lib/Transforms/InstCombine/InstCombineShifts.cpp

   1 //===- InstCombineShifts.cpp ----------------------------------------------===//
   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 implements the visitShl, visitLShr, and visitAShr functions.
  11 //
  12 //===----------------------------------------------------------------------===//
  13
  14 #include "InstCombine.h"
  15 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
  16 #include "llvm/Support/PatternMatch.h"
  17 using namespace llvm;
  18 using namespace PatternMatch;
  19
  20 Instruction *InstCombiner::commonShiftTransforms(BinaryOperator &I) {
  21   assert(I.getOperand(1)->getType() == I.getOperand(0)->getType());
  22   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
  23
  24   // shl X, 0 == X and shr X, 0 == X
  25   // shl 0, X == 0 and shr 0, X == 0
  26   if (Op1 == Constant::getNullValue(Op1->getType()) ||
  27       Op0 == Constant::getNullValue(Op0->getType()))
  28     return ReplaceInstUsesWith(I, Op0);
  29
  30   if (isa<UndefValue>(Op0)) {
  31     if (I.getOpcode() == Instruction::AShr) // undef >>s X -> undef
  32       return ReplaceInstUsesWith(I, Op0);
  33     else                                    // undef << X -> 0, undef >>u X -> 0
  34       return ReplaceInstUsesWith(I, Constant::getNullValue(I.getType()));
  35   }
  36   if (isa<UndefValue>(Op1)) {
  37     if (I.getOpcode() == Instruction::AShr)  // X >>s undef -> X
  38       return ReplaceInstUsesWith(I, Op0);
  39     else                                     // X << undef, X >>u undef -> 0
  40       return ReplaceInstUsesWith(I, Constant::getNullValue(I.getType()));
  41   }
  42
  43   // See if we can fold away this shift.
  44   if (SimplifyDemandedInstructionBits(I))
  45     return &I;
  46
  47   // Try to fold constant and into select arguments.
  48   if (isa<Constant>(Op0))
  49     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(Op1))
  50       if (Instruction *R = FoldOpIntoSelect(I, SI))
  51         return R;
  52
  53   if (ConstantInt *CUI = dyn_cast<ConstantInt>(Op1))
  54     if (Instruction *Res = FoldShiftByConstant(Op0, CUI, I))
  55       return Res;
  56   return 0;
  57 }
  58
  59 /// CanEvaluateShifted - See if we can compute the specified value, but shifted
  60 /// logically to the left or right by some number of bits.  This should return
  61 /// true if the expression can be computed for the same cost as the current
  62 /// expression tree.  This is used to eliminate extraneous shifting from things
  63 /// like:
  64 ///      %C = shl i128 %A, 64
  65 ///      %D = shl i128 %B, 96
  66 ///      %E = or i128 %C, %D
  67 ///      %F = lshr i128 %E, 64
  68 /// where the client will ask if E can be computed shifted right by 64-bits.  If
  69 /// this succeeds, the GetShiftedValue function will be called to produce the
  70 /// value.
  71 static bool CanEvaluateShifted(Value *V, unsigned NumBits, bool isLeftShift,
  72                                InstCombiner &IC) {
  73   // We can always evaluate constants shifted.
  74   if (isa<Constant>(V))
  75     return true;
  76
  77   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
  78   if (!I) return false;
  79
  80   // If this is the opposite shift, we can directly reuse the input of the shift
  81   // if the needed bits are already zero in the input.  This allows us to reuse
  82   // the value which means that we don't care if the shift has multiple uses.
  83   //  TODO:  Handle opposite shift by exact value.
  84   ConstantInt *CI;
  85   if ((isLeftShift && match(I, m_LShr(m_Value(), m_ConstantInt(CI)))) ||
  86       (!isLeftShift && match(I, m_Shl(m_Value(), m_ConstantInt(CI))))) {
  87     if (CI->getZExtValue() == NumBits) {
  88       // TODO: Check that the input bits are already zero with MaskedValueIsZero
  89 #if 0
  90       // If this is a truncate of a logical shr, we can truncate it to a smaller
  91       // lshr iff we know that the bits we would otherwise be shifting in are
  92       // already zeros.
  93       uint32_t OrigBitWidth = OrigTy->getScalarSizeInBits();
  94       uint32_t BitWidth = Ty->getScalarSizeInBits();
  95       if (MaskedValueIsZero(I->getOperand(0),
  96             APInt::getHighBitsSet(OrigBitWidth, OrigBitWidth-BitWidth)) &&
  97           CI->getLimitedValue(BitWidth) < BitWidth) {
  98         return CanEvaluateTruncated(I->getOperand(0), Ty);
  99       }
 100 #endif
 101
 102     }
 103   }
 104
 105   // We can't mutate something that has multiple uses: doing so would
 106   // require duplicating the instruction in general, which isn't profitable.
 107   if (!I->hasOneUse()) return false;
 108
 109   switch (I->getOpcode()) {
 110   default: return false;
 111   case Instruction::And:
 112   case Instruction::Or:
 113   case Instruction::Xor:
 114     // Bitwise operators can all arbitrarily be arbitrarily evaluated shifted.
 115     return CanEvaluateShifted(I->getOperand(0), NumBits, isLeftShift, IC) &&
 116            CanEvaluateShifted(I->getOperand(1), NumBits, isLeftShift, IC);
 117
 118   case Instruction::Shl:
 119     // We can often fold the shift into shifts-by-a-constant.
 120     CI = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1));
 121     if (CI == 0) return false;
 122
 123     // We can always fold shl(c1)+shl(c2) -> shl(c1+c2).
 124     if (isLeftShift) return true;
 125
 126     // We can always turn shl(c)+shr(c) -> and(c2).
 127     if (CI->getValue() == NumBits) return true;
 128     // We can always turn shl(c1)+shr(c2) -> shl(c3)+and(c4), but it isn't
 129     // profitable unless we know the and'd out bits are already zero.
 130     return false;
 131   case Instruction::LShr:
 132     // We can often fold the shift into shifts-by-a-constant.
 133     CI = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1));
 134     if (CI == 0) return false;
 135
 136     // We can always fold lshr(c1)+lshr(c2) -> lshr(c1+c2).
 137     if (!isLeftShift) return true;
 138
 139     // We can always turn lshr(c)+shl(c) -> and(c2).
 140     if (CI->getValue() == NumBits) return true;
 141
 142     // We can always turn lshr(c1)+shl(c2) -> lshr(c3)+and(c4), but it isn't
 143     // profitable unless we know the and'd out bits are already zero.
 144     return false;
 145
 146   case Instruction::Select: {
 147     SelectInst *SI = cast<SelectInst>(I);
 148     return CanEvaluateShifted(SI->getTrueValue(), NumBits, isLeftShift, IC) &&
 149            CanEvaluateShifted(SI->getFalseValue(), NumBits, isLeftShift, IC);
 150   }
 151   case Instruction::PHI: {
 152     // We can change a phi if we can change all operands.  Note that we never
 153     // get into trouble with cyclic PHIs here because we only consider
 154     // instructions with a single use.
 155     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
 156     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
 157       if (!CanEvaluateShifted(PN->getIncomingValue(i), NumBits, isLeftShift,IC))
 158         return false;
 159     return true;
 160   }
 161   }
 162 }
 163
 164 /// GetShiftedValue - When CanEvaluateShifted returned true for an expression,
 165 /// this value inserts the new computation that produces the shifted value.
 166 static Value *GetShiftedValue(Value *V, unsigned NumBits, bool isLeftShift,
 167                               InstCombiner &IC) {
 168   // We can always evaluate constants shifted.
 169   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
 170     if (isLeftShift)
 171       V = IC.Builder->CreateShl(C, NumBits);
 172     else
 173       V = IC.Builder->CreateLShr(C, NumBits);
 174     // If we got a constantexpr back, try to simplify it with TD info.
 175     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
 176       V = ConstantFoldConstantExpression(CE, IC.getTargetData());
 177     return V;
 178   }
 179
 180   Instruction *I = cast<Instruction>(V);
 181   IC.Worklist.Add(I);
 182
 183   switch (I->getOpcode()) {
 184   default: assert(0 && "Inconsistency with CanEvaluateShifted");
 185   case Instruction::And:
 186   case Instruction::Or:
 187   case Instruction::Xor:
 188     // Bitwise operators can all arbitrarily be arbitrarily evaluated shifted.
 189     I->setOperand(0, GetShiftedValue(I->getOperand(0), NumBits,isLeftShift,IC));
 190     I->setOperand(1, GetShiftedValue(I->getOperand(1), NumBits,isLeftShift,IC));
 191     return I;
 192
 193   case Instruction::Shl: {
 194     unsigned TypeWidth = I->getType()->getScalarSizeInBits();
 195
 196     // We only accept shifts-by-a-constant in CanEvaluateShifted.
 197     ConstantInt *CI = cast<ConstantInt>(I->getOperand(1));
 198
 199     // We can always fold shl(c1)+shl(c2) -> shl(c1+c2).
 200     if (isLeftShift) {
 201       // If this is oversized composite shift, then unsigned shifts get 0.
 202       unsigned NewShAmt = NumBits+CI->getZExtValue();
 203       if (NewShAmt >= TypeWidth)
 204         return Constant::getNullValue(I->getType());
 205
 206       I->setOperand(1, ConstantInt::get(I->getType(), NewShAmt));
 207       return I;
 208     }
 209
 210     // We turn shl(c)+lshr(c) -> and(c2) if the input doesn't already have
 211     // zeros.
 212     assert(CI->getValue() == NumBits);
 213
 214     APInt Mask(APInt::getLowBitsSet(TypeWidth, TypeWidth - NumBits));
 215     V = IC.Builder->CreateAnd(I->getOperand(0),
 216                               ConstantInt::get(I->getContext(), Mask));
 217     if (Instruction *VI = dyn_cast<Instruction>(V)) {
 218       VI->moveBefore(I);
 219       VI->takeName(I);
 220     }
 221     return V;
 222   }
 223   case Instruction::LShr: {
 224     unsigned TypeWidth = I->getType()->getScalarSizeInBits();
 225     // We only accept shifts-by-a-constant in CanEvaluateShifted.
 226     ConstantInt *CI = cast<ConstantInt>(I->getOperand(1));
 227
 228     // We can always fold lshr(c1)+lshr(c2) -> lshr(c1+c2).
 229     if (!isLeftShift) {
 230       // If this is oversized composite shift, then unsigned shifts get 0.
 231       unsigned NewShAmt = NumBits+CI->getZExtValue();
 232       if (NewShAmt >= TypeWidth)
 233         return Constant::getNullValue(I->getType());
 234
 235       I->setOperand(1, ConstantInt::get(I->getType(), NewShAmt));
 236       return I;
 237     }
 238
 239     // We turn lshr(c)+shl(c) -> and(c2) if the input doesn't already have
 240     // zeros.
 241     assert(CI->getValue() == NumBits);
 242
 243     APInt Mask(APInt::getHighBitsSet(TypeWidth, TypeWidth - NumBits));
 244     V = IC.Builder->CreateAnd(I->getOperand(0),
 245                               ConstantInt::get(I->getContext(), Mask));
 246     if (Instruction *VI = dyn_cast<Instruction>(V)) {
 247       VI->moveBefore(I);
 248       VI->takeName(I);
 249     }
 250     return V;
 251   }
 252
 253   case Instruction::Select:
 254     I->setOperand(1, GetShiftedValue(I->getOperand(1), NumBits,isLeftShift,IC));
 255     I->setOperand(2, GetShiftedValue(I->getOperand(2), NumBits,isLeftShift,IC));
 256     return I;
 257   case Instruction::PHI: {
 258     // We can change a phi if we can change all operands.  Note that we never
 259     // get into trouble with cyclic PHIs here because we only consider
 260     // instructions with a single use.
 261     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
 262     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
 263       PN->setIncomingValue(i, GetShiftedValue(PN->getIncomingValue(i),
 264                                               NumBits, isLeftShift, IC));
 265     return PN;
 266   }
 267   }
 268 }
 269
 270
 271
 272 Instruction *InstCombiner::FoldShiftByConstant(Value *Op0, ConstantInt *Op1,
 273                                                BinaryOperator &I) {
 274   bool isLeftShift = I.getOpcode() == Instruction::Shl;
 275
 276
 277   // See if we can propagate this shift into the input, this covers the trivial
 278   // cast of lshr(shl(x,c1),c2) as well as other more complex cases.
 279   if (I.getOpcode() != Instruction::AShr &&
 280       CanEvaluateShifted(Op0, Op1->getZExtValue(), isLeftShift, *this)) {
 281     DEBUG(dbgs() << "ICE: GetShiftedValue propagatin shift through expression"
 282               " to eliminate shift:\n IN: " << *Op0 << "\nSH: " << I << "\n");
 283
 284     return ReplaceInstUsesWith(I,
 285                  GetShiftedValue(Op0, Op1->getZExtValue(), isLeftShift, *this));
 286   }
 287
 288
 289   // See if we can simplify any instructions used by the instruction whose sole
 290   // purpose is to compute bits we don't care about.
 291   uint32_t TypeBits = Op0->getType()->getScalarSizeInBits();
 292
 293   // shl i32 X, 32 = 0 and srl i8 Y, 9 = 0, ... just don't eliminate
 294   // a signed shift.
 295   //
 296   if (Op1->uge(TypeBits)) {
 297     if (I.getOpcode() != Instruction::AShr)
 298       return ReplaceInstUsesWith(I, Constant::getNullValue(Op0->getType()));
 299     // ashr i32 X, 32 --> ashr i32 X, 31
 300     I.setOperand(1, ConstantInt::get(I.getType(), TypeBits-1));
 301     return &I;
 302   }
 303
 304   // ((X*C1) << C2) == (X * (C1 << C2))
 305   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Op0))
 306     if (BO->getOpcode() == Instruction::Mul && isLeftShift)
 307       if (Constant *BOOp = dyn_cast<Constant>(BO->getOperand(1)))
 308         return BinaryOperator::CreateMul(BO->getOperand(0),
 309                                         ConstantExpr::getShl(BOOp, Op1));
 310
 311   // Try to fold constant and into select arguments.
 312   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(Op0))
 313     if (Instruction *R = FoldOpIntoSelect(I, SI))
 314       return R;
 315   if (isa<PHINode>(Op0))
 316     if (Instruction *NV = FoldOpIntoPhi(I))
 317       return NV;
 318
 319   // Fold shift2(trunc(shift1(x,c1)), c2) -> trunc(shift2(shift1(x,c1),c2))
 320   if (TruncInst *TI = dyn_cast<TruncInst>(Op0)) {
 321     Instruction *TrOp = dyn_cast<Instruction>(TI->getOperand(0));
 322     // If 'shift2' is an ashr, we would have to get the sign bit into a funny
 323     // place.  Don't try to do this transformation in this case.  Also, we
 324     // require that the input operand is a shift-by-constant so that we have
 325     // confidence that the shifts will get folded together.  We could do this
 326     // xform in more cases, but it is unlikely to be profitable.
 327     if (TrOp && I.isLogicalShift() && TrOp->isShift() &&
 328         isa<ConstantInt>(TrOp->getOperand(1))) {
 329       // Okay, we'll do this xform.  Make the shift of shift.
 330       Constant *ShAmt = ConstantExpr::getZExt(Op1, TrOp->getType());
 331       // (shift2 (shift1 & 0x00FF), c2)
 332       Value *NSh = Builder->CreateBinOp(I.getOpcode(), TrOp, ShAmt,I.getName());
 333
 334       // For logical shifts, the truncation has the effect of making the high
 335       // part of the register be zeros.  Emulate this by inserting an AND to
 336       // clear the top bits as needed.  This 'and' will usually be zapped by
 337       // other xforms later if dead.
 338       unsigned SrcSize = TrOp->getType()->getScalarSizeInBits();
 339       unsigned DstSize = TI->getType()->getScalarSizeInBits();
 340       APInt MaskV(APInt::getLowBitsSet(SrcSize, DstSize));
 341
 342       // The mask we constructed says what the trunc would do if occurring
 343       // between the shifts.  We want to know the effect *after* the second
 344       // shift.  We know that it is a logical shift by a constant, so adjust the
 345       // mask as appropriate.
 346       if (I.getOpcode() == Instruction::Shl)
 347         MaskV <<= Op1->getZExtValue();
 348       else {
 349         assert(I.getOpcode() == Instruction::LShr && "Unknown logical shift");
 350         MaskV = MaskV.lshr(Op1->getZExtValue());
 351       }
 352
 353       // shift1 & 0x00FF
 354       Value *And = Builder->CreateAnd(NSh,
 355                                       ConstantInt::get(I.getContext(), MaskV),
 356                                       TI->getName());
 357
 358       // Return the value truncated to the interesting size.
 359       return new TruncInst(And, I.getType());
 360     }
 361   }
 362
 363   if (Op0->hasOneUse()) {
 364     if (BinaryOperator *Op0BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Op0)) {
 365       // Turn ((X >> C) + Y) << C  ->  (X + (Y << C)) & (~0 << C)
 366       Value *V1, *V2;
 367       ConstantInt *CC;
 368       switch (Op0BO->getOpcode()) {
 369       default: break;
 370       case Instruction::Add:
 371       case Instruction::And:
 372       case Instruction::Or:
 373       case Instruction::Xor: {
 374         // These operators commute.
 375         // Turn (Y + (X >> C)) << C  ->  (X + (Y << C)) & (~0 << C)
 376         if (isLeftShift && Op0BO->getOperand(1)->hasOneUse() &&
 377             match(Op0BO->getOperand(1), m_Shr(m_Value(V1),
 378                   m_Specific(Op1)))) {
 379           Value *YS =         // (Y << C)
 380             Builder->CreateShl(Op0BO->getOperand(0), Op1, Op0BO->getName());
 381           // (X + (Y << C))
 382           Value *X = Builder->CreateBinOp(Op0BO->getOpcode(), YS, V1,
 383                                           Op0BO->getOperand(1)->getName());
 384           uint32_t Op1Val = Op1->getLimitedValue(TypeBits);
 385           return BinaryOperator::CreateAnd(X, ConstantInt::get(I.getContext(),
 386                      APInt::getHighBitsSet(TypeBits, TypeBits-Op1Val)));
 387         }
 388
 389         // Turn (Y + ((X >> C) & CC)) << C  ->  ((X & (CC << C)) + (Y << C))
 390         Value *Op0BOOp1 = Op0BO->getOperand(1);
 391         if (isLeftShift && Op0BOOp1->hasOneUse() &&
 392             match(Op0BOOp1,
 393                   m_And(m_Shr(m_Value(V1), m_Specific(Op1)),
 394                         m_ConstantInt(CC))) &&
 395             cast<BinaryOperator>(Op0BOOp1)->getOperand(0)->hasOneUse()) {
 396           Value *YS =   // (Y << C)
 397             Builder->CreateShl(Op0BO->getOperand(0), Op1,
 398                                          Op0BO->getName());
 399           // X & (CC << C)
 400           Value *XM = Builder->CreateAnd(V1, ConstantExpr::getShl(CC, Op1),
 401                                          V1->getName()+".mask");
 402           return BinaryOperator::Create(Op0BO->getOpcode(), YS, XM);
 403         }
 404       }
 405
 406       // FALL THROUGH.
 407       case Instruction::Sub: {
 408         // Turn ((X >> C) + Y) << C  ->  (X + (Y << C)) & (~0 << C)
 409         if (isLeftShift && Op0BO->getOperand(0)->hasOneUse() &&
 410             match(Op0BO->getOperand(0), m_Shr(m_Value(V1),
 411                   m_Specific(Op1)))) {
 412           Value *YS =  // (Y << C)
 413             Builder->CreateShl(Op0BO->getOperand(1), Op1, Op0BO->getName());
 414           // (X + (Y << C))
 415           Value *X = Builder->CreateBinOp(Op0BO->getOpcode(), V1, YS,
 416                                           Op0BO->getOperand(0)->getName());
 417           uint32_t Op1Val = Op1->getLimitedValue(TypeBits);
 418           return BinaryOperator::CreateAnd(X, ConstantInt::get(I.getContext(),
 419                      APInt::getHighBitsSet(TypeBits, TypeBits-Op1Val)));
 420         }
 421
 422         // Turn (((X >> C)&CC) + Y) << C  ->  (X + (Y << C)) & (CC << C)
 423         if (isLeftShift && Op0BO->getOperand(0)->hasOneUse() &&
 424             match(Op0BO->getOperand(0),
 425                   m_And(m_Shr(m_Value(V1), m_Value(V2)),
 426                         m_ConstantInt(CC))) && V2 == Op1 &&
 427             cast<BinaryOperator>(Op0BO->getOperand(0))
 428                 ->getOperand(0)->hasOneUse()) {
 429           Value *YS = // (Y << C)
 430             Builder->CreateShl(Op0BO->getOperand(1), Op1, Op0BO->getName());
 431           // X & (CC << C)
 432           Value *XM = Builder->CreateAnd(V1, ConstantExpr::getShl(CC, Op1),
 433                                          V1->getName()+".mask");
 434
 435           return BinaryOperator::Create(Op0BO->getOpcode(), XM, YS);
 436         }
 437
 438         break;
 439       }
 440       }
 441
 442
 443       // If the operand is an bitwise operator with a constant RHS, and the
 444       // shift is the only use, we can pull it out of the shift.
 445       if (ConstantInt *Op0C = dyn_cast<ConstantInt>(Op0BO->getOperand(1))) {
 446         bool isValid = true;     // Valid only for And, Or, Xor
 447         bool highBitSet = false; // Transform if high bit of constant set?
 448
 449         switch (Op0BO->getOpcode()) {
 450         default: isValid = false; break;   // Do not perform transform!
 451         case Instruction::Add:
 452           isValid = isLeftShift;
 453           break;
 454         case Instruction::Or:
 455         case Instruction::Xor:
 456           highBitSet = false;
 457           break;
 458         case Instruction::And:
 459           highBitSet = true;
 460           break;
 461         }
 462
 463         // If this is a signed shift right, and the high bit is modified
 464         // by the logical operation, do not perform the transformation.
 465         // The highBitSet boolean indicates the value of the high bit of
 466         // the constant which would cause it to be modified for this
 467         // operation.
 468         //
 469         if (isValid && I.getOpcode() == Instruction::AShr)
 470           isValid = Op0C->getValue()[TypeBits-1] == highBitSet;
 471
 472         if (isValid) {
 473           Constant *NewRHS = ConstantExpr::get(I.getOpcode(), Op0C, Op1);
 474
 475           Value *NewShift =
 476             Builder->CreateBinOp(I.getOpcode(), Op0BO->getOperand(0), Op1);
 477           NewShift->takeName(Op0BO);
 478
 479           return BinaryOperator::Create(Op0BO->getOpcode(), NewShift,
 480                                         NewRHS);
 481         }
 482       }
 483     }
 484   }
 485
 486   // Find out if this is a shift of a shift by a constant.
 487   BinaryOperator *ShiftOp = dyn_cast<BinaryOperator>(Op0);
 488   if (ShiftOp && !ShiftOp->isShift())
 489     ShiftOp = 0;
 490
 491   if (ShiftOp && isa<ConstantInt>(ShiftOp->getOperand(1))) {
 492     ConstantInt *ShiftAmt1C = cast<ConstantInt>(ShiftOp->getOperand(1));
 493     uint32_t ShiftAmt1 = ShiftAmt1C->getLimitedValue(TypeBits);
 494     uint32_t ShiftAmt2 = Op1->getLimitedValue(TypeBits);
 495     assert(ShiftAmt2 != 0 && "Should have been simplified earlier");
 496     if (ShiftAmt1 == 0) return 0;  // Will be simplified in the future.
 497     Value *X = ShiftOp->getOperand(0);
 498
 499     uint32_t AmtSum = ShiftAmt1+ShiftAmt2;   // Fold into one big shift.
 500
 501     const IntegerType *Ty = cast<IntegerType>(I.getType());
 502
 503     // Check for (X << c1) << c2  and  (X >> c1) >> c2
 504     if (I.getOpcode() == ShiftOp->getOpcode()) {
 505       // If this is oversized composite shift, then unsigned shifts get 0, ashr
 506       // saturates.
 507       if (AmtSum >= TypeBits) {
 508         if (I.getOpcode() != Instruction::AShr)
 509           return ReplaceInstUsesWith(I, Constant::getNullValue(I.getType()));
 510         AmtSum = TypeBits-1;  // Saturate to 31 for i32 ashr.
 511       }
 512
 513       return BinaryOperator::Create(I.getOpcode(), X,
 514                                     ConstantInt::get(Ty, AmtSum));
 515     }
 516
 517     if (ShiftAmt1 == ShiftAmt2) {
 518       // If we have ((X >>? C) << C), turn this into X & (-1 << C).
 519       if (I.getOpcode() == Instruction::Shl &&
 520           ShiftOp->getOpcode() != Instruction::Shl) {
 521         APInt Mask(APInt::getHighBitsSet(TypeBits, TypeBits - ShiftAmt1));
 522         return BinaryOperator::CreateAnd(X,
 523                                          ConstantInt::get(I.getContext(),Mask));
 524       }
 525       // If we have ((X << C) >>u C), turn this into X & (-1 >>u C).
 526       if (I.getOpcode() == Instruction::LShr &&
 527           ShiftOp->getOpcode() == Instruction::Shl) {
 528         APInt Mask(APInt::getLowBitsSet(TypeBits, TypeBits - ShiftAmt1));
 529         return BinaryOperator::CreateAnd(X,
 530                                         ConstantInt::get(I.getContext(), Mask));
 531       }
 532     } else if (ShiftAmt1 < ShiftAmt2) {
 533       uint32_t ShiftDiff = ShiftAmt2-ShiftAmt1;
 534
 535       // (X >>? C1) << C2 --> X << (C2-C1) & (-1 << C2)
 536       if (I.getOpcode() == Instruction::Shl &&
 537           ShiftOp->getOpcode() != Instruction::Shl) {
 538         assert(ShiftOp->getOpcode() == Instruction::LShr ||
 539                ShiftOp->getOpcode() == Instruction::AShr);
 540         Value *Shift = Builder->CreateShl(X, ConstantInt::get(Ty, ShiftDiff));
 541
 542         APInt Mask(APInt::getHighBitsSet(TypeBits, TypeBits - ShiftAmt2));
 543         return BinaryOperator::CreateAnd(Shift,
 544                                          ConstantInt::get(I.getContext(),Mask));
 545       }
 546
 547       // (X << C1) >>u C2  --> X >>u (C2-C1) & (-1 >> C2)
 548       if (I.getOpcode() == Instruction::LShr &&
 549           ShiftOp->getOpcode() == Instruction::Shl) {
 550         assert(ShiftOp->getOpcode() == Instruction::Shl);
 551         Value *Shift = Builder->CreateLShr(X, ConstantInt::get(Ty, ShiftDiff));
 552
 553         APInt Mask(APInt::getLowBitsSet(TypeBits, TypeBits - ShiftAmt2));
 554         return BinaryOperator::CreateAnd(Shift,
 555                                          ConstantInt::get(I.getContext(),Mask));
 556       }
 557
 558       // We can't handle (X << C1) >>s C2, it shifts arbitrary bits in.
 559     } else {
 560       assert(ShiftAmt2 < ShiftAmt1);
 561       uint32_t ShiftDiff = ShiftAmt1-ShiftAmt2;
 562
 563       // (X >>? C1) << C2 --> X >>? (C1-C2) & (-1 << C2)
 564       if (I.getOpcode() == Instruction::Shl &&
 565           ShiftOp->getOpcode() != Instruction::Shl) {
 566         Value *Shift = Builder->CreateBinOp(ShiftOp->getOpcode(), X,
 567                                             ConstantInt::get(Ty, ShiftDiff));
 568
 569         APInt Mask(APInt::getHighBitsSet(TypeBits, TypeBits - ShiftAmt2));
 570         return BinaryOperator::CreateAnd(Shift,
 571                                          ConstantInt::get(I.getContext(),Mask));
 572       }
 573
 574       // (X << C1) >>u C2  --> X << (C1-C2) & (-1 >> C2)
 575       if (I.getOpcode() == Instruction::LShr &&
 576           ShiftOp->getOpcode() == Instruction::Shl) {
 577         Value *Shift = Builder->CreateShl(X, ConstantInt::get(Ty, ShiftDiff));
 578
 579         APInt Mask(APInt::getLowBitsSet(TypeBits, TypeBits - ShiftAmt2));
 580         return BinaryOperator::CreateAnd(Shift,
 581                                          ConstantInt::get(I.getContext(),Mask));
 582       }
 583
 584       // We can't handle (X << C1) >>a C2, it shifts arbitrary bits in.
 585     }
 586   }
 587   return 0;
 588 }
 589
 590 Instruction *InstCombiner::visitShl(BinaryOperator &I) {
 591   return commonShiftTransforms(I);
 592 }
 593
 594 Instruction *InstCombiner::visitLShr(BinaryOperator &I) {
 595   if (Instruction *R = commonShiftTransforms(I))
 596     return R;
 597
 598   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
 599
 600   if (ConstantInt *Op1C = dyn_cast<ConstantInt>(Op1))
 601     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Op0)) {
 602       unsigned BitWidth = Op0->getType()->getScalarSizeInBits();
 603       // ctlz.i32(x)>>5  --> zext(x == 0)
 604       // cttz.i32(x)>>5  --> zext(x == 0)
 605       // ctpop.i32(x)>>5 --> zext(x == -1)
 606       if ((II->getIntrinsicID() == Intrinsic::ctlz ||
 607            II->getIntrinsicID() == Intrinsic::cttz ||
 608            II->getIntrinsicID() == Intrinsic::ctpop) &&
 609           isPowerOf2_32(BitWidth) && Log2_32(BitWidth) == Op1C->getZExtValue()){
 610         bool isCtPop = II->getIntrinsicID() == Intrinsic::ctpop;
 611         Constant *RHS = ConstantInt::getSigned(Op0->getType(), isCtPop ? -1:0);
 612         Value *Cmp = Builder->CreateICmpEQ(II->getArgOperand(0), RHS);
 613         return new ZExtInst(Cmp, II->getType());
 614       }
 615     }
 616
 617   return 0;
 618 }
 619
 620 Instruction *InstCombiner::visitAShr(BinaryOperator &I) {
 621   if (Instruction *R = commonShiftTransforms(I))
 622     return R;
 623
 624   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
 625
 626   if (ConstantInt *CSI = dyn_cast<ConstantInt>(Op0)) {
 627     // ashr int -1, X = -1   (for any arithmetic shift rights of ~0)
 628     if (CSI->isAllOnesValue())
 629       return ReplaceInstUsesWith(I, CSI);
 630   }
 631
 632   if (ConstantInt *Op1C = dyn_cast<ConstantInt>(Op1)) {
 633     // If the input is a SHL by the same constant (ashr (shl X, C), C), then we
 634     // have a sign-extend idiom.
 635     Value *X;
 636     if (match(Op0, m_Shl(m_Value(X), m_Specific(Op1)))) {
 637       // If the input value is known to already be sign extended enough, delete
 638       // the extension.
 639       if (ComputeNumSignBits(X) > Op1C->getZExtValue())
 640         return ReplaceInstUsesWith(I, X);
 641
 642       // If the input is an extension from the shifted amount value, e.g.
 643       //   %x = zext i8 %A to i32
 644       //   %y = shl i32 %x, 24
 645       //   %z = ashr %y, 24
 646       // then turn this into "z = sext i8 A to i32".
 647       if (ZExtInst *ZI = dyn_cast<ZExtInst>(X)) {
 648         uint32_t SrcBits = ZI->getOperand(0)->getType()->getScalarSizeInBits();
 649         uint32_t DestBits = ZI->getType()->getScalarSizeInBits();
 650         if (Op1C->getZExtValue() == DestBits-SrcBits)
 651           return new SExtInst(ZI->getOperand(0), ZI->getType());
 652       }
 653     }
 654   }
 655
 656   // See if we can turn a signed shr into an unsigned shr.
 657   if (MaskedValueIsZero(Op0,
 658                         APInt::getSignBit(I.getType()->getScalarSizeInBits())))
 659     return BinaryOperator::CreateLShr(Op0, Op1);
 660
 661   // Arithmetic shifting an all-sign-bit value is a no-op.
 662   unsigned NumSignBits = ComputeNumSignBits(Op0);
 663   if (NumSignBits == Op0->getType()->getScalarSizeInBits())
 664     return ReplaceInstUsesWith(I, Op0);
 665
 666   return 0;
 667 }
 668