Mul0))
2537         if (Mul0CI->getValue() == 1) {
2538           // V == Base * Op1, so return Op1
2539           Multiple = Op1;
2540           return true;
2541         }
2542     }
2543
2544     Value *Mul1 = nullptr;
2545     if (ComputeMultiple(Op1, Base, Mul1, LookThroughSExt, Depth+1)) {
2546       if (Constant *Op0C = dyn_cast<Constant>(Op0))
2547         if (Constant *MulC = dyn_cast<Constant>(Mul1)) {
2548           if (Op0C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
2549               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
2550             Op0C = ConstantExpr::getZExt(Op0C, MulC->getType());
2551           if (Op0C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() >
2552               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
2553             MulC = ConstantExpr::getZExt(MulC, Op0C->getType());
2554
2555           // V == Base * (Mul1 * Op0), so return (Mul1 * Op0)
2556           Multiple = ConstantExpr::getMul(MulC, Op0C);
2557           return true;
2558         }
2559
2560       if (ConstantInt *Mul1CI = dyn_cast<ConstantInt>(Mul1))
2561         if (Mul1CI->getValue() == 1) {
2562           // V == Base * Op0, so return Op0
2563           Multiple = Op0;
2564           return true;
2565         }
2566     }
2567   }
2568   }
2569
2570   // We could not determine if V is a multiple of Base.
2571   return false;
2572 }
2573
2574 Intrinsic::ID llvm::getIntrinsicForCallSite(ImmutableCallSite ICS,
2575                                             const TargetLibraryInfo *TLI) {
2576   const Function *F = ICS.getCalledFunction();
2577   if (!F)
2578     return Intrinsic::not_intrinsic;
2579
2580   if (F->isIntrinsic())
2581     return F->getIntrinsicID();
2582
2583   if (!TLI)
2584     return Intrinsic::not_intrinsic;
2585
2586   LibFunc Func;
2587   // We're going to make assumptions on the semantics of the functions, check
2588   // that the target knows that it's available in this environment and it does
2589   // not have local linkage.
2590   if (!F || F->hasLocalLinkage() || !TLI->getLibFunc(*F, Func))
2591     return Intrinsic::not_intrinsic;
2592
2593   if (!ICS.onlyReadsMemory())
2594     return Intrinsic::not_intrinsic;
2595
2596   // Otherwise check if we have a call to a function that can be turned into a
2597   // vector intrinsic.
2598   switch (Func) {
2599   default:
2600     break;
2601   case LibFunc_sin:
2602   case LibFunc_sinf:
2603   case LibFunc_sinl:
2604     return Intrinsic::sin;
2605   case LibFunc_cos:
2606   case LibFunc_cosf:
2607   case LibFunc_cosl:
2608     return Intrinsic::cos;
2609   case LibFunc_exp:
2610   case LibFunc_expf:
2611   case LibFunc_expl:
2612     return Intrinsic::exp;
2613   case LibFunc_exp2:
2614   case LibFunc_exp2f:
2615   case LibFunc_exp2l:
2616     return Intrinsic::exp2;
2617   case LibFunc_log:
2618   case LibFunc_logf:
2619   case LibFunc_logl:
2620     return Intrinsic::log;
2621   case LibFunc_log10:
2622   case LibFunc_log10f:
2623   case LibFunc_log10l:
2624     return Intrinsic::log10;
2625   case LibFunc_log2:
2626   case LibFunc_log2f:
2627   case LibFunc_log2l:
2628     return Intrinsic::log2;
2629   case LibFunc_fabs:
2630   case LibFunc_fabsf:
2631   case LibFunc_fabsl:
2632     return Intrinsic::fabs;
2633   case LibFunc_fmin:
2634   case LibFunc_fminf:
2635   case LibFunc_fminl:
2636     return Intrinsic::minnum;
2637   case LibFunc_fmax:
2638   case LibFunc_fmaxf:
2639   case LibFunc_fmaxl:
2640     return Intrinsic::maxnum;
2641   case LibFunc_copysign:
2642   case LibFunc_copysignf:
2643   case LibFunc_copysignl:
2644     return Intrinsic::copysign;
2645   case LibFunc_floor:
2646   case LibFunc_floorf:
2647   case LibFunc_floorl:
2648     return Intrinsic::floor;
2649   case LibFunc_ceil:
2650   case LibFunc_ceilf:
2651   case LibFunc_ceill:
2652     return Intrinsic::ceil;
2653   case LibFunc_trunc:
2654   case LibFunc_truncf:
2655   case LibFunc_truncl:
2656     return Intrinsic::trunc;
2657   case LibFunc_rint:
2658   case LibFunc_rintf:
2659   case LibFunc_rintl:
2660     return Intrinsic::rint;
2661   case LibFunc_nearbyint:
2662   case LibFunc_nearbyintf:
2663   case LibFunc_nearbyintl:
2664     return Intrinsic::nearbyint;
2665   case LibFunc_round:
2666   case LibFunc_roundf:
2667   case LibFunc_roundl:
2668     return Intrinsic::round;
2669   case LibFunc_pow:
2670   case LibFunc_powf:
2671   case LibFunc_powl:
2672     return Intrinsic::pow;
2673   case LibFunc_sqrt:
2674   case LibFunc_sqrtf:
2675   case LibFunc_sqrtl:
2676     return Intrinsic::sqrt;
2677   }
2678
2679   return Intrinsic::not_intrinsic;
2680 }
2681
2682 /// Return true if we can prove that the specified FP value is never equal to
2683 /// -0.0.
2684 ///
2685 /// NOTE: this function will need to be revisited when we support non-default
2686 /// rounding modes!
2687 bool llvm::CannotBeNegativeZero(const Value *V, const TargetLibraryInfo *TLI,
2688                                 unsigned Depth) {
2689   if (auto *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V))
2690     return !CFP->getValueAPF().isNegZero();
2691
2692   // Limit search depth.
2693   if (Depth == MaxDepth)
2694     return false;
2695
2696   auto *Op = dyn_cast<Operator>(V);
2697   if (!Op)
2698     return false;
2699
2700   // Check if the nsz fast-math flag is set.
2701   if (auto *FPO = dyn_cast<FPMathOperator>(Op))
2702     if (FPO->hasNoSignedZeros())
2703       return true;
2704
2705   // (fadd x, 0.0) is guaranteed to return +0.0, not -0.0.
2706   if (match(Op, m_FAdd(m_Value(), m_PosZeroFP())))
2707     return true;
2708
2709   // sitofp and uitofp turn into +0.0 for zero.
2710   if (isa<SIToFPInst>(Op) || isa<UIToFPInst>(Op))
2711     return true;
2712
2713   if (auto *Call = dyn_cast<CallInst>(Op)) {
2714     Intrinsic::ID IID = getIntrinsicForCallSite(Call, TLI);
2715     switch (IID) {
2716     default:
2717       break;
2718     // sqrt(-0.0) = -0.0, no other negative results are possible.
2719     case Intrinsic::sqrt:
2720       return CannotBeNegativeZero(Call->getArgOperand(0), TLI, Depth + 1);
2721     // fabs(x) != -0.0
2722     case Intrinsic::fabs:
2723       return true;
2724     }
2725   }
2726
2727   return false;
2728 }
2729
2730 /// If \p SignBitOnly is true, test for a known 0 sign bit rather than a
2731 /// standard ordered compare. e.g. make -0.0 olt 0.0 be true because of the sign
2732 /// bit despite comparing equal.
2733 static bool cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(const Value *V,
2734                                             const TargetLibraryInfo *TLI,
2735                                             bool SignBitOnly,
2736                                             unsigned Depth) {
2737   // TODO: This function does not do the right thing when SignBitOnly is true
2738   // and we're lowering to a hypothetical IEEE 754-compliant-but-evil platform
2739   // which flips the sign bits of NaNs.  See
2740   // https://llvm.org/bugs/show_bug.cgi?id=31702.
2741
2742   if (const ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V)) {
2743     return !CFP->getValueAPF().isNegative() ||
2744            (!SignBitOnly && CFP->getValueAPF().isZero());
2745   }
2746
2747   // Handle vector of constants.
2748   if (auto *CV = dyn_cast<Constant>(V)) {
2749     if (CV->getType()->isVectorTy()) {
2750       unsigned NumElts = CV->getType()->getVectorNumElements();
2751       for (unsigned i = 0; i != NumElts; ++i) {
2752         auto *CFP = dyn_cast_or_null<ConstantFP>(CV->getAggregateElement(i));
2753         if (!CFP)
2754           return false;
2755         if (CFP->getValueAPF().isNegative() &&
2756             (SignBitOnly || !CFP->getValueAPF().isZero()))
2757           return false;
2758       }
2759
2760       // All non-negative ConstantFPs.
2761       return true;
2762     }
2763   }
2764
2765   if (Depth == MaxDepth)
2766     return false; // Limit search depth.
2767
2768   const Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
2769   if (!I)
2770     return false;
2771
2772   switch (I->getOpcode()) {
2773   default:
2774     break;
2775   // Unsigned integers are always nonnegative.
2776   case Instruction::UIToFP:
2777     return true;
2778   case Instruction::FMul:
2779     // x*x is always non-negative or a NaN.
2780     if (I->getOperand(0) == I->getOperand(1) &&
2781         (!SignBitOnly || cast<FPMathOperator>(I)->hasNoNaNs()))
2782       return true;
2783
2784     LLVM_FALLTHROUGH;
2785   case Instruction::FAdd:
2786   case Instruction::FDiv:
2787   case Instruction::FRem:
2788     return cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(0), TLI, SignBitOnly,
2789                                            Depth + 1) &&
2790            cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(1), TLI, SignBitOnly,
2791                                            Depth + 1);
2792   case Instruction::Select:
2793     return cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(1), TLI, SignBitOnly,
2794                                            Depth + 1) &&
2795            cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(2), TLI, SignBitOnly,
2796                                            Depth + 1);
2797   case Instruction::FPExt:
2798   case Instruction::FPTrunc:
2799     // Widening/narrowing never change sign.
2800     return cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(0), TLI, SignBitOnly,
2801                                            Depth + 1);
2802   case Instruction::ExtractElement:
2803     // Look through extract element. At the moment we keep this simple and skip
2804     // tracking the specific element. But at least we might find information
2805     // valid for all elements of the vector.
2806     return cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(0), TLI, SignBitOnly,
2807                                            Depth + 1);
2808   case Instruction::Call:
2809     const auto *CI = cast<CallInst>(I);
2810     Intrinsic::ID IID = getIntrinsicForCallSite(CI, TLI);
2811     switch (IID) {
2812     default:
2813       break;
2814     case Intrinsic::maxnum:
2815       return cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(0), TLI, SignBitOnly,
2816                                              Depth + 1) ||
2817              cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(1), TLI, SignBitOnly,
2818                                              Depth + 1);
2819     case Intrinsic::minnum:
2820       return cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(0), TLI, SignBitOnly,
2821                                              Depth + 1) &&
2822              cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(1), TLI, SignBitOnly,
2823                                              Depth + 1);
2824     case Intrinsic::exp:
2825     case Intrinsic::exp2:
2826     case Intrinsic::fabs:
2827       return true;
2828
2829     case Intrinsic::sqrt:
2830       // sqrt(x) is always >= -0 or NaN.  Moreover, sqrt(x) == -0 iff x == -0.
2831       if (!SignBitOnly)
2832         return true;
2833       return CI->hasNoNaNs() && (CI->hasNoSignedZeros() ||
2834                                  CannotBeNegativeZero(CI->getOperand(0), TLI));
2835
2836     case Intrinsic::powi:
2837       if (ConstantInt *Exponent = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
2838         // powi(x,n) is non-negative if n is even.
2839         if (Exponent->getBitWidth() <= 64 && Exponent->getSExtValue() % 2u == 0)
2840           return true;
2841       }
2842       // TODO: This is not correct.  Given that exp is an integer, here are the
2843       // ways that pow can return a negative value:
2844       //
2845       //   pow(x, exp)    --> negative if exp is odd and x is negative.
2846       //   pow(-0, exp)   --> -inf if exp is negative odd.
2847       //   pow(-0, exp)   --> -0 if exp is positive odd.
2848       //   pow(-inf, exp) --> -0 if exp is negative odd.
2849       //   pow(-inf, exp) --> -inf if exp is positive odd.
2850       //
2851       // Therefore, if !SignBitOnly, we can return true if x >= +0 or x is NaN,
2852       // but we must return false if x == -0.  Unfortunately we do not currently
2853       // have a way of expressing this constraint.  See details in
2854       // https://llvm.org/bugs/show_bug.cgi?id=31702.
2855       return cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(0), TLI, SignBitOnly,
2856                                              Depth + 1);
2857
2858     case Intrinsic::fma:
2859     case Intrinsic::fmuladd:
2860       // x*x+y is non-negative if y is non-negative.
2861       return I->getOperand(0) == I->getOperand(1) &&
2862              (!SignBitOnly || cast<FPMathOperator>(I)->hasNoNaNs()) &&
2863              cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(I->getOperand(2), TLI, SignBitOnly,
2864                                              Depth + 1);
2865     }
2866     break;
2867   }
2868   return false;
2869 }
2870
2871 bool llvm::CannotBeOrderedLessThanZero(const Value *V,
2872                                        const TargetLibraryInfo *TLI) {
2873   return cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(V, TLI, false, 0);
2874 }
2875
2876 bool llvm::SignBitMustBeZero(const Value *V, const TargetLibraryInfo *TLI) {
2877   return cannotBeOrderedLessThanZeroImpl(V, TLI, true, 0);
2878 }
2879
2880 bool llvm::isKnownNeverNaN(const Value *V) {
2881   assert(V->getType()->isFPOrFPVectorTy() && "Querying for NaN on non-FP type");
2882
2883   // If we're told that NaNs won't happen, assume they won't.
2884   if (auto *FPMathOp = dyn_cast<FPMathOperator>(V))
2885     if (FPMathOp->hasNoNaNs())
2886       return true;
2887
2888   // TODO: Handle instructions and potentially recurse like other 'isKnown'
2889   // functions. For example, the result of sitofp is never NaN.
2890
2891   // Handle scalar constants.
2892   if (auto *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V))
2893     return !CFP->isNaN();
2894
2895   // Bail out for constant expressions, but try to handle vector constants.
2896   if (!V->getType()->isVectorTy() || !isa<Constant>(V))
2897     return false;
2898
2899   // For vectors, verify that each element is not NaN.
2900   unsigned NumElts = V->getType()->getVectorNumElements();
2901   for (unsigned i = 0; i != NumElts; ++i) {
2902     Constant *Elt = cast<Constant>(V)->getAggregateElement(i);
2903     if (!Elt)
2904       return false;
2905     if (isa<UndefValue>(Elt))
2906       continue;
2907     auto *CElt = dyn_cast<ConstantFP>(Elt);
2908     if (!CElt || CElt->isNaN())
2909       return false;
2910   }
2911   // All elements were confirmed not-NaN or undefined.
2912   return true;
2913 }
2914
2915 /// If the specified value can be set by repeating the same byte in memory,
2916 /// return the i8 value that it is represented with.  This is
2917 /// true for all i8 values obviously, but is also true for i32 0, i32 -1,
2918 /// i16 0xF0F0, double 0.0 etc.  If the value can't be handled with a repeated
2919 /// byte store (e.g. i16 0x1234), return null.
2920 Value *llvm::isBytewiseValue(Value *V) {
2921   // All byte-wide stores are splatable, even of arbitrary variables.
2922   if (V->getType()->isIntegerTy(8)) return V;
2923
2924   // Handle 'null' ConstantArrayZero etc.
2925   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
2926     if (C->isNullValue())
2927       return Constant::getNullValue(Type::getInt8Ty(V->getContext()));
2928
2929   // Constant float and double values can be handled as integer values if the
2930   // corresponding integer value is "byteable".  An important case is 0.0.
2931   if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V)) {
2932     if (CFP->getType()->isFloatTy())
2933       V = ConstantExpr::getBitCast(CFP, Type::getInt32Ty(V->getContext()));
2934     if (CFP->getType()->isDoubleTy())
2935       V = ConstantExpr::getBitCast(CFP, Type::getInt64Ty(V->getContext()));
2936     // Don't handle long double formats, which have strange constraints.
2937   }
2938
2939   // We can handle constant integers that are multiple of 8 bits.
2940   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V)) {
2941     if (CI->getBitWidth() % 8 == 0) {
2942       assert(CI->getBitWidth() > 8 && "8 bits should be handled above!");
2943
2944       if (!CI->getValue().isSplat(8))
2945         return nullptr;
2946       return ConstantInt::get(V->getContext(), CI->getValue().trunc(8));
2947     }
2948   }
2949
2950   // A ConstantDataArray/Vector is splatable if all its members are equal and
2951   // also splatable.
2952   if (ConstantDataSequential *CA = dyn_cast<ConstantDataSequential>(V)) {
2953     Value *Elt = CA->getElementAsConstant(0);
2954     Value *Val = isBytewiseValue(Elt);
2955     if (!Val)
2956       return nullptr;
2957
2958     for (unsigned I = 1, E = CA->getNumElements(); I != E; ++I)
2959       if (CA->getElementAsConstant(I) != Elt)
2960         return nullptr;
2961
2962     return Val;
2963   }
2964
2965   // Conceptually, we could handle things like:
2966   //   %a = zext i8 %X to i16
2967   //   %b = shl i16 %a, 8
2968   //   %c = or i16 %a, %b
2969   // but until there is an example that actually needs this, it doesn't seem
2970   // worth worrying about.
2971   return nullptr;
2972 }
2973
2974 // This is the recursive version of BuildSubAggregate. It takes a few different
2975 // arguments. Idxs is the index within the nested struct From that we are
2976 // looking at now (which is of type IndexedType). IdxSkip is the number of
2977 // indices from Idxs that should be left out when inserting into the resulting
2978 // struct. To is the result struct built so far, new insertvalue instructions
2979 // build on that.
2980 static Value *BuildSubAggregate(Value *From, Value* To, Type *IndexedType,
2981                                 SmallVectorImpl<unsigned> &Idxs,
2982                                 unsigned IdxSkip,
2983                                 Instruction *InsertBefore) {
2984   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(IndexedType);
2985   if (STy) {
2986     // Save the original To argument so we can modify it
2987     Value *OrigTo = To;
2988     // General case, the type indexed by Idxs is a struct
2989     for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
2990       // Process each struct element recursively
2991       Idxs.push_back(i);
2992       Value *PrevTo = To;
2993       To = BuildSubAggregate(From, To, STy->getElementType(i), Idxs, IdxSkip,
2994                              InsertBefore);
2995       Idxs.pop_back();
2996       if (!To) {
2997         // Couldn't find any inserted value for this index? Cleanup
2998         while (PrevTo != OrigTo) {
2999           InsertValueInst* Del = cast<InsertValueInst>(PrevTo);
3000           PrevTo = Del->getAggregateOperand();
3001           Del->eraseFromParent();
3002         }
3003         // Stop processing elements
3004         break;
3005       }
3006     }
3007     // If we successfully found a value for each of our subaggregates
3008     if (To)
3009       return To;
3010   }
3011   // Base case, the type indexed by SourceIdxs is not a struct, or not all of
3012   // the struct's elements had a value that was inserted directly. In the latter
3013   // case, perhaps we can't determine each of the subelements individually, but
3014   // we might be able to find the complete struct somewhere.
3015
3016   // Find the value that is at that particular spot
3017   Value *V = FindInsertedValue(From, Idxs);
3018
3019   if (!V)
3020     return nullptr;
3021
3022   // Insert the value in the new (sub) aggregate
3023   return InsertValueInst::Create(To, V, makeArrayRef(Idxs).slice(IdxSkip),
3024                                  "tmp", InsertBefore);
3025 }
3026
3027 // This helper takes a nested struct and extracts a part of it (which is again a
3028 // struct) into a new value. For example, given the struct:
3029 // { a, { b, { c, d }, e } }
3030 // and the indices "1, 1" this returns
3031 // { c, d }.
3032 //
3033 // It does this by inserting an insertvalue for each element in the resulting
3034 // struct, as opposed to just inserting a single struct. This will only work if
3035 // each of the elements of the substruct are known (ie, inserted into From by an
3036 // insertvalue instruction somewhere).
3037 //
3038 // All inserted insertvalue instructions are inserted before InsertBefore
3039 static Value *BuildSubAggregate(Value *From, ArrayRef<unsigned> idx_range,
3040                                 Instruction *InsertBefore) {
3041   assert(InsertBefore && "Must have someplace to insert!");
3042   Type *IndexedType = ExtractValueInst::getIndexedType(From->getType(),
3043                                                              idx_range);
3044   Value *To = UndefValue::get(IndexedType);
3045   SmallVector<unsigned, 10> Idxs(idx_range.begin(), idx_range.end());
3046   unsigned IdxSkip = Idxs.size();
3047
3048   return BuildSubAggregate(From, To, IndexedType, Idxs, IdxSkip, InsertBefore);
3049 }
3050
3051 /// Given an aggregate and a sequence of indices, see if the scalar value
3052 /// indexed is already around as a register, for example if it was inserted
3053 /// directly into the aggregate.
3054 ///
3055 /// If InsertBefore is not null, this function will duplicate (modified)
3056 /// insertvalues when a part of a nested struct is extracted.
3057 Value *llvm::FindInsertedValue(Value *V, ArrayRef<unsigned> idx_range,
3058                                Instruction *InsertBefore) {
3059   // Nothing to index? Just return V then (this is useful at the end of our
3060   // recursion).
3061   if (idx_range.empty())
3062     return V;
3063   // We have indices, so V should have an indexable type.
3064   assert((V->getType()->isStructTy() || V->getType()->isArrayTy()) &&
3065          "Not looking at a struct or array?");
3066   assert(ExtractValueInst::getIndexedType(V->getType(), idx_range) &&
3067          "Invalid indices for type?");
3068
3069   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
3070     C = C->getAggregateElement(idx_range[0]);
3071     if (!C) return nullptr;
3072     return FindInsertedValue(C, idx_range.slice(1), InsertBefore);
3073   }
3074
3075   if (InsertValueInst *I = dyn_cast<InsertValueInst>(V)) {
3076     // Loop the indices for the insertvalue instruction in parallel with the
3077     // requested indices
3078     const unsigned *req_idx = idx_range.begin();
3079     for (const unsigned *i = I->idx_begin(), *e = I->idx_end();
3080          i != e; ++i, ++req_idx) {
3081       if (req_idx == idx_range.end()) {
3082         // We can't handle this without inserting insertvalues
3083         if (!InsertBefore)
3084           return nullptr;
3085
3086         // The requested index identifies a part of a nested aggregate. Handle
3087         // this specially. For example,
3088         // %A = insertvalue { i32, {i32, i32 } } undef, i32 10, 1, 0
3089         // %B = insertvalue { i32, {i32, i32 } } %A, i32 11, 1, 1
3090         // %C = extractvalue {i32, { i32, i32 } } %B, 1
3091         // This can be changed into
3092         // %A = insertvalue {i32, i32 } undef, i32 10, 0
3093         // %C = insertvalue {i32, i32 } %A, i32 11, 1
3094         // which allows the unused 0,0 element from the nested struct to be
3095         // removed.
3096         return BuildSubAggregate(V, makeArrayRef(idx_range.begin(), req_idx),
3097                                  InsertBefore);
3098       }
3099
3100       // This insert value inserts something else than what we are looking for.
3101       // See if the (aggregate) value inserted into has the value we are
3102       // looking for, then.
3103       if (*req_idx != *i)
3104         return FindInsertedValue(I->getAggregateOperand(), idx_range,
3105                                  InsertBefore);
3106     }
3107     // If we end up here, the indices of the insertvalue match with those
3108     // requested (though possibly only partially). Now we recursively look at
3109     // the inserted value, passing any remaining indices.
3110     return FindInsertedValue(I->getInsertedValueOperand(),
3111                              makeArrayRef(req_idx, idx_range.end()),
3112                              InsertBefore);
3113   }
3114
3115   if (ExtractValueInst *I = dyn_cast<ExtractValueInst>(V)) {
3116     // If we're extracting a value from an aggregate that was extracted from
3117     // something else, we can extract from that something else directly instead.
3118     // However, we will need to chain I's indices with the requested indices.
3119
3120     // Calculate the number of indices required
3121     unsigned size = I->getNumIndices() + idx_range.size();
3122     // Allocate some space to put the new indices in
3123     SmallVector<unsigned, 5> Idxs;
3124     Idxs.reserve(size);
3125     // Add indices from the extract value instruction
3126     Idxs.append(I->idx_begin(), I->idx_end());
3127
3128     // Add requested indices
3129     Idxs.append(idx_range.begin(), idx_range.end());
3130
3131     assert(Idxs.size() == size
3132            && "Number of indices added not correct?");
3133
3134     return FindInsertedValue(I->getAggregateOperand(), Idxs, InsertBefore);
3135   }
3136   // Otherwise, we don't know (such as, extracting from a function return value
3137   // or load instruction)
3138   return nullptr;
3139 }
3140
3141 /// Analyze the specified pointer to see if it can be expressed as a base
3142 /// pointer plus a constant offset. Return the base and offset to the caller.
3143 Value *llvm::GetPointerBaseWithConstantOffset(Value *Ptr, int64_t &Offset,
3144                                               const DataLayout &DL) {
3145   unsigned BitWidth = DL.getIndexTypeSizeInBits(Ptr->getType());
3146   APInt ByteOffset(BitWidth, 0);
3147
3148   // We walk up the defs but use a visited set to handle unreachable code. In
3149   // that case, we stop after accumulating the cycle once (not that it
3150   // matters).
3151   SmallPtrSet<Value *, 16> Visited;
3152   while (Visited.insert(Ptr).second) {
3153     if (Ptr->getType()->isVectorTy())
3154       break;
3155
3156     if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr)) {
3157       // If one of the values we have visited is an addrspacecast, then
3158       // the pointer type of this GEP may be different from the type
3159       // of the Ptr parameter which was passed to this function.  This
3160       // means when we construct GEPOffset, we need to use the size
3161       // of GEP's pointer type rather than the size of the original
3162       // pointer type.
3163       APInt GEPOffset(DL.getIndexTypeSizeInBits(Ptr->getType()), 0);
3164       if (!GEP->accumulateConstantOffset(DL, GEPOffset))
3165         break;
3166
3167       ByteOffset += GEPOffset.getSExtValue();
3168
3169       Ptr = GEP->getPointerOperand();
3170     } else if (Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::BitCast ||
3171                Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::AddrSpaceCast) {
3172       Ptr = cast<Operator>(Ptr)->getOperand(0);
3173     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(Ptr)) {
3174       if (GA->isInterposable())
3175         break;
3176       Ptr = GA->getAliasee();
3177     } else {
3178       break;
3179     }
3180   }
3181   Offset = ByteOffset.getSExtValue();
3182   return Ptr;
3183 }
3184
3185 bool llvm::isGEPBasedOnPointerToString(const GEPOperator *GEP,
3186                                        unsigned CharSize) {
3187   // Make sure the GEP has exactly three arguments.
3188   if (GEP->getNumOperands() != 3)
3189     return false;
3190
3191   // Make sure the index-ee is a pointer to array of \p CharSize integers.
3192   // CharSize.
3193   ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(GEP->getSourceElementType());
3194   if (!AT || !AT->getElementType()->isIntegerTy(CharSize))
3195     return false;
3196
3197   // Check to make sure that the first operand of the GEP is an integer and
3198   // has value 0 so that we are sure we're indexing into the initializer.
3199   const ConstantInt *FirstIdx = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(1));
3200   if (!FirstIdx || !FirstIdx->isZero())
3201     return false;
3202
3203   return true;
3204 }
3205
3206 bool llvm::getConstantDataArrayInfo(const Value *V,
3207                                     ConstantDataArraySlice &Slice,
3208                                     unsigned ElementSize, uint64_t Offset) {
3209   assert(V);
3210
3211   // Look through bitcast instructions and geps.
3212   V = V->stripPointerCasts();
3213
3214   // If the value is a GEP instruction or constant expression, treat it as an
3215   // offset.
3216   if (const GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V)) {
3217     // The GEP operator should be based on a pointer to string constant, and is
3218     // indexing into the string constant.
3219     if (!isGEPBasedOnPointerToString(GEP, ElementSize))
3220       return false;
3221
3222     // If the second index isn't a ConstantInt, then this is a variable index
3223     // into the array.  If this occurs, we can't say anything meaningful about
3224     // the string.
3225     uint64_t StartIdx = 0;
3226     if (const ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(2)))
3227       StartIdx = CI->getZExtValue();
3228     else
3229       return false;
3230     return getConstantDataArrayInfo(GEP->getOperand(0), Slice, ElementSize,
3231                                     StartIdx + Offset);
3232   }
3233
3234   // The GEP instruction, constant or instruction, must reference a global
3235   // variable that is a constant and is initialized. The referenced constant
3236   // initializer is the array that we'll use for optimization.
3237   const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V);
3238   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasDefinitiveInitializer())
3239     return false;
3240
3241   const ConstantDataArray *Array;
3242   ArrayType *ArrayTy;
3243   if (GV->getInitializer()->isNullValue()) {
3244     Type *GVTy = GV->getValueType();
3245     if ( (ArrayTy = dyn_cast<ArrayType>(GVTy)) ) {
3246       // A zeroinitializer for the array; there is no ConstantDataArray.
3247       Array = nullptr;
3248     } else {
3249       const DataLayout &DL = GV->getParent()->getDataLayout();
3250       uint64_t SizeInBytes = DL.getTypeStoreSize(GVTy);
3251       uint64_t Length = SizeInBytes / (ElementSize / 8);
3252       if (Length <= Offset)
3253         return false;
3254
3255       Slice.Array = nullptr;
3256       Slice.Offset = 0;
3257       Slice.Length = Length - Offset;
3258       return true;
3259     }
3260   } else {
3261     // This must be a ConstantDataArray.
3262     Array = dyn_cast<ConstantDataArray>(GV->getInitializer());
3263     if (!Array)
3264       return false;
3265     ArrayTy = Array->getType();
3266   }
3267   if (!ArrayTy->getElementType()->isIntegerTy(ElementSize))
3268     return false;
3269
3270   uint64_t NumElts = ArrayTy->getArrayNumElements();
3271   if (Offset > NumElts)
3272     return false;
3273
3274   Slice.Array = Array;
3275   Slice.Offset = Offset;
3276   Slice.Length = NumElts - Offset;
3277   return true;
3278 }
3279
3280 /// This function computes the length of a null-terminated C string pointed to
3281 /// by V. If successful, it returns true and returns the string in Str.
3282 /// If unsuccessful, it returns false.
3283 bool llvm::getConstantStringInfo(const Value *V, StringRef &Str,
3284                                  uint64_t Offset, bool TrimAtNul) {
3285   ConstantDataArraySlice Slice;
3286   if (!getConstantDataArrayInfo(V, Slice, 8, Offset))
3287     return false;
3288
3289   if (Slice.Array == nullptr) {
3290     if (TrimAtNul) {
3291       Str = StringRef();
3292       return true;
3293     }
3294     if (Slice.Length == 1) {
3295       Str = StringRef("", 1);
3296       return true;
3297     }
3298     // We cannot instantiate a StringRef as we do not have an appropriate string
3299     // of 0s at hand.
3300     return false;
3301   }
3302
3303   // Start out with the entire array in the StringRef.
3304   Str = Slice.Array->getAsString();
3305   // Skip over 'offset' bytes.
3306   Str = Str.substr(Slice.Offset);
3307
3308   if (TrimAtNul) {
3309     // Trim off the \0 and anything after it.  If the array is not nul
3310     // terminated, we just return the whole end of string.  The client may know
3311     // some other way that the string is length-bound.
3312     Str = Str.substr(0, Str.find('\0'));
3313   }
3314   return true;
3315 }
3316
3317 // These next two are very similar to the above, but also look through PHI
3318 // nodes.
3319 // TODO: See if we can integrate these two together.
3320
3321 /// If we can compute the length of the string pointed to by
3322 /// the specified pointer, return 'len+1'.  If we can't, return 0.
3323 static uint64_t GetStringLengthH(const Value *V,
3324                                  SmallPtrSetImpl<const PHINode*> &PHIs,
3325                                  unsigned CharSize) {
3326   // Look through noop bitcast instructions.
3327   V = V->stripPointerCasts();
3328
3329   // If this is a PHI node, there are two cases: either we have already seen it
3330   // or we haven't.
3331   if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
3332     if (!PHIs.insert(PN).second)
3333       return ~0ULL;  // already in the set.
3334
3335     // If it was new, see if all the input strings are the same length.
3336     uint64_t LenSoFar = ~0ULL;
3337     for (Value *IncValue : PN->incoming_values()) {
3338       uint64_t Len = GetStringLengthH(IncValue, PHIs, CharSize);
3339       if (Len == 0) return 0; // Unknown length -> unknown.
3340
3341       if (Len == ~0ULL) continue;
3342
3343       if (Len != LenSoFar && LenSoFar != ~0ULL)
3344         return 0;    // Disagree -> unknown.
3345       LenSoFar = Len;
3346     }
3347
3348     // Success, all agree.
3349     return LenSoFar;
3350   }
3351
3352   // strlen(select(c,x,y)) -> strlen(x) ^ strlen(y)
3353   if (const SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
3354     uint64_t Len1 = GetStringLengthH(SI->getTrueValue(), PHIs, CharSize);
3355     if (Len1 == 0) return 0;
3356     uint64_t Len2 = GetStringLengthH(SI->getFalseValue(), PHIs, CharSize);
3357     if (Len2 == 0) return 0;
3358     if (Len1 == ~0ULL) return Len2;
3359     if (Len2 == ~0ULL) return Len1;
3360     if (Len1 != Len2) return 0;
3361     return Len1;
3362   }
3363
3364   // Otherwise, see if we can read the string.
3365   ConstantDataArraySlice Slice;
3366   if (!getConstantDataArrayInfo(V, Slice, CharSize))
3367     return 0;
3368
3369   if (Slice.Array == nullptr)
3370     return 1;
3371
3372   // Search for nul characters
3373   unsigned NullIndex = 0;
3374   for (unsigned E = Slice.Length; NullIndex < E; ++NullIndex) {
3375     if (Slice.Array->getElementAsInteger(Slice.Offset + NullIndex) == 0)
3376       break;
3377   }
3378
3379   return NullIndex + 1;
3380 }
3381
3382 /// If we can compute the length of the string pointed to by
3383 /// the specified pointer, return 'len+1'.  If we can't, return 0.
3384 uint64_t llvm::GetStringLength(const Value *V, unsigned CharSize) {
3385   if (!V->getType()->isPointerTy())
3386     return 0;
3387
3388   SmallPtrSet<const PHINode*, 32> PHIs;
3389   uint64_t Len = GetStringLengthH(V, PHIs, CharSize);
3390   // If Len is ~0ULL, we had an infinite phi cycle: this is dead code, so return
3391   // an empty string as a length.
3392   return Len == ~0ULL ? 1 : Len;
3393 }
3394
3395 const Value *llvm::getArgumentAliasingToReturnedPointer(ImmutableCallSite CS) {
3396   assert(CS &&
3397          "getArgumentAliasingToReturnedPointer only works on nonnull CallSite");
3398   if (const Value *RV = CS.getReturnedArgOperand())
3399     return RV;
3400   // This can be used only as a aliasing property.
3401   if (isIntrinsicReturningPointerAliasingArgumentWithoutCapturing(CS))
3402     return CS.getArgOperand(0);
3403   return nullptr;
3404 }
3405
3406 bool llvm::isIntrinsicReturningPointerAliasingArgumentWithoutCapturing(
3407     ImmutableCallSite CS) {
3408   return CS.getIntrinsicID() == Intrinsic::launder_invariant_group ||
3409          CS.getIntrinsicID() == Intrinsic::strip_invariant_group;
3410 }
3411
3412 /// \p PN defines a loop-variant pointer to an object.  Check if the
3413 /// previous iteration of the loop was referring to the same object as \p PN.
3414 static bool isSameUnderlyingObjectInLoop(const PHINode *PN,
3415                                          const LoopInfo *LI) {
3416   // Find the loop-defined value.
3417   Loop *L = LI->getLoopFor(PN->getParent());
3418   if (PN->getNumIncomingValues() != 2)
3419     return true;
3420
3421   // Find the value from previous iteration.
3422   auto *PrevValue = dyn_cast<Instruction>(PN->getIncomingValue(0));
3423   if (!PrevValue || LI->getLoopFor(PrevValue->getParent()) != L)
3424     PrevValue = dyn_cast<Instruction>(PN->getIncomingValue(1));
3425   if (!PrevValue || LI->getLoopFor(PrevValue->getParent()) != L)
3426     return true;
3427
3428   // If a new pointer is loaded in the loop, the pointer references a different
3429   // object in every iteration.  E.g.:
3430   //    for (i)
3431   //       int *p = a[i];
3432   //       ...
3433   if (auto *Load = dyn_cast<LoadInst>(PrevValue))
3434     if (!L->isLoopInvariant(Load->getPointerOperand()))
3435       return false;
3436   return true;
3437 }
3438
3439 Value *llvm::GetUnderlyingObject(Value *V, const DataLayout &DL,
3440                                  unsigned MaxLookup) {
3441   if (!V->getType()->isPointerTy())
3442     return V;
3443   for (unsigned Count = 0; MaxLookup == 0 || Count < MaxLookup; ++Count) {
3444     if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V)) {
3445       V = GEP->getPointerOperand();
3446     } else if (Operator::getOpcode(V) == Instruction::BitCast ||
3447                Operator::getOpcode(V) == Instruction::AddrSpaceCast) {
3448       V = cast<Operator>(V)->getOperand(0);
3449     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V)) {
3450       if (GA->isInterposable())
3451         return V;
3452       V = GA->getAliasee();
3453     } else if (isa<AllocaInst>(V)) {
3454       // An alloca can't be further simplified.
3455       return V;
3456     } else {
3457       if (auto CS = CallSite(V)) {
3458         // CaptureTracking can know about special capturing properties of some
3459         // intrinsics like launder.invariant.group, that can't be expressed with
3460         // the attributes, but have properties like returning aliasing pointer.
3461         // Because some analysis may assume that nocaptured pointer is not
3462         // returned from some special intrinsic (because function would have to
3463         // be marked with returns attribute), it is crucial to use this function
3464         // because it should be in sync with CaptureTracking. Not using it may
3465         // cause weird miscompilations where 2 aliasing pointers are assumed to
3466         // noalias.
3467         if (auto *RP = getArgumentAliasingToReturnedPointer(CS)) {
3468           V = RP;
3469           continue;
3470         }
3471       }
3472
3473       // See if InstructionSimplify knows any relevant tricks.
3474       if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
3475         // TODO: Acquire a DominatorTree and AssumptionCache and use them.
3476         if (Value *Simplified = SimplifyInstruction(I, {DL, I})) {
3477           V = Simplified;
3478           continue;
3479         }
3480
3481       return V;
3482     }
3483     assert(V->getType()->isPointerTy() && "Unexpected operand type!");
3484   }
3485   return V;
3486 }
3487
3488 void llvm::GetUnderlyingObjects(Value *V, SmallVectorImpl<Value *> &Objects,
3489                                 const DataLayout &DL, LoopInfo *LI,
3490                                 unsigned MaxLookup) {
3491   SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
3492   SmallVector<Value *, 4> Worklist;
3493   Worklist.push_back(V);
3494   do {
3495     Value *P = Worklist.pop_back_val();
3496     P = GetUnderlyingObject(P, DL, MaxLookup);
3497
3498     if (!Visited.insert(P).second)
3499       continue;
3500
3501     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(P)) {
3502       Worklist.push_back(SI->getTrueValue());
3503       Worklist.push_back(SI->getFalseValue());
3504       continue;
3505     }
3506
3507     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(P)) {
3508       // If this PHI changes the underlying object in every iteration of the
3509       // loop, don't look through it.  Consider:
3510       //   int **A;
3511       //   for (i) {
3512       //     Prev = Curr;     // Prev = PHI (Prev_0, Curr)
3513       //     Curr = A[i];
3514       //     *Prev, *Curr;
3515       //
3516       // Prev is tracking Curr one iteration behind so they refer to different
3517       // underlying objects.
3518       if (!LI || !LI->isLoopHeader(PN->getParent()) ||
3519           isSameUnderlyingObjectInLoop(PN, LI))
3520         for (Value *IncValue : PN->incoming_values())
3521           Worklist.push_back(IncValue);
3522       continue;
3523     }
3524
3525     Objects.push_back(P);
3526   } while (!Worklist.empty());
3527 }
3528
3529 /// This is the function that does the work of looking through basic
3530 /// ptrtoint+arithmetic+inttoptr sequences.
3531 static const Value *getUnderlyingObjectFromInt(const Value *V) {
3532   do {
3533     if (const Operator *U = dyn_cast<Operator>(V)) {
3534       // If we find a ptrtoint, we can transfer control back to the
3535       // regular getUnderlyingObjectFromInt.
3536       if (U->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
3537         return U->getOperand(0);
3538       // If we find an add of a constant, a multiplied value, or a phi, it's
3539       // likely that the other operand will lead us to the base
3540       // object. We don't have to worry about the case where the
3541       // object address is somehow being computed by the multiply,
3542       // because our callers only care when the result is an
3543       // identifiable object.
3544       if (U->getOpcode() != Instruction::Add ||
3545           (!isa<ConstantInt>(U->getOperand(1)) &&
3546            Operator::getOpcode(U->getOperand(1)) != Instruction::Mul &&
3547            !isa<PHINode>(U->getOperand(1))))
3548         return V;
3549       V = U->getOperand(0);
3550     } else {
3551       return V;
3552     }
3553     assert(V->getType()->isIntegerTy() && "Unexpected operand type!");
3554   } while (true);
3555 }
3556
3557 /// This is a wrapper around GetUnderlyingObjects and adds support for basic
3558 /// ptrtoint+arithmetic+inttoptr sequences.
3559 /// It returns false if unidentified object is found in GetUnderlyingObjects.
3560 bool llvm::getUnderlyingObjectsForCodeGen(const Value *V,
3561                           SmallVectorImpl<Value *> &Objects,
3562                           const DataLayout &DL) {
3563   SmallPtrSet<const Value *, 16> Visited;
3564   SmallVector<const Value *, 4> Working(1, V);
3565   do {
3566     V = Working.pop_back_val();
3567
3568     SmallVector<Value *, 4> Objs;
3569     GetUnderlyingObjects(const_cast<Value *>(V), Objs, DL);
3570
3571     for (Value *V : Objs) {
3572       if (!Visited.insert(V).second)
3573         continue;
3574       if (Operator::getOpcode(V) == Instruction::IntToPtr) {
3575         const Value *O =
3576           getUnderlyingObjectFromInt(cast<User>(V)->getOperand(0));
3577         if (O->getType()->isPointerTy()) {
3578           Working.push_back(O);
3579           continue;
3580         }
3581       }
3582       // If GetUnderlyingObjects fails to find an identifiable object,
3583       // getUnderlyingObjectsForCodeGen also fails for safety.
3584       if (!isIdentifiedObject(V)) {
3585         Objects.clear();
3586         return false;
3587       }
3588       Objects.push_back(const_cast<Value *>(V));
3589     }
3590   } while (!Working.empty());
3591   return true;
3592 }
3593
3594 /// Return true if the only users of this pointer are lifetime markers.
3595 bool llvm::onlyUsedByLifetimeMarkers(const Value *V) {
3596   for (const User *U : V->users()) {
3597     const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U);
3598     if (!II) return false;
3599
3600     if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
3601         II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
3602       return false;
3603   }
3604   return true;
3605 }
3606
3607 bool llvm::isSafeToSpeculativelyExecute(const Value *V,
3608                                         const Instruction *CtxI,
3609                                         const DominatorTree *DT) {
3610   const Operator *Inst = dyn_cast<Operator>(V);
3611   if (!Inst)
3612     return false;
3613
3614   for (unsigned i = 0, e = Inst->getNumOperands(); i != e; ++i)
3615     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Inst->getOperand(i)))
3616       if (C->canTrap())
3617         return false;
3618
3619   switch (Inst->getOpcode()) {
3620   default:
3621     return true;
3622   case Instruction::UDiv:
3623   case Instruction::URem: {
3624     // x / y is undefined if y == 0.
3625     const APInt *V;
3626     if (match(Inst->getOperand(1), m_APInt(V)))
3627       return *V != 0;
3628     return false;
3629   }
3630   case Instruction::SDiv:
3631   case Instruction::SRem: {
3632     // x / y is undefined if y == 0 or x == INT_MIN and y == -1
3633     const APInt *Numerator, *Denominator;
3634     if (!match(Inst->getOperand(1), m_APInt(Denominator)))
3635       return false;
3636     // We cannot hoist this division if the denominator is 0.
3637     if (*Denominator == 0)
3638       return false;
3639     // It's safe to hoist if the denominator is not 0 or -1.
3640     if (*Denominator != -1)
3641       return true;
3642     // At this point we know that the denominator is -1.  It is safe to hoist as
3643     // long we know that the numerator is not INT_MIN.
3644     if (match(Inst->getOperand(0), m_APInt(Numerator)))
3645       return !Numerator->isMinSignedValue();
3646     // The numerator *might* be MinSignedValue.
3647     return false;
3648   }
3649   case Instruction::Load: {
3650     const LoadInst *LI = cast<LoadInst>(Inst);
3651     if (!LI->isUnordered() ||
3652         // Speculative load may create a race that did not exist in the source.
3653         LI->getFunction()->hasFnAttribute(Attribute::SanitizeThread) ||
3654         // Speculative load may load data from dirty regions.
3655         LI->getFunction()->hasFnAttribute(Attribute::SanitizeAddress) ||
3656         LI->getFunction()->hasFnAttribute(Attribute::SanitizeHWAddress))
3657       return false;
3658     const DataLayout &DL = LI->getModule()->getDataLayout();
3659     return isDereferenceableAndAlignedPointer(LI->getPointerOperand(),
3660                                               LI->getAlignment(), DL, CtxI, DT);
3661   }
3662   case Instruction::Call: {
3663     auto *CI = cast<const CallInst>(Inst);
3664     const Function *Callee = CI->getCalledFunction();
3665
3666     // The called function could have undefined behavior or side-effects, even
3667     // if marked readnone nounwind.
3668     return Callee && Callee->isSpeculatable();
3669   }
3670   case Instruction::VAArg:
3671   case Instruction::Alloca:
3672   case Instruction::Invoke:
3673   case Instruction::PHI:
3674   case Instruction::Store:
3675   case Instruction::Ret:
3676   case Instruction::Br:
3677   case Instruction::IndirectBr:
3678   case Instruction::Switch:
3679   case Instruction::Unreachable:
3680   case Instruction::Fence:
3681   case Instruction::AtomicRMW:
3682   case Instruction::AtomicCmpXchg:
3683   case Instruction::LandingPad:
3684   case Instruction::Resume:
3685   case Instruction::CatchSwitch:
3686   case Instruction::CatchPad:
3687   case Instruction::CatchRet:
3688   case Instruction::CleanupPad:
3689   case Instruction::CleanupRet:
3690     return false; // Misc instructions which have effects
3691   }
3692 }
3693
3694 bool llvm::mayBeMemoryDependent(const Instruction &I) {
3695   return I.mayReadOrWriteMemory() || !isSafeToSpeculativelyExecute(&I);
3696 }
3697
3698 OverflowResult llvm::computeOverflowForUnsignedMul(const Value *LHS,
3699                                                    const Value *RHS,
3700                                                    const DataLayout &DL,
3701                                                    AssumptionCache *AC,
3702                                                    const Instruction *CxtI,
3703                                                    const DominatorTree *DT) {
3704   // Multiplying n * m significant bits yields a result of n + m significant
3705   // bits. If the total number of significant bits does not exceed the
3706   // result bit width (minus 1), there is no overflow.
3707   // This means if we have enough leading zero bits in the operands
3708   // we can guarantee that the result does not overflow.
3709   // Ref: "Hacker's Delight" by Henry Warren
3710   unsigned BitWidth = LHS->getType()->getScalarSizeInBits();
3711   KnownBits LHSKnown(BitWidth);
3712   KnownBits RHSKnown(BitWidth);
3713   computeKnownBits(LHS, LHSKnown, DL, /*Depth=*/0, AC, CxtI, DT);
3714   computeKnownBits(RHS, RHSKnown, DL, /*Depth=*/0, AC, CxtI, DT);
3715   // Note that underestimating the number of zero bits gives a more
3716   // conservative answer.
3717   unsigned ZeroBits = LHSKnown.countMinLeadingZeros() +
3718                       RHSKnown.countMinLeadingZeros();
3719   // First handle the easy case: if we have enough zero bits there's
3720   // definitely no overflow.
3721   if (ZeroBits >= BitWidth)
3722     return OverflowResult::NeverOverflows;
3723
3724   // Get the largest possible values for each operand.
3725   APInt LHSMax = ~LHSKnown.Zero;
3726   APInt RHSMax = ~RHSKnown.Zero;
3727
3728   // We know the multiply operation doesn't overflow if the maximum values for
3729   // each operand will not overflow after we multiply them together.
3730   bool MaxOverflow;
3731   (void)LHSMax.umul_ov(RHSMax, MaxOverflow);
3732   if (!MaxOverflow)
3733     return OverflowResult::NeverOverflows;
3734
3735   // We know it always overflows if multiplying the smallest possible values for
3736   // the operands also results in overflow.
3737   bool MinOverflow;
3738   (void)LHSKnown.One.umul_ov(RHSKnown.One, MinOverflow);
3739   if (MinOverflow)
3740     return OverflowResult::AlwaysOverflows;
3741
3742   return OverflowResult::MayOverflow;
3743 }
3744
3745 OverflowResult llvm::computeOverflowForSignedMul(const Value *LHS,
3746                                                  const Value *RHS,
3747                                                  const DataLayout &DL,
3748                                                  AssumptionCache *AC,
3749                                                  const Instruction *CxtI,
3750                                                  const DominatorTree *DT) {
3751   // Multiplying n * m significant bits yields a result of n + m significant
3752   // bits. If the total number of significant bits does not exceed the
3753   // result bit width (minus 1), there is no overflow.
3754   // This means if we have enough leading sign bits in the operands
3755   // we can guarantee that the result does not overflow.
3756   // Ref: "Hacker's Delight" by Henry Warren
3757   unsigned BitWidth = LHS->getType()->getScalarSizeInBits();
3758
3759   // Note that underestimating the number of sign bits gives a more
3760   // conservative answer.
3761   unsigned SignBits = ComputeNumSignBits(LHS, DL, 0, AC, CxtI, DT) +
3762                       ComputeNumSignBits(RHS, DL, 0, AC, CxtI, DT);
3763
3764   // First handle the easy case: if we have enough sign bits there's
3765   // definitely no overflow.
3766   if (SignBits > BitWidth + 1)
3767     return OverflowResult::NeverOverflows;
3768
3769   // There are two ambiguous cases where there can be no overflow:
3770   //   SignBits == BitWidth + 1    and
3771   //   SignBits == BitWidth
3772   // The second case is difficult to check, therefore we only handle the
3773   // first case.
3774   if (SignBits == BitWidth + 1) {
3775     // It overflows only when both arguments are negative and the true
3776     // product is exactly the minimum negative number.
3777     // E.g. mul i16 with 17 sign bits: 0xff00 * 0xff80 = 0x8000
3778     // For simplicity we just check if at least one side is not negative.
3779     KnownBits LHSKnown = computeKnownBits(LHS, DL, /*Depth=*/0, AC, CxtI, DT);
3780     KnownBits RHSKnown = computeKnownBits(RHS, DL, /*Depth=*/0, AC, CxtI, DT);
3781     if (LHSKnown.isNonNegative() || RHSKnown.isNonNegative())
3782       return OverflowResult::NeverOverflows;
3783   }
3784   return OverflowResult::MayOverflow;
3785 }
3786
3787 OverflowResult llvm::computeOverflowForUnsignedAdd(const Value *LHS,
3788                                                    const Value *RHS,
3789                                                    const DataLayout &DL,
3790                                                    AssumptionCache *AC,
3791                                                    const Instruction *CxtI,
3792                                                    const DominatorTree *DT) {
3793   KnownBits LHSKnown = computeKnownBits(LHS, DL, /*Depth=*/0, AC, CxtI, DT);
3794   if (LHSKnown.isNonNegative() || LHSKnown.isNegative()) {
3795     KnownBits RHSKnown = computeKnownBits(RHS, DL, /*Depth=*/0, AC, CxtI, DT);
3796
3797     if (LHSKnown.isNegative() && RHSKnown.isNegative()) {
3798       // The sign bit is set in both cases: this MUST overflow.
3799       // Create a simple add instruction, and insert it into the struct.
3800       return OverflowResult::AlwaysOverflows;
3801     }
3802
3803     if (LHSKnown.isNonNegative() && RHSKnown.isNonNegative()) {
3804       // The sign bit is clear in both cases: this CANNOT overflow.
3805       // Create a simple add instruction, and insert it into the struct.
3806       return OverflowResult::NeverOverflows;
3807     }
3808   }
3809
3810   return OverflowResult::MayOverflow;
3811 }
3812
3813 /// Return true if we can prove that adding the two values of the
3814 /// knownbits will not overflow.
3815 /// Otherwise return false.
3816 static bool checkRippleForSignedAdd(const KnownBits &LHSKnown,
3817                                     const KnownBits &RHSKnown) {
3818   // Addition of two 2's complement numbers having opposite signs will never
3819   // overflow.
3820   if ((LHSKnown.isNegative() && RHSKnown.isNonNegative()) ||
3821       (LHSKnown.isNonNegative() && RHSKnown.isNegative()))
3822     return true;
3823
3824   // If either of the values is known to be non-negative, adding them can only
3825   // overflow if the second is also non-negative, so we can assume that.
3826   // Two non-negative numbers will only overflow if there is a carry to the 
3827   // sign bit, so we can check if even when the values are as big as possible
3828   // there is no overflow to the sign bit.
3829   if (LHSKnown.isNonNegative() || RHSKnown.isNonNegative()) {
3830     APInt MaxLHS = ~LHSKnown.Zero;
3831     MaxLHS.clearSignBit();
3832     APInt MaxRHS = ~RHSKnown.Zero;
3833     MaxRHS.clearSignBit();
3834     APInt Result = std::move(MaxLHS) + std::move(MaxRHS);
3835     return Result.isSignBitClear();
3836   }
3837
3838   // If either of the values is known to be negative, adding them can only
3839   // overflow if the second is also negative, so we can assume that.
3840   // Two negative number will only overflow if there is no carry to the sign
3841   // bit, so we can check if even when the values are as small as possible
3842   // there is overflow to the sign bit.
3843   if (LHSKnown.isNegative() || RHSKnown.isNegative()) {
3844     APInt MinLHS = LHSKnown.One;
3845     MinLHS.clearSignBit();
3846     APInt MinRHS = RHSKnown.One;
3847     MinRHS.clearSignBit();
3848     APInt Result = std::move(MinLHS) + std::move(MinRHS);
3849     return Result.isSignBitSet();
3850   }
3851
3852   // If we reached here it means that we know nothing about the sign bits.
3853   // In this case we can't know if there will be an overflow, since by 
3854   // changing the sign bits any two values can be made to overflow.
3855   return false;
3856 }
3857
3858 static OverflowResult computeOverflowForSignedAdd(const Value *LHS,
3859                                                   const Value *RHS,
3860                                                   const AddOperator *Add,
3861                                                   const DataLayout &DL,
3862                                                   AssumptionCache *AC,
3863                                                   const Instruction *CxtI,
3864                                                   const DominatorTree *DT) {
3865   if (Add && Add->hasNoSignedWrap()) {
3866     return OverflowResult::NeverOverflows;
3867   }
3868
3869   // If LHS and RHS each have at least two sign bits, the addition will look
3870   // like
3871   //
3872   // XX..... +
3873   // YY.....
3874   //
3875   // If the carry into the most significant position is 0, X and Y can't both
3876   // be 1 and therefore the carry out of the addition is also 0.
3877   //
3878   // If the carry into the most significant position is 1, X and Y can't both
3879   // be 0 and therefore the carry out of the addition is also 1.
3880   //
3881   // Since the carry into the most significant position is always equal to
3882   // the carry out of the addition, there is no signed overflow.
3883   if (ComputeNumSignBits(LHS, DL, 0, AC, CxtI, DT) > 1 &&
3884       ComputeNumSignBits(RHS, DL, 0, AC, CxtI, DT) > 1)
3885     return OverflowResult::NeverOverflows;
3886
3887   KnownBits LHSKnown = computeKnownBits(LHS, DL, /*Depth=*/0, AC, CxtI, DT);
3888   KnownBits RHSKnown = computeKnownBits(RHS, DL, /*Depth=*/0, AC, CxtI, DT);
3889
3890   if (checkRippleForSignedAdd(LHSKnown, RHSKnown))
3891     return OverflowResult::NeverOverflows;
3892
3893   // The remaining code needs Add to be available. Early returns if not so.
3894   if (!Add)
3895     return OverflowResult::MayOverflow;
3896
3897   // If the sign of Add is the same as at least one of the operands, this add
3898   // CANNOT overflow. This is particularly useful when the sum is
3899   // @llvm.assume'ed non-negative rather than proved so from analyzing its
3900   // operands.
3901   bool LHSOrRHSKnownNonNegative =
3902       (LHSKnown.isNonNegative() || RHSKnown.isNonNegative());
3903   bool LHSOrRHSKnownNegative = 
3904       (LHSKnown.isNegative() || RHSKnown.isNegative());
3905   if (LHSOrRHSKnownNonNegative || LHSOrRHSKnownNegative) {
3906     KnownBits AddKnown = computeKnownBits(Add, DL, /*Depth=*/0, AC, CxtI, DT);
3907     if ((AddKnown.isNonNegative() && LHSOrRHSKnownNonNegative) ||
3908         (AddKnown.isNegative() && LHSOrRHSKnownNegative)) {
3909       return OverflowResult::NeverOverflows;
3910     }
3911   }
3912
3913   return OverflowResult::MayOverflow;
3914 }
3915
3916 OverflowResult llvm::computeOverflowForUnsignedSub(const Value *LHS,
3917                                                    const Value *RHS,
3918                                                    const DataLayout &DL,
3919                                                    AssumptionCache *AC,
3920                                                    const Instruction *CxtI,
3921                                                    const DominatorTree *DT) {
3922   // If the LHS is negative and the RHS is non-negative, no unsigned wrap.
3923   KnownBits LHSKnown = computeKnownBits(LHS, DL, /*Depth=*/0, AC, CxtI, DT);
3924   KnownBits RHSKnown = computeKnownBits(RHS, DL, /*Depth=*/0, AC, CxtI, DT);
3925   if (LHSKnown.isNegative() && RHSKnown.isNonNegative())
3926     return OverflowResult::NeverOverflows;
3927
3928   return OverflowResult::MayOverflow;
3929 }
3930
3931 OverflowResult llvm::computeOverflowForSignedSub(const Value *LHS,
3932                                                  const Value *RHS,
3933                                                  const DataLayout &DL,
3934                                                  AssumptionCache *AC,
3935                                                  const Instruction *CxtI,
3936                                                  const DominatorTree *DT) {
3937   // If LHS and RHS each have at least two sign bits, the subtraction
3938   // cannot overflow.
3939   if (ComputeNumSignBits(LHS, DL, 0, AC, CxtI, DT) > 1 &&
3940       ComputeNumSignBits(RHS, DL, 0, AC, CxtI, DT) > 1)
3941     return OverflowResult::NeverOverflows;
3942
3943   KnownBits LHSKnown = computeKnownBits(LHS, DL, 0, AC, CxtI, DT);
3944
3945   KnownBits RHSKnown = computeKnownBits(RHS, DL, 0, AC, CxtI, DT);
3946
3947   // Subtraction of two 2's complement numbers having identical signs will
3948   // never overflow.
3949   if ((LHSKnown.isNegative() && RHSKnown.isNegative()) ||
3950       (LHSKnown.isNonNegative() && RHSKnown.isNonNegative()))
3951     return OverflowResult::NeverOverflows;
3952
3953   // TODO: implement logic similar to checkRippleForAdd
3954   return OverflowResult::MayOverflow;
3955 }
3956
3957 bool llvm::isOverflowIntrinsicNoWrap(const IntrinsicInst *II,
3958                                      const DominatorTree &DT) {
3959 #ifndef NDEBUG
3960   auto IID = II->getIntrinsicID();
3961   assert((IID == Intrinsic::sadd_with_overflow ||
3962           IID == Intrinsic::uadd_with_overflow ||
3963           IID == Intrinsic::ssub_with_overflow ||
3964           IID == Intrinsic::usub_with_overflow ||
3965           IID == Intrinsic::smul_with_overflow ||
3966           IID == Intrinsic::umul_with_overflow) &&
3967          "Not an overflow intrinsic!");
3968 #endif
3969
3970   SmallVector<const BranchInst *, 2> GuardingBranches;
3971   SmallVector<const ExtractValueInst *, 2> Results;
3972
3973   for (const User *U : II->users()) {
3974     if (const auto *EVI = dyn_cast<ExtractValueInst>(U)) {
3975       assert(EVI->getNumIndices() == 1 && "Obvious from CI's type");
3976
3977       if (EVI->getIndices()[0] == 0)
3978         Results.push_back(EVI);
3979       else {
3980         assert(EVI->getIndices()[0] == 1 && "Obvious from CI's type");
3981
3982         for (const auto *U : EVI->users())
3983           if (const auto *B = dyn_cast<BranchInst>(U)) {
3984             assert(B->isConditional() && "How else is it using an i1?");
3985             GuardingBranches.push_back(B);
3986           }
3987       }
3988     } else {
3989       // We are using the aggregate directly in a way we don't want to analyze
3990       // here (storing it to a global, say).
3991       return false;
3992     }
3993   }
3994
3995   auto AllUsesGuardedByBranch = [&](const BranchInst *BI) {
3996     BasicBlockEdge NoWrapEdge(BI->getParent(), BI->getSuccessor(1));
3997     if (!NoWrapEdge.isSingleEdge())
3998       return false;
3999
4000     // Check if all users of the add are provably no-wrap.
4001     for (const auto *Result : Results) {
4002       // If the extractvalue itself is not executed on overflow, the we don't
4003       // need to check each use separately, since domination is transitive.
4004       if (DT.dominates(NoWrapEdge, Result->getParent()))
4005         continue;
4006
4007       for (auto &RU : Result->uses())
4008         if (!DT.dominates(NoWrapEdge, RU))
4009           return false;
4010     }
4011
4012     return true;
4013   };
4014
4015   return llvm::any_of(GuardingBranches, AllUsesGuardedByBranch);
4016 }
4017
4018
4019 OverflowResult llvm::computeOverflowForSignedAdd(const AddOperator *Add,
4020                                                  const DataLayout &DL,
4021                                                  AssumptionCache *AC,
4022                                                  const Instruction *CxtI,
4023                                                  const DominatorTree *DT) {
4024   return ::computeOverflowForSignedAdd(Add->getOperand(0), Add->getOperand(1),
4025                                        Add, DL, AC, CxtI, DT);
4026 }
4027
4028 OverflowResult llvm::computeOverflowForSignedAdd(const Value *LHS,
4029                                                  const Value *RHS,
4030                                                  const DataLayout &DL,
4031                                                  AssumptionCache *AC,
4032                                                  const Instruction *CxtI,
4033                                                  const DominatorTree *DT) {
4034   return ::computeOverflowForSignedAdd(LHS, RHS, nullptr, DL, AC, CxtI, DT);
4035 }
4036
4037 bool llvm::isGuaranteedToTransferExecutionToSuccessor(const Instruction *I) {
4038   // A memory operation returns normally if it isn't volatile. A volatile
4039   // operation is allowed to trap.
4040   //
4041   // An atomic operation isn't guaranteed to return in a reasonable amount of
4042   // time because it's possible for another thread to interfere with it for an
4043   // arbitrary length of time, but programs aren't allowed to rely on that.
4044   if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
4045     return !LI->isVolatile();
4046   if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I))
4047     return !SI->isVolatile();
4048   if (const AtomicCmpXchgInst *CXI = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(I))
4049     return !CXI->isVolatile();
4050   if (const AtomicRMWInst *RMWI = dyn_cast<AtomicRMWInst>(I))
4051     return !RMWI->isVolatile();
4052   if (const MemIntrinsic *MII = dyn_cast<MemIntrinsic>(I))
4053     return !MII->isVolatile();
4054
4055   // If there is no successor, then execution can't transfer to it.
4056   if (const auto *CRI = dyn_cast<CleanupReturnInst>(I))
4057     return !CRI->unwindsToCaller();
4058   if (const auto *CatchSwitch = dyn_cast<CatchSwitchInst>(I))
4059     return !CatchSwitch->unwindsToCaller();
4060   if (isa<ResumeInst>(I))
4061     return false;
4062   if (isa<ReturnInst>(I))
4063     return false;
4064   if (isa<UnreachableInst>(I))
4065     return false;
4066
4067   // Calls can throw, or contain an infinite loop, or kill the process.
4068   if (auto CS = ImmutableCallSite(I)) {
4069     // Call sites that throw have implicit non-local control flow.
4070     if (!CS.doesNotThrow())
4071       return false;
4072
4073     // Non-throwing call sites can loop infinitely, call exit/pthread_exit
4074     // etc. and thus not return.  However, LLVM already assumes that
4075     //
4076     //  - Thread exiting actions are modeled as writes to memory invisible to
4077     //    the program.
4078     //
4079     //  - Loops that don't have side effects (side effects are volatile/atomic
4080     //    stores and IO) always terminate (see http://llvm.org/PR965).
4081     //    Furthermore IO itself is also modeled as writes to memory invisible to
4082     //    the program.
4083     //
4084     // We rely on those assumptions here, and use the memory effects of the call
4085     // target as a proxy for checking that it always returns.
4086
4087     // FIXME: This isn't aggressive enough; a call which only writes to a global
4088     // is guaranteed to return.
4089     return CS.onlyReadsMemory() || CS.onlyAccessesArgMemory() ||
4090            match(I, m_Intrinsic<Intrinsic::assume>()) ||
4091            match(I, m_Intrinsic<Intrinsic::sideeffect>());
4092   }
4093
4094   // Other instructions return normally.
4095   return true;
4096 }
4097
4098 bool llvm::isGuaranteedToTransferExecutionToSuccessor(const BasicBlock *BB) {
4099   // TODO: This is slightly consdervative for invoke instruction since exiting
4100   // via an exception *is* normal control for them.
4101   for (auto I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I)
4102     if (!isGuaranteedToTransferExecutionToSuccessor(&*I))
4103       return false;
4104   return true;
4105 }
4106
4107 bool llvm::isGuaranteedToExecuteForEveryIteration(const Instruction *I,
4108                                                   const Loop *L) {
4109   // The loop header is guaranteed to be executed for every iteration.
4110   //
4111   // FIXME: Relax this constraint to cover all basic blocks that are
4112   // guaranteed to be executed at every iteration.
4113   if (I->getParent() != L->getHeader()) return false;
4114
4115   for (const Instruction &LI : *L->getHeader()) {
4116     if (&LI == I) return true;
4117     if (!isGuaranteedToTransferExecutionToSuccessor(&LI)) return false;
4118   }
4119   llvm_unreachable("Instruction not contained in its own parent basic block.");
4120 }
4121
4122 bool llvm::propagatesFullPoison(const Instruction *I) {
4123   switch (I->getOpcode()) {
4124   case Instruction::Add:
4125   case Instruction::Sub:
4126   case Instruction::Xor:
4127   case Instruction::Trunc:
4128   case Instruction::BitCast:
4129   case Instruction::AddrSpaceCast:
4130   case Instruction::Mul:
4131   case Instruction::Shl:
4132   case Instruction::GetElementPtr:
4133     // These operations all propagate poison unconditionally. Note that poison
4134     // is not any particular value, so xor or subtraction of poison with
4135     // itself still yields poison, not zero.
4136     return true;
4137
4138   case Instruction::AShr:
4139   case Instruction::SExt:
4140     // For these operations, one bit of the input is replicated across
4141     // multiple output bits. A replicated poison bit is still poison.
4142     return true;
4143
4144   case Instruction::ICmp:
4145     // Comparing poison with any value yields poison.  This is why, for
4146     // instance, x s< (x +nsw 1) can be folded to true.
4147     return true;
4148
4149   default:
4150     return false;
4151   }
4152 }
4153
4154 const Value *llvm::getGuaranteedNonFullPoisonOp(const Instruction *I) {
4155   switch (I->getOpcode()) {
4156     case Instruction::Store:
4157       return cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand();
4158
4159     case Instruction::Load:
4160       return cast<LoadInst>(I)->getPointerOperand();
4161
4162     case Instruction::AtomicCmpXchg:
4163       return cast<AtomicCmpXchgInst>(I)->getPointerOperand();
4164
4165     case Instruction::AtomicRMW:
4166       return cast<AtomicRMWInst>(I)->getPointerOperand();
4167
4168     case Instruction::UDiv:
4169     case Instruction::SDiv:
4170     case Instruction::URem:
4171     case Instruction::SRem:
4172       return I->getOperand(1);
4173
4174     default:
4175       return nullptr;
4176   }
4177 }
4178
4179 bool llvm::programUndefinedIfFullPoison(const Instruction *PoisonI) {
4180   // We currently only look for uses of poison values within the same basic
4181   // block, as that makes it easier to guarantee that the uses will be
4182   // executed given that PoisonI is executed.
4183   //
4184   // FIXME: Expand this to consider uses beyond the same basic block. To do
4185   // this, look out for the distinction between post-dominance and strong
4186   // post-dominance.
4187   const BasicBlock *BB = PoisonI->getParent();
4188
4189   // Set of instructions that we have proved will yield poison if PoisonI
4190   // does.
4191   SmallSet<const Value *, 16> YieldsPoison;
4192   SmallSet<const BasicBlock *, 4> Visited;
4193   YieldsPoison.insert(PoisonI);
4194   Visited.insert(PoisonI->getParent());
4195
4196   BasicBlock::const_iterator Begin = PoisonI->getIterator(), End = BB->end();
4197
4198   unsigned Iter = 0;
4199   while (Iter++ < MaxDepth) {
4200     for (auto &I : make_range(Begin, End)) {
4201       if (&I != PoisonI) {
4202         const Value *NotPoison = getGuaranteedNonFullPoisonOp(&I);
4203         if (NotPoison != nullptr && YieldsPoison.count(NotPoison))
4204           return true;
4205         if (!isGuaranteedToTransferExecutionToSuccessor(&I))
4206           return false;
4207       }
4208
4209       // Mark poison that propagates from I through uses of I.
4210       if (YieldsPoison.count(&I)) {
4211         for (const User *User : I.users()) {
4212           const Instruction *UserI = cast<Instruction>(User);
4213           if (propagatesFullPoison(UserI))
4214             YieldsPoison.insert(User);
4215         }
4216       }
4217     }
4218
4219     if (auto *NextBB = BB->getSingleSuccessor()) {
4220       if (Visited.insert(NextBB).second) {
4221         BB = NextBB;
4222         Begin = BB->getFirstNonPHI()->getIterator();
4223         End = BB->end();
4224         continue;
4225       }
4226     }
4227
4228     break;
4229   }
4230   return false;
4231 }
4232
4233 static bool isKnownNonNaN(const Value *V, FastMathFlags FMF) {
4234   if (FMF.noNaNs())
4235     return true;
4236
4237   if (auto *C = dyn_cast<ConstantFP>(V))
4238     return !C->isNaN();
4239   return false;
4240 }
4241
4242 static bool isKnownNonZero(const Value *V) {
4243   if (auto *C = dyn_cast<ConstantFP>(V))
4244     return !C->isZero();
4245   return false;
4246 }
4247
4248 /// Match clamp pattern for float types without care about NaNs or signed zeros.
4249 /// Given non-min/max outer cmp/select from the clamp pattern this
4250 /// function recognizes if it can be substitued by a "canonical" min/max
4251 /// pattern.
4252 static SelectPatternResult matchFastFloatClamp(CmpInst::Predicate Pred,
4253                                                Value *CmpLHS, Value *CmpRHS,
4254                                                Value *TrueVal, Value *FalseVal,
4255                                                Value *&LHS, Value *&RHS) {
4256   // Try to match
4257   //   X < C1 ? C1 : Min(X, C2) --> Max(C1, Min(X, C2))
4258   //   X > C1 ? C1 : Max(X, C2) --> Min(C1, Max(X, C2))
4259   // and return description of the outer Max/Min.
4260
4261   // First, check if select has inverse order:
4262   if (CmpRHS == FalseVal) {
4263     std::swap(TrueVal, FalseVal);
4264     Pred = CmpInst::getInversePredicate(Pred);
4265   }
4266
4267   // Assume success now. If there's no match, callers should not use these anyway.
4268   LHS = TrueVal;
4269   RHS = FalseVal;
4270
4271   const APFloat *FC1;
4272   if (CmpRHS != TrueVal || !match(CmpRHS, m_APFloat(FC1)) || !FC1->isFinite())
4273     return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4274
4275   const APFloat *FC2;
4276   switch (Pred) {
4277   case CmpInst::FCMP_OLT:
4278   case CmpInst::FCMP_OLE:
4279   case CmpInst::FCMP_ULT:
4280   case CmpInst::FCMP_ULE:
4281     if (match(FalseVal,
4282               m_CombineOr(m_OrdFMin(m_Specific(CmpLHS), m_APFloat(FC2)),
4283                           m_UnordFMin(m_Specific(CmpLHS), m_APFloat(FC2)))) &&
4284         FC1->compare(*FC2) == APFloat::cmpResult::cmpLessThan)
4285       return {SPF_FMAXNUM, SPNB_RETURNS_ANY, false};
4286     break;
4287   case CmpInst::FCMP_OGT:
4288   case CmpInst::FCMP_OGE:
4289   case CmpInst::FCMP_UGT:
4290   case CmpInst::FCMP_UGE:
4291     if (match(FalseVal,
4292               m_CombineOr(m_OrdFMax(m_Specific(CmpLHS), m_APFloat(FC2)),
4293                           m_UnordFMax(m_Specific(CmpLHS), m_APFloat(FC2)))) &&
4294         FC1->compare(*FC2) == APFloat::cmpResult::cmpGreaterThan)
4295       return {SPF_FMINNUM, SPNB_RETURNS_ANY, false};
4296     break;
4297   default:
4298     break;
4299   }
4300
4301   return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4302 }
4303
4304 /// Recognize variations of:
4305 ///   CLAMP(v,l,h) ==> ((v) < (l) ? (l) : ((v) > (h) ? (h) : (v)))
4306 static SelectPatternResult matchClamp(CmpInst::Predicate Pred,
4307                                       Value *CmpLHS, Value *CmpRHS,
4308                                       Value *TrueVal, Value *FalseVal) {
4309   // Swap the select operands and predicate to match the patterns below.
4310   if (CmpRHS != TrueVal) {
4311     Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
4312     std::swap(TrueVal, FalseVal);
4313   }
4314   const APInt *C1;
4315   if (CmpRHS == TrueVal && match(CmpRHS, m_APInt(C1))) {
4316     const APInt *C2;
4317     // (X <s C1) ? C1 : SMIN(X, C2) ==> SMAX(SMIN(X, C2), C1)
4318     if (match(FalseVal, m_SMin(m_Specific(CmpLHS), m_APInt(C2))) &&
4319         C1->slt(*C2) && Pred == CmpInst::ICMP_SLT)
4320       return {SPF_SMAX, SPNB_NA, false};
4321
4322     // (X >s C1) ? C1 : SMAX(X, C2) ==> SMIN(SMAX(X, C2), C1)
4323     if (match(FalseVal, m_SMax(m_Specific(CmpLHS), m_APInt(C2))) &&
4324         C1->sgt(*C2) && Pred == CmpInst::ICMP_SGT)
4325       return {SPF_SMIN, SPNB_NA, false};
4326
4327     // (X <u C1) ? C1 : UMIN(X, C2) ==> UMAX(UMIN(X, C2), C1)
4328     if (match(FalseVal, m_UMin(m_Specific(CmpLHS), m_APInt(C2))) &&
4329         C1->ult(*C2) && Pred == CmpInst::ICMP_ULT)
4330       return {SPF_UMAX, SPNB_NA, false};
4331
4332     // (X >u C1) ? C1 : UMAX(X, C2) ==> UMIN(UMAX(X, C2), C1)
4333     if (match(FalseVal, m_UMax(m_Specific(CmpLHS), m_APInt(C2))) &&
4334         C1->ugt(*C2) && Pred == CmpInst::ICMP_UGT)
4335       return {SPF_UMIN, SPNB_NA, false};
4336   }
4337   return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4338 }
4339
4340 /// Recognize variations of:
4341 ///   a < c ? min(a,b) : min(b,c) ==> min(min(a,b),min(b,c))
4342 static SelectPatternResult matchMinMaxOfMinMax(CmpInst::Predicate Pred,
4343                                                Value *CmpLHS, Value *CmpRHS,
4344                                                Value *TVal, Value *FVal,
4345                                                unsigned Depth) {
4346   // TODO: Allow FP min/max with nnan/nsz.
4347   assert(CmpInst::isIntPredicate(Pred) && "Expected integer comparison");
4348
4349   Value *A, *B;
4350   SelectPatternResult L = matchSelectPattern(TVal, A, B, nullptr, Depth + 1);
4351   if (!SelectPatternResult::isMinOrMax(L.Flavor))
4352     return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4353
4354   Value *C, *D;
4355   SelectPatternResult R = matchSelectPattern(FVal, C, D, nullptr, Depth + 1);
4356   if (L.Flavor != R.Flavor)
4357     return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4358
4359   // We have something like: x Pred y ? min(a, b) : min(c, d).
4360   // Try to match the compare to the min/max operations of the select operands.
4361   // First, make sure we have the right compare predicate.
4362   switch (L.Flavor) {
4363   case SPF_SMIN:
4364     if (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT || Pred == ICmpInst::ICMP_SGE) {
4365       Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
4366       std::swap(CmpLHS, CmpRHS);
4367     }
4368     if (Pred == ICmpInst::ICMP_SLT || Pred == ICmpInst::ICMP_SLE)
4369       break;
4370     return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4371   case SPF_SMAX:
4372     if (Pred == ICmpInst::ICMP_SLT || Pred == ICmpInst::ICMP_SLE) {
4373       Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
4374       std::swap(CmpLHS, CmpRHS);
4375     }
4376     if (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT || Pred == ICmpInst::ICMP_SGE)
4377       break;
4378     return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4379   case SPF_UMIN:
4380     if (Pred == ICmpInst::ICMP_UGT || Pred == ICmpInst::ICMP_UGE) {
4381       Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
4382       std::swap(CmpLHS, CmpRHS);
4383     }
4384     if (Pred == ICmpInst::ICMP_ULT || Pred == ICmpInst::ICMP_ULE)
4385       break;
4386     return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4387   case SPF_UMAX:
4388     if (Pred == ICmpInst::ICMP_ULT || Pred == ICmpInst::ICMP_ULE) {
4389       Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
4390       std::swap(CmpLHS, CmpRHS);
4391     }
4392     if (Pred == ICmpInst::ICMP_UGT || Pred == ICmpInst::ICMP_UGE)
4393       break;
4394     return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4395   default:
4396     return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4397   }
4398
4399   // If there is a common operand in the already matched min/max and the other
4400   // min/max operands match the compare operands (either directly or inverted),
4401   // then this is min/max of the same flavor.
4402
4403   // a pred c ? m(a, b) : m(c, b) --> m(m(a, b), m(c, b))
4404   // ~c pred ~a ? m(a, b) : m(c, b) --> m(m(a, b), m(c, b))
4405   if (D == B) {
4406     if ((CmpLHS == A && CmpRHS == C) || (match(C, m_Not(m_Specific(CmpLHS))) &&
4407                                          match(A, m_Not(m_Specific(CmpRHS)))))
4408       return {L.Flavor, SPNB_NA, false};
4409   }
4410   // a pred d ? m(a, b) : m(b, d) --> m(m(a, b), m(b, d))
4411   // ~d pred ~a ? m(a, b) : m(b, d) --> m(m(a, b), m(b, d))
4412   if (C == B) {
4413     if ((CmpLHS == A && CmpRHS == D) || (match(D, m_Not(m_Specific(CmpLHS))) &&
4414                                          match(A, m_Not(m_Specific(CmpRHS)))))
4415       return {L.Flavor, SPNB_NA, false};
4416   }
4417   // b pred c ? m(a, b) : m(c, a) --> m(m(a, b), m(c, a))
4418   // ~c pred ~b ? m(a, b) : m(c, a) --> m(m(a, b), m(c, a))
4419   if (D == A) {
4420     if ((CmpLHS == B && CmpRHS == C) || (match(C, m_Not(m_Specific(CmpLHS))) &&
4421                                          match(B, m_Not(m_Specific(CmpRHS)))))
4422       return {L.Flavor, SPNB_NA, false};
4423   }
4424   // b pred d ? m(a, b) : m(a, d) --> m(m(a, b), m(a, d))
4425   // ~d pred ~b ? m(a, b) : m(a, d) --> m(m(a, b), m(a, d))
4426   if (C == A) {
4427     if ((CmpLHS == B && CmpRHS == D) || (match(D, m_Not(m_Specific(CmpLHS))) &&
4428                                          match(B, m_Not(m_Specific(CmpRHS)))))
4429       return {L.Flavor, SPNB_NA, false};
4430   }
4431
4432   return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4433 }
4434
4435 /// Match non-obvious integer minimum and maximum sequences.
4436 static SelectPatternResult matchMinMax(CmpInst::Predicate Pred,
4437                                        Value *CmpLHS, Value *CmpRHS,
4438                                        Value *TrueVal, Value *FalseVal,
4439                                        Value *&LHS, Value *&RHS,
4440                                        unsigned Depth) {
4441   // Assume success. If there's no match, callers should not use these anyway.
4442   LHS = TrueVal;
4443   RHS = FalseVal;
4444
4445   SelectPatternResult SPR = matchClamp(Pred, CmpLHS, CmpRHS, TrueVal, FalseVal);
4446   if (SPR.Flavor != SelectPatternFlavor::SPF_UNKNOWN)
4447     return SPR;
4448
4449   SPR = matchMinMaxOfMinMax(Pred, CmpLHS, CmpRHS, TrueVal, FalseVal, Depth);
4450   if (SPR.Flavor != SelectPatternFlavor::SPF_UNKNOWN)
4451     return SPR;
4452   
4453   if (Pred != CmpInst::ICMP_SGT && Pred != CmpInst::ICMP_SLT)
4454     return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4455
4456   // Z = X -nsw Y
4457   // (X >s Y) ? 0 : Z ==> (Z >s 0) ? 0 : Z ==> SMIN(Z, 0)
4458   // (X <s Y) ? 0 : Z ==> (Z <s 0) ? 0 : Z ==> SMAX(Z, 0)
4459   if (match(TrueVal, m_Zero()) &&
4460       match(FalseVal, m_NSWSub(m_Specific(CmpLHS), m_Specific(CmpRHS))))
4461     return {Pred == CmpInst::ICMP_SGT ? SPF_SMIN : SPF_SMAX, SPNB_NA, false};
4462
4463   // Z = X -nsw Y
4464   // (X >s Y) ? Z : 0 ==> (Z >s 0) ? Z : 0 ==> SMAX(Z, 0)
4465   // (X <s Y) ? Z : 0 ==> (Z <s 0) ? Z : 0 ==> SMIN(Z, 0)
4466   if (match(FalseVal, m_Zero()) &&
4467       match(TrueVal, m_NSWSub(m_Specific(CmpLHS), m_Specific(CmpRHS))))
4468     return {Pred == CmpInst::ICMP_SGT ? SPF_SMAX : SPF_SMIN, SPNB_NA, false};
4469
4470   const APInt *C1;
4471   if (!match(CmpRHS, m_APInt(C1)))
4472     return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4473
4474   // An unsigned min/max can be written with a signed compare.
4475   const APInt *C2;
4476   if ((CmpLHS == TrueVal && match(FalseVal, m_APInt(C2))) ||
4477       (CmpLHS == FalseVal && match(TrueVal, m_APInt(C2)))) {
4478     // Is the sign bit set?
4479     // (X <s 0) ? X : MAXVAL ==> (X >u MAXVAL) ? X : MAXVAL ==> UMAX
4480     // (X <s 0) ? MAXVAL : X ==> (X >u MAXVAL) ? MAXVAL : X ==> UMIN
4481     if (Pred == CmpInst::ICMP_SLT && C1->isNullValue() &&
4482         C2->isMaxSignedValue())
4483       return {CmpLHS == TrueVal ? SPF_UMAX : SPF_UMIN, SPNB_NA, false};
4484
4485     // Is the sign bit clear?
4486     // (X >s -1) ? MINVAL : X ==> (X <u MINVAL) ? MINVAL : X ==> UMAX
4487     // (X >s -1) ? X : MINVAL ==> (X <u MINVAL) ? X : MINVAL ==> UMIN
4488     if (Pred == CmpInst::ICMP_SGT && C1->isAllOnesValue() &&
4489         C2->isMinSignedValue())
4490       return {CmpLHS == FalseVal ? SPF_UMAX : SPF_UMIN, SPNB_NA, false};
4491   }
4492
4493   // Look through 'not' ops to find disguised signed min/max.
4494   // (X >s C) ? ~X : ~C ==> (~X <s ~C) ? ~X : ~C ==> SMIN(~X, ~C)
4495   // (X <s C) ? ~X : ~C ==> (~X >s ~C) ? ~X : ~C ==> SMAX(~X, ~C)
4496   if (match(TrueVal, m_Not(m_Specific(CmpLHS))) &&
4497       match(FalseVal, m_APInt(C2)) && ~(*C1) == *C2)
4498     return {Pred == CmpInst::ICMP_SGT ? SPF_SMIN : SPF_SMAX, SPNB_NA, false};
4499
4500   // (X >s C) ? ~C : ~X ==> (~X <s ~C) ? ~C : ~X ==> SMAX(~C, ~X)
4501   // (X <s C) ? ~C : ~X ==> (~X >s ~C) ? ~C : ~X ==> SMIN(~C, ~X)
4502   if (match(FalseVal, m_Not(m_Specific(CmpLHS))) &&
4503       match(TrueVal, m_APInt(C2)) && ~(*C1) == *C2)
4504     return {Pred == CmpInst::ICMP_SGT ? SPF_SMAX : SPF_SMIN, SPNB_NA, false};
4505
4506   return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4507 }
4508
4509 static SelectPatternResult matchSelectPattern(CmpInst::Predicate Pred,
4510                                               FastMathFlags FMF,
4511                                               Value *CmpLHS, Value *CmpRHS,
4512                                               Value *TrueVal, Value *FalseVal,
4513                                               Value *&LHS, Value *&RHS,
4514                                               unsigned Depth) {
4515   LHS = CmpLHS;
4516   RHS = CmpRHS;
4517
4518   // Signed zero may return inconsistent results between implementations.
4519   //  (0.0 <= -0.0) ? 0.0 : -0.0 // Returns 0.0
4520   //  minNum(0.0, -0.0)          // May return -0.0 or 0.0 (IEEE 754-2008 5.3.1)
4521   // Therefore, we behave conservatively and only proceed if at least one of the
4522   // operands is known to not be zero or if we don't care about signed zero.
4523   switch (Pred) {
4524   default: break;
4525   // FIXME: Include OGT/OLT/UGT/ULT.
4526   case CmpInst::FCMP_OGE: case CmpInst::FCMP_OLE:
4527   case CmpInst::FCMP_UGE: case CmpInst::FCMP_ULE:
4528     if (!FMF.noSignedZeros() && !isKnownNonZero(CmpLHS) &&
4529         !isKnownNonZero(CmpRHS))
4530       return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4531   }
4532
4533   SelectPatternNaNBehavior NaNBehavior = SPNB_NA;
4534   bool Ordered = false;
4535
4536   // When given one NaN and one non-NaN input:
4537   //   - maxnum/minnum (C99 fmaxf()/fminf()) return the non-NaN input.
4538   //   - A simple C99 (a < b ? a : b) construction will return 'b' (as the
4539   //     ordered comparison fails), which could be NaN or non-NaN.
4540   // so here we discover exactly what NaN behavior is required/accepted.
4541   if (CmpInst::isFPPredicate(Pred)) {
4542     bool LHSSafe = isKnownNonNaN(CmpLHS, FMF);
4543     bool RHSSafe = isKnownNonNaN(CmpRHS, FMF);
4544
4545     if (LHSSafe && RHSSafe) {
4546       // Both operands are known non-NaN.
4547       NaNBehavior = SPNB_RETURNS_ANY;
4548     } else if (CmpInst::isOrdered(Pred)) {
4549       // An ordered comparison will return false when given a NaN, so it
4550       // returns the RHS.
4551       Ordered = true;
4552       if (LHSSafe)
4553         // LHS is non-NaN, so if RHS is NaN then NaN will be returned.
4554         NaNBehavior = SPNB_RETURNS_NAN;
4555       else if (RHSSafe)
4556         NaNBehavior = SPNB_RETURNS_OTHER;
4557       else
4558         // Completely unsafe.
4559         return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4560     } else {
4561       Ordered = false;
4562       // An unordered comparison will return true when given a NaN, so it
4563       // returns the LHS.
4564       if (LHSSafe)
4565         // LHS is non-NaN, so if RHS is NaN then non-NaN will be returned.
4566         NaNBehavior = SPNB_RETURNS_OTHER;
4567       else if (RHSSafe)
4568         NaNBehavior = SPNB_RETURNS_NAN;
4569       else
4570         // Completely unsafe.
4571         return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4572     }
4573   }
4574
4575   if (TrueVal == CmpRHS && FalseVal == CmpLHS) {
4576     std::swap(CmpLHS, CmpRHS);
4577     Pred = CmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
4578     if (NaNBehavior == SPNB_RETURNS_NAN)
4579       NaNBehavior = SPNB_RETURNS_OTHER;
4580     else if (NaNBehavior == SPNB_RETURNS_OTHER)
4581       NaNBehavior = SPNB_RETURNS_NAN;
4582     Ordered = !Ordered;
4583   }
4584
4585   // ([if]cmp X, Y) ? X : Y
4586   if (TrueVal == CmpLHS && FalseVal == CmpRHS) {
4587     switch (Pred) {
4588     default: return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false}; // Equality.
4589     case ICmpInst::ICMP_UGT:
4590     case ICmpInst::ICMP_UGE: return {SPF_UMAX, SPNB_NA, false};
4591     case ICmpInst::ICMP_SGT:
4592     case ICmpInst::ICMP_SGE: return {SPF_SMAX, SPNB_NA, false};
4593     case ICmpInst::ICMP_ULT:
4594     case ICmpInst::ICMP_ULE: return {SPF_UMIN, SPNB_NA, false};
4595     case ICmpInst::ICMP_SLT:
4596     case ICmpInst::ICMP_SLE: return {SPF_SMIN, SPNB_NA, false};
4597     case FCmpInst::FCMP_UGT:
4598     case FCmpInst::FCMP_UGE:
4599     case FCmpInst::FCMP_OGT:
4600     case FCmpInst::FCMP_OGE: return {SPF_FMAXNUM, NaNBehavior, Ordered};
4601     case FCmpInst::FCMP_ULT:
4602     case FCmpInst::FCMP_ULE:
4603     case FCmpInst::FCMP_OLT:
4604     case FCmpInst::FCMP_OLE: return {SPF_FMINNUM, NaNBehavior, Ordered};
4605     }
4606   }
4607
4608   // Sign-extending LHS does not change its sign, so TrueVal/FalseVal can
4609   // match against either LHS or sext(LHS).
4610   auto MaybeSExtLHS = m_CombineOr(m_Specific(CmpLHS),
4611                                   m_SExt(m_Specific(CmpLHS)));
4612   if ((match(TrueVal, MaybeSExtLHS) &&
4613        match(FalseVal, m_Neg(m_Specific(TrueVal)))) ||
4614       (match(FalseVal, MaybeSExtLHS) &&
4615        match(TrueVal, m_Neg(m_Specific(FalseVal))))) {
4616     // Set LHS and RHS so that RHS is the negated operand of the select
4617     if (match(TrueVal, MaybeSExtLHS)) {
4618       LHS = TrueVal;
4619       RHS = FalseVal;
4620     } else {
4621       LHS = FalseVal;
4622       RHS = TrueVal;
4623     }
4624
4625     // (X >s 0) ? X : -X or (X >s -1) ? X : -X --> ABS(X)
4626     // (X >s 0) ? -X : X or (X >s -1) ? -X : X --> NABS(X)
4627     if (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT &&
4628         match(CmpRHS, m_CombineOr(m_ZeroInt(), m_AllOnes())))
4629       return {(LHS == TrueVal) ? SPF_ABS : SPF_NABS, SPNB_NA, false};
4630
4631     // (X <s 0) ? -X : X or (X <s 1) ? -X : X --> ABS(X)
4632     // (X <s 0) ? X : -X or (X <s 1) ? X : -X --> NABS(X)
4633     if (Pred == ICmpInst::ICMP_SLT &&
4634         match(CmpRHS, m_CombineOr(m_ZeroInt(), m_One())))
4635       return {(LHS == FalseVal) ? SPF_ABS : SPF_NABS, SPNB_NA, false};
4636   }
4637
4638   if (CmpInst::isIntPredicate(Pred))
4639     return matchMinMax(Pred, CmpLHS, CmpRHS, TrueVal, FalseVal, LHS, RHS, Depth);
4640
4641   // According to (IEEE 754-2008 5.3.1), minNum(0.0, -0.0) and similar
4642   // may return either -0.0 or 0.0, so fcmp/select pair has stricter
4643   // semantics than minNum. Be conservative in such case.
4644   if (NaNBehavior != SPNB_RETURNS_ANY ||
4645       (!FMF.noSignedZeros() && !isKnownNonZero(CmpLHS) &&
4646        !isKnownNonZero(CmpRHS)))
4647     return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4648
4649   return matchFastFloatClamp(Pred, CmpLHS, CmpRHS, TrueVal, FalseVal, LHS, RHS);
4650 }
4651
4652 /// Helps to match a select pattern in case of a type mismatch.
4653 ///
4654 /// The function processes the case when type of true and false values of a
4655 /// select instruction differs from type of the cmp instruction operands because
4656 /// of a cast instruction. The function checks if it is legal to move the cast
4657 /// operation after "select". If yes, it returns the new second value of
4658 /// "select" (with the assumption that cast is moved):
4659 /// 1. As operand of cast instruction when both values of "select" are same cast
4660 /// instructions.
4661 /// 2. As restored constant (by applying reverse cast operation) when the first
4662 /// value of the "select" is a cast operation and the second value is a
4663 /// constant.
4664 /// NOTE: We return only the new second value because the first value could be
4665 /// accessed as operand of cast instruction.
4666 static Value *lookThroughCast(CmpInst *CmpI, Value *V1, Value *V2,
4667                               Instruction::CastOps *CastOp) {
4668   auto *Cast1 = dyn_cast<CastInst>(V1);
4669   if (!Cast1)
4670     return nullptr;
4671
4672   *CastOp = Cast1->getOpcode();
4673   Type *SrcTy = Cast1->getSrcTy();
4674   if (auto *Cast2 = dyn_cast<CastInst>(V2)) {
4675     // If V1 and V2 are both the same cast from the same type, look through V1.
4676     if (*CastOp == Cast2->getOpcode() && SrcTy == Cast2->getSrcTy())
4677       return Cast2->getOperand(0);
4678     return nullptr;
4679   }
4680
4681   auto *C = dyn_cast<Constant>(V2);
4682   if (!C)
4683     return nullptr;
4684
4685   Constant *CastedTo = nullptr;
4686   switch (*CastOp) {
4687   case Instruction::ZExt:
4688     if (CmpI->isUnsigned())
4689       CastedTo = ConstantExpr::getTrunc(C, SrcTy);
4690     break;
4691   case Instruction::SExt:
4692     if (CmpI->isSigned())
4693       CastedTo = ConstantExpr::getTrunc(C, SrcTy, true);
4694     break;
4695   case Instruction::Trunc:
4696     Constant *CmpConst;
4697     if (match(CmpI->getOperand(1), m_Constant(CmpConst)) &&
4698         CmpConst->getType() == SrcTy) {
4699       // Here we have the following case:
4700       //
4701       //   %cond = cmp iN %x, CmpConst
4702       //   %tr = trunc iN %x to iK
4703       //   %narrowsel = select i1 %cond, iK %t, iK C
4704       //
4705       // We can always move trunc after select operation:
4706       //
4707       //   %cond = cmp iN %x, CmpConst
4708       //   %widesel = select i1 %cond, iN %x, iN CmpConst
4709       //   %tr = trunc iN %widesel to iK
4710       //
4711       // Note that C could be extended in any way because we don't care about
4712       // upper bits after truncation. It can't be abs pattern, because it would
4713       // look like:
4714       //
4715       //   select i1 %cond, x, -x.
4716       //
4717       // So only min/max pattern could be matched. Such match requires widened C
4718       // == CmpConst. That is why set widened C = CmpConst, condition trunc
4719       // CmpConst == C is checked below.
4720       CastedTo = CmpConst;
4721     } else {
4722       CastedTo = ConstantExpr::getIntegerCast(C, SrcTy, CmpI->isSigned());
4723     }
4724     break;
4725   case Instruction::FPTrunc:
4726     CastedTo = ConstantExpr::getFPExtend(C, SrcTy, true);
4727     break;
4728   case Instruction::FPExt:
4729     CastedTo = ConstantExpr::getFPTrunc(C, SrcTy, true);
4730     break;
4731   case Instruction::FPToUI:
4732     CastedTo = ConstantExpr::getUIToFP(C, SrcTy, true);
4733     break;
4734   case Instruction::FPToSI:
4735     CastedTo = ConstantExpr::getSIToFP(C, SrcTy, true);
4736     break;
4737   case Instruction::UIToFP:
4738     CastedTo = ConstantExpr::getFPToUI(C, SrcTy, true);
4739     break;
4740   case Instruction::SIToFP:
4741     CastedTo = ConstantExpr::getFPToSI(C, SrcTy, true);
4742     break;
4743   default:
4744     break;
4745   }
4746
4747   if (!CastedTo)
4748     return nullptr;
4749
4750   // Make sure the cast doesn't lose any information.
4751   Constant *CastedBack =
4752       ConstantExpr::getCast(*CastOp, CastedTo, C->getType(), true);
4753   if (CastedBack != C)
4754     return nullptr;
4755
4756   return CastedTo;
4757 }
4758
4759 SelectPatternResult llvm::matchSelectPattern(Value *V, Value *&LHS, Value *&RHS,
4760                                              Instruction::CastOps *CastOp,
4761                                              unsigned Depth) {
4762   if (Depth >= MaxDepth)
4763     return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4764
4765   SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V);
4766   if (!SI) return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4767
4768   CmpInst *CmpI = dyn_cast<CmpInst>(SI->getCondition());
4769   if (!CmpI) return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4770
4771   CmpInst::Predicate Pred = CmpI->getPredicate();
4772   Value *CmpLHS = CmpI->getOperand(0);
4773   Value *CmpRHS = CmpI->getOperand(1);
4774   Value *TrueVal = SI->getTrueValue();
4775   Value *FalseVal = SI->getFalseValue();
4776   FastMathFlags FMF;
4777   if (isa<FPMathOperator>(CmpI))
4778     FMF = CmpI->getFastMathFlags();
4779
4780   // Bail out early.
4781   if (CmpI->isEquality())
4782     return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4783
4784   // Deal with type mismatches.
4785   if (CastOp && CmpLHS->getType() != TrueVal->getType()) {
4786     if (Value *C = lookThroughCast(CmpI, TrueVal, FalseVal, CastOp)) {
4787       // If this is a potential fmin/fmax with a cast to integer, then ignore
4788       // -0.0 because there is no corresponding integer value.
4789       if (*CastOp == Instruction::FPToSI || *CastOp == Instruction::FPToUI)
4790         FMF.setNoSignedZeros();
4791       return ::matchSelectPattern(Pred, FMF, CmpLHS, CmpRHS,
4792                                   cast<CastInst>(TrueVal)->getOperand(0), C,
4793                                   LHS, RHS, Depth);
4794     }
4795     if (Value *C = lookThroughCast(CmpI, FalseVal, TrueVal, CastOp)) {
4796       // If this is a potential fmin/fmax with a cast to integer, then ignore
4797       // -0.0 because there is no corresponding integer value.
4798       if (*CastOp == Instruction::FPToSI || *CastOp == Instruction::FPToUI)
4799         FMF.setNoSignedZeros();
4800       return ::matchSelectPattern(Pred, FMF, CmpLHS, CmpRHS,
4801                                   C, cast<CastInst>(FalseVal)->getOperand(0),
4802                                   LHS, RHS, Depth);
4803     }
4804   }
4805   return ::matchSelectPattern(Pred, FMF, CmpLHS, CmpRHS, TrueVal, FalseVal,
4806                               LHS, RHS, Depth);
4807 }
4808
4809 CmpInst::Predicate llvm::getMinMaxPred(SelectPatternFlavor SPF, bool Ordered) {
4810   if (SPF == SPF_SMIN) return ICmpInst::ICMP_SLT;
4811   if (SPF == SPF_UMIN) return ICmpInst::ICMP_ULT;
4812   if (SPF == SPF_SMAX) return ICmpInst::ICMP_SGT;
4813   if (SPF == SPF_UMAX) return ICmpInst::ICMP_UGT;
4814   if (SPF == SPF_FMINNUM)
4815     return Ordered ? FCmpInst::FCMP_OLT : FCmpInst::FCMP_ULT;
4816   if (SPF == SPF_FMAXNUM)
4817     return Ordered ? FCmpInst::FCMP_OGT : FCmpInst::FCMP_UGT;
4818   llvm_unreachable("unhandled!");
4819 }
4820
4821 SelectPatternFlavor llvm::getInverseMinMaxFlavor(SelectPatternFlavor SPF) {
4822   if (SPF == SPF_SMIN) return SPF_SMAX;
4823   if (SPF == SPF_UMIN) return SPF_UMAX;
4824   if (SPF == SPF_SMAX) return SPF_SMIN;
4825   if (SPF == SPF_UMAX) return SPF_UMIN;
4826   llvm_unreachable("unhandled!");
4827 }
4828
4829 CmpInst::Predicate llvm::getInverseMinMaxPred(SelectPatternFlavor SPF) {
4830   return getMinMaxPred(getInverseMinMaxFlavor(SPF));
4831 }
4832
4833 /// Return true if "icmp Pred LHS RHS" is always true.
4834 static bool isTruePredicate(CmpInst::Predicate Pred, const Value *LHS,
4835                             const Value *RHS, const DataLayout &DL,
4836                             unsigned Depth) {
4837   assert(!LHS->getType()->isVectorTy() && "TODO: extend to handle vectors!");
4838   if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred) && LHS == RHS)
4839     return true;
4840
4841   switch (Pred) {
4842   default:
4843     return false;
4844
4845   case CmpInst::ICMP_SLE: {
4846     const APInt *C;
4847
4848     // LHS s<= LHS +_{nsw} C   if C >= 0
4849     if (match(RHS, m_NSWAdd(m_Specific(LHS), m_APInt(C))))
4850       return !C->isNegative();
4851     return false;
4852   }
4853
4854   case CmpInst::ICMP_ULE: {
4855     const APInt *C;
4856
4857     // LHS u<= LHS +_{nuw} C   for any C
4858     if (match(RHS, m_NUWAdd(m_Specific(LHS), m_APInt(C))))
4859       return true;
4860
4861     // Match A to (X +_{nuw} CA) and B to (X +_{nuw} CB)
4862     auto MatchNUWAddsToSameValue = [&](const Value *A, const Value *B,
4863                                        const Value *&X,
4864                                        const APInt *&CA, const APInt *&CB) {
4865       if (match(A, m_NUWAdd(m_Value(X), m_APInt(CA))) &&
4866           match(B, m_NUWAdd(m_Specific(X), m_APInt(CB))))
4867         return true;
4868
4869       // If X & C == 0 then (X | C) == X +_{nuw} C
4870       if (match(A, m_Or(m_Value(X), m_APInt(CA))) &&
4871           match(B, m_Or(m_Specific(X), m_APInt(CB)))) {
4872         KnownBits Known(CA->getBitWidth());
4873         computeKnownBits(X, Known, DL, Depth + 1, /*AC*/ nullptr,
4874                          /*CxtI*/ nullptr, /*DT*/ nullptr);
4875         if (CA->isSubsetOf(Known.Zero) && CB->isSubsetOf(Known.Zero))
4876           return true;
4877       }
4878
4879       return false;
4880     };
4881
4882     const Value *X;
4883     const APInt *CLHS, *CRHS;
4884     if (MatchNUWAddsToSameValue(LHS, RHS, X, CLHS, CRHS))
4885       return CLHS->ule(*CRHS);
4886
4887     return false;
4888   }
4889   }
4890 }
4891
4892 /// Return true if "icmp Pred BLHS BRHS" is true whenever "icmp Pred
4893 /// ALHS ARHS" is true.  Otherwise, return None.
4894 static Optional<bool>
4895 isImpliedCondOperands(CmpInst::Predicate Pred, const Value *ALHS,
4896                       const Value *ARHS, const Value *BLHS, const Value *BRHS,
4897                       const DataLayout &DL, unsigned Depth) {
4898   switch (Pred) {
4899   default:
4900     return None;
4901
4902   case CmpInst::ICMP_SLT:
4903   case CmpInst::ICMP_SLE:
4904     if (isTruePredicate(CmpInst::ICMP_SLE, BLHS, ALHS, DL, Depth) &&
4905         isTruePredicate(CmpInst::ICMP_SLE, ARHS, BRHS, DL, Depth))
4906       return true;
4907     return None;
4908
4909   case CmpInst::ICMP_ULT:
4910   case CmpInst::ICMP_ULE:
4911     if (isTruePredicate(CmpInst::ICMP_ULE, BLHS, ALHS, DL, Depth) &&
4912         isTruePredicate(CmpInst::ICMP_ULE, ARHS, BRHS, DL, Depth))
4913       return true;
4914     return None;
4915   }
4916 }
4917
4918 /// Return true if the operands of the two compares match.  IsSwappedOps is true
4919 /// when the operands match, but are swapped.
4920 static bool isMatchingOps(const Value *ALHS, const Value *ARHS,
4921                           const Value *BLHS, const Value *BRHS,
4922                           bool &IsSwappedOps) {
4923
4924   bool IsMatchingOps = (ALHS == BLHS && ARHS == BRHS);
4925   IsSwappedOps = (ALHS == BRHS && ARHS == BLHS);
4926   return IsMatchingOps || IsSwappedOps;
4927 }
4928
4929 /// Return true if "icmp1 APred ALHS ARHS" implies "icmp2 BPred BLHS BRHS" is
4930 /// true.  Return false if "icmp1 APred ALHS ARHS" implies "icmp2 BPred BLHS
4931 /// BRHS" is false.  Otherwise, return None if we can't infer anything.
4932 static Optional<bool> isImpliedCondMatchingOperands(CmpInst::Predicate APred,
4933                                                     const Value *ALHS,
4934                                                     const Value *ARHS,
4935                                                     CmpInst::Predicate BPred,
4936                                                     const Value *BLHS,
4937                                                     const Value *BRHS,
4938                                                     bool IsSwappedOps) {
4939   // Canonicalize the operands so they're matching.
4940   if (IsSwappedOps) {
4941     std::swap(BLHS, BRHS);
4942     BPred = ICmpInst::getSwappedPredicate(BPred);
4943   }
4944   if (CmpInst::isImpliedTrueByMatchingCmp(APred, BPred))
4945     return true;
4946   if (CmpInst::isImpliedFalseByMatchingCmp(APred, BPred))
4947     return false;
4948
4949   return None;
4950 }
4951
4952 /// Return true if "icmp1 APred ALHS C1" implies "icmp2 BPred BLHS C2" is
4953 /// true.  Return false if "icmp1 APred ALHS C1" implies "icmp2 BPred BLHS
4954 /// C2" is false.  Otherwise, return None if we can't infer anything.
4955 static Optional<bool>
4956 isImpliedCondMatchingImmOperands(CmpInst::Predicate APred, const Value *ALHS,
4957                                  const ConstantInt *C1,
4958                                  CmpInst::Predicate BPred,
4959                                  const Value *BLHS, const ConstantInt *C2) {
4960   assert(ALHS == BLHS && "LHS operands must match.");
4961   ConstantRange DomCR =
4962       ConstantRange::makeExactICmpRegion(APred, C1->getValue());
4963   ConstantRange CR =
4964       ConstantRange::makeAllowedICmpRegion(BPred, C2->getValue());
4965   ConstantRange Intersection = DomCR.intersectWith(CR);
4966   ConstantRange Difference = DomCR.difference(CR);
4967   if (Intersection.isEmptySet())
4968     return false;
4969   if (Difference.isEmptySet())
4970     return true;
4971   return None;
4972 }
4973
4974 /// Return true if LHS implies RHS is true.  Return false if LHS implies RHS is
4975 /// false.  Otherwise, return None if we can't infer anything.
4976 static Optional<bool> isImpliedCondICmps(const ICmpInst *LHS,
4977                                          const ICmpInst *RHS,
4978                                          const DataLayout &DL, bool LHSIsTrue,
4979                                          unsigned Depth) {
4980   Value *ALHS = LHS->getOperand(0);
4981   Value *ARHS = LHS->getOperand(1);
4982   // The rest of the logic assumes the LHS condition is true.  If that's not the
4983   // case, invert the predicate to make it so.
4984   ICmpInst::Predicate APred =
4985       LHSIsTrue ? LHS->getPredicate() : LHS->getInversePredicate();
4986
4987   Value *BLHS = RHS->getOperand(0);
4988   Value *BRHS = RHS->getOperand(1);
4989   ICmpInst::Predicate BPred = RHS->getPredicate();
4990
4991   // Can we infer anything when the two compares have matching operands?
4992   bool IsSwappedOps;
4993   if (isMatchingOps(ALHS, ARHS, BLHS, BRHS, IsSwappedOps)) {
4994     if (Optional<bool> Implication = isImpliedCondMatchingOperands(
4995             APred, ALHS, ARHS, BPred, BLHS, BRHS, IsSwappedOps))
4996       return Implication;
4997     // No amount of additional analysis will infer the second condition, so
4998     // early exit.
4999     return None;
5000   }
5001
5002   // Can we infer anything when the LHS operands match and the RHS operands are
5003   // constants (not necessarily matching)?
5004   if (ALHS == BLHS && isa<ConstantInt>(ARHS) && isa<ConstantInt>(BRHS)) {
5005     if (Optional<bool> Implication = isImpliedCondMatchingImmOperands(
5006             APred, ALHS, cast<ConstantInt>(ARHS), BPred, BLHS,
5007             cast<ConstantInt>(BRHS)))
5008       return Implication;
5009     // No amount of additional analysis will infer the second condition, so
5010     // early exit.
5011     return None;
5012   }
5013
5014   if (APred == BPred)
5015     return isImpliedCondOperands(APred, ALHS, ARHS, BLHS, BRHS, DL, Depth);
5016   return None;
5017 }
5018
5019 /// Return true if LHS implies RHS is true.  Return false if LHS implies RHS is
5020 /// false.  Otherwise, return None if we can't infer anything.  We expect the
5021 /// RHS to be an icmp and the LHS to be an 'and' or an 'or' instruction.
5022 static Optional<bool> isImpliedCondAndOr(const BinaryOperator *LHS,
5023                                          const ICmpInst *RHS,
5024                                          const DataLayout &DL, bool LHSIsTrue,
5025                                          unsigned Depth) {
5026   // The LHS must be an 'or' or an 'and' instruction.
5027   assert((LHS->getOpcode() == Instruction::And ||
5028           LHS->getOpcode() == Instruction::Or) &&
5029          "Expected LHS to be 'and' or 'or'.");
5030
5031   assert(Depth <= MaxDepth && "Hit recursion limit");
5032
5033   // If the result of an 'or' is false, then we know both legs of the 'or' are
5034   // false.  Similarly, if the result of an 'and' is true, then we know both
5035   // legs of the 'and' are true.
5036   Value *ALHS, *ARHS;
5037   if ((!LHSIsTrue && match(LHS, m_Or(m_Value(ALHS), m_Value(ARHS)))) ||
5038       (LHSIsTrue && match(LHS, m_And(m_Value(ALHS), m_Value(ARHS))))) {
5039     // FIXME: Make this non-recursion.
5040     if (Optional<bool> Implication =
5041             isImpliedCondition(ALHS, RHS, DL, LHSIsTrue, Depth + 1))
5042       return Implication;
5043     if (Optional<bool> Implication =
5044             isImpliedCondition(ARHS, RHS, DL, LHSIsTrue, Depth + 1))
5045       return Implication;
5046     return None;
5047   }
5048   return None;
5049 }
5050
5051 Optional<bool> llvm::isImpliedCondition(const Value *LHS, const Value *RHS,
5052                                         const DataLayout &DL, bool LHSIsTrue,
5053                                         unsigned Depth) {
5054   // Bail out when we hit the limit.
5055   if (Depth == MaxDepth)
5056     return None;
5057
5058   // A mismatch occurs when we compare a scalar cmp to a vector cmp, for
5059   // example.
5060   if (LHS->getType() != RHS->getType())
5061     return None;
5062
5063   Type *OpTy = LHS->getType();
5064   assert(OpTy->isIntOrIntVectorTy(1) && "Expected integer type only!");
5065
5066   // LHS ==> RHS by definition
5067   if (LHS == RHS)
5068     return LHSIsTrue;
5069
5070   // FIXME: Extending the code below to handle vectors.
5071   if (OpTy->isVectorTy())
5072     return None;
5073
5074   assert(OpTy->isIntegerTy(1) && "implied by above");
5075
5076   // Both LHS and RHS are icmps.
5077   const ICmpInst *LHSCmp = dyn_cast<ICmpInst>(LHS);
5078   const ICmpInst *RHSCmp = dyn_cast<ICmpInst>(RHS);
5079   if (LHSCmp && RHSCmp)
5080     return isImpliedCondICmps(LHSCmp, RHSCmp, DL, LHSIsTrue, Depth);
5081
5082   // The LHS should be an 'or' or an 'and' instruction.  We expect the RHS to be
5083   // an icmp. FIXME: Add support for and/or on the RHS.
5084   const BinaryOperator *LHSBO = dyn_cast<BinaryOperator>(LHS);
5085   if (LHSBO && RHSCmp) {
5086     if ((LHSBO->getOpcode() == Instruction::And ||
5087          LHSBO->getOpcode() == Instruction::Or))
5088       return isImpliedCondAndOr(LHSBO, RHSCmp, DL, LHSIsTrue, Depth);
5089   }
5090   return None;
5091 }