OSDN Git Service

Merging r339822:
[android-x86/external-llvm.git] / lib / CodeGen / CodeGenPrepare.cpp
1 //===- CodeGenPrepare.cpp - Prepare a function for code generation --------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass munges the code in the input function to better prepare it for
11 // SelectionDAG-based code generation. This works around limitations in it's
12 // basic-block-at-a-time approach. It should eventually be removed.
13 //
14 //===----------------------------------------------------------------------===//
15
16 #include "llvm/ADT/APInt.h"
17 #include "llvm/ADT/ArrayRef.h"
18 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
19 #include "llvm/ADT/PointerIntPair.h"
20 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
21 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
22 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
23 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
24 #include "llvm/Analysis/BlockFrequencyInfo.h"
25 #include "llvm/Analysis/BranchProbabilityInfo.h"
26 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
27 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
28 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
29 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
30 #include "llvm/Analysis/ProfileSummaryInfo.h"
31 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
32 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
33 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
34 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
35 #include "llvm/CodeGen/Analysis.h"
36 #include "llvm/CodeGen/ISDOpcodes.h"
37 #include "llvm/CodeGen/SelectionDAGNodes.h"
38 #include "llvm/CodeGen/TargetLowering.h"
39 #include "llvm/CodeGen/TargetPassConfig.h"
40 #include "llvm/CodeGen/TargetSubtargetInfo.h"
41 #include "llvm/CodeGen/ValueTypes.h"
42 #include "llvm/Config/llvm-config.h"
43 #include "llvm/IR/Argument.h"
44 #include "llvm/IR/Attributes.h"
45 #include "llvm/IR/BasicBlock.h"
46 #include "llvm/IR/CallSite.h"
47 #include "llvm/IR/Constant.h"
48 #include "llvm/IR/Constants.h"
49 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
50 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
51 #include "llvm/IR/Dominators.h"
52 #include "llvm/IR/Function.h"
53 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
54 #include "llvm/IR/GlobalValue.h"
55 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
56 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
57 #include "llvm/IR/InlineAsm.h"
58 #include "llvm/IR/InstrTypes.h"
59 #include "llvm/IR/Instruction.h"
60 #include "llvm/IR/Instructions.h"
61 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
62 #include "llvm/IR/Intrinsics.h"
63 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
64 #include "llvm/IR/MDBuilder.h"
65 #include "llvm/IR/Module.h"
66 #include "llvm/IR/Operator.h"
67 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
68 #include "llvm/IR/Statepoint.h"
69 #include "llvm/IR/Type.h"
70 #include "llvm/IR/Use.h"
71 #include "llvm/IR/User.h"
72 #include "llvm/IR/Value.h"
73 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
74 #include "llvm/IR/ValueMap.h"
75 #include "llvm/Pass.h"
76 #include "llvm/Support/BlockFrequency.h"
77 #include "llvm/Support/BranchProbability.h"
78 #include "llvm/Support/Casting.h"
79 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
80 #include "llvm/Support/Compiler.h"
81 #include "llvm/Support/Debug.h"
82 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
83 #include "llvm/Support/MachineValueType.h"
84 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
85 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
86 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
87 #include "llvm/Target/TargetOptions.h"
88 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
89 #include "llvm/Transforms/Utils/BypassSlowDivision.h"
90 #include "llvm/Transforms/Utils/SimplifyLibCalls.h"
91 #include <algorithm>
92 #include <cassert>
93 #include <cstdint>
94 #include <iterator>
95 #include <limits>
96 #include <memory>
97 #include <utility>
98 #include <vector>
99
100 using namespace llvm;
101 using namespace llvm::PatternMatch;
102
103 #define DEBUG_TYPE "codegenprepare"
104
105 STATISTIC(NumBlocksElim, "Number of blocks eliminated");
106 STATISTIC(NumPHIsElim,   "Number of trivial PHIs eliminated");
107 STATISTIC(NumGEPsElim,   "Number of GEPs converted to casts");
108 STATISTIC(NumCmpUses, "Number of uses of Cmp expressions replaced with uses of "
109                       "sunken Cmps");
110 STATISTIC(NumCastUses, "Number of uses of Cast expressions replaced with uses "
111                        "of sunken Casts");
112 STATISTIC(NumMemoryInsts, "Number of memory instructions whose address "
113                           "computations were sunk");
114 STATISTIC(NumMemoryInstsPhiCreated,
115           "Number of phis created when address "
116           "computations were sunk to memory instructions");
117 STATISTIC(NumMemoryInstsSelectCreated,
118           "Number of select created when address "
119           "computations were sunk to memory instructions");
120 STATISTIC(NumExtsMoved,  "Number of [s|z]ext instructions combined with loads");
121 STATISTIC(NumExtUses,    "Number of uses of [s|z]ext instructions optimized");
122 STATISTIC(NumAndsAdded,
123           "Number of and mask instructions added to form ext loads");
124 STATISTIC(NumAndUses, "Number of uses of and mask instructions optimized");
125 STATISTIC(NumRetsDup,    "Number of return instructions duplicated");
126 STATISTIC(NumDbgValueMoved, "Number of debug value instructions moved");
127 STATISTIC(NumSelectsExpanded, "Number of selects turned into branches");
128 STATISTIC(NumStoreExtractExposed, "Number of store(extractelement) exposed");
129
130 static cl::opt<bool> DisableBranchOpts(
131   "disable-cgp-branch-opts", cl::Hidden, cl::init(false),
132   cl::desc("Disable branch optimizations in CodeGenPrepare"));
133
134 static cl::opt<bool>
135     DisableGCOpts("disable-cgp-gc-opts", cl::Hidden, cl::init(false),
136                   cl::desc("Disable GC optimizations in CodeGenPrepare"));
137
138 static cl::opt<bool> DisableSelectToBranch(
139   "disable-cgp-select2branch", cl::Hidden, cl::init(false),
140   cl::desc("Disable select to branch conversion."));
141
142 static cl::opt<bool> AddrSinkUsingGEPs(
143   "addr-sink-using-gep", cl::Hidden, cl::init(true),
144   cl::desc("Address sinking in CGP using GEPs."));
145
146 static cl::opt<bool> EnableAndCmpSinking(
147    "enable-andcmp-sinking", cl::Hidden, cl::init(true),
148    cl::desc("Enable sinkinig and/cmp into branches."));
149
150 static cl::opt<bool> DisableStoreExtract(
151     "disable-cgp-store-extract", cl::Hidden, cl::init(false),
152     cl::desc("Disable store(extract) optimizations in CodeGenPrepare"));
153
154 static cl::opt<bool> StressStoreExtract(
155     "stress-cgp-store-extract", cl::Hidden, cl::init(false),
156     cl::desc("Stress test store(extract) optimizations in CodeGenPrepare"));
157
158 static cl::opt<bool> DisableExtLdPromotion(
159     "disable-cgp-ext-ld-promotion", cl::Hidden, cl::init(false),
160     cl::desc("Disable ext(promotable(ld)) -> promoted(ext(ld)) optimization in "
161              "CodeGenPrepare"));
162
163 static cl::opt<bool> StressExtLdPromotion(
164     "stress-cgp-ext-ld-promotion", cl::Hidden, cl::init(false),
165     cl::desc("Stress test ext(promotable(ld)) -> promoted(ext(ld)) "
166              "optimization in CodeGenPrepare"));
167
168 static cl::opt<bool> DisablePreheaderProtect(
169     "disable-preheader-prot", cl::Hidden, cl::init(false),
170     cl::desc("Disable protection against removing loop preheaders"));
171
172 static cl::opt<bool> ProfileGuidedSectionPrefix(
173     "profile-guided-section-prefix", cl::Hidden, cl::init(true), cl::ZeroOrMore,
174     cl::desc("Use profile info to add section prefix for hot/cold functions"));
175
176 static cl::opt<unsigned> FreqRatioToSkipMerge(
177     "cgp-freq-ratio-to-skip-merge", cl::Hidden, cl::init(2),
178     cl::desc("Skip merging empty blocks if (frequency of empty block) / "
179              "(frequency of destination block) is greater than this ratio"));
180
181 static cl::opt<bool> ForceSplitStore(
182     "force-split-store", cl::Hidden, cl::init(false),
183     cl::desc("Force store splitting no matter what the target query says."));
184
185 static cl::opt<bool>
186 EnableTypePromotionMerge("cgp-type-promotion-merge", cl::Hidden,
187     cl::desc("Enable merging of redundant sexts when one is dominating"
188     " the other."), cl::init(true));
189
190 static cl::opt<bool> DisableComplexAddrModes(
191     "disable-complex-addr-modes", cl::Hidden, cl::init(false),
192     cl::desc("Disables combining addressing modes with different parts "
193              "in optimizeMemoryInst."));
194
195 static cl::opt<bool>
196 AddrSinkNewPhis("addr-sink-new-phis", cl::Hidden, cl::init(false),
197                 cl::desc("Allow creation of Phis in Address sinking."));
198
199 static cl::opt<bool>
200 AddrSinkNewSelects("addr-sink-new-select", cl::Hidden, cl::init(true),
201                    cl::desc("Allow creation of selects in Address sinking."));
202
203 static cl::opt<bool> AddrSinkCombineBaseReg(
204     "addr-sink-combine-base-reg", cl::Hidden, cl::init(true),
205     cl::desc("Allow combining of BaseReg field in Address sinking."));
206
207 static cl::opt<bool> AddrSinkCombineBaseGV(
208     "addr-sink-combine-base-gv", cl::Hidden, cl::init(true),
209     cl::desc("Allow combining of BaseGV field in Address sinking."));
210
211 static cl::opt<bool> AddrSinkCombineBaseOffs(
212     "addr-sink-combine-base-offs", cl::Hidden, cl::init(true),
213     cl::desc("Allow combining of BaseOffs field in Address sinking."));
214
215 static cl::opt<bool> AddrSinkCombineScaledReg(
216     "addr-sink-combine-scaled-reg", cl::Hidden, cl::init(true),
217     cl::desc("Allow combining of ScaledReg field in Address sinking."));
218
219 static cl::opt<bool>
220     EnableGEPOffsetSplit("cgp-split-large-offset-gep", cl::Hidden,
221                          cl::init(true),
222                          cl::desc("Enable splitting large offset of GEP."));
223
224 namespace {
225
226 enum ExtType {
227   ZeroExtension,   // Zero extension has been seen.
228   SignExtension,   // Sign extension has been seen.
229   BothExtension    // This extension type is used if we saw sext after
230                    // ZeroExtension had been set, or if we saw zext after
231                    // SignExtension had been set. It makes the type
232                    // information of a promoted instruction invalid.
233 };
234
235 using SetOfInstrs = SmallPtrSet<Instruction *, 16>;
236 using TypeIsSExt = PointerIntPair<Type *, 2, ExtType>;
237 using InstrToOrigTy = DenseMap<Instruction *, TypeIsSExt>;
238 using SExts = SmallVector<Instruction *, 16>;
239 using ValueToSExts = DenseMap<Value *, SExts>;
240
241 class TypePromotionTransaction;
242
243   class CodeGenPrepare : public FunctionPass {
244     const TargetMachine *TM = nullptr;
245     const TargetSubtargetInfo *SubtargetInfo;
246     const TargetLowering *TLI = nullptr;
247     const TargetRegisterInfo *TRI;
248     const TargetTransformInfo *TTI = nullptr;
249     const TargetLibraryInfo *TLInfo;
250     const LoopInfo *LI;
251     std::unique_ptr<BlockFrequencyInfo> BFI;
252     std::unique_ptr<BranchProbabilityInfo> BPI;
253
254     /// As we scan instructions optimizing them, this is the next instruction
255     /// to optimize. Transforms that can invalidate this should update it.
256     BasicBlock::iterator CurInstIterator;
257
258     /// Keeps track of non-local addresses that have been sunk into a block.
259     /// This allows us to avoid inserting duplicate code for blocks with
260     /// multiple load/stores of the same address. The usage of WeakTrackingVH
261     /// enables SunkAddrs to be treated as a cache whose entries can be
262     /// invalidated if a sunken address computation has been erased.
263     ValueMap<Value*, WeakTrackingVH> SunkAddrs;
264
265     /// Keeps track of all instructions inserted for the current function.
266     SetOfInstrs InsertedInsts;
267
268     /// Keeps track of the type of the related instruction before their
269     /// promotion for the current function.
270     InstrToOrigTy PromotedInsts;
271
272     /// Keep track of instructions removed during promotion.
273     SetOfInstrs RemovedInsts;
274
275     /// Keep track of sext chains based on their initial value.
276     DenseMap<Value *, Instruction *> SeenChainsForSExt;
277
278     /// Keep track of GEPs accessing the same data structures such as structs or
279     /// arrays that are candidates to be split later because of their large
280     /// size.
281     DenseMap<
282         AssertingVH<Value>,
283         SmallVector<std::pair<AssertingVH<GetElementPtrInst>, int64_t>, 32>>
284         LargeOffsetGEPMap;
285
286     /// Keep track of new GEP base after splitting the GEPs having large offset.
287     SmallSet<AssertingVH<Value>, 2> NewGEPBases;
288
289     /// Map serial numbers to Large offset GEPs.
290     DenseMap<AssertingVH<GetElementPtrInst>, int> LargeOffsetGEPID;
291
292     /// Keep track of SExt promoted.
293     ValueToSExts ValToSExtendedUses;
294
295     /// True if CFG is modified in any way.
296     bool ModifiedDT;
297
298     /// True if optimizing for size.
299     bool OptSize;
300
301     /// DataLayout for the Function being processed.
302     const DataLayout *DL = nullptr;
303
304   public:
305     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
306
307     CodeGenPrepare() : FunctionPass(ID) {
308       initializeCodeGenPreparePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
309     }
310
311     bool runOnFunction(Function &F) override;
312
313     StringRef getPassName() const override { return "CodeGen Prepare"; }
314
315     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
316       // FIXME: When we can selectively preserve passes, preserve the domtree.
317       AU.addRequired<ProfileSummaryInfoWrapperPass>();
318       AU.addRequired<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
319       AU.addRequired<TargetTransformInfoWrapperPass>();
320       AU.addRequired<LoopInfoWrapperPass>();
321     }
322
323   private:
324     bool eliminateFallThrough(Function &F);
325     bool eliminateMostlyEmptyBlocks(Function &F);
326     BasicBlock *findDestBlockOfMergeableEmptyBlock(BasicBlock *BB);
327     bool canMergeBlocks(const BasicBlock *BB, const BasicBlock *DestBB) const;
328     void eliminateMostlyEmptyBlock(BasicBlock *BB);
329     bool isMergingEmptyBlockProfitable(BasicBlock *BB, BasicBlock *DestBB,
330                                        bool isPreheader);
331     bool optimizeBlock(BasicBlock &BB, bool &ModifiedDT);
332     bool optimizeInst(Instruction *I, bool &ModifiedDT);
333     bool optimizeMemoryInst(Instruction *MemoryInst, Value *Addr,
334                             Type *AccessTy, unsigned AddrSpace);
335     bool optimizeInlineAsmInst(CallInst *CS);
336     bool optimizeCallInst(CallInst *CI, bool &ModifiedDT);
337     bool optimizeExt(Instruction *&I);
338     bool optimizeExtUses(Instruction *I);
339     bool optimizeLoadExt(LoadInst *Load);
340     bool optimizeSelectInst(SelectInst *SI);
341     bool optimizeShuffleVectorInst(ShuffleVectorInst *SVI);
342     bool optimizeSwitchInst(SwitchInst *SI);
343     bool optimizeExtractElementInst(Instruction *Inst);
344     bool dupRetToEnableTailCallOpts(BasicBlock *BB);
345     bool placeDbgValues(Function &F);
346     bool canFormExtLd(const SmallVectorImpl<Instruction *> &MovedExts,
347                       LoadInst *&LI, Instruction *&Inst, bool HasPromoted);
348     bool tryToPromoteExts(TypePromotionTransaction &TPT,
349                           const SmallVectorImpl<Instruction *> &Exts,
350                           SmallVectorImpl<Instruction *> &ProfitablyMovedExts,
351                           unsigned CreatedInstsCost = 0);
352     bool mergeSExts(Function &F);
353     bool splitLargeGEPOffsets();
354     bool performAddressTypePromotion(
355         Instruction *&Inst,
356         bool AllowPromotionWithoutCommonHeader,
357         bool HasPromoted, TypePromotionTransaction &TPT,
358         SmallVectorImpl<Instruction *> &SpeculativelyMovedExts);
359     bool splitBranchCondition(Function &F);
360     bool simplifyOffsetableRelocate(Instruction &I);
361   };
362
363 } // end anonymous namespace
364
365 char CodeGenPrepare::ID = 0;
366
367 INITIALIZE_PASS_BEGIN(CodeGenPrepare, DEBUG_TYPE,
368                       "Optimize for code generation", false, false)
369 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ProfileSummaryInfoWrapperPass)
370 INITIALIZE_PASS_END(CodeGenPrepare, DEBUG_TYPE,
371                     "Optimize for code generation", false, false)
372
373 FunctionPass *llvm::createCodeGenPreparePass() { return new CodeGenPrepare(); }
374
375 bool CodeGenPrepare::runOnFunction(Function &F) {
376   if (skipFunction(F))
377     return false;
378
379   DL = &F.getParent()->getDataLayout();
380
381   bool EverMadeChange = false;
382   // Clear per function information.
383   InsertedInsts.clear();
384   PromotedInsts.clear();
385
386   ModifiedDT = false;
387   if (auto *TPC = getAnalysisIfAvailable<TargetPassConfig>()) {
388     TM = &TPC->getTM<TargetMachine>();
389     SubtargetInfo = TM->getSubtargetImpl(F);
390     TLI = SubtargetInfo->getTargetLowering();
391     TRI = SubtargetInfo->getRegisterInfo();
392   }
393   TLInfo = &getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI();
394   TTI = &getAnalysis<TargetTransformInfoWrapperPass>().getTTI(F);
395   LI = &getAnalysis<LoopInfoWrapperPass>().getLoopInfo();
396   BPI.reset(new BranchProbabilityInfo(F, *LI));
397   BFI.reset(new BlockFrequencyInfo(F, *BPI, *LI));
398   OptSize = F.optForSize();
399
400   ProfileSummaryInfo *PSI =
401       getAnalysis<ProfileSummaryInfoWrapperPass>().getPSI();
402   if (ProfileGuidedSectionPrefix) {
403     if (PSI->isFunctionHotInCallGraph(&F, *BFI))
404       F.setSectionPrefix(".hot");
405     else if (PSI->isFunctionColdInCallGraph(&F, *BFI))
406       F.setSectionPrefix(".unlikely");
407   }
408
409   /// This optimization identifies DIV instructions that can be
410   /// profitably bypassed and carried out with a shorter, faster divide.
411   if (!OptSize && !PSI->hasHugeWorkingSetSize() && TLI &&
412       TLI->isSlowDivBypassed()) {
413     const DenseMap<unsigned int, unsigned int> &BypassWidths =
414        TLI->getBypassSlowDivWidths();
415     BasicBlock* BB = &*F.begin();
416     while (BB != nullptr) {
417       // bypassSlowDivision may create new BBs, but we don't want to reapply the
418       // optimization to those blocks.
419       BasicBlock* Next = BB->getNextNode();
420       EverMadeChange |= bypassSlowDivision(BB, BypassWidths);
421       BB = Next;
422     }
423   }
424
425   // Eliminate blocks that contain only PHI nodes and an
426   // unconditional branch.
427   EverMadeChange |= eliminateMostlyEmptyBlocks(F);
428
429   // llvm.dbg.value is far away from the value then iSel may not be able
430   // handle it properly. iSel will drop llvm.dbg.value if it can not
431   // find a node corresponding to the value.
432   EverMadeChange |= placeDbgValues(F);
433
434   if (!DisableBranchOpts)
435     EverMadeChange |= splitBranchCondition(F);
436
437   // Split some critical edges where one of the sources is an indirect branch,
438   // to help generate sane code for PHIs involving such edges.
439   EverMadeChange |= SplitIndirectBrCriticalEdges(F);
440
441   bool MadeChange = true;
442   while (MadeChange) {
443     MadeChange = false;
444     SeenChainsForSExt.clear();
445     ValToSExtendedUses.clear();
446     RemovedInsts.clear();
447     LargeOffsetGEPMap.clear();
448     LargeOffsetGEPID.clear();
449     for (Function::iterator I = F.begin(); I != F.end(); ) {
450       BasicBlock *BB = &*I++;
451       bool ModifiedDTOnIteration = false;
452       MadeChange |= optimizeBlock(*BB, ModifiedDTOnIteration);
453
454       // Restart BB iteration if the dominator tree of the Function was changed
455       if (ModifiedDTOnIteration)
456         break;
457     }
458     if (EnableTypePromotionMerge && !ValToSExtendedUses.empty())
459       MadeChange |= mergeSExts(F);
460     if (!LargeOffsetGEPMap.empty())
461       MadeChange |= splitLargeGEPOffsets();
462
463     // Really free removed instructions during promotion.
464     for (Instruction *I : RemovedInsts)
465       I->deleteValue();
466
467     EverMadeChange |= MadeChange;
468   }
469
470   SunkAddrs.clear();
471
472   if (!DisableBranchOpts) {
473     MadeChange = false;
474     // Use a set vector to get deterministic iteration order. The order the
475     // blocks are removed may affect whether or not PHI nodes in successors
476     // are removed.
477     SmallSetVector<BasicBlock*, 8> WorkList;
478     for (BasicBlock &BB : F) {
479       SmallVector<BasicBlock *, 2> Successors(succ_begin(&BB), succ_end(&BB));
480       MadeChange |= ConstantFoldTerminator(&BB, true);
481       if (!MadeChange) continue;
482
483       for (SmallVectorImpl<BasicBlock*>::iterator
484              II = Successors.begin(), IE = Successors.end(); II != IE; ++II)
485         if (pred_begin(*II) == pred_end(*II))
486           WorkList.insert(*II);
487     }
488
489     // Delete the dead blocks and any of their dead successors.
490     MadeChange |= !WorkList.empty();
491     while (!WorkList.empty()) {
492       BasicBlock *BB = WorkList.pop_back_val();
493       SmallVector<BasicBlock*, 2> Successors(succ_begin(BB), succ_end(BB));
494
495       DeleteDeadBlock(BB);
496
497       for (SmallVectorImpl<BasicBlock*>::iterator
498              II = Successors.begin(), IE = Successors.end(); II != IE; ++II)
499         if (pred_begin(*II) == pred_end(*II))
500           WorkList.insert(*II);
501     }
502
503     // Merge pairs of basic blocks with unconditional branches, connected by
504     // a single edge.
505     if (EverMadeChange || MadeChange)
506       MadeChange |= eliminateFallThrough(F);
507
508     EverMadeChange |= MadeChange;
509   }
510
511   if (!DisableGCOpts) {
512     SmallVector<Instruction *, 2> Statepoints;
513     for (BasicBlock &BB : F)
514       for (Instruction &I : BB)
515         if (isStatepoint(I))
516           Statepoints.push_back(&I);
517     for (auto &I : Statepoints)
518       EverMadeChange |= simplifyOffsetableRelocate(*I);
519   }
520
521   return EverMadeChange;
522 }
523
524 /// Merge basic blocks which are connected by a single edge, where one of the
525 /// basic blocks has a single successor pointing to the other basic block,
526 /// which has a single predecessor.
527 bool CodeGenPrepare::eliminateFallThrough(Function &F) {
528   bool Changed = false;
529   // Scan all of the blocks in the function, except for the entry block.
530   // Use a temporary array to avoid iterator being invalidated when
531   // deleting blocks.
532   SmallVector<WeakTrackingVH, 16> Blocks;
533   for (auto &Block : llvm::make_range(std::next(F.begin()), F.end()))
534     Blocks.push_back(&Block);
535
536   for (auto &Block : Blocks) {
537     auto *BB = cast_or_null<BasicBlock>(Block);
538     if (!BB)
539       continue;
540     // If the destination block has a single pred, then this is a trivial
541     // edge, just collapse it.
542     BasicBlock *SinglePred = BB->getSinglePredecessor();
543
544     // Don't merge if BB's address is taken.
545     if (!SinglePred || SinglePred == BB || BB->hasAddressTaken()) continue;
546
547     BranchInst *Term = dyn_cast<BranchInst>(SinglePred->getTerminator());
548     if (Term && !Term->isConditional()) {
549       Changed = true;
550       LLVM_DEBUG(dbgs() << "To merge:\n" << *BB << "\n\n\n");
551
552       // Merge BB into SinglePred and delete it.
553       MergeBlockIntoPredecessor(BB);
554     }
555   }
556   return Changed;
557 }
558
559 /// Find a destination block from BB if BB is mergeable empty block.
560 BasicBlock *CodeGenPrepare::findDestBlockOfMergeableEmptyBlock(BasicBlock *BB) {
561   // If this block doesn't end with an uncond branch, ignore it.
562   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
563   if (!BI || !BI->isUnconditional())
564     return nullptr;
565
566   // If the instruction before the branch (skipping debug info) isn't a phi
567   // node, then other stuff is happening here.
568   BasicBlock::iterator BBI = BI->getIterator();
569   if (BBI != BB->begin()) {
570     --BBI;
571     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI)) {
572       if (BBI == BB->begin())
573         break;
574       --BBI;
575     }
576     if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI) && !isa<PHINode>(BBI))
577       return nullptr;
578   }
579
580   // Do not break infinite loops.
581   BasicBlock *DestBB = BI->getSuccessor(0);
582   if (DestBB == BB)
583     return nullptr;
584
585   if (!canMergeBlocks(BB, DestBB))
586     DestBB = nullptr;
587
588   return DestBB;
589 }
590
591 /// Eliminate blocks that contain only PHI nodes, debug info directives, and an
592 /// unconditional branch. Passes before isel (e.g. LSR/loopsimplify) often split
593 /// edges in ways that are non-optimal for isel. Start by eliminating these
594 /// blocks so we can split them the way we want them.
595 bool CodeGenPrepare::eliminateMostlyEmptyBlocks(Function &F) {
596   SmallPtrSet<BasicBlock *, 16> Preheaders;
597   SmallVector<Loop *, 16> LoopList(LI->begin(), LI->end());
598   while (!LoopList.empty()) {
599     Loop *L = LoopList.pop_back_val();
600     LoopList.insert(LoopList.end(), L->begin(), L->end());
601     if (BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader())
602       Preheaders.insert(Preheader);
603   }
604
605   bool MadeChange = false;
606   // Copy blocks into a temporary array to avoid iterator invalidation issues
607   // as we remove them.
608   // Note that this intentionally skips the entry block.
609   SmallVector<WeakTrackingVH, 16> Blocks;
610   for (auto &Block : llvm::make_range(std::next(F.begin()), F.end()))
611     Blocks.push_back(&Block);
612
613   for (auto &Block : Blocks) {
614     BasicBlock *BB = cast_or_null<BasicBlock>(Block);
615     if (!BB)
616       continue;
617     BasicBlock *DestBB = findDestBlockOfMergeableEmptyBlock(BB);
618     if (!DestBB ||
619         !isMergingEmptyBlockProfitable(BB, DestBB, Preheaders.count(BB)))
620       continue;
621
622     eliminateMostlyEmptyBlock(BB);
623     MadeChange = true;
624   }
625   return MadeChange;
626 }
627
628 bool CodeGenPrepare::isMergingEmptyBlockProfitable(BasicBlock *BB,
629                                                    BasicBlock *DestBB,
630                                                    bool isPreheader) {
631   // Do not delete loop preheaders if doing so would create a critical edge.
632   // Loop preheaders can be good locations to spill registers. If the
633   // preheader is deleted and we create a critical edge, registers may be
634   // spilled in the loop body instead.
635   if (!DisablePreheaderProtect && isPreheader &&
636       !(BB->getSinglePredecessor() &&
637         BB->getSinglePredecessor()->getSingleSuccessor()))
638     return false;
639
640   // Try to skip merging if the unique predecessor of BB is terminated by a
641   // switch or indirect branch instruction, and BB is used as an incoming block
642   // of PHIs in DestBB. In such case, merging BB and DestBB would cause ISel to
643   // add COPY instructions in the predecessor of BB instead of BB (if it is not
644   // merged). Note that the critical edge created by merging such blocks wont be
645   // split in MachineSink because the jump table is not analyzable. By keeping
646   // such empty block (BB), ISel will place COPY instructions in BB, not in the
647   // predecessor of BB.
648   BasicBlock *Pred = BB->getUniquePredecessor();
649   if (!Pred ||
650       !(isa<SwitchInst>(Pred->getTerminator()) ||
651         isa<IndirectBrInst>(Pred->getTerminator())))
652     return true;
653
654   if (BB->getTerminator() != BB->getFirstNonPHI())
655     return true;
656
657   // We use a simple cost heuristic which determine skipping merging is
658   // profitable if the cost of skipping merging is less than the cost of
659   // merging : Cost(skipping merging) < Cost(merging BB), where the
660   // Cost(skipping merging) is Freq(BB) * (Cost(Copy) + Cost(Branch)), and
661   // the Cost(merging BB) is Freq(Pred) * Cost(Copy).
662   // Assuming Cost(Copy) == Cost(Branch), we could simplify it to :
663   //   Freq(Pred) / Freq(BB) > 2.
664   // Note that if there are multiple empty blocks sharing the same incoming
665   // value for the PHIs in the DestBB, we consider them together. In such
666   // case, Cost(merging BB) will be the sum of their frequencies.
667
668   if (!isa<PHINode>(DestBB->begin()))
669     return true;
670
671   SmallPtrSet<BasicBlock *, 16> SameIncomingValueBBs;
672
673   // Find all other incoming blocks from which incoming values of all PHIs in
674   // DestBB are the same as the ones from BB.
675   for (pred_iterator PI = pred_begin(DestBB), E = pred_end(DestBB); PI != E;
676        ++PI) {
677     BasicBlock *DestBBPred = *PI;
678     if (DestBBPred == BB)
679       continue;
680
681     if (llvm::all_of(DestBB->phis(), [&](const PHINode &DestPN) {
682           return DestPN.getIncomingValueForBlock(BB) ==
683                  DestPN.getIncomingValueForBlock(DestBBPred);
684         }))
685       SameIncomingValueBBs.insert(DestBBPred);
686   }
687
688   // See if all BB's incoming values are same as the value from Pred. In this
689   // case, no reason to skip merging because COPYs are expected to be place in
690   // Pred already.
691   if (SameIncomingValueBBs.count(Pred))
692     return true;
693
694   BlockFrequency PredFreq = BFI->getBlockFreq(Pred);
695   BlockFrequency BBFreq = BFI->getBlockFreq(BB);
696
697   for (auto SameValueBB : SameIncomingValueBBs)
698     if (SameValueBB->getUniquePredecessor() == Pred &&
699         DestBB == findDestBlockOfMergeableEmptyBlock(SameValueBB))
700       BBFreq += BFI->getBlockFreq(SameValueBB);
701
702   return PredFreq.getFrequency() <=
703          BBFreq.getFrequency() * FreqRatioToSkipMerge;
704 }
705
706 /// Return true if we can merge BB into DestBB if there is a single
707 /// unconditional branch between them, and BB contains no other non-phi
708 /// instructions.
709 bool CodeGenPrepare::canMergeBlocks(const BasicBlock *BB,
710                                     const BasicBlock *DestBB) const {
711   // We only want to eliminate blocks whose phi nodes are used by phi nodes in
712   // the successor.  If there are more complex condition (e.g. preheaders),
713   // don't mess around with them.
714   for (const PHINode &PN : BB->phis()) {
715     for (const User *U : PN.users()) {
716       const Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
717       if (UI->getParent() != DestBB || !isa<PHINode>(UI))
718         return false;
719       // If User is inside DestBB block and it is a PHINode then check
720       // incoming value. If incoming value is not from BB then this is
721       // a complex condition (e.g. preheaders) we want to avoid here.
722       if (UI->getParent() == DestBB) {
723         if (const PHINode *UPN = dyn_cast<PHINode>(UI))
724           for (unsigned I = 0, E = UPN->getNumIncomingValues(); I != E; ++I) {
725             Instruction *Insn = dyn_cast<Instruction>(UPN->getIncomingValue(I));
726             if (Insn && Insn->getParent() == BB &&
727                 Insn->getParent() != UPN->getIncomingBlock(I))
728               return false;
729           }
730       }
731     }
732   }
733
734   // If BB and DestBB contain any common predecessors, then the phi nodes in BB
735   // and DestBB may have conflicting incoming values for the block.  If so, we
736   // can't merge the block.
737   const PHINode *DestBBPN = dyn_cast<PHINode>(DestBB->begin());
738   if (!DestBBPN) return true;  // no conflict.
739
740   // Collect the preds of BB.
741   SmallPtrSet<const BasicBlock*, 16> BBPreds;
742   if (const PHINode *BBPN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
743     // It is faster to get preds from a PHI than with pred_iterator.
744     for (unsigned i = 0, e = BBPN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
745       BBPreds.insert(BBPN->getIncomingBlock(i));
746   } else {
747     BBPreds.insert(pred_begin(BB), pred_end(BB));
748   }
749
750   // Walk the preds of DestBB.
751   for (unsigned i = 0, e = DestBBPN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
752     BasicBlock *Pred = DestBBPN->getIncomingBlock(i);
753     if (BBPreds.count(Pred)) {   // Common predecessor?
754       for (const PHINode &PN : DestBB->phis()) {
755         const Value *V1 = PN.getIncomingValueForBlock(Pred);
756         const Value *V2 = PN.getIncomingValueForBlock(BB);
757
758         // If V2 is a phi node in BB, look up what the mapped value will be.
759         if (const PHINode *V2PN = dyn_cast<PHINode>(V2))
760           if (V2PN->getParent() == BB)
761             V2 = V2PN->getIncomingValueForBlock(Pred);
762
763         // If there is a conflict, bail out.
764         if (V1 != V2) return false;
765       }
766     }
767   }
768
769   return true;
770 }
771
772 /// Eliminate a basic block that has only phi's and an unconditional branch in
773 /// it.
774 void CodeGenPrepare::eliminateMostlyEmptyBlock(BasicBlock *BB) {
775   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
776   BasicBlock *DestBB = BI->getSuccessor(0);
777
778   LLVM_DEBUG(dbgs() << "MERGING MOSTLY EMPTY BLOCKS - BEFORE:\n"
779                     << *BB << *DestBB);
780
781   // If the destination block has a single pred, then this is a trivial edge,
782   // just collapse it.
783   if (BasicBlock *SinglePred = DestBB->getSinglePredecessor()) {
784     if (SinglePred != DestBB) {
785       assert(SinglePred == BB &&
786              "Single predecessor not the same as predecessor");
787       // Merge DestBB into SinglePred/BB and delete it.
788       MergeBlockIntoPredecessor(DestBB);
789       // Note: BB(=SinglePred) will not be deleted on this path.
790       // DestBB(=its single successor) is the one that was deleted.
791       LLVM_DEBUG(dbgs() << "AFTER:\n" << *SinglePred << "\n\n\n");
792       return;
793     }
794   }
795
796   // Otherwise, we have multiple predecessors of BB.  Update the PHIs in DestBB
797   // to handle the new incoming edges it is about to have.
798   for (PHINode &PN : DestBB->phis()) {
799     // Remove the incoming value for BB, and remember it.
800     Value *InVal = PN.removeIncomingValue(BB, false);
801
802     // Two options: either the InVal is a phi node defined in BB or it is some
803     // value that dominates BB.
804     PHINode *InValPhi = dyn_cast<PHINode>(InVal);
805     if (InValPhi && InValPhi->getParent() == BB) {
806       // Add all of the input values of the input PHI as inputs of this phi.
807       for (unsigned i = 0, e = InValPhi->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
808         PN.addIncoming(InValPhi->getIncomingValue(i),
809                        InValPhi->getIncomingBlock(i));
810     } else {
811       // Otherwise, add one instance of the dominating value for each edge that
812       // we will be adding.
813       if (PHINode *BBPN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
814         for (unsigned i = 0, e = BBPN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
815           PN.addIncoming(InVal, BBPN->getIncomingBlock(i));
816       } else {
817         for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
818           PN.addIncoming(InVal, *PI);
819       }
820     }
821   }
822
823   // The PHIs are now updated, change everything that refers to BB to use
824   // DestBB and remove BB.
825   BB->replaceAllUsesWith(DestBB);
826   BB->eraseFromParent();
827   ++NumBlocksElim;
828
829   LLVM_DEBUG(dbgs() << "AFTER:\n" << *DestBB << "\n\n\n");
830 }
831
832 // Computes a map of base pointer relocation instructions to corresponding
833 // derived pointer relocation instructions given a vector of all relocate calls
834 static void computeBaseDerivedRelocateMap(
835     const SmallVectorImpl<GCRelocateInst *> &AllRelocateCalls,
836     DenseMap<GCRelocateInst *, SmallVector<GCRelocateInst *, 2>>
837         &RelocateInstMap) {
838   // Collect information in two maps: one primarily for locating the base object
839   // while filling the second map; the second map is the final structure holding
840   // a mapping between Base and corresponding Derived relocate calls
841   DenseMap<std::pair<unsigned, unsigned>, GCRelocateInst *> RelocateIdxMap;
842   for (auto *ThisRelocate : AllRelocateCalls) {
843     auto K = std::make_pair(ThisRelocate->getBasePtrIndex(),
844                             ThisRelocate->getDerivedPtrIndex());
845     RelocateIdxMap.insert(std::make_pair(K, ThisRelocate));
846   }
847   for (auto &Item : RelocateIdxMap) {
848     std::pair<unsigned, unsigned> Key = Item.first;
849     if (Key.first == Key.second)
850       // Base relocation: nothing to insert
851       continue;
852
853     GCRelocateInst *I = Item.second;
854     auto BaseKey = std::make_pair(Key.first, Key.first);
855
856     // We're iterating over RelocateIdxMap so we cannot modify it.
857     auto MaybeBase = RelocateIdxMap.find(BaseKey);
858     if (MaybeBase == RelocateIdxMap.end())
859       // TODO: We might want to insert a new base object relocate and gep off
860       // that, if there are enough derived object relocates.
861       continue;
862
863     RelocateInstMap[MaybeBase->second].push_back(I);
864   }
865 }
866
867 // Accepts a GEP and extracts the operands into a vector provided they're all
868 // small integer constants
869 static bool getGEPSmallConstantIntOffsetV(GetElementPtrInst *GEP,
870                                           SmallVectorImpl<Value *> &OffsetV) {
871   for (unsigned i = 1; i < GEP->getNumOperands(); i++) {
872     // Only accept small constant integer operands
873     auto Op = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i));
874     if (!Op || Op->getZExtValue() > 20)
875       return false;
876   }
877
878   for (unsigned i = 1; i < GEP->getNumOperands(); i++)
879     OffsetV.push_back(GEP->getOperand(i));
880   return true;
881 }
882
883 // Takes a RelocatedBase (base pointer relocation instruction) and Targets to
884 // replace, computes a replacement, and affects it.
885 static bool
886 simplifyRelocatesOffABase(GCRelocateInst *RelocatedBase,
887                           const SmallVectorImpl<GCRelocateInst *> &Targets) {
888   bool MadeChange = false;
889   // We must ensure the relocation of derived pointer is defined after
890   // relocation of base pointer. If we find a relocation corresponding to base
891   // defined earlier than relocation of base then we move relocation of base
892   // right before found relocation. We consider only relocation in the same
893   // basic block as relocation of base. Relocations from other basic block will
894   // be skipped by optimization and we do not care about them.
895   for (auto R = RelocatedBase->getParent()->getFirstInsertionPt();
896        &*R != RelocatedBase; ++R)
897     if (auto RI = dyn_cast<GCRelocateInst>(R))
898       if (RI->getStatepoint() == RelocatedBase->getStatepoint())
899         if (RI->getBasePtrIndex() == RelocatedBase->getBasePtrIndex()) {
900           RelocatedBase->moveBefore(RI);
901           break;
902         }
903
904   for (GCRelocateInst *ToReplace : Targets) {
905     assert(ToReplace->getBasePtrIndex() == RelocatedBase->getBasePtrIndex() &&
906            "Not relocating a derived object of the original base object");
907     if (ToReplace->getBasePtrIndex() == ToReplace->getDerivedPtrIndex()) {
908       // A duplicate relocate call. TODO: coalesce duplicates.
909       continue;
910     }
911
912     if (RelocatedBase->getParent() != ToReplace->getParent()) {
913       // Base and derived relocates are in different basic blocks.
914       // In this case transform is only valid when base dominates derived
915       // relocate. However it would be too expensive to check dominance
916       // for each such relocate, so we skip the whole transformation.
917       continue;
918     }
919
920     Value *Base = ToReplace->getBasePtr();
921     auto Derived = dyn_cast<GetElementPtrInst>(ToReplace->getDerivedPtr());
922     if (!Derived || Derived->getPointerOperand() != Base)
923       continue;
924
925     SmallVector<Value *, 2> OffsetV;
926     if (!getGEPSmallConstantIntOffsetV(Derived, OffsetV))
927       continue;
928
929     // Create a Builder and replace the target callsite with a gep
930     assert(RelocatedBase->getNextNode() &&
931            "Should always have one since it's not a terminator");
932
933     // Insert after RelocatedBase
934     IRBuilder<> Builder(RelocatedBase->getNextNode());
935     Builder.SetCurrentDebugLocation(ToReplace->getDebugLoc());
936
937     // If gc_relocate does not match the actual type, cast it to the right type.
938     // In theory, there must be a bitcast after gc_relocate if the type does not
939     // match, and we should reuse it to get the derived pointer. But it could be
940     // cases like this:
941     // bb1:
942     //  ...
943     //  %g1 = call coldcc i8 addrspace(1)* @llvm.experimental.gc.relocate.p1i8(...)
944     //  br label %merge
945     //
946     // bb2:
947     //  ...
948     //  %g2 = call coldcc i8 addrspace(1)* @llvm.experimental.gc.relocate.p1i8(...)
949     //  br label %merge
950     //
951     // merge:
952     //  %p1 = phi i8 addrspace(1)* [ %g1, %bb1 ], [ %g2, %bb2 ]
953     //  %cast = bitcast i8 addrspace(1)* %p1 in to i32 addrspace(1)*
954     //
955     // In this case, we can not find the bitcast any more. So we insert a new bitcast
956     // no matter there is already one or not. In this way, we can handle all cases, and
957     // the extra bitcast should be optimized away in later passes.
958     Value *ActualRelocatedBase = RelocatedBase;
959     if (RelocatedBase->getType() != Base->getType()) {
960       ActualRelocatedBase =
961           Builder.CreateBitCast(RelocatedBase, Base->getType());
962     }
963     Value *Replacement = Builder.CreateGEP(
964         Derived->getSourceElementType(), ActualRelocatedBase, makeArrayRef(OffsetV));
965     Replacement->takeName(ToReplace);
966     // If the newly generated derived pointer's type does not match the original derived
967     // pointer's type, cast the new derived pointer to match it. Same reasoning as above.
968     Value *ActualReplacement = Replacement;
969     if (Replacement->getType() != ToReplace->getType()) {
970       ActualReplacement =
971           Builder.CreateBitCast(Replacement, ToReplace->getType());
972     }
973     ToReplace->replaceAllUsesWith(ActualReplacement);
974     ToReplace->eraseFromParent();
975
976     MadeChange = true;
977   }
978   return MadeChange;
979 }
980
981 // Turns this:
982 //
983 // %base = ...
984 // %ptr = gep %base + 15
985 // %tok = statepoint (%fun, i32 0, i32 0, i32 0, %base, %ptr)
986 // %base' = relocate(%tok, i32 4, i32 4)
987 // %ptr' = relocate(%tok, i32 4, i32 5)
988 // %val = load %ptr'
989 //
990 // into this:
991 //
992 // %base = ...
993 // %ptr = gep %base + 15
994 // %tok = statepoint (%fun, i32 0, i32 0, i32 0, %base, %ptr)
995 // %base' = gc.relocate(%tok, i32 4, i32 4)
996 // %ptr' = gep %base' + 15
997 // %val = load %ptr'
998 bool CodeGenPrepare::simplifyOffsetableRelocate(Instruction &I) {
999   bool MadeChange = false;
1000   SmallVector<GCRelocateInst *, 2> AllRelocateCalls;
1001
1002   for (auto *U : I.users())
1003     if (GCRelocateInst *Relocate = dyn_cast<GCRelocateInst>(U))
1004       // Collect all the relocate calls associated with a statepoint
1005       AllRelocateCalls.push_back(Relocate);
1006
1007   // We need atleast one base pointer relocation + one derived pointer
1008   // relocation to mangle
1009   if (AllRelocateCalls.size() < 2)
1010     return false;
1011
1012   // RelocateInstMap is a mapping from the base relocate instruction to the
1013   // corresponding derived relocate instructions
1014   DenseMap<GCRelocateInst *, SmallVector<GCRelocateInst *, 2>> RelocateInstMap;
1015   computeBaseDerivedRelocateMap(AllRelocateCalls, RelocateInstMap);
1016   if (RelocateInstMap.empty())
1017     return false;
1018
1019   for (auto &Item : RelocateInstMap)
1020     // Item.first is the RelocatedBase to offset against
1021     // Item.second is the vector of Targets to replace
1022     MadeChange = simplifyRelocatesOffABase(Item.first, Item.second);
1023   return MadeChange;
1024 }
1025
1026 /// SinkCast - Sink the specified cast instruction into its user blocks
1027 static bool SinkCast(CastInst *CI) {
1028   BasicBlock *DefBB = CI->getParent();
1029
1030   /// InsertedCasts - Only insert a cast in each block once.
1031   DenseMap<BasicBlock*, CastInst*> InsertedCasts;
1032
1033   bool MadeChange = false;
1034   for (Value::user_iterator UI = CI->user_begin(), E = CI->user_end();
1035        UI != E; ) {
1036     Use &TheUse = UI.getUse();
1037     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1038
1039     // Figure out which BB this cast is used in.  For PHI's this is the
1040     // appropriate predecessor block.
1041     BasicBlock *UserBB = User->getParent();
1042     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
1043       UserBB = PN->getIncomingBlock(TheUse);
1044     }
1045
1046     // Preincrement use iterator so we don't invalidate it.
1047     ++UI;
1048
1049     // The first insertion point of a block containing an EH pad is after the
1050     // pad.  If the pad is the user, we cannot sink the cast past the pad.
1051     if (User->isEHPad())
1052       continue;
1053
1054     // If the block selected to receive the cast is an EH pad that does not
1055     // allow non-PHI instructions before the terminator, we can't sink the
1056     // cast.
1057     if (UserBB->getTerminator()->isEHPad())
1058       continue;
1059
1060     // If this user is in the same block as the cast, don't change the cast.
1061     if (UserBB == DefBB) continue;
1062
1063     // If we have already inserted a cast into this block, use it.
1064     CastInst *&InsertedCast = InsertedCasts[UserBB];
1065
1066     if (!InsertedCast) {
1067       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->getFirstInsertionPt();
1068       assert(InsertPt != UserBB->end());
1069       InsertedCast = CastInst::Create(CI->getOpcode(), CI->getOperand(0),
1070                                       CI->getType(), "", &*InsertPt);
1071       InsertedCast->setDebugLoc(CI->getDebugLoc());
1072     }
1073
1074     // Replace a use of the cast with a use of the new cast.
1075     TheUse = InsertedCast;
1076     MadeChange = true;
1077     ++NumCastUses;
1078   }
1079
1080   // If we removed all uses, nuke the cast.
1081   if (CI->use_empty()) {
1082     salvageDebugInfo(*CI);
1083     CI->eraseFromParent();
1084     MadeChange = true;
1085   }
1086
1087   return MadeChange;
1088 }
1089
1090 /// If the specified cast instruction is a noop copy (e.g. it's casting from
1091 /// one pointer type to another, i32->i8 on PPC), sink it into user blocks to
1092 /// reduce the number of virtual registers that must be created and coalesced.
1093 ///
1094 /// Return true if any changes are made.
1095 static bool OptimizeNoopCopyExpression(CastInst *CI, const TargetLowering &TLI,
1096                                        const DataLayout &DL) {
1097   // Sink only "cheap" (or nop) address-space casts.  This is a weaker condition
1098   // than sinking only nop casts, but is helpful on some platforms.
1099   if (auto *ASC = dyn_cast<AddrSpaceCastInst>(CI)) {
1100     if (!TLI.isCheapAddrSpaceCast(ASC->getSrcAddressSpace(),
1101                                   ASC->getDestAddressSpace()))
1102       return false;
1103   }
1104
1105   // If this is a noop copy,
1106   EVT SrcVT = TLI.getValueType(DL, CI->getOperand(0)->getType());
1107   EVT DstVT = TLI.getValueType(DL, CI->getType());
1108
1109   // This is an fp<->int conversion?
1110   if (SrcVT.isInteger() != DstVT.isInteger())
1111     return false;
1112
1113   // If this is an extension, it will be a zero or sign extension, which
1114   // isn't a noop.
1115   if (SrcVT.bitsLT(DstVT)) return false;
1116
1117   // If these values will be promoted, find out what they will be promoted
1118   // to.  This helps us consider truncates on PPC as noop copies when they
1119   // are.
1120   if (TLI.getTypeAction(CI->getContext(), SrcVT) ==
1121       TargetLowering::TypePromoteInteger)
1122     SrcVT = TLI.getTypeToTransformTo(CI->getContext(), SrcVT);
1123   if (TLI.getTypeAction(CI->getContext(), DstVT) ==
1124       TargetLowering::TypePromoteInteger)
1125     DstVT = TLI.getTypeToTransformTo(CI->getContext(), DstVT);
1126
1127   // If, after promotion, these are the same types, this is a noop copy.
1128   if (SrcVT != DstVT)
1129     return false;
1130
1131   return SinkCast(CI);
1132 }
1133
1134 /// Try to combine CI into a call to the llvm.uadd.with.overflow intrinsic if
1135 /// possible.
1136 ///
1137 /// Return true if any changes were made.
1138 static bool CombineUAddWithOverflow(CmpInst *CI) {
1139   Value *A, *B;
1140   Instruction *AddI;
1141   if (!match(CI,
1142              m_UAddWithOverflow(m_Value(A), m_Value(B), m_Instruction(AddI))))
1143     return false;
1144
1145   Type *Ty = AddI->getType();
1146   if (!isa<IntegerType>(Ty))
1147     return false;
1148
1149   // We don't want to move around uses of condition values this late, so we we
1150   // check if it is legal to create the call to the intrinsic in the basic
1151   // block containing the icmp:
1152
1153   if (AddI->getParent() != CI->getParent() && !AddI->hasOneUse())
1154     return false;
1155
1156 #ifndef NDEBUG
1157   // Someday m_UAddWithOverflow may get smarter, but this is a safe assumption
1158   // for now:
1159   if (AddI->hasOneUse())
1160     assert(*AddI->user_begin() == CI && "expected!");
1161 #endif
1162
1163   Module *M = CI->getModule();
1164   Value *F = Intrinsic::getDeclaration(M, Intrinsic::uadd_with_overflow, Ty);
1165
1166   auto *InsertPt = AddI->hasOneUse() ? CI : AddI;
1167
1168   auto *UAddWithOverflow =
1169       CallInst::Create(F, {A, B}, "uadd.overflow", InsertPt);
1170   auto *UAdd = ExtractValueInst::Create(UAddWithOverflow, 0, "uadd", InsertPt);
1171   auto *Overflow =
1172       ExtractValueInst::Create(UAddWithOverflow, 1, "overflow", InsertPt);
1173
1174   CI->replaceAllUsesWith(Overflow);
1175   AddI->replaceAllUsesWith(UAdd);
1176   CI->eraseFromParent();
1177   AddI->eraseFromParent();
1178   return true;
1179 }
1180
1181 /// Sink the given CmpInst into user blocks to reduce the number of virtual
1182 /// registers that must be created and coalesced. This is a clear win except on
1183 /// targets with multiple condition code registers (PowerPC), where it might
1184 /// lose; some adjustment may be wanted there.
1185 ///
1186 /// Return true if any changes are made.
1187 static bool SinkCmpExpression(CmpInst *CI, const TargetLowering *TLI) {
1188   BasicBlock *DefBB = CI->getParent();
1189
1190   // Avoid sinking soft-FP comparisons, since this can move them into a loop.
1191   if (TLI && TLI->useSoftFloat() && isa<FCmpInst>(CI))
1192     return false;
1193
1194   // Only insert a cmp in each block once.
1195   DenseMap<BasicBlock*, CmpInst*> InsertedCmps;
1196
1197   bool MadeChange = false;
1198   for (Value::user_iterator UI = CI->user_begin(), E = CI->user_end();
1199        UI != E; ) {
1200     Use &TheUse = UI.getUse();
1201     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1202
1203     // Preincrement use iterator so we don't invalidate it.
1204     ++UI;
1205
1206     // Don't bother for PHI nodes.
1207     if (isa<PHINode>(User))
1208       continue;
1209
1210     // Figure out which BB this cmp is used in.
1211     BasicBlock *UserBB = User->getParent();
1212
1213     // If this user is in the same block as the cmp, don't change the cmp.
1214     if (UserBB == DefBB) continue;
1215
1216     // If we have already inserted a cmp into this block, use it.
1217     CmpInst *&InsertedCmp = InsertedCmps[UserBB];
1218
1219     if (!InsertedCmp) {
1220       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->getFirstInsertionPt();
1221       assert(InsertPt != UserBB->end());
1222       InsertedCmp =
1223           CmpInst::Create(CI->getOpcode(), CI->getPredicate(),
1224                           CI->getOperand(0), CI->getOperand(1), "", &*InsertPt);
1225       // Propagate the debug info.
1226       InsertedCmp->setDebugLoc(CI->getDebugLoc());
1227     }
1228
1229     // Replace a use of the cmp with a use of the new cmp.
1230     TheUse = InsertedCmp;
1231     MadeChange = true;
1232     ++NumCmpUses;
1233   }
1234
1235   // If we removed all uses, nuke the cmp.
1236   if (CI->use_empty()) {
1237     CI->eraseFromParent();
1238     MadeChange = true;
1239   }
1240
1241   return MadeChange;
1242 }
1243
1244 static bool OptimizeCmpExpression(CmpInst *CI, const TargetLowering *TLI) {
1245   if (SinkCmpExpression(CI, TLI))
1246     return true;
1247
1248   if (CombineUAddWithOverflow(CI))
1249     return true;
1250
1251   return false;
1252 }
1253
1254 /// Duplicate and sink the given 'and' instruction into user blocks where it is
1255 /// used in a compare to allow isel to generate better code for targets where
1256 /// this operation can be combined.
1257 ///
1258 /// Return true if any changes are made.
1259 static bool sinkAndCmp0Expression(Instruction *AndI,
1260                                   const TargetLowering &TLI,
1261                                   SetOfInstrs &InsertedInsts) {
1262   // Double-check that we're not trying to optimize an instruction that was
1263   // already optimized by some other part of this pass.
1264   assert(!InsertedInsts.count(AndI) &&
1265          "Attempting to optimize already optimized and instruction");
1266   (void) InsertedInsts;
1267
1268   // Nothing to do for single use in same basic block.
1269   if (AndI->hasOneUse() &&
1270       AndI->getParent() == cast<Instruction>(*AndI->user_begin())->getParent())
1271     return false;
1272
1273   // Try to avoid cases where sinking/duplicating is likely to increase register
1274   // pressure.
1275   if (!isa<ConstantInt>(AndI->getOperand(0)) &&
1276       !isa<ConstantInt>(AndI->getOperand(1)) &&
1277       AndI->getOperand(0)->hasOneUse() && AndI->getOperand(1)->hasOneUse())
1278     return false;
1279
1280   for (auto *U : AndI->users()) {
1281     Instruction *User = cast<Instruction>(U);
1282
1283     // Only sink for and mask feeding icmp with 0.
1284     if (!isa<ICmpInst>(User))
1285       return false;
1286
1287     auto *CmpC = dyn_cast<ConstantInt>(User->getOperand(1));
1288     if (!CmpC || !CmpC->isZero())
1289       return false;
1290   }
1291
1292   if (!TLI.isMaskAndCmp0FoldingBeneficial(*AndI))
1293     return false;
1294
1295   LLVM_DEBUG(dbgs() << "found 'and' feeding only icmp 0;\n");
1296   LLVM_DEBUG(AndI->getParent()->dump());
1297
1298   // Push the 'and' into the same block as the icmp 0.  There should only be
1299   // one (icmp (and, 0)) in each block, since CSE/GVN should have removed any
1300   // others, so we don't need to keep track of which BBs we insert into.
1301   for (Value::user_iterator UI = AndI->user_begin(), E = AndI->user_end();
1302        UI != E; ) {
1303     Use &TheUse = UI.getUse();
1304     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1305
1306     // Preincrement use iterator so we don't invalidate it.
1307     ++UI;
1308
1309     LLVM_DEBUG(dbgs() << "sinking 'and' use: " << *User << "\n");
1310
1311     // Keep the 'and' in the same place if the use is already in the same block.
1312     Instruction *InsertPt =
1313         User->getParent() == AndI->getParent() ? AndI : User;
1314     Instruction *InsertedAnd =
1315         BinaryOperator::Create(Instruction::And, AndI->getOperand(0),
1316                                AndI->getOperand(1), "", InsertPt);
1317     // Propagate the debug info.
1318     InsertedAnd->setDebugLoc(AndI->getDebugLoc());
1319
1320     // Replace a use of the 'and' with a use of the new 'and'.
1321     TheUse = InsertedAnd;
1322     ++NumAndUses;
1323     LLVM_DEBUG(User->getParent()->dump());
1324   }
1325
1326   // We removed all uses, nuke the and.
1327   AndI->eraseFromParent();
1328   return true;
1329 }
1330
1331 /// Check if the candidates could be combined with a shift instruction, which
1332 /// includes:
1333 /// 1. Truncate instruction
1334 /// 2. And instruction and the imm is a mask of the low bits:
1335 /// imm & (imm+1) == 0
1336 static bool isExtractBitsCandidateUse(Instruction *User) {
1337   if (!isa<TruncInst>(User)) {
1338     if (User->getOpcode() != Instruction::And ||
1339         !isa<ConstantInt>(User->getOperand(1)))
1340       return false;
1341
1342     const APInt &Cimm = cast<ConstantInt>(User->getOperand(1))->getValue();
1343
1344     if ((Cimm & (Cimm + 1)).getBoolValue())
1345       return false;
1346   }
1347   return true;
1348 }
1349
1350 /// Sink both shift and truncate instruction to the use of truncate's BB.
1351 static bool
1352 SinkShiftAndTruncate(BinaryOperator *ShiftI, Instruction *User, ConstantInt *CI,
1353                      DenseMap<BasicBlock *, BinaryOperator *> &InsertedShifts,
1354                      const TargetLowering &TLI, const DataLayout &DL) {
1355   BasicBlock *UserBB = User->getParent();
1356   DenseMap<BasicBlock *, CastInst *> InsertedTruncs;
1357   TruncInst *TruncI = dyn_cast<TruncInst>(User);
1358   bool MadeChange = false;
1359
1360   for (Value::user_iterator TruncUI = TruncI->user_begin(),
1361                             TruncE = TruncI->user_end();
1362        TruncUI != TruncE;) {
1363
1364     Use &TruncTheUse = TruncUI.getUse();
1365     Instruction *TruncUser = cast<Instruction>(*TruncUI);
1366     // Preincrement use iterator so we don't invalidate it.
1367
1368     ++TruncUI;
1369
1370     int ISDOpcode = TLI.InstructionOpcodeToISD(TruncUser->getOpcode());
1371     if (!ISDOpcode)
1372       continue;
1373
1374     // If the use is actually a legal node, there will not be an
1375     // implicit truncate.
1376     // FIXME: always querying the result type is just an
1377     // approximation; some nodes' legality is determined by the
1378     // operand or other means. There's no good way to find out though.
1379     if (TLI.isOperationLegalOrCustom(
1380             ISDOpcode, TLI.getValueType(DL, TruncUser->getType(), true)))
1381       continue;
1382
1383     // Don't bother for PHI nodes.
1384     if (isa<PHINode>(TruncUser))
1385       continue;
1386
1387     BasicBlock *TruncUserBB = TruncUser->getParent();
1388
1389     if (UserBB == TruncUserBB)
1390       continue;
1391
1392     BinaryOperator *&InsertedShift = InsertedShifts[TruncUserBB];
1393     CastInst *&InsertedTrunc = InsertedTruncs[TruncUserBB];
1394
1395     if (!InsertedShift && !InsertedTrunc) {
1396       BasicBlock::iterator InsertPt = TruncUserBB->getFirstInsertionPt();
1397       assert(InsertPt != TruncUserBB->end());
1398       // Sink the shift
1399       if (ShiftI->getOpcode() == Instruction::AShr)
1400         InsertedShift = BinaryOperator::CreateAShr(ShiftI->getOperand(0), CI,
1401                                                    "", &*InsertPt);
1402       else
1403         InsertedShift = BinaryOperator::CreateLShr(ShiftI->getOperand(0), CI,
1404                                                    "", &*InsertPt);
1405
1406       // Sink the trunc
1407       BasicBlock::iterator TruncInsertPt = TruncUserBB->getFirstInsertionPt();
1408       TruncInsertPt++;
1409       assert(TruncInsertPt != TruncUserBB->end());
1410
1411       InsertedTrunc = CastInst::Create(TruncI->getOpcode(), InsertedShift,
1412                                        TruncI->getType(), "", &*TruncInsertPt);
1413
1414       MadeChange = true;
1415
1416       TruncTheUse = InsertedTrunc;
1417     }
1418   }
1419   return MadeChange;
1420 }
1421
1422 /// Sink the shift *right* instruction into user blocks if the uses could
1423 /// potentially be combined with this shift instruction and generate BitExtract
1424 /// instruction. It will only be applied if the architecture supports BitExtract
1425 /// instruction. Here is an example:
1426 /// BB1:
1427 ///   %x.extract.shift = lshr i64 %arg1, 32
1428 /// BB2:
1429 ///   %x.extract.trunc = trunc i64 %x.extract.shift to i16
1430 /// ==>
1431 ///
1432 /// BB2:
1433 ///   %x.extract.shift.1 = lshr i64 %arg1, 32
1434 ///   %x.extract.trunc = trunc i64 %x.extract.shift.1 to i16
1435 ///
1436 /// CodeGen will recognize the pattern in BB2 and generate BitExtract
1437 /// instruction.
1438 /// Return true if any changes are made.
1439 static bool OptimizeExtractBits(BinaryOperator *ShiftI, ConstantInt *CI,
1440                                 const TargetLowering &TLI,
1441                                 const DataLayout &DL) {
1442   BasicBlock *DefBB = ShiftI->getParent();
1443
1444   /// Only insert instructions in each block once.
1445   DenseMap<BasicBlock *, BinaryOperator *> InsertedShifts;
1446
1447   bool shiftIsLegal = TLI.isTypeLegal(TLI.getValueType(DL, ShiftI->getType()));
1448
1449   bool MadeChange = false;
1450   for (Value::user_iterator UI = ShiftI->user_begin(), E = ShiftI->user_end();
1451        UI != E;) {
1452     Use &TheUse = UI.getUse();
1453     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1454     // Preincrement use iterator so we don't invalidate it.
1455     ++UI;
1456
1457     // Don't bother for PHI nodes.
1458     if (isa<PHINode>(User))
1459       continue;
1460
1461     if (!isExtractBitsCandidateUse(User))
1462       continue;
1463
1464     BasicBlock *UserBB = User->getParent();
1465
1466     if (UserBB == DefBB) {
1467       // If the shift and truncate instruction are in the same BB. The use of
1468       // the truncate(TruncUse) may still introduce another truncate if not
1469       // legal. In this case, we would like to sink both shift and truncate
1470       // instruction to the BB of TruncUse.
1471       // for example:
1472       // BB1:
1473       // i64 shift.result = lshr i64 opnd, imm
1474       // trunc.result = trunc shift.result to i16
1475       //
1476       // BB2:
1477       //   ----> We will have an implicit truncate here if the architecture does
1478       //   not have i16 compare.
1479       // cmp i16 trunc.result, opnd2
1480       //
1481       if (isa<TruncInst>(User) && shiftIsLegal
1482           // If the type of the truncate is legal, no truncate will be
1483           // introduced in other basic blocks.
1484           &&
1485           (!TLI.isTypeLegal(TLI.getValueType(DL, User->getType()))))
1486         MadeChange =
1487             SinkShiftAndTruncate(ShiftI, User, CI, InsertedShifts, TLI, DL);
1488
1489       continue;
1490     }
1491     // If we have already inserted a shift into this block, use it.
1492     BinaryOperator *&InsertedShift = InsertedShifts[UserBB];
1493
1494     if (!InsertedShift) {
1495       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->getFirstInsertionPt();
1496       assert(InsertPt != UserBB->end());
1497
1498       if (ShiftI->getOpcode() == Instruction::AShr)
1499         InsertedShift = BinaryOperator::CreateAShr(ShiftI->getOperand(0), CI,
1500                                                    "", &*InsertPt);
1501       else
1502         InsertedShift = BinaryOperator::CreateLShr(ShiftI->getOperand(0), CI,
1503                                                    "", &*InsertPt);
1504
1505       MadeChange = true;
1506     }
1507
1508     // Replace a use of the shift with a use of the new shift.
1509     TheUse = InsertedShift;
1510   }
1511
1512   // If we removed all uses, nuke the shift.
1513   if (ShiftI->use_empty())
1514     ShiftI->eraseFromParent();
1515
1516   return MadeChange;
1517 }
1518
1519 /// If counting leading or trailing zeros is an expensive operation and a zero
1520 /// input is defined, add a check for zero to avoid calling the intrinsic.
1521 ///
1522 /// We want to transform:
1523 ///     %z = call i64 @llvm.cttz.i64(i64 %A, i1 false)
1524 ///
1525 /// into:
1526 ///   entry:
1527 ///     %cmpz = icmp eq i64 %A, 0
1528 ///     br i1 %cmpz, label %cond.end, label %cond.false
1529 ///   cond.false:
1530 ///     %z = call i64 @llvm.cttz.i64(i64 %A, i1 true)
1531 ///     br label %cond.end
1532 ///   cond.end:
1533 ///     %ctz = phi i64 [ 64, %entry ], [ %z, %cond.false ]
1534 ///
1535 /// If the transform is performed, return true and set ModifiedDT to true.
1536 static bool despeculateCountZeros(IntrinsicInst *CountZeros,
1537                                   const TargetLowering *TLI,
1538                                   const DataLayout *DL,
1539                                   bool &ModifiedDT) {
1540   if (!TLI || !DL)
1541     return false;
1542
1543   // If a zero input is undefined, it doesn't make sense to despeculate that.
1544   if (match(CountZeros->getOperand(1), m_One()))
1545     return false;
1546
1547   // If it's cheap to speculate, there's nothing to do.
1548   auto IntrinsicID = CountZeros->getIntrinsicID();
1549   if ((IntrinsicID == Intrinsic::cttz && TLI->isCheapToSpeculateCttz()) ||
1550       (IntrinsicID == Intrinsic::ctlz && TLI->isCheapToSpeculateCtlz()))
1551     return false;
1552
1553   // Only handle legal scalar cases. Anything else requires too much work.
1554   Type *Ty = CountZeros->getType();
1555   unsigned SizeInBits = Ty->getPrimitiveSizeInBits();
1556   if (Ty->isVectorTy() || SizeInBits > DL->getLargestLegalIntTypeSizeInBits())
1557     return false;
1558
1559   // The intrinsic will be sunk behind a compare against zero and branch.
1560   BasicBlock *StartBlock = CountZeros->getParent();
1561   BasicBlock *CallBlock = StartBlock->splitBasicBlock(CountZeros, "cond.false");
1562
1563   // Create another block after the count zero intrinsic. A PHI will be added
1564   // in this block to select the result of the intrinsic or the bit-width
1565   // constant if the input to the intrinsic is zero.
1566   BasicBlock::iterator SplitPt = ++(BasicBlock::iterator(CountZeros));
1567   BasicBlock *EndBlock = CallBlock->splitBasicBlock(SplitPt, "cond.end");
1568
1569   // Set up a builder to create a compare, conditional branch, and PHI.
1570   IRBuilder<> Builder(CountZeros->getContext());
1571   Builder.SetInsertPoint(StartBlock->getTerminator());
1572   Builder.SetCurrentDebugLocation(CountZeros->getDebugLoc());
1573
1574   // Replace the unconditional branch that was created by the first split with
1575   // a compare against zero and a conditional branch.
1576   Value *Zero = Constant::getNullValue(Ty);
1577   Value *Cmp = Builder.CreateICmpEQ(CountZeros->getOperand(0), Zero, "cmpz");
1578   Builder.CreateCondBr(Cmp, EndBlock, CallBlock);
1579   StartBlock->getTerminator()->eraseFromParent();
1580
1581   // Create a PHI in the end block to select either the output of the intrinsic
1582   // or the bit width of the operand.
1583   Builder.SetInsertPoint(&EndBlock->front());
1584   PHINode *PN = Builder.CreatePHI(Ty, 2, "ctz");
1585   CountZeros->replaceAllUsesWith(PN);
1586   Value *BitWidth = Builder.getInt(APInt(SizeInBits, SizeInBits));
1587   PN->addIncoming(BitWidth, StartBlock);
1588   PN->addIncoming(CountZeros, CallBlock);
1589
1590   // We are explicitly handling the zero case, so we can set the intrinsic's
1591   // undefined zero argument to 'true'. This will also prevent reprocessing the
1592   // intrinsic; we only despeculate when a zero input is defined.
1593   CountZeros->setArgOperand(1, Builder.getTrue());
1594   ModifiedDT = true;
1595   return true;
1596 }
1597
1598 bool CodeGenPrepare::optimizeCallInst(CallInst *CI, bool &ModifiedDT) {
1599   BasicBlock *BB = CI->getParent();
1600
1601   // Lower inline assembly if we can.
1602   // If we found an inline asm expession, and if the target knows how to
1603   // lower it to normal LLVM code, do so now.
1604   if (TLI && isa<InlineAsm>(CI->getCalledValue())) {
1605     if (TLI->ExpandInlineAsm(CI)) {
1606       // Avoid invalidating the iterator.
1607       CurInstIterator = BB->begin();
1608       // Avoid processing instructions out of order, which could cause
1609       // reuse before a value is defined.
1610       SunkAddrs.clear();
1611       return true;
1612     }
1613     // Sink address computing for memory operands into the block.
1614     if (optimizeInlineAsmInst(CI))
1615       return true;
1616   }
1617
1618   // Align the pointer arguments to this call if the target thinks it's a good
1619   // idea
1620   unsigned MinSize, PrefAlign;
1621   if (TLI && TLI->shouldAlignPointerArgs(CI, MinSize, PrefAlign)) {
1622     for (auto &Arg : CI->arg_operands()) {
1623       // We want to align both objects whose address is used directly and
1624       // objects whose address is used in casts and GEPs, though it only makes
1625       // sense for GEPs if the offset is a multiple of the desired alignment and
1626       // if size - offset meets the size threshold.
1627       if (!Arg->getType()->isPointerTy())
1628         continue;
1629       APInt Offset(DL->getIndexSizeInBits(
1630                        cast<PointerType>(Arg->getType())->getAddressSpace()),
1631                    0);
1632       Value *Val = Arg->stripAndAccumulateInBoundsConstantOffsets(*DL, Offset);
1633       uint64_t Offset2 = Offset.getLimitedValue();
1634       if ((Offset2 & (PrefAlign-1)) != 0)
1635         continue;
1636       AllocaInst *AI;
1637       if ((AI = dyn_cast<AllocaInst>(Val)) && AI->getAlignment() < PrefAlign &&
1638           DL->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType()) >= MinSize + Offset2)
1639         AI->setAlignment(PrefAlign);
1640       // Global variables can only be aligned if they are defined in this
1641       // object (i.e. they are uniquely initialized in this object), and
1642       // over-aligning global variables that have an explicit section is
1643       // forbidden.
1644       GlobalVariable *GV;
1645       if ((GV = dyn_cast<GlobalVariable>(Val)) && GV->canIncreaseAlignment() &&
1646           GV->getPointerAlignment(*DL) < PrefAlign &&
1647           DL->getTypeAllocSize(GV->getValueType()) >=
1648               MinSize + Offset2)
1649         GV->setAlignment(PrefAlign);
1650     }
1651     // If this is a memcpy (or similar) then we may be able to improve the
1652     // alignment
1653     if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(CI)) {
1654       unsigned DestAlign = getKnownAlignment(MI->getDest(), *DL);
1655       if (DestAlign > MI->getDestAlignment())
1656         MI->setDestAlignment(DestAlign);
1657       if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(MI)) {
1658         unsigned SrcAlign = getKnownAlignment(MTI->getSource(), *DL);
1659         if (SrcAlign > MTI->getSourceAlignment())
1660           MTI->setSourceAlignment(SrcAlign);
1661       }
1662     }
1663   }
1664
1665   // If we have a cold call site, try to sink addressing computation into the
1666   // cold block.  This interacts with our handling for loads and stores to
1667   // ensure that we can fold all uses of a potential addressing computation
1668   // into their uses.  TODO: generalize this to work over profiling data
1669   if (!OptSize && CI->hasFnAttr(Attribute::Cold))
1670     for (auto &Arg : CI->arg_operands()) {
1671       if (!Arg->getType()->isPointerTy())
1672         continue;
1673       unsigned AS = Arg->getType()->getPointerAddressSpace();
1674       return optimizeMemoryInst(CI, Arg, Arg->getType(), AS);
1675     }
1676
1677   IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CI);
1678   if (II) {
1679     switch (II->getIntrinsicID()) {
1680     default: break;
1681     case Intrinsic::objectsize: {
1682       // Lower all uses of llvm.objectsize.*
1683       ConstantInt *RetVal =
1684           lowerObjectSizeCall(II, *DL, TLInfo, /*MustSucceed=*/true);
1685       // Substituting this can cause recursive simplifications, which can
1686       // invalidate our iterator.  Use a WeakTrackingVH to hold onto it in case
1687       // this
1688       // happens.
1689       Value *CurValue = &*CurInstIterator;
1690       WeakTrackingVH IterHandle(CurValue);
1691
1692       replaceAndRecursivelySimplify(CI, RetVal, TLInfo, nullptr);
1693
1694       // If the iterator instruction was recursively deleted, start over at the
1695       // start of the block.
1696       if (IterHandle != CurValue) {
1697         CurInstIterator = BB->begin();
1698         SunkAddrs.clear();
1699       }
1700       return true;
1701     }
1702     case Intrinsic::aarch64_stlxr:
1703     case Intrinsic::aarch64_stxr: {
1704       ZExtInst *ExtVal = dyn_cast<ZExtInst>(CI->getArgOperand(0));
1705       if (!ExtVal || !ExtVal->hasOneUse() ||
1706           ExtVal->getParent() == CI->getParent())
1707         return false;
1708       // Sink a zext feeding stlxr/stxr before it, so it can be folded into it.
1709       ExtVal->moveBefore(CI);
1710       // Mark this instruction as "inserted by CGP", so that other
1711       // optimizations don't touch it.
1712       InsertedInsts.insert(ExtVal);
1713       return true;
1714     }
1715     case Intrinsic::launder_invariant_group:
1716     case Intrinsic::strip_invariant_group:
1717       II->replaceAllUsesWith(II->getArgOperand(0));
1718       II->eraseFromParent();
1719       return true;
1720
1721     case Intrinsic::cttz:
1722     case Intrinsic::ctlz:
1723       // If counting zeros is expensive, try to avoid it.
1724       return despeculateCountZeros(II, TLI, DL, ModifiedDT);
1725     }
1726
1727     if (TLI) {
1728       SmallVector<Value*, 2> PtrOps;
1729       Type *AccessTy;
1730       if (TLI->getAddrModeArguments(II, PtrOps, AccessTy))
1731         while (!PtrOps.empty()) {
1732           Value *PtrVal = PtrOps.pop_back_val();
1733           unsigned AS = PtrVal->getType()->getPointerAddressSpace();
1734           if (optimizeMemoryInst(II, PtrVal, AccessTy, AS))
1735             return true;
1736         }
1737     }
1738   }
1739
1740   // From here on out we're working with named functions.
1741   if (!CI->getCalledFunction()) return false;
1742
1743   // Lower all default uses of _chk calls.  This is very similar
1744   // to what InstCombineCalls does, but here we are only lowering calls
1745   // to fortified library functions (e.g. __memcpy_chk) that have the default
1746   // "don't know" as the objectsize.  Anything else should be left alone.
1747   FortifiedLibCallSimplifier Simplifier(TLInfo, true);
1748   if (Value *V = Simplifier.optimizeCall(CI)) {
1749     CI->replaceAllUsesWith(V);
1750     CI->eraseFromParent();
1751     return true;
1752   }
1753
1754   return false;
1755 }
1756
1757 /// Look for opportunities to duplicate return instructions to the predecessor
1758 /// to enable tail call optimizations. The case it is currently looking for is:
1759 /// @code
1760 /// bb0:
1761 ///   %tmp0 = tail call i32 @f0()
1762 ///   br label %return
1763 /// bb1:
1764 ///   %tmp1 = tail call i32 @f1()
1765 ///   br label %return
1766 /// bb2:
1767 ///   %tmp2 = tail call i32 @f2()
1768 ///   br label %return
1769 /// return:
1770 ///   %retval = phi i32 [ %tmp0, %bb0 ], [ %tmp1, %bb1 ], [ %tmp2, %bb2 ]
1771 ///   ret i32 %retval
1772 /// @endcode
1773 ///
1774 /// =>
1775 ///
1776 /// @code
1777 /// bb0:
1778 ///   %tmp0 = tail call i32 @f0()
1779 ///   ret i32 %tmp0
1780 /// bb1:
1781 ///   %tmp1 = tail call i32 @f1()
1782 ///   ret i32 %tmp1
1783 /// bb2:
1784 ///   %tmp2 = tail call i32 @f2()
1785 ///   ret i32 %tmp2
1786 /// @endcode
1787 bool CodeGenPrepare::dupRetToEnableTailCallOpts(BasicBlock *BB) {
1788   if (!TLI)
1789     return false;
1790
1791   ReturnInst *RetI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator());
1792   if (!RetI)
1793     return false;
1794
1795   PHINode *PN = nullptr;
1796   BitCastInst *BCI = nullptr;
1797   Value *V = RetI->getReturnValue();
1798   if (V) {
1799     BCI = dyn_cast<BitCastInst>(V);
1800     if (BCI)
1801       V = BCI->getOperand(0);
1802
1803     PN = dyn_cast<PHINode>(V);
1804     if (!PN)
1805       return false;
1806   }
1807
1808   if (PN && PN->getParent() != BB)
1809     return false;
1810
1811   // Make sure there are no instructions between the PHI and return, or that the
1812   // return is the first instruction in the block.
1813   if (PN) {
1814     BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
1815     do { ++BI; } while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BI));
1816     if (&*BI == BCI)
1817       // Also skip over the bitcast.
1818       ++BI;
1819     if (&*BI != RetI)
1820       return false;
1821   } else {
1822     BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
1823     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BI)) ++BI;
1824     if (&*BI != RetI)
1825       return false;
1826   }
1827
1828   /// Only dup the ReturnInst if the CallInst is likely to be emitted as a tail
1829   /// call.
1830   const Function *F = BB->getParent();
1831   SmallVector<CallInst*, 4> TailCalls;
1832   if (PN) {
1833     for (unsigned I = 0, E = PN->getNumIncomingValues(); I != E; ++I) {
1834       CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(PN->getIncomingValue(I));
1835       // Make sure the phi value is indeed produced by the tail call.
1836       if (CI && CI->hasOneUse() && CI->getParent() == PN->getIncomingBlock(I) &&
1837           TLI->mayBeEmittedAsTailCall(CI) &&
1838           attributesPermitTailCall(F, CI, RetI, *TLI))
1839         TailCalls.push_back(CI);
1840     }
1841   } else {
1842     SmallPtrSet<BasicBlock*, 4> VisitedBBs;
1843     for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB); PI != PE; ++PI) {
1844       if (!VisitedBBs.insert(*PI).second)
1845         continue;
1846
1847       BasicBlock::InstListType &InstList = (*PI)->getInstList();
1848       BasicBlock::InstListType::reverse_iterator RI = InstList.rbegin();
1849       BasicBlock::InstListType::reverse_iterator RE = InstList.rend();
1850       do { ++RI; } while (RI != RE && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI));
1851       if (RI == RE)
1852         continue;
1853
1854       CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(&*RI);
1855       if (CI && CI->use_empty() && TLI->mayBeEmittedAsTailCall(CI) &&
1856           attributesPermitTailCall(F, CI, RetI, *TLI))
1857         TailCalls.push_back(CI);
1858     }
1859   }
1860
1861   bool Changed = false;
1862   for (unsigned i = 0, e = TailCalls.size(); i != e; ++i) {
1863     CallInst *CI = TailCalls[i];
1864     CallSite CS(CI);
1865
1866     // Conservatively require the attributes of the call to match those of the
1867     // return. Ignore noalias because it doesn't affect the call sequence.
1868     AttributeList CalleeAttrs = CS.getAttributes();
1869     if (AttrBuilder(CalleeAttrs, AttributeList::ReturnIndex)
1870             .removeAttribute(Attribute::NoAlias) !=
1871         AttrBuilder(CalleeAttrs, AttributeList::ReturnIndex)
1872             .removeAttribute(Attribute::NoAlias))
1873       continue;
1874
1875     // Make sure the call instruction is followed by an unconditional branch to
1876     // the return block.
1877     BasicBlock *CallBB = CI->getParent();
1878     BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(CallBB->getTerminator());
1879     if (!BI || !BI->isUnconditional() || BI->getSuccessor(0) != BB)
1880       continue;
1881
1882     // Duplicate the return into CallBB.
1883     (void)FoldReturnIntoUncondBranch(RetI, BB, CallBB);
1884     ModifiedDT = Changed = true;
1885     ++NumRetsDup;
1886   }
1887
1888   // If we eliminated all predecessors of the block, delete the block now.
1889   if (Changed && !BB->hasAddressTaken() && pred_begin(BB) == pred_end(BB))
1890     BB->eraseFromParent();
1891
1892   return Changed;
1893 }
1894
1895 //===----------------------------------------------------------------------===//
1896 // Memory Optimization
1897 //===----------------------------------------------------------------------===//
1898
1899 namespace {
1900
1901 /// This is an extended version of TargetLowering::AddrMode
1902 /// which holds actual Value*'s for register values.
1903 struct ExtAddrMode : public TargetLowering::AddrMode {
1904   Value *BaseReg = nullptr;
1905   Value *ScaledReg = nullptr;
1906   Value *OriginalValue = nullptr;
1907
1908   enum FieldName {
1909     NoField        = 0x00,
1910     BaseRegField   = 0x01,
1911     BaseGVField    = 0x02,
1912     BaseOffsField  = 0x04,
1913     ScaledRegField = 0x08,
1914     ScaleField     = 0x10,
1915     MultipleFields = 0xff
1916   };
1917
1918   ExtAddrMode() = default;
1919
1920   void print(raw_ostream &OS) const;
1921   void dump() const;
1922
1923   FieldName compare(const ExtAddrMode &other) {
1924     // First check that the types are the same on each field, as differing types
1925     // is something we can't cope with later on.
1926     if (BaseReg && other.BaseReg &&
1927         BaseReg->getType() != other.BaseReg->getType())
1928       return MultipleFields;
1929     if (BaseGV && other.BaseGV &&
1930         BaseGV->getType() != other.BaseGV->getType())
1931       return MultipleFields;
1932     if (ScaledReg && other.ScaledReg &&
1933         ScaledReg->getType() != other.ScaledReg->getType())
1934       return MultipleFields;
1935
1936     // Check each field to see if it differs.
1937     unsigned Result = NoField;
1938     if (BaseReg != other.BaseReg)
1939       Result |= BaseRegField;
1940     if (BaseGV != other.BaseGV)
1941       Result |= BaseGVField;
1942     if (BaseOffs != other.BaseOffs)
1943       Result |= BaseOffsField;
1944     if (ScaledReg != other.ScaledReg)
1945       Result |= ScaledRegField;
1946     // Don't count 0 as being a different scale, because that actually means
1947     // unscaled (which will already be counted by having no ScaledReg).
1948     if (Scale && other.Scale && Scale != other.Scale)
1949       Result |= ScaleField;
1950
1951     if (countPopulation(Result) > 1)
1952       return MultipleFields;
1953     else
1954       return static_cast<FieldName>(Result);
1955   }
1956
1957   // An AddrMode is trivial if it involves no calculation i.e. it is just a base
1958   // with no offset.
1959   bool isTrivial() {
1960     // An AddrMode is (BaseGV + BaseReg + BaseOffs + ScaleReg * Scale) so it is
1961     // trivial if at most one of these terms is nonzero, except that BaseGV and
1962     // BaseReg both being zero actually means a null pointer value, which we
1963     // consider to be 'non-zero' here.
1964     return !BaseOffs && !Scale && !(BaseGV && BaseReg);
1965   }
1966
1967   Value *GetFieldAsValue(FieldName Field, Type *IntPtrTy) {
1968     switch (Field) {
1969     default:
1970       return nullptr;
1971     case BaseRegField:
1972       return BaseReg;
1973     case BaseGVField:
1974       return BaseGV;
1975     case ScaledRegField:
1976       return ScaledReg;
1977     case BaseOffsField:
1978       return ConstantInt::get(IntPtrTy, BaseOffs);
1979     }
1980   }
1981
1982   void SetCombinedField(FieldName Field, Value *V,
1983                         const SmallVectorImpl<ExtAddrMode> &AddrModes) {
1984     switch (Field) {
1985     default:
1986       llvm_unreachable("Unhandled fields are expected to be rejected earlier");
1987       break;
1988     case ExtAddrMode::BaseRegField:
1989       BaseReg = V;
1990       break;
1991     case ExtAddrMode::BaseGVField:
1992       // A combined BaseGV is an Instruction, not a GlobalValue, so it goes
1993       // in the BaseReg field.
1994       assert(BaseReg == nullptr);
1995       BaseReg = V;
1996       BaseGV = nullptr;
1997       break;
1998     case ExtAddrMode::ScaledRegField:
1999       ScaledReg = V;
2000       // If we have a mix of scaled and unscaled addrmodes then we want scale
2001       // to be the scale and not zero.
2002       if (!Scale)
2003         for (const ExtAddrMode &AM : AddrModes)
2004           if (AM.Scale) {
2005             Scale = AM.Scale;
2006             break;
2007           }
2008       break;
2009     case ExtAddrMode::BaseOffsField:
2010       // The offset is no longer a constant, so it goes in ScaledReg with a
2011       // scale of 1.
2012       assert(ScaledReg == nullptr);
2013       ScaledReg = V;
2014       Scale = 1;
2015       BaseOffs = 0;
2016       break;
2017     }
2018   }
2019 };
2020
2021 } // end anonymous namespace
2022
2023 #ifndef NDEBUG
2024 static inline raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const ExtAddrMode &AM) {
2025   AM.print(OS);
2026   return OS;
2027 }
2028 #endif
2029
2030 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
2031 void ExtAddrMode::print(raw_ostream &OS) const {
2032   bool NeedPlus = false;
2033   OS << "[";
2034   if (BaseGV) {
2035     OS << (NeedPlus ? " + " : "")
2036        << "GV:";
2037     BaseGV->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
2038     NeedPlus = true;
2039   }
2040
2041   if (BaseOffs) {
2042     OS << (NeedPlus ? " + " : "")
2043        << BaseOffs;
2044     NeedPlus = true;
2045   }
2046
2047   if (BaseReg) {
2048     OS << (NeedPlus ? " + " : "")
2049        << "Base:";
2050     BaseReg->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
2051     NeedPlus = true;
2052   }
2053   if (Scale) {
2054     OS << (NeedPlus ? " + " : "")
2055        << Scale << "*";
2056     ScaledReg->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
2057   }
2058
2059   OS << ']';
2060 }
2061
2062 LLVM_DUMP_METHOD void ExtAddrMode::dump() const {
2063   print(dbgs());
2064   dbgs() << '\n';
2065 }
2066 #endif
2067
2068 namespace {
2069
2070 /// This class provides transaction based operation on the IR.
2071 /// Every change made through this class is recorded in the internal state and
2072 /// can be undone (rollback) until commit is called.
2073 class TypePromotionTransaction {
2074   /// This represents the common interface of the individual transaction.
2075   /// Each class implements the logic for doing one specific modification on
2076   /// the IR via the TypePromotionTransaction.
2077   class TypePromotionAction {
2078   protected:
2079     /// The Instruction modified.
2080     Instruction *Inst;
2081
2082   public:
2083     /// Constructor of the action.
2084     /// The constructor performs the related action on the IR.
2085     TypePromotionAction(Instruction *Inst) : Inst(Inst) {}
2086
2087     virtual ~TypePromotionAction() = default;
2088
2089     /// Undo the modification done by this action.
2090     /// When this method is called, the IR must be in the same state as it was
2091     /// before this action was applied.
2092     /// \pre Undoing the action works if and only if the IR is in the exact same
2093     /// state as it was directly after this action was applied.
2094     virtual void undo() = 0;
2095
2096     /// Advocate every change made by this action.
2097     /// When the results on the IR of the action are to be kept, it is important
2098     /// to call this function, otherwise hidden information may be kept forever.
2099     virtual void commit() {
2100       // Nothing to be done, this action is not doing anything.
2101     }
2102   };
2103
2104   /// Utility to remember the position of an instruction.
2105   class InsertionHandler {
2106     /// Position of an instruction.
2107     /// Either an instruction:
2108     /// - Is the first in a basic block: BB is used.
2109     /// - Has a previous instruction: PrevInst is used.
2110     union {
2111       Instruction *PrevInst;
2112       BasicBlock *BB;
2113     } Point;
2114
2115     /// Remember whether or not the instruction had a previous instruction.
2116     bool HasPrevInstruction;
2117
2118   public:
2119     /// Record the position of \p Inst.
2120     InsertionHandler(Instruction *Inst) {
2121       BasicBlock::iterator It = Inst->getIterator();
2122       HasPrevInstruction = (It != (Inst->getParent()->begin()));
2123       if (HasPrevInstruction)
2124         Point.PrevInst = &*--It;
2125       else
2126         Point.BB = Inst->getParent();
2127     }
2128
2129     /// Insert \p Inst at the recorded position.
2130     void insert(Instruction *Inst) {
2131       if (HasPrevInstruction) {
2132         if (Inst->getParent())
2133           Inst->removeFromParent();
2134         Inst->insertAfter(Point.PrevInst);
2135       } else {
2136         Instruction *Position = &*Point.BB->getFirstInsertionPt();
2137         if (Inst->getParent())
2138           Inst->moveBefore(Position);
2139         else
2140           Inst->insertBefore(Position);
2141       }
2142     }
2143   };
2144
2145   /// Move an instruction before another.
2146   class InstructionMoveBefore : public TypePromotionAction {
2147     /// Original position of the instruction.
2148     InsertionHandler Position;
2149
2150   public:
2151     /// Move \p Inst before \p Before.
2152     InstructionMoveBefore(Instruction *Inst, Instruction *Before)
2153         : TypePromotionAction(Inst), Position(Inst) {
2154       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Do: move: " << *Inst << "\nbefore: " << *Before
2155                         << "\n");
2156       Inst->moveBefore(Before);
2157     }
2158
2159     /// Move the instruction back to its original position.
2160     void undo() override {
2161       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Undo: moveBefore: " << *Inst << "\n");
2162       Position.insert(Inst);
2163     }
2164   };
2165
2166   /// Set the operand of an instruction with a new value.
2167   class OperandSetter : public TypePromotionAction {
2168     /// Original operand of the instruction.
2169     Value *Origin;
2170
2171     /// Index of the modified instruction.
2172     unsigned Idx;
2173
2174   public:
2175     /// Set \p Idx operand of \p Inst with \p NewVal.
2176     OperandSetter(Instruction *Inst, unsigned Idx, Value *NewVal)
2177         : TypePromotionAction(Inst), Idx(Idx) {
2178       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Do: setOperand: " << Idx << "\n"
2179                         << "for:" << *Inst << "\n"
2180                         << "with:" << *NewVal << "\n");
2181       Origin = Inst->getOperand(Idx);
2182       Inst->setOperand(Idx, NewVal);
2183     }
2184
2185     /// Restore the original value of the instruction.
2186     void undo() override {
2187       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Undo: setOperand:" << Idx << "\n"
2188                         << "for: " << *Inst << "\n"
2189                         << "with: " << *Origin << "\n");
2190       Inst->setOperand(Idx, Origin);
2191     }
2192   };
2193
2194   /// Hide the operands of an instruction.
2195   /// Do as if this instruction was not using any of its operands.
2196   class OperandsHider : public TypePromotionAction {
2197     /// The list of original operands.
2198     SmallVector<Value *, 4> OriginalValues;
2199
2200   public:
2201     /// Remove \p Inst from the uses of the operands of \p Inst.
2202     OperandsHider(Instruction *Inst) : TypePromotionAction(Inst) {
2203       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Do: OperandsHider: " << *Inst << "\n");
2204       unsigned NumOpnds = Inst->getNumOperands();
2205       OriginalValues.reserve(NumOpnds);
2206       for (unsigned It = 0; It < NumOpnds; ++It) {
2207         // Save the current operand.
2208         Value *Val = Inst->getOperand(It);
2209         OriginalValues.push_back(Val);
2210         // Set a dummy one.
2211         // We could use OperandSetter here, but that would imply an overhead
2212         // that we are not willing to pay.
2213         Inst->setOperand(It, UndefValue::get(Val->getType()));
2214       }
2215     }
2216
2217     /// Restore the original list of uses.
2218     void undo() override {
2219       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Undo: OperandsHider: " << *Inst << "\n");
2220       for (unsigned It = 0, EndIt = OriginalValues.size(); It != EndIt; ++It)
2221         Inst->setOperand(It, OriginalValues[It]);
2222     }
2223   };
2224
2225   /// Build a truncate instruction.
2226   class TruncBuilder : public TypePromotionAction {
2227     Value *Val;
2228
2229   public:
2230     /// Build a truncate instruction of \p Opnd producing a \p Ty
2231     /// result.
2232     /// trunc Opnd to Ty.
2233     TruncBuilder(Instruction *Opnd, Type *Ty) : TypePromotionAction(Opnd) {
2234       IRBuilder<> Builder(Opnd);
2235       Val = Builder.CreateTrunc(Opnd, Ty, "promoted");
2236       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Do: TruncBuilder: " << *Val << "\n");
2237     }
2238
2239     /// Get the built value.
2240     Value *getBuiltValue() { return Val; }
2241
2242     /// Remove the built instruction.
2243     void undo() override {
2244       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Undo: TruncBuilder: " << *Val << "\n");
2245       if (Instruction *IVal = dyn_cast<Instruction>(Val))
2246         IVal->eraseFromParent();
2247     }
2248   };
2249
2250   /// Build a sign extension instruction.
2251   class SExtBuilder : public TypePromotionAction {
2252     Value *Val;
2253
2254   public:
2255     /// Build a sign extension instruction of \p Opnd producing a \p Ty
2256     /// result.
2257     /// sext Opnd to Ty.
2258     SExtBuilder(Instruction *InsertPt, Value *Opnd, Type *Ty)
2259         : TypePromotionAction(InsertPt) {
2260       IRBuilder<> Builder(InsertPt);
2261       Val = Builder.CreateSExt(Opnd, Ty, "promoted");
2262       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Do: SExtBuilder: " << *Val << "\n");
2263     }
2264
2265     /// Get the built value.
2266     Value *getBuiltValue() { return Val; }
2267
2268     /// Remove the built instruction.
2269     void undo() override {
2270       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Undo: SExtBuilder: " << *Val << "\n");
2271       if (Instruction *IVal = dyn_cast<Instruction>(Val))
2272         IVal->eraseFromParent();
2273     }
2274   };
2275
2276   /// Build a zero extension instruction.
2277   class ZExtBuilder : public TypePromotionAction {
2278     Value *Val;
2279
2280   public:
2281     /// Build a zero extension instruction of \p Opnd producing a \p Ty
2282     /// result.
2283     /// zext Opnd to Ty.
2284     ZExtBuilder(Instruction *InsertPt, Value *Opnd, Type *Ty)
2285         : TypePromotionAction(InsertPt) {
2286       IRBuilder<> Builder(InsertPt);
2287       Val = Builder.CreateZExt(Opnd, Ty, "promoted");
2288       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Do: ZExtBuilder: " << *Val << "\n");
2289     }
2290
2291     /// Get the built value.
2292     Value *getBuiltValue() { return Val; }
2293
2294     /// Remove the built instruction.
2295     void undo() override {
2296       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Undo: ZExtBuilder: " << *Val << "\n");
2297       if (Instruction *IVal = dyn_cast<Instruction>(Val))
2298         IVal->eraseFromParent();
2299     }
2300   };
2301
2302   /// Mutate an instruction to another type.
2303   class TypeMutator : public TypePromotionAction {
2304     /// Record the original type.
2305     Type *OrigTy;
2306
2307   public:
2308     /// Mutate the type of \p Inst into \p NewTy.
2309     TypeMutator(Instruction *Inst, Type *NewTy)
2310         : TypePromotionAction(Inst), OrigTy(Inst->getType()) {
2311       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Do: MutateType: " << *Inst << " with " << *NewTy
2312                         << "\n");
2313       Inst->mutateType(NewTy);
2314     }
2315
2316     /// Mutate the instruction back to its original type.
2317     void undo() override {
2318       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Undo: MutateType: " << *Inst << " with " << *OrigTy
2319                         << "\n");
2320       Inst->mutateType(OrigTy);
2321     }
2322   };
2323
2324   /// Replace the uses of an instruction by another instruction.
2325   class UsesReplacer : public TypePromotionAction {
2326     /// Helper structure to keep track of the replaced uses.
2327     struct InstructionAndIdx {
2328       /// The instruction using the instruction.
2329       Instruction *Inst;
2330
2331       /// The index where this instruction is used for Inst.
2332       unsigned Idx;
2333
2334       InstructionAndIdx(Instruction *Inst, unsigned Idx)
2335           : Inst(Inst), Idx(Idx) {}
2336     };
2337
2338     /// Keep track of the original uses (pair Instruction, Index).
2339     SmallVector<InstructionAndIdx, 4> OriginalUses;
2340
2341     using use_iterator = SmallVectorImpl<InstructionAndIdx>::iterator;
2342
2343   public:
2344     /// Replace all the use of \p Inst by \p New.
2345     UsesReplacer(Instruction *Inst, Value *New) : TypePromotionAction(Inst) {
2346       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Do: UsersReplacer: " << *Inst << " with " << *New
2347                         << "\n");
2348       // Record the original uses.
2349       for (Use &U : Inst->uses()) {
2350         Instruction *UserI = cast<Instruction>(U.getUser());
2351         OriginalUses.push_back(InstructionAndIdx(UserI, U.getOperandNo()));
2352       }
2353       // Now, we can replace the uses.
2354       Inst->replaceAllUsesWith(New);
2355     }
2356
2357     /// Reassign the original uses of Inst to Inst.
2358     void undo() override {
2359       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Undo: UsersReplacer: " << *Inst << "\n");
2360       for (use_iterator UseIt = OriginalUses.begin(),
2361                         EndIt = OriginalUses.end();
2362            UseIt != EndIt; ++UseIt) {
2363         UseIt->Inst->setOperand(UseIt->Idx, Inst);
2364       }
2365     }
2366   };
2367
2368   /// Remove an instruction from the IR.
2369   class InstructionRemover : public TypePromotionAction {
2370     /// Original position of the instruction.
2371     InsertionHandler Inserter;
2372
2373     /// Helper structure to hide all the link to the instruction. In other
2374     /// words, this helps to do as if the instruction was removed.
2375     OperandsHider Hider;
2376
2377     /// Keep track of the uses replaced, if any.
2378     UsesReplacer *Replacer = nullptr;
2379
2380     /// Keep track of instructions removed.
2381     SetOfInstrs &RemovedInsts;
2382
2383   public:
2384     /// Remove all reference of \p Inst and optionally replace all its
2385     /// uses with New.
2386     /// \p RemovedInsts Keep track of the instructions removed by this Action.
2387     /// \pre If !Inst->use_empty(), then New != nullptr
2388     InstructionRemover(Instruction *Inst, SetOfInstrs &RemovedInsts,
2389                        Value *New = nullptr)
2390         : TypePromotionAction(Inst), Inserter(Inst), Hider(Inst),
2391           RemovedInsts(RemovedInsts) {
2392       if (New)
2393         Replacer = new UsesReplacer(Inst, New);
2394       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Do: InstructionRemover: " << *Inst << "\n");
2395       RemovedInsts.insert(Inst);
2396       /// The instructions removed here will be freed after completing
2397       /// optimizeBlock() for all blocks as we need to keep track of the
2398       /// removed instructions during promotion.
2399       Inst->removeFromParent();
2400     }
2401
2402     ~InstructionRemover() override { delete Replacer; }
2403
2404     /// Resurrect the instruction and reassign it to the proper uses if
2405     /// new value was provided when build this action.
2406     void undo() override {
2407       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Undo: InstructionRemover: " << *Inst << "\n");
2408       Inserter.insert(Inst);
2409       if (Replacer)
2410         Replacer->undo();
2411       Hider.undo();
2412       RemovedInsts.erase(Inst);
2413     }
2414   };
2415
2416 public:
2417   /// Restoration point.
2418   /// The restoration point is a pointer to an action instead of an iterator
2419   /// because the iterator may be invalidated but not the pointer.
2420   using ConstRestorationPt = const TypePromotionAction *;
2421
2422   TypePromotionTransaction(SetOfInstrs &RemovedInsts)
2423       : RemovedInsts(RemovedInsts) {}
2424
2425   /// Advocate every changes made in that transaction.
2426   void commit();
2427
2428   /// Undo all the changes made after the given point.
2429   void rollback(ConstRestorationPt Point);
2430
2431   /// Get the current restoration point.
2432   ConstRestorationPt getRestorationPoint() const;
2433
2434   /// \name API for IR modification with state keeping to support rollback.
2435   /// @{
2436   /// Same as Instruction::setOperand.
2437   void setOperand(Instruction *Inst, unsigned Idx, Value *NewVal);
2438
2439   /// Same as Instruction::eraseFromParent.
2440   void eraseInstruction(Instruction *Inst, Value *NewVal = nullptr);
2441
2442   /// Same as Value::replaceAllUsesWith.
2443   void replaceAllUsesWith(Instruction *Inst, Value *New);
2444
2445   /// Same as Value::mutateType.
2446   void mutateType(Instruction *Inst, Type *NewTy);
2447
2448   /// Same as IRBuilder::createTrunc.
2449   Value *createTrunc(Instruction *Opnd, Type *Ty);
2450
2451   /// Same as IRBuilder::createSExt.
2452   Value *createSExt(Instruction *Inst, Value *Opnd, Type *Ty);
2453
2454   /// Same as IRBuilder::createZExt.
2455   Value *createZExt(Instruction *Inst, Value *Opnd, Type *Ty);
2456
2457   /// Same as Instruction::moveBefore.
2458   void moveBefore(Instruction *Inst, Instruction *Before);
2459   /// @}
2460
2461 private:
2462   /// The ordered list of actions made so far.
2463   SmallVector<std::unique_ptr<TypePromotionAction>, 16> Actions;
2464
2465   using CommitPt = SmallVectorImpl<std::unique_ptr<TypePromotionAction>>::iterator;
2466
2467   SetOfInstrs &RemovedInsts;
2468 };
2469
2470 } // end anonymous namespace
2471
2472 void TypePromotionTransaction::setOperand(Instruction *Inst, unsigned Idx,
2473                                           Value *NewVal) {
2474   Actions.push_back(llvm::make_unique<TypePromotionTransaction::OperandSetter>(
2475       Inst, Idx, NewVal));
2476 }
2477
2478 void TypePromotionTransaction::eraseInstruction(Instruction *Inst,
2479                                                 Value *NewVal) {
2480   Actions.push_back(
2481       llvm::make_unique<TypePromotionTransaction::InstructionRemover>(
2482           Inst, RemovedInsts, NewVal));
2483 }
2484
2485 void TypePromotionTransaction::replaceAllUsesWith(Instruction *Inst,
2486                                                   Value *New) {
2487   Actions.push_back(
2488       llvm::make_unique<TypePromotionTransaction::UsesReplacer>(Inst, New));
2489 }
2490
2491 void TypePromotionTransaction::mutateType(Instruction *Inst, Type *NewTy) {
2492   Actions.push_back(
2493       llvm::make_unique<TypePromotionTransaction::TypeMutator>(Inst, NewTy));
2494 }
2495
2496 Value *TypePromotionTransaction::createTrunc(Instruction *Opnd,
2497                                              Type *Ty) {
2498   std::unique_ptr<TruncBuilder> Ptr(new TruncBuilder(Opnd, Ty));
2499   Value *Val = Ptr->getBuiltValue();
2500   Actions.push_back(std::move(Ptr));
2501   return Val;
2502 }
2503
2504 Value *TypePromotionTransaction::createSExt(Instruction *Inst,
2505                                             Value *Opnd, Type *Ty) {
2506   std::unique_ptr<SExtBuilder> Ptr(new SExtBuilder(Inst, Opnd, Ty));
2507   Value *Val = Ptr->getBuiltValue();
2508   Actions.push_back(std::move(Ptr));
2509   return Val;
2510 }
2511
2512 Value *TypePromotionTransaction::createZExt(Instruction *Inst,
2513                                             Value *Opnd, Type *Ty) {
2514   std::unique_ptr<ZExtBuilder> Ptr(new ZExtBuilder(Inst, Opnd, Ty));
2515   Value *Val = Ptr->getBuiltValue();
2516   Actions.push_back(std::move(Ptr));
2517   return Val;
2518 }
2519
2520 void TypePromotionTransaction::moveBefore(Instruction *Inst,
2521                                           Instruction *Before) {
2522   Actions.push_back(
2523       llvm::make_unique<TypePromotionTransaction::InstructionMoveBefore>(
2524           Inst, Before));
2525 }
2526
2527 TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt
2528 TypePromotionTransaction::getRestorationPoint() const {
2529   return !Actions.empty() ? Actions.back().get() : nullptr;
2530 }
2531
2532 void TypePromotionTransaction::commit() {
2533   for (CommitPt It = Actions.begin(), EndIt = Actions.end(); It != EndIt;
2534        ++It)
2535     (*It)->commit();
2536   Actions.clear();
2537 }
2538
2539 void TypePromotionTransaction::rollback(
2540     TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt Point) {
2541   while (!Actions.empty() && Point != Actions.back().get()) {
2542     std::unique_ptr<TypePromotionAction> Curr = Actions.pop_back_val();
2543     Curr->undo();
2544   }
2545 }
2546
2547 namespace {
2548
2549 /// A helper class for matching addressing modes.
2550 ///
2551 /// This encapsulates the logic for matching the target-legal addressing modes.
2552 class AddressingModeMatcher {
2553   SmallVectorImpl<Instruction*> &AddrModeInsts;
2554   const TargetLowering &TLI;
2555   const TargetRegisterInfo &TRI;
2556   const DataLayout &DL;
2557
2558   /// AccessTy/MemoryInst - This is the type for the access (e.g. double) and
2559   /// the memory instruction that we're computing this address for.
2560   Type *AccessTy;
2561   unsigned AddrSpace;
2562   Instruction *MemoryInst;
2563
2564   /// This is the addressing mode that we're building up. This is
2565   /// part of the return value of this addressing mode matching stuff.
2566   ExtAddrMode &AddrMode;
2567
2568   /// The instructions inserted by other CodeGenPrepare optimizations.
2569   const SetOfInstrs &InsertedInsts;
2570
2571   /// A map from the instructions to their type before promotion.
2572   InstrToOrigTy &PromotedInsts;
2573
2574   /// The ongoing transaction where every action should be registered.
2575   TypePromotionTransaction &TPT;
2576
2577   // A GEP which has too large offset to be folded into the addressing mode.
2578   std::pair<AssertingVH<GetElementPtrInst>, int64_t> &LargeOffsetGEP;
2579
2580   /// This is set to true when we should not do profitability checks.
2581   /// When true, IsProfitableToFoldIntoAddressingMode always returns true.
2582   bool IgnoreProfitability;
2583
2584   AddressingModeMatcher(
2585       SmallVectorImpl<Instruction *> &AMI, const TargetLowering &TLI,
2586       const TargetRegisterInfo &TRI, Type *AT, unsigned AS, Instruction *MI,
2587       ExtAddrMode &AM, const SetOfInstrs &InsertedInsts,
2588       InstrToOrigTy &PromotedInsts, TypePromotionTransaction &TPT,
2589       std::pair<AssertingVH<GetElementPtrInst>, int64_t> &LargeOffsetGEP)
2590       : AddrModeInsts(AMI), TLI(TLI), TRI(TRI),
2591         DL(MI->getModule()->getDataLayout()), AccessTy(AT), AddrSpace(AS),
2592         MemoryInst(MI), AddrMode(AM), InsertedInsts(InsertedInsts),
2593         PromotedInsts(PromotedInsts), TPT(TPT), LargeOffsetGEP(LargeOffsetGEP) {
2594     IgnoreProfitability = false;
2595   }
2596
2597 public:
2598   /// Find the maximal addressing mode that a load/store of V can fold,
2599   /// give an access type of AccessTy.  This returns a list of involved
2600   /// instructions in AddrModeInsts.
2601   /// \p InsertedInsts The instructions inserted by other CodeGenPrepare
2602   /// optimizations.
2603   /// \p PromotedInsts maps the instructions to their type before promotion.
2604   /// \p The ongoing transaction where every action should be registered.
2605   static ExtAddrMode
2606   Match(Value *V, Type *AccessTy, unsigned AS, Instruction *MemoryInst,
2607         SmallVectorImpl<Instruction *> &AddrModeInsts,
2608         const TargetLowering &TLI, const TargetRegisterInfo &TRI,
2609         const SetOfInstrs &InsertedInsts, InstrToOrigTy &PromotedInsts,
2610         TypePromotionTransaction &TPT,
2611         std::pair<AssertingVH<GetElementPtrInst>, int64_t> &LargeOffsetGEP) {
2612     ExtAddrMode Result;
2613
2614     bool Success = AddressingModeMatcher(AddrModeInsts, TLI, TRI, AccessTy, AS,
2615                                          MemoryInst, Result, InsertedInsts,
2616                                          PromotedInsts, TPT, LargeOffsetGEP)
2617                        .matchAddr(V, 0);
2618     (void)Success; assert(Success && "Couldn't select *anything*?");
2619     return Result;
2620   }
2621
2622 private:
2623   bool matchScaledValue(Value *ScaleReg, int64_t Scale, unsigned Depth);
2624   bool matchAddr(Value *Addr, unsigned Depth);
2625   bool matchOperationAddr(User *AddrInst, unsigned Opcode, unsigned Depth,
2626                           bool *MovedAway = nullptr);
2627   bool isProfitableToFoldIntoAddressingMode(Instruction *I,
2628                                             ExtAddrMode &AMBefore,
2629                                             ExtAddrMode &AMAfter);
2630   bool valueAlreadyLiveAtInst(Value *Val, Value *KnownLive1, Value *KnownLive2);
2631   bool isPromotionProfitable(unsigned NewCost, unsigned OldCost,
2632                              Value *PromotedOperand) const;
2633 };
2634
2635 /// Keep track of simplification of Phi nodes.
2636 /// Accept the set of all phi nodes and erase phi node from this set
2637 /// if it is simplified.
2638 class SimplificationTracker {
2639   DenseMap<Value *, Value *> Storage;
2640   const SimplifyQuery &SQ;
2641   // Tracks newly created Phi nodes. We use a SetVector to get deterministic
2642   // order when iterating over the set in MatchPhiSet.
2643   SmallSetVector<PHINode *, 32> AllPhiNodes;
2644   // Tracks newly created Select nodes.
2645   SmallPtrSet<SelectInst *, 32> AllSelectNodes;
2646
2647 public:
2648   SimplificationTracker(const SimplifyQuery &sq)
2649       : SQ(sq) {}
2650
2651   Value *Get(Value *V) {
2652     do {
2653       auto SV = Storage.find(V);
2654       if (SV == Storage.end())
2655         return V;
2656       V = SV->second;
2657     } while (true);
2658   }
2659
2660   Value *Simplify(Value *Val) {
2661     SmallVector<Value *, 32> WorkList;
2662     SmallPtrSet<Value *, 32> Visited;
2663     WorkList.push_back(Val);
2664     while (!WorkList.empty()) {
2665       auto P = WorkList.pop_back_val();
2666       if (!Visited.insert(P).second)
2667         continue;
2668       if (auto *PI = dyn_cast<Instruction>(P))
2669         if (Value *V = SimplifyInstruction(cast<Instruction>(PI), SQ)) {
2670           for (auto *U : PI->users())
2671             WorkList.push_back(cast<Value>(U));
2672           Put(PI, V);
2673           PI->replaceAllUsesWith(V);
2674           if (auto *PHI = dyn_cast<PHINode>(PI))
2675             AllPhiNodes.remove(PHI);
2676           if (auto *Select = dyn_cast<SelectInst>(PI))
2677             AllSelectNodes.erase(Select);
2678           PI->eraseFromParent();
2679         }
2680     }
2681     return Get(Val);
2682   }
2683
2684   void Put(Value *From, Value *To) {
2685     Storage.insert({ From, To });
2686   }
2687
2688   void ReplacePhi(PHINode *From, PHINode *To) {
2689     Value* OldReplacement = Get(From);
2690     while (OldReplacement != From) {
2691       From = To;
2692       To = dyn_cast<PHINode>(OldReplacement);
2693       OldReplacement = Get(From);
2694     }
2695     assert(Get(To) == To && "Replacement PHI node is already replaced.");
2696     Put(From, To);
2697     From->replaceAllUsesWith(To);
2698     AllPhiNodes.remove(From);
2699     From->eraseFromParent();
2700   }
2701
2702   SmallSetVector<PHINode *, 32>& newPhiNodes() { return AllPhiNodes; }
2703
2704   void insertNewPhi(PHINode *PN) { AllPhiNodes.insert(PN); }
2705
2706   void insertNewSelect(SelectInst *SI) { AllSelectNodes.insert(SI); }
2707
2708   unsigned countNewPhiNodes() const { return AllPhiNodes.size(); }
2709
2710   unsigned countNewSelectNodes() const { return AllSelectNodes.size(); }
2711
2712   void destroyNewNodes(Type *CommonType) {
2713     // For safe erasing, replace the uses with dummy value first.
2714     auto Dummy = UndefValue::get(CommonType);
2715     for (auto I : AllPhiNodes) {
2716       I->replaceAllUsesWith(Dummy);
2717       I->eraseFromParent();
2718     }
2719     AllPhiNodes.clear();
2720     for (auto I : AllSelectNodes) {
2721       I->replaceAllUsesWith(Dummy);
2722       I->eraseFromParent();
2723     }
2724     AllSelectNodes.clear();
2725   }
2726 };
2727
2728 /// A helper class for combining addressing modes.
2729 class AddressingModeCombiner {
2730   typedef std::pair<Value *, BasicBlock *> ValueInBB;
2731   typedef DenseMap<ValueInBB, Value *> FoldAddrToValueMapping;
2732   typedef std::pair<PHINode *, PHINode *> PHIPair;
2733
2734 private:
2735   /// The addressing modes we've collected.
2736   SmallVector<ExtAddrMode, 16> AddrModes;
2737
2738   /// The field in which the AddrModes differ, when we have more than one.
2739   ExtAddrMode::FieldName DifferentField = ExtAddrMode::NoField;
2740
2741   /// Are the AddrModes that we have all just equal to their original values?
2742   bool AllAddrModesTrivial = true;
2743
2744   /// Common Type for all different fields in addressing modes.
2745   Type *CommonType;
2746
2747   /// SimplifyQuery for simplifyInstruction utility.
2748   const SimplifyQuery &SQ;
2749
2750   /// Original Address.
2751   ValueInBB Original;
2752
2753 public:
2754   AddressingModeCombiner(const SimplifyQuery &_SQ, ValueInBB OriginalValue)
2755       : CommonType(nullptr), SQ(_SQ), Original(OriginalValue) {}
2756
2757   /// Get the combined AddrMode
2758   const ExtAddrMode &getAddrMode() const {
2759     return AddrModes[0];
2760   }
2761
2762   /// Add a new AddrMode if it's compatible with the AddrModes we already
2763   /// have.
2764   /// \return True iff we succeeded in doing so.
2765   bool addNewAddrMode(ExtAddrMode &NewAddrMode) {
2766     // Take note of if we have any non-trivial AddrModes, as we need to detect
2767     // when all AddrModes are trivial as then we would introduce a phi or select
2768     // which just duplicates what's already there.
2769     AllAddrModesTrivial = AllAddrModesTrivial && NewAddrMode.isTrivial();
2770
2771     // If this is the first addrmode then everything is fine.
2772     if (AddrModes.empty()) {
2773       AddrModes.emplace_back(NewAddrMode);
2774       return true;
2775     }
2776
2777     // Figure out how different this is from the other address modes, which we
2778     // can do just by comparing against the first one given that we only care
2779     // about the cumulative difference.
2780     ExtAddrMode::FieldName ThisDifferentField =
2781       AddrModes[0].compare(NewAddrMode);
2782     if (DifferentField == ExtAddrMode::NoField)
2783       DifferentField = ThisDifferentField;
2784     else if (DifferentField != ThisDifferentField)
2785       DifferentField = ExtAddrMode::MultipleFields;
2786
2787     // If NewAddrMode differs in more than one dimension we cannot handle it.
2788     bool CanHandle = DifferentField != ExtAddrMode::MultipleFields;
2789
2790     // If Scale Field is different then we reject.
2791     CanHandle = CanHandle && DifferentField != ExtAddrMode::ScaleField;
2792
2793     // We also must reject the case when base offset is different and
2794     // scale reg is not null, we cannot handle this case due to merge of
2795     // different offsets will be used as ScaleReg.
2796     CanHandle = CanHandle && (DifferentField != ExtAddrMode::BaseOffsField ||
2797                               !NewAddrMode.ScaledReg);
2798
2799     // We also must reject the case when GV is different and BaseReg installed
2800     // due to we want to use base reg as a merge of GV values.
2801     CanHandle = CanHandle && (DifferentField != ExtAddrMode::BaseGVField ||
2802                               !NewAddrMode.HasBaseReg);
2803
2804     // Even if NewAddMode is the same we still need to collect it due to
2805     // original value is different. And later we will need all original values
2806     // as anchors during finding the common Phi node.
2807     if (CanHandle)
2808       AddrModes.emplace_back(NewAddrMode);
2809     else
2810       AddrModes.clear();
2811
2812     return CanHandle;
2813   }
2814
2815   /// Combine the addressing modes we've collected into a single
2816   /// addressing mode.
2817   /// \return True iff we successfully combined them or we only had one so
2818   /// didn't need to combine them anyway.
2819   bool combineAddrModes() {
2820     // If we have no AddrModes then they can't be combined.
2821     if (AddrModes.size() == 0)
2822       return false;
2823
2824     // A single AddrMode can trivially be combined.
2825     if (AddrModes.size() == 1 || DifferentField == ExtAddrMode::NoField)
2826       return true;
2827
2828     // If the AddrModes we collected are all just equal to the value they are
2829     // derived from then combining them wouldn't do anything useful.
2830     if (AllAddrModesTrivial)
2831       return false;
2832
2833     if (!addrModeCombiningAllowed())
2834       return false;
2835
2836     // Build a map between <original value, basic block where we saw it> to
2837     // value of base register.
2838     // Bail out if there is no common type.
2839     FoldAddrToValueMapping Map;
2840     if (!initializeMap(Map))
2841       return false;
2842
2843     Value *CommonValue = findCommon(Map);
2844     if (CommonValue)
2845       AddrModes[0].SetCombinedField(DifferentField, CommonValue, AddrModes);
2846     return CommonValue != nullptr;
2847   }
2848
2849 private:
2850   /// Initialize Map with anchor values. For address seen in some BB
2851   /// we set the value of different field saw in this address.
2852   /// If address is not an instruction than basic block is set to null.
2853   /// At the same time we find a common type for different field we will
2854   /// use to create new Phi/Select nodes. Keep it in CommonType field.
2855   /// Return false if there is no common type found.
2856   bool initializeMap(FoldAddrToValueMapping &Map) {
2857     // Keep track of keys where the value is null. We will need to replace it
2858     // with constant null when we know the common type.
2859     SmallVector<ValueInBB, 2> NullValue;
2860     Type *IntPtrTy = SQ.DL.getIntPtrType(AddrModes[0].OriginalValue->getType());
2861     for (auto &AM : AddrModes) {
2862       BasicBlock *BB = nullptr;
2863       if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(AM.OriginalValue))
2864         BB = I->getParent();
2865
2866       Value *DV = AM.GetFieldAsValue(DifferentField, IntPtrTy);
2867       if (DV) {
2868         auto *Type = DV->getType();
2869         if (CommonType && CommonType != Type)
2870           return false;
2871         CommonType = Type;
2872         Map[{ AM.OriginalValue, BB }] = DV;
2873       } else {
2874         NullValue.push_back({ AM.OriginalValue, BB });
2875       }
2876     }
2877     assert(CommonType && "At least one non-null value must be!");
2878     for (auto VIBB : NullValue)
2879       Map[VIBB] = Constant::getNullValue(CommonType);
2880     return true;
2881   }
2882
2883   /// We have mapping between value A and basic block where value A
2884   /// seen to other value B where B was a field in addressing mode represented
2885   /// by A. Also we have an original value C representing an address in some
2886   /// basic block. Traversing from C through phi and selects we ended up with
2887   /// A's in a map. This utility function tries to find a value V which is a
2888   /// field in addressing mode C and traversing through phi nodes and selects
2889   /// we will end up in corresponded values B in a map.
2890   /// The utility will create a new Phi/Selects if needed.
2891   // The simple example looks as follows:
2892   // BB1:
2893   //   p1 = b1 + 40
2894   //   br cond BB2, BB3
2895   // BB2:
2896   //   p2 = b2 + 40
2897   //   br BB3
2898   // BB3:
2899   //   p = phi [p1, BB1], [p2, BB2]
2900   //   v = load p
2901   // Map is
2902   //   <p1, BB1> -> b1
2903   //   <p2, BB2> -> b2
2904   // Request is
2905   //   <p, BB3> -> ?
2906   // The function tries to find or build phi [b1, BB1], [b2, BB2] in BB3
2907   Value *findCommon(FoldAddrToValueMapping &Map) {
2908     // Tracks the simplification of newly created phi nodes. The reason we use
2909     // this mapping is because we will add new created Phi nodes in AddrToBase.
2910     // Simplification of Phi nodes is recursive, so some Phi node may
2911     // be simplified after we added it to AddrToBase.
2912     // Using this mapping we can find the current value in AddrToBase.
2913     SimplificationTracker ST(SQ);
2914
2915     // First step, DFS to create PHI nodes for all intermediate blocks.
2916     // Also fill traverse order for the second step.
2917     SmallVector<ValueInBB, 32> TraverseOrder;
2918     InsertPlaceholders(Map, TraverseOrder, ST);
2919
2920     // Second Step, fill new nodes by merged values and simplify if possible.
2921     FillPlaceholders(Map, TraverseOrder, ST);
2922
2923     if (!AddrSinkNewSelects && ST.countNewSelectNodes() > 0) {
2924       ST.destroyNewNodes(CommonType);
2925       return nullptr;
2926     }
2927
2928     // Now we'd like to match New Phi nodes to existed ones.
2929     unsigned PhiNotMatchedCount = 0;
2930     if (!MatchPhiSet(ST, AddrSinkNewPhis, PhiNotMatchedCount)) {
2931       ST.destroyNewNodes(CommonType);
2932       return nullptr;
2933     }
2934
2935     auto *Result = ST.Get(Map.find(Original)->second);
2936     if (Result) {
2937       NumMemoryInstsPhiCreated += ST.countNewPhiNodes() + PhiNotMatchedCount;
2938       NumMemoryInstsSelectCreated += ST.countNewSelectNodes();
2939     }
2940     return Result;
2941   }
2942
2943   /// Try to match PHI node to Candidate.
2944   /// Matcher tracks the matched Phi nodes.
2945   bool MatchPhiNode(PHINode *PHI, PHINode *Candidate,
2946                     SmallSetVector<PHIPair, 8> &Matcher,
2947                     SmallSetVector<PHINode *, 32> &PhiNodesToMatch) {
2948     SmallVector<PHIPair, 8> WorkList;
2949     Matcher.insert({ PHI, Candidate });
2950     WorkList.push_back({ PHI, Candidate });
2951     SmallSet<PHIPair, 8> Visited;
2952     while (!WorkList.empty()) {
2953       auto Item = WorkList.pop_back_val();
2954       if (!Visited.insert(Item).second)
2955         continue;
2956       // We iterate over all incoming values to Phi to compare them.
2957       // If values are different and both of them Phi and the first one is a
2958       // Phi we added (subject to match) and both of them is in the same basic
2959       // block then we can match our pair if values match. So we state that
2960       // these values match and add it to work list to verify that.
2961       for (auto B : Item.first->blocks()) {
2962         Value *FirstValue = Item.first->getIncomingValueForBlock(B);
2963         Value *SecondValue = Item.second->getIncomingValueForBlock(B);
2964         if (FirstValue == SecondValue)
2965           continue;
2966
2967         PHINode *FirstPhi = dyn_cast<PHINode>(FirstValue);
2968         PHINode *SecondPhi = dyn_cast<PHINode>(SecondValue);
2969
2970         // One of them is not Phi or
2971         // The first one is not Phi node from the set we'd like to match or
2972         // Phi nodes from different basic blocks then
2973         // we will not be able to match.
2974         if (!FirstPhi || !SecondPhi || !PhiNodesToMatch.count(FirstPhi) ||
2975             FirstPhi->getParent() != SecondPhi->getParent())
2976           return false;
2977
2978         // If we already matched them then continue.
2979         if (Matcher.count({ FirstPhi, SecondPhi }))
2980           continue;
2981         // So the values are different and does not match. So we need them to
2982         // match.
2983         Matcher.insert({ FirstPhi, SecondPhi });
2984         // But me must check it.
2985         WorkList.push_back({ FirstPhi, SecondPhi });
2986       }
2987     }
2988     return true;
2989   }
2990
2991   /// For the given set of PHI nodes (in the SimplificationTracker) try
2992   /// to find their equivalents.
2993   /// Returns false if this matching fails and creation of new Phi is disabled.
2994   bool MatchPhiSet(SimplificationTracker &ST, bool AllowNewPhiNodes,
2995                    unsigned &PhiNotMatchedCount) {
2996     // Use a SetVector for Matched to make sure we do replacements (ReplacePhi)
2997     // in a deterministic order below.
2998     SmallSetVector<PHIPair, 8> Matched;
2999     SmallPtrSet<PHINode *, 8> WillNotMatch;
3000     SmallSetVector<PHINode *, 32> &PhiNodesToMatch = ST.newPhiNodes();
3001     while (PhiNodesToMatch.size()) {
3002       PHINode *PHI = *PhiNodesToMatch.begin();
3003
3004       // Add us, if no Phi nodes in the basic block we do not match.
3005       WillNotMatch.clear();
3006       WillNotMatch.insert(PHI);
3007
3008       // Traverse all Phis until we found equivalent or fail to do that.
3009       bool IsMatched = false;
3010       for (auto &P : PHI->getParent()->phis()) {
3011         if (&P == PHI)
3012           continue;
3013         if ((IsMatched = MatchPhiNode(PHI, &P, Matched, PhiNodesToMatch)))
3014           break;
3015         // If it does not match, collect all Phi nodes from matcher.
3016         // if we end up with no match, them all these Phi nodes will not match
3017         // later.
3018         for (auto M : Matched)
3019           WillNotMatch.insert(M.first);
3020         Matched.clear();
3021       }
3022       if (IsMatched) {
3023         // Replace all matched values and erase them.
3024         for (auto MV : Matched)
3025           ST.ReplacePhi(MV.first, MV.second);
3026         Matched.clear();
3027         continue;
3028       }
3029       // If we are not allowed to create new nodes then bail out.
3030       if (!AllowNewPhiNodes)
3031         return false;
3032       // Just remove all seen values in matcher. They will not match anything.
3033       PhiNotMatchedCount += WillNotMatch.size();
3034       for (auto *P : WillNotMatch)
3035         PhiNodesToMatch.remove(P);
3036     }
3037     return true;
3038   }
3039   /// Fill the placeholder with values from predecessors and simplify it.
3040   void FillPlaceholders(FoldAddrToValueMapping &Map,
3041                         SmallVectorImpl<ValueInBB> &TraverseOrder,
3042                         SimplificationTracker &ST) {
3043     while (!TraverseOrder.empty()) {
3044       auto Current = TraverseOrder.pop_back_val();
3045       assert(Map.find(Current) != Map.end() && "No node to fill!!!");
3046       Value *CurrentValue = Current.first;
3047       BasicBlock *CurrentBlock = Current.second;
3048       Value *V = Map[Current];
3049
3050       if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
3051         // CurrentValue also must be Select.
3052         auto *CurrentSelect = cast<SelectInst>(CurrentValue);
3053         auto *TrueValue = CurrentSelect->getTrueValue();
3054         ValueInBB TrueItem = { TrueValue, isa<Instruction>(TrueValue)
3055                                               ? CurrentBlock
3056                                               : nullptr };
3057         assert(Map.find(TrueItem) != Map.end() && "No True Value!");
3058         Select->setTrueValue(ST.Get(Map[TrueItem]));
3059         auto *FalseValue = CurrentSelect->getFalseValue();
3060         ValueInBB FalseItem = { FalseValue, isa<Instruction>(FalseValue)
3061                                                 ? CurrentBlock
3062                                                 : nullptr };
3063         assert(Map.find(FalseItem) != Map.end() && "No False Value!");
3064         Select->setFalseValue(ST.Get(Map[FalseItem]));
3065       } else {
3066         // Must be a Phi node then.
3067         PHINode *PHI = cast<PHINode>(V);
3068         // Fill the Phi node with values from predecessors.
3069         bool IsDefinedInThisBB =
3070             cast<Instruction>(CurrentValue)->getParent() == CurrentBlock;
3071         auto *CurrentPhi = dyn_cast<PHINode>(CurrentValue);
3072         for (auto B : predecessors(CurrentBlock)) {
3073           Value *PV = IsDefinedInThisBB
3074                           ? CurrentPhi->getIncomingValueForBlock(B)
3075                           : CurrentValue;
3076           ValueInBB item = { PV, isa<Instruction>(PV) ? B : nullptr };
3077           assert(Map.find(item) != Map.end() && "No predecessor Value!");
3078           PHI->addIncoming(ST.Get(Map[item]), B);
3079         }
3080       }
3081       // Simplify if possible.
3082       Map[Current] = ST.Simplify(V);
3083     }
3084   }
3085
3086   /// Starting from value recursively iterates over predecessors up to known
3087   /// ending values represented in a map. For each traversed block inserts
3088   /// a placeholder Phi or Select.
3089   /// Reports all new created Phi/Select nodes by adding them to set.
3090   /// Also reports and order in what basic blocks have been traversed.
3091   void InsertPlaceholders(FoldAddrToValueMapping &Map,
3092                           SmallVectorImpl<ValueInBB> &TraverseOrder,
3093                           SimplificationTracker &ST) {
3094     SmallVector<ValueInBB, 32> Worklist;
3095     assert((isa<PHINode>(Original.first) || isa<SelectInst>(Original.first)) &&
3096            "Address must be a Phi or Select node");
3097     auto *Dummy = UndefValue::get(CommonType);
3098     Worklist.push_back(Original);
3099     while (!Worklist.empty()) {
3100       auto Current = Worklist.pop_back_val();
3101       // If value is not an instruction it is something global, constant,
3102       // parameter and we can say that this value is observable in any block.
3103       // Set block to null to denote it.
3104       // Also please take into account that it is how we build anchors.
3105       if (!isa<Instruction>(Current.first))
3106         Current.second = nullptr;
3107       // if it is already visited or it is an ending value then skip it.
3108       if (Map.find(Current) != Map.end())
3109         continue;
3110       TraverseOrder.push_back(Current);
3111
3112       Value *CurrentValue = Current.first;
3113       BasicBlock *CurrentBlock = Current.second;
3114       // CurrentValue must be a Phi node or select. All others must be covered
3115       // by anchors.
3116       Instruction *CurrentI = cast<Instruction>(CurrentValue);
3117       bool IsDefinedInThisBB = CurrentI->getParent() == CurrentBlock;
3118
3119       unsigned PredCount = pred_size(CurrentBlock);
3120       // if Current Value is not defined in this basic block we are interested
3121       // in values in predecessors.
3122       if (!IsDefinedInThisBB) {
3123         assert(PredCount && "Unreachable block?!");
3124         PHINode *PHI = PHINode::Create(CommonType, PredCount, "sunk_phi",
3125                                        &CurrentBlock->front());
3126         Map[Current] = PHI;
3127         ST.insertNewPhi(PHI);
3128         // Add all predecessors in work list.
3129         for (auto B : predecessors(CurrentBlock))
3130           Worklist.push_back({ CurrentValue, B });
3131         continue;
3132       }
3133       // Value is defined in this basic block.
3134       if (SelectInst *OrigSelect = dyn_cast<SelectInst>(CurrentI)) {
3135         // Is it OK to get metadata from OrigSelect?!
3136         // Create a Select placeholder with dummy value.
3137         SelectInst *Select =
3138             SelectInst::Create(OrigSelect->getCondition(), Dummy, Dummy,
3139                                OrigSelect->getName(), OrigSelect, OrigSelect);
3140         Map[Current] = Select;
3141         ST.insertNewSelect(Select);
3142         // We are interested in True and False value in this basic block.
3143         Worklist.push_back({ OrigSelect->getTrueValue(), CurrentBlock });
3144         Worklist.push_back({ OrigSelect->getFalseValue(), CurrentBlock });
3145       } else {
3146         // It must be a Phi node then.
3147         auto *CurrentPhi = cast<PHINode>(CurrentI);
3148         // Create new Phi node for merge of bases.
3149         assert(PredCount && "Unreachable block?!");
3150         PHINode *PHI = PHINode::Create(CommonType, PredCount, "sunk_phi",
3151                                        &CurrentBlock->front());
3152         Map[Current] = PHI;
3153         ST.insertNewPhi(PHI);
3154
3155         // Add all predecessors in work list.
3156         for (auto B : predecessors(CurrentBlock))
3157           Worklist.push_back({ CurrentPhi->getIncomingValueForBlock(B), B });
3158       }
3159     }
3160   }
3161
3162   bool addrModeCombiningAllowed() {
3163     if (DisableComplexAddrModes)
3164       return false;
3165     switch (DifferentField) {
3166     default:
3167       return false;
3168     case ExtAddrMode::BaseRegField:
3169       return AddrSinkCombineBaseReg;
3170     case ExtAddrMode::BaseGVField:
3171       return AddrSinkCombineBaseGV;
3172     case ExtAddrMode::BaseOffsField:
3173       return AddrSinkCombineBaseOffs;
3174     case ExtAddrMode::ScaledRegField:
3175       return AddrSinkCombineScaledReg;
3176     }
3177   }
3178 };
3179 } // end anonymous namespace
3180
3181 /// Try adding ScaleReg*Scale to the current addressing mode.
3182 /// Return true and update AddrMode if this addr mode is legal for the target,
3183 /// false if not.
3184 bool AddressingModeMatcher::matchScaledValue(Value *ScaleReg, int64_t Scale,
3185                                              unsigned Depth) {
3186   // If Scale is 1, then this is the same as adding ScaleReg to the addressing
3187   // mode.  Just process that directly.
3188   if (Scale == 1)
3189     return matchAddr(ScaleReg, Depth);
3190
3191   // If the scale is 0, it takes nothing to add this.
3192   if (Scale == 0)
3193     return true;
3194
3195   // If we already have a scale of this value, we can add to it, otherwise, we
3196   // need an available scale field.
3197   if (AddrMode.Scale != 0 && AddrMode.ScaledReg != ScaleReg)
3198     return false;
3199
3200   ExtAddrMode TestAddrMode = AddrMode;
3201
3202   // Add scale to turn X*4+X*3 -> X*7.  This could also do things like
3203   // [A+B + A*7] -> [B+A*8].
3204   TestAddrMode.Scale += Scale;
3205   TestAddrMode.ScaledReg = ScaleReg;
3206
3207   // If the new address isn't legal, bail out.
3208   if (!TLI.isLegalAddressingMode(DL, TestAddrMode, AccessTy, AddrSpace))
3209     return false;
3210
3211   // It was legal, so commit it.
3212   AddrMode = TestAddrMode;
3213
3214   // Okay, we decided that we can add ScaleReg+Scale to AddrMode.  Check now
3215   // to see if ScaleReg is actually X+C.  If so, we can turn this into adding
3216   // X*Scale + C*Scale to addr mode.
3217   ConstantInt *CI = nullptr; Value *AddLHS = nullptr;
3218   if (isa<Instruction>(ScaleReg) &&  // not a constant expr.
3219       match(ScaleReg, m_Add(m_Value(AddLHS), m_ConstantInt(CI)))) {
3220     TestAddrMode.ScaledReg = AddLHS;
3221     TestAddrMode.BaseOffs += CI->getSExtValue()*TestAddrMode.Scale;
3222
3223     // If this addressing mode is legal, commit it and remember that we folded
3224     // this instruction.
3225     if (TLI.isLegalAddressingMode(DL, TestAddrMode, AccessTy, AddrSpace)) {
3226       AddrModeInsts.push_back(cast<Instruction>(ScaleReg));
3227       AddrMode = TestAddrMode;
3228       return true;
3229     }
3230   }
3231
3232   // Otherwise, not (x+c)*scale, just return what we have.
3233   return true;
3234 }
3235
3236 /// This is a little filter, which returns true if an addressing computation
3237 /// involving I might be folded into a load/store accessing it.
3238 /// This doesn't need to be perfect, but needs to accept at least
3239 /// the set of instructions that MatchOperationAddr can.
3240 static bool MightBeFoldableInst(Instruction *I) {
3241   switch (I->getOpcode()) {
3242   case Instruction::BitCast:
3243   case Instruction::AddrSpaceCast:
3244     // Don't touch identity bitcasts.
3245     if (I->getType() == I->getOperand(0)->getType())
3246       return false;
3247     return I->getType()->isIntOrPtrTy();
3248   case Instruction::PtrToInt:
3249     // PtrToInt is always a noop, as we know that the int type is pointer sized.
3250     return true;
3251   case Instruction::IntToPtr:
3252     // We know the input is intptr_t, so this is foldable.
3253     return true;
3254   case Instruction::Add:
3255     return true;
3256   case Instruction::Mul:
3257   case Instruction::Shl:
3258     // Can only handle X*C and X << C.
3259     return isa<ConstantInt>(I->getOperand(1));
3260   case Instruction::GetElementPtr:
3261     return true;
3262   default:
3263     return false;
3264   }
3265 }
3266
3267 /// Check whether or not \p Val is a legal instruction for \p TLI.
3268 /// \note \p Val is assumed to be the product of some type promotion.
3269 /// Therefore if \p Val has an undefined state in \p TLI, this is assumed
3270 /// to be legal, as the non-promoted value would have had the same state.
3271 static bool isPromotedInstructionLegal(const TargetLowering &TLI,
3272                                        const DataLayout &DL, Value *Val) {
3273   Instruction *PromotedInst = dyn_cast<Instruction>(Val);
3274   if (!PromotedInst)
3275     return false;
3276   int ISDOpcode = TLI.InstructionOpcodeToISD(PromotedInst->getOpcode());
3277   // If the ISDOpcode is undefined, it was undefined before the promotion.
3278   if (!ISDOpcode)
3279     return true;
3280   // Otherwise, check if the promoted instruction is legal or not.
3281   return TLI.isOperationLegalOrCustom(
3282       ISDOpcode, TLI.getValueType(DL, PromotedInst->getType()));
3283 }
3284
3285 namespace {
3286
3287 /// Hepler class to perform type promotion.
3288 class TypePromotionHelper {
3289   /// Utility function to add a promoted instruction \p ExtOpnd to
3290   /// \p PromotedInsts and record the type of extension we have seen.
3291   static void addPromotedInst(InstrToOrigTy &PromotedInsts,
3292                               Instruction *ExtOpnd,
3293                               bool IsSExt) {
3294     ExtType ExtTy = IsSExt ? SignExtension : ZeroExtension;
3295     InstrToOrigTy::iterator It = PromotedInsts.find(ExtOpnd);
3296     if (It != PromotedInsts.end()) {
3297       // If the new extension is same as original, the information in
3298       // PromotedInsts[ExtOpnd] is still correct.
3299       if (It->second.getInt() == ExtTy)
3300         return;
3301
3302       // Now the new extension is different from old extension, we make
3303       // the type information invalid by setting extension type to
3304       // BothExtension.
3305       ExtTy = BothExtension;
3306     }
3307     PromotedInsts[ExtOpnd] = TypeIsSExt(ExtOpnd->getType(), ExtTy);
3308   }
3309
3310   /// Utility function to query the original type of instruction \p Opnd
3311   /// with a matched extension type. If the extension doesn't match, we
3312   /// cannot use the information we had on the original type.
3313   /// BothExtension doesn't match any extension type.
3314   static const Type *getOrigType(const InstrToOrigTy &PromotedInsts,
3315                                  Instruction *Opnd,
3316                                  bool IsSExt) {
3317     ExtType ExtTy = IsSExt ? SignExtension : ZeroExtension;
3318     InstrToOrigTy::const_iterator It = PromotedInsts.find(Opnd);
3319     if (It != PromotedInsts.end() && It->second.getInt() == ExtTy)
3320       return It->second.getPointer();
3321     return nullptr;
3322   }
3323
3324   /// Utility function to check whether or not a sign or zero extension
3325   /// of \p Inst with \p ConsideredExtType can be moved through \p Inst by
3326   /// either using the operands of \p Inst or promoting \p Inst.
3327   /// The type of the extension is defined by \p IsSExt.
3328   /// In other words, check if:
3329   /// ext (Ty Inst opnd1 opnd2 ... opndN) to ConsideredExtType.
3330   /// #1 Promotion applies:
3331   /// ConsideredExtType Inst (ext opnd1 to ConsideredExtType, ...).
3332   /// #2 Operand reuses:
3333   /// ext opnd1 to ConsideredExtType.
3334   /// \p PromotedInsts maps the instructions to their type before promotion.
3335   static bool canGetThrough(const Instruction *Inst, Type *ConsideredExtType,
3336                             const InstrToOrigTy &PromotedInsts, bool IsSExt);
3337
3338   /// Utility function to determine if \p OpIdx should be promoted when
3339   /// promoting \p Inst.
3340   static bool shouldExtOperand(const Instruction *Inst, int OpIdx) {
3341     return !(isa<SelectInst>(Inst) && OpIdx == 0);
3342   }
3343
3344   /// Utility function to promote the operand of \p Ext when this
3345   /// operand is a promotable trunc or sext or zext.
3346   /// \p PromotedInsts maps the instructions to their type before promotion.
3347   /// \p CreatedInstsCost[out] contains the cost of all instructions
3348   /// created to promote the operand of Ext.
3349   /// Newly added extensions are inserted in \p Exts.
3350   /// Newly added truncates are inserted in \p Truncs.
3351   /// Should never be called directly.
3352   /// \return The promoted value which is used instead of Ext.
3353   static Value *promoteOperandForTruncAndAnyExt(
3354       Instruction *Ext, TypePromotionTransaction &TPT,
3355       InstrToOrigTy &PromotedInsts, unsigned &CreatedInstsCost,
3356       SmallVectorImpl<Instruction *> *Exts,
3357       SmallVectorImpl<Instruction *> *Truncs, const TargetLowering &TLI);
3358
3359   /// Utility function to promote the operand of \p Ext when this
3360   /// operand is promotable and is not a supported trunc or sext.
3361   /// \p PromotedInsts maps the instructions to their type before promotion.
3362   /// \p CreatedInstsCost[out] contains the cost of all the instructions
3363   /// created to promote the operand of Ext.
3364   /// Newly added extensions are inserted in \p Exts.
3365   /// Newly added truncates are inserted in \p Truncs.
3366   /// Should never be called directly.
3367   /// \return The promoted value which is used instead of Ext.
3368   static Value *promoteOperandForOther(Instruction *Ext,
3369                                        TypePromotionTransaction &TPT,
3370                                        InstrToOrigTy &PromotedInsts,
3371                                        unsigned &CreatedInstsCost,
3372                                        SmallVectorImpl<Instruction *> *Exts,
3373                                        SmallVectorImpl<Instruction *> *Truncs,
3374                                        const TargetLowering &TLI, bool IsSExt);
3375
3376   /// \see promoteOperandForOther.
3377   static Value *signExtendOperandForOther(
3378       Instruction *Ext, TypePromotionTransaction &TPT,
3379       InstrToOrigTy &PromotedInsts, unsigned &CreatedInstsCost,
3380       SmallVectorImpl<Instruction *> *Exts,
3381       SmallVectorImpl<Instruction *> *Truncs, const TargetLowering &TLI) {
3382     return promoteOperandForOther(Ext, TPT, PromotedInsts, CreatedInstsCost,
3383                                   Exts, Truncs, TLI, true);
3384   }
3385
3386   /// \see promoteOperandForOther.
3387   static Value *zeroExtendOperandForOther(
3388       Instruction *Ext, TypePromotionTransaction &TPT,
3389       InstrToOrigTy &PromotedInsts, unsigned &CreatedInstsCost,
3390       SmallVectorImpl<Instruction *> *Exts,
3391       SmallVectorImpl<Instruction *> *Truncs, const TargetLowering &TLI) {
3392     return promoteOperandForOther(Ext, TPT, PromotedInsts, CreatedInstsCost,
3393                                   Exts, Truncs, TLI, false);
3394   }
3395
3396 public:
3397   /// Type for the utility function that promotes the operand of Ext.
3398   using Action = Value *(*)(Instruction *Ext, TypePromotionTransaction &TPT,
3399                             InstrToOrigTy &PromotedInsts,
3400                             unsigned &CreatedInstsCost,
3401                             SmallVectorImpl<Instruction *> *Exts,
3402                             SmallVectorImpl<Instruction *> *Truncs,
3403                             const TargetLowering &TLI);
3404
3405   /// Given a sign/zero extend instruction \p Ext, return the appropriate
3406   /// action to promote the operand of \p Ext instead of using Ext.
3407   /// \return NULL if no promotable action is possible with the current
3408   /// sign extension.
3409   /// \p InsertedInsts keeps track of all the instructions inserted by the
3410   /// other CodeGenPrepare optimizations. This information is important
3411   /// because we do not want to promote these instructions as CodeGenPrepare
3412   /// will reinsert them later. Thus creating an infinite loop: create/remove.
3413   /// \p PromotedInsts maps the instructions to their type before promotion.
3414   static Action getAction(Instruction *Ext, const SetOfInstrs &InsertedInsts,
3415                           const TargetLowering &TLI,
3416                           const InstrToOrigTy &PromotedInsts);
3417 };
3418
3419 } // end anonymous namespace
3420
3421 bool TypePromotionHelper::canGetThrough(const Instruction *Inst,
3422                                         Type *ConsideredExtType,
3423                                         const InstrToOrigTy &PromotedInsts,
3424                                         bool IsSExt) {
3425   // The promotion helper does not know how to deal with vector types yet.
3426   // To be able to fix that, we would need to fix the places where we
3427   // statically extend, e.g., constants and such.
3428   if (Inst->getType()->isVectorTy())
3429     return false;
3430
3431   // We can always get through zext.
3432   if (isa<ZExtInst>(Inst))
3433     return true;
3434
3435   // sext(sext) is ok too.
3436   if (IsSExt && isa<SExtInst>(Inst))
3437     return true;
3438
3439   // We can get through binary operator, if it is legal. In other words, the
3440   // binary operator must have a nuw or nsw flag.
3441   const BinaryOperator *BinOp = dyn_cast<BinaryOperator>(Inst);
3442   if (BinOp && isa<OverflowingBinaryOperator>(BinOp) &&
3443       ((!IsSExt && BinOp->hasNoUnsignedWrap()) ||
3444        (IsSExt && BinOp->hasNoSignedWrap())))
3445     return true;
3446
3447   // ext(and(opnd, cst)) --> and(ext(opnd), ext(cst))
3448   if ((Inst->getOpcode() == Instruction::And ||
3449        Inst->getOpcode() == Instruction::Or))
3450     return true;
3451
3452   // ext(xor(opnd, cst)) --> xor(ext(opnd), ext(cst))
3453   if (Inst->getOpcode() == Instruction::Xor) {
3454     const ConstantInt *Cst = dyn_cast<ConstantInt>(Inst->getOperand(1));
3455     // Make sure it is not a NOT.
3456     if (Cst && !Cst->getValue().isAllOnesValue())
3457       return true;
3458   }
3459
3460   // zext(shrl(opnd, cst)) --> shrl(zext(opnd), zext(cst))
3461   // It may change a poisoned value into a regular value, like
3462   //     zext i32 (shrl i8 %val, 12)  -->  shrl i32 (zext i8 %val), 12
3463   //          poisoned value                    regular value
3464   // It should be OK since undef covers valid value.
3465   if (Inst->getOpcode() == Instruction::LShr && !IsSExt)
3466     return true;
3467
3468   // and(ext(shl(opnd, cst)), cst) --> and(shl(ext(opnd), ext(cst)), cst)
3469   // It may change a poisoned value into a regular value, like
3470   //     zext i32 (shl i8 %val, 12)  -->  shl i32 (zext i8 %val), 12
3471   //          poisoned value                    regular value
3472   // It should be OK since undef covers valid value.
3473   if (Inst->getOpcode() == Instruction::Shl && Inst->hasOneUse()) {
3474     const Instruction *ExtInst =
3475         dyn_cast<const Instruction>(*Inst->user_begin());
3476     if (ExtInst->hasOneUse()) {
3477       const Instruction *AndInst =
3478           dyn_cast<const Instruction>(*ExtInst->user_begin());
3479       if (AndInst && AndInst->getOpcode() == Instruction::And) {
3480         const ConstantInt *Cst = dyn_cast<ConstantInt>(AndInst->getOperand(1));
3481         if (Cst &&
3482             Cst->getValue().isIntN(Inst->getType()->getIntegerBitWidth()))
3483           return true;
3484       }
3485     }
3486   }
3487
3488   // Check if we can do the following simplification.
3489   // ext(trunc(opnd)) --> ext(opnd)
3490   if (!isa<TruncInst>(Inst))
3491     return false;
3492
3493   Value *OpndVal = Inst->getOperand(0);
3494   // Check if we can use this operand in the extension.
3495   // If the type is larger than the result type of the extension, we cannot.
3496   if (!OpndVal->getType()->isIntegerTy() ||
3497       OpndVal->getType()->getIntegerBitWidth() >
3498           ConsideredExtType->getIntegerBitWidth())
3499     return false;
3500
3501   // If the operand of the truncate is not an instruction, we will not have
3502   // any information on the dropped bits.
3503   // (Actually we could for constant but it is not worth the extra logic).
3504   Instruction *Opnd = dyn_cast<Instruction>(OpndVal);
3505   if (!Opnd)
3506     return false;
3507
3508   // Check if the source of the type is narrow enough.
3509   // I.e., check that trunc just drops extended bits of the same kind of
3510   // the extension.
3511   // #1 get the type of the operand and check the kind of the extended bits.
3512   const Type *OpndType = getOrigType(PromotedInsts, Opnd, IsSExt);
3513   if (OpndType)
3514     ;
3515   else if ((IsSExt && isa<SExtInst>(Opnd)) || (!IsSExt && isa<ZExtInst>(Opnd)))
3516     OpndType = Opnd->getOperand(0)->getType();
3517   else
3518     return false;
3519
3520   // #2 check that the truncate just drops extended bits.
3521   return Inst->getType()->getIntegerBitWidth() >=
3522          OpndType->getIntegerBitWidth();
3523 }
3524
3525 TypePromotionHelper::Action TypePromotionHelper::getAction(
3526     Instruction *Ext, const SetOfInstrs &InsertedInsts,
3527     const TargetLowering &TLI, const InstrToOrigTy &PromotedInsts) {
3528   assert((isa<SExtInst>(Ext) || isa<ZExtInst>(Ext)) &&
3529          "Unexpected instruction type");
3530   Instruction *ExtOpnd = dyn_cast<Instruction>(Ext->getOperand(0));
3531   Type *ExtTy = Ext->getType();
3532   bool IsSExt = isa<SExtInst>(Ext);
3533   // If the operand of the extension is not an instruction, we cannot
3534   // get through.
3535   // If it, check we can get through.
3536   if (!ExtOpnd || !canGetThrough(ExtOpnd, ExtTy, PromotedInsts, IsSExt))
3537     return nullptr;
3538
3539   // Do not promote if the operand has been added by codegenprepare.
3540   // Otherwise, it means we are undoing an optimization that is likely to be
3541   // redone, thus causing potential infinite loop.
3542   if (isa<TruncInst>(ExtOpnd) && InsertedInsts.count(ExtOpnd))
3543     return nullptr;
3544
3545   // SExt or Trunc instructions.
3546   // Return the related handler.
3547   if (isa<SExtInst>(ExtOpnd) || isa<TruncInst>(ExtOpnd) ||
3548       isa<ZExtInst>(ExtOpnd))
3549     return promoteOperandForTruncAndAnyExt;
3550
3551   // Regular instruction.
3552   // Abort early if we will have to insert non-free instructions.
3553   if (!ExtOpnd->hasOneUse() && !TLI.isTruncateFree(ExtTy, ExtOpnd->getType()))
3554     return nullptr;
3555   return IsSExt ? signExtendOperandForOther : zeroExtendOperandForOther;
3556 }
3557
3558 Value *TypePromotionHelper::promoteOperandForTruncAndAnyExt(
3559     Instruction *SExt, TypePromotionTransaction &TPT,
3560     InstrToOrigTy &PromotedInsts, unsigned &CreatedInstsCost,
3561     SmallVectorImpl<Instruction *> *Exts,
3562     SmallVectorImpl<Instruction *> *Truncs, const TargetLowering &TLI) {
3563   // By construction, the operand of SExt is an instruction. Otherwise we cannot
3564   // get through it and this method should not be called.
3565   Instruction *SExtOpnd = cast<Instruction>(SExt->getOperand(0));
3566   Value *ExtVal = SExt;
3567   bool HasMergedNonFreeExt = false;
3568   if (isa<ZExtInst>(SExtOpnd)) {
3569     // Replace s|zext(zext(opnd))
3570     // => zext(opnd).
3571     HasMergedNonFreeExt = !TLI.isExtFree(SExtOpnd);
3572     Value *ZExt =
3573         TPT.createZExt(SExt, SExtOpnd->getOperand(0), SExt->getType());
3574     TPT.replaceAllUsesWith(SExt, ZExt);
3575     TPT.eraseInstruction(SExt);
3576     ExtVal = ZExt;
3577   } else {
3578     // Replace z|sext(trunc(opnd)) or sext(sext(opnd))
3579     // => z|sext(opnd).
3580     TPT.setOperand(SExt, 0, SExtOpnd->getOperand(0));
3581   }
3582   CreatedInstsCost = 0;
3583
3584   // Remove dead code.
3585   if (SExtOpnd->use_empty())
3586     TPT.eraseInstruction(SExtOpnd);
3587
3588   // Check if the extension is still needed.
3589   Instruction *ExtInst = dyn_cast<Instruction>(ExtVal);
3590   if (!ExtInst || ExtInst->getType() != ExtInst->getOperand(0)->getType()) {
3591     if (ExtInst) {
3592       if (Exts)
3593         Exts->push_back(ExtInst);
3594       CreatedInstsCost = !TLI.isExtFree(ExtInst) && !HasMergedNonFreeExt;
3595     }
3596     return ExtVal;
3597   }
3598
3599   // At this point we have: ext ty opnd to ty.
3600   // Reassign the uses of ExtInst to the opnd and remove ExtInst.
3601   Value *NextVal = ExtInst->getOperand(0);
3602   TPT.eraseInstruction(ExtInst, NextVal);
3603   return NextVal;
3604 }
3605
3606 Value *TypePromotionHelper::promoteOperandForOther(
3607     Instruction *Ext, TypePromotionTransaction &TPT,
3608     InstrToOrigTy &PromotedInsts, unsigned &CreatedInstsCost,
3609     SmallVectorImpl<Instruction *> *Exts,
3610     SmallVectorImpl<Instruction *> *Truncs, const TargetLowering &TLI,
3611     bool IsSExt) {
3612   // By construction, the operand of Ext is an instruction. Otherwise we cannot
3613   // get through it and this method should not be called.
3614   Instruction *ExtOpnd = cast<Instruction>(Ext->getOperand(0));
3615   CreatedInstsCost = 0;
3616   if (!ExtOpnd->hasOneUse()) {
3617     // ExtOpnd will be promoted.
3618     // All its uses, but Ext, will need to use a truncated value of the
3619     // promoted version.
3620     // Create the truncate now.
3621     Value *Trunc = TPT.createTrunc(Ext, ExtOpnd->getType());
3622     if (Instruction *ITrunc = dyn_cast<Instruction>(Trunc)) {
3623       // Insert it just after the definition.
3624       ITrunc->moveAfter(ExtOpnd);
3625       if (Truncs)
3626         Truncs->push_back(ITrunc);
3627     }
3628
3629     TPT.replaceAllUsesWith(ExtOpnd, Trunc);
3630     // Restore the operand of Ext (which has been replaced by the previous call
3631     // to replaceAllUsesWith) to avoid creating a cycle trunc <-> sext.
3632     TPT.setOperand(Ext, 0, ExtOpnd);
3633   }
3634
3635   // Get through the Instruction:
3636   // 1. Update its type.
3637   // 2. Replace the uses of Ext by Inst.
3638   // 3. Extend each operand that needs to be extended.
3639
3640   // Remember the original type of the instruction before promotion.
3641   // This is useful to know that the high bits are sign extended bits.
3642   addPromotedInst(PromotedInsts, ExtOpnd, IsSExt);
3643   // Step #1.
3644   TPT.mutateType(ExtOpnd, Ext->getType());
3645   // Step #2.
3646   TPT.replaceAllUsesWith(Ext, ExtOpnd);
3647   // Step #3.
3648   Instruction *ExtForOpnd = Ext;
3649
3650   LLVM_DEBUG(dbgs() << "Propagate Ext to operands\n");
3651   for (int OpIdx = 0, EndOpIdx = ExtOpnd->getNumOperands(); OpIdx != EndOpIdx;
3652        ++OpIdx) {
3653     LLVM_DEBUG(dbgs() << "Operand:\n" << *(ExtOpnd->getOperand(OpIdx)) << '\n');
3654     if (ExtOpnd->getOperand(OpIdx)->getType() == Ext->getType() ||
3655         !shouldExtOperand(ExtOpnd, OpIdx)) {
3656       LLVM_DEBUG(dbgs() << "No need to propagate\n");
3657       continue;
3658     }
3659     // Check if we can statically extend the operand.
3660     Value *Opnd = ExtOpnd->getOperand(OpIdx);
3661     if (const ConstantInt *Cst = dyn_cast<ConstantInt>(Opnd)) {
3662       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Statically extend\n");
3663       unsigned BitWidth = Ext->getType()->getIntegerBitWidth();
3664       APInt CstVal = IsSExt ? Cst->getValue().sext(BitWidth)
3665                             : Cst->getValue().zext(BitWidth);
3666       TPT.setOperand(ExtOpnd, OpIdx, ConstantInt::get(Ext->getType(), CstVal));
3667       continue;
3668     }
3669     // UndefValue are typed, so we have to statically sign extend them.
3670     if (isa<UndefValue>(Opnd)) {
3671       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Statically extend\n");
3672       TPT.setOperand(ExtOpnd, OpIdx, UndefValue::get(Ext->getType()));
3673       continue;
3674     }
3675
3676     // Otherwise we have to explicitly sign extend the operand.
3677     // Check if Ext was reused to extend an operand.
3678     if (!ExtForOpnd) {
3679       // If yes, create a new one.
3680       LLVM_DEBUG(dbgs() << "More operands to ext\n");
3681       Value *ValForExtOpnd = IsSExt ? TPT.createSExt(Ext, Opnd, Ext->getType())
3682         : TPT.createZExt(Ext, Opnd, Ext->getType());
3683       if (!isa<Instruction>(ValForExtOpnd)) {
3684         TPT.setOperand(ExtOpnd, OpIdx, ValForExtOpnd);
3685         continue;
3686       }
3687       ExtForOpnd = cast<Instruction>(ValForExtOpnd);
3688     }
3689     if (Exts)
3690       Exts->push_back(ExtForOpnd);
3691     TPT.setOperand(ExtForOpnd, 0, Opnd);
3692
3693     // Move the sign extension before the insertion point.
3694     TPT.moveBefore(ExtForOpnd, ExtOpnd);
3695     TPT.setOperand(ExtOpnd, OpIdx, ExtForOpnd);
3696     CreatedInstsCost += !TLI.isExtFree(ExtForOpnd);
3697     // If more sext are required, new instructions will have to be created.
3698     ExtForOpnd = nullptr;
3699   }
3700   if (ExtForOpnd == Ext) {
3701     LLVM_DEBUG(dbgs() << "Extension is useless now\n");
3702     TPT.eraseInstruction(Ext);
3703   }
3704   return ExtOpnd;
3705 }
3706
3707 /// Check whether or not promoting an instruction to a wider type is profitable.
3708 /// \p NewCost gives the cost of extension instructions created by the
3709 /// promotion.
3710 /// \p OldCost gives the cost of extension instructions before the promotion
3711 /// plus the number of instructions that have been
3712 /// matched in the addressing mode the promotion.
3713 /// \p PromotedOperand is the value that has been promoted.
3714 /// \return True if the promotion is profitable, false otherwise.
3715 bool AddressingModeMatcher::isPromotionProfitable(
3716     unsigned NewCost, unsigned OldCost, Value *PromotedOperand) const {
3717   LLVM_DEBUG(dbgs() << "OldCost: " << OldCost << "\tNewCost: " << NewCost
3718                     << '\n');
3719   // The cost of the new extensions is greater than the cost of the
3720   // old extension plus what we folded.
3721   // This is not profitable.
3722   if (NewCost > OldCost)
3723     return false;
3724   if (NewCost < OldCost)
3725     return true;
3726   // The promotion is neutral but it may help folding the sign extension in
3727   // loads for instance.
3728   // Check that we did not create an illegal instruction.
3729   return isPromotedInstructionLegal(TLI, DL, PromotedOperand);
3730 }
3731
3732 /// Given an instruction or constant expr, see if we can fold the operation
3733 /// into the addressing mode. If so, update the addressing mode and return
3734 /// true, otherwise return false without modifying AddrMode.
3735 /// If \p MovedAway is not NULL, it contains the information of whether or
3736 /// not AddrInst has to be folded into the addressing mode on success.
3737 /// If \p MovedAway == true, \p AddrInst will not be part of the addressing
3738 /// because it has been moved away.
3739 /// Thus AddrInst must not be added in the matched instructions.
3740 /// This state can happen when AddrInst is a sext, since it may be moved away.
3741 /// Therefore, AddrInst may not be valid when MovedAway is true and it must
3742 /// not be referenced anymore.
3743 bool AddressingModeMatcher::matchOperationAddr(User *AddrInst, unsigned Opcode,
3744                                                unsigned Depth,
3745                                                bool *MovedAway) {
3746   // Avoid exponential behavior on extremely deep expression trees.
3747   if (Depth >= 5) return false;
3748
3749   // By default, all matched instructions stay in place.
3750   if (MovedAway)
3751     *MovedAway = false;
3752
3753   switch (Opcode) {
3754   case Instruction::PtrToInt:
3755     // PtrToInt is always a noop, as we know that the int type is pointer sized.
3756     return matchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth);
3757   case Instruction::IntToPtr: {
3758     auto AS = AddrInst->getType()->getPointerAddressSpace();
3759     auto PtrTy = MVT::getIntegerVT(DL.getPointerSizeInBits(AS));
3760     // This inttoptr is a no-op if the integer type is pointer sized.
3761     if (TLI.getValueType(DL, AddrInst->getOperand(0)->getType()) == PtrTy)
3762       return matchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth);
3763     return false;
3764   }
3765   case Instruction::BitCast:
3766     // BitCast is always a noop, and we can handle it as long as it is
3767     // int->int or pointer->pointer (we don't want int<->fp or something).
3768     if (AddrInst->getOperand(0)->getType()->isIntOrPtrTy() &&
3769         // Don't touch identity bitcasts.  These were probably put here by LSR,
3770         // and we don't want to mess around with them.  Assume it knows what it
3771         // is doing.
3772         AddrInst->getOperand(0)->getType() != AddrInst->getType())
3773       return matchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth);
3774     return false;
3775   case Instruction::AddrSpaceCast: {
3776     unsigned SrcAS
3777       = AddrInst->getOperand(0)->getType()->getPointerAddressSpace();
3778     unsigned DestAS = AddrInst->getType()->getPointerAddressSpace();
3779     if (TLI.isNoopAddrSpaceCast(SrcAS, DestAS))
3780       return matchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth);
3781     return false;
3782   }
3783   case Instruction::Add: {
3784     // Check to see if we can merge in the RHS then the LHS.  If so, we win.
3785     ExtAddrMode BackupAddrMode = AddrMode;
3786     unsigned OldSize = AddrModeInsts.size();
3787     // Start a transaction at this point.
3788     // The LHS may match but not the RHS.
3789     // Therefore, we need a higher level restoration point to undo partially
3790     // matched operation.
3791     TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
3792         TPT.getRestorationPoint();
3793
3794     if (matchAddr(AddrInst->getOperand(1), Depth+1) &&
3795         matchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth+1))
3796       return true;
3797
3798     // Restore the old addr mode info.
3799     AddrMode = BackupAddrMode;
3800     AddrModeInsts.resize(OldSize);
3801     TPT.rollback(LastKnownGood);
3802
3803     // Otherwise this was over-aggressive.  Try merging in the LHS then the RHS.
3804     if (matchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth+1) &&
3805         matchAddr(AddrInst->getOperand(1), Depth+1))
3806       return true;
3807
3808     // Otherwise we definitely can't merge the ADD in.
3809     AddrMode = BackupAddrMode;
3810     AddrModeInsts.resize(OldSize);
3811     TPT.rollback(LastKnownGood);
3812     break;
3813   }
3814   //case Instruction::Or:
3815   // TODO: We can handle "Or Val, Imm" iff this OR is equivalent to an ADD.
3816   //break;
3817   case Instruction::Mul:
3818   case Instruction::Shl: {
3819     // Can only handle X*C and X << C.
3820     ConstantInt *RHS = dyn_cast<ConstantInt>(AddrInst->getOperand(1));
3821     if (!RHS || RHS->getBitWidth() > 64)
3822       return false;
3823     int64_t Scale = RHS->getSExtValue();
3824     if (Opcode == Instruction::Shl)
3825       Scale = 1LL << Scale;
3826
3827     return matchScaledValue(AddrInst->getOperand(0), Scale, Depth);
3828   }
3829   case Instruction::GetElementPtr: {
3830     // Scan the GEP.  We check it if it contains constant offsets and at most
3831     // one variable offset.
3832     int VariableOperand = -1;
3833     unsigned VariableScale = 0;
3834
3835     int64_t ConstantOffset = 0;
3836     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(AddrInst);
3837     for (unsigned i = 1, e = AddrInst->getNumOperands(); i != e; ++i, ++GTI) {
3838       if (StructType *STy = GTI.getStructTypeOrNull()) {
3839         const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
3840         unsigned Idx =
3841           cast<ConstantInt>(AddrInst->getOperand(i))->getZExtValue();
3842         ConstantOffset += SL->getElementOffset(Idx);
3843       } else {
3844         uint64_t TypeSize = DL.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType());
3845         if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(AddrInst->getOperand(i))) {
3846           ConstantOffset += CI->getSExtValue() * TypeSize;
3847         } else if (TypeSize) {  // Scales of zero don't do anything.
3848           // We only allow one variable index at the moment.
3849           if (VariableOperand != -1)
3850             return false;
3851
3852           // Remember the variable index.
3853           VariableOperand = i;
3854           VariableScale = TypeSize;
3855         }
3856       }
3857     }
3858
3859     // A common case is for the GEP to only do a constant offset.  In this case,
3860     // just add it to the disp field and check validity.
3861     if (VariableOperand == -1) {
3862       AddrMode.BaseOffs += ConstantOffset;
3863       if (ConstantOffset == 0 ||
3864           TLI.isLegalAddressingMode(DL, AddrMode, AccessTy, AddrSpace)) {
3865         // Check to see if we can fold the base pointer in too.
3866         if (matchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth+1))
3867           return true;
3868       } else if (EnableGEPOffsetSplit && isa<GetElementPtrInst>(AddrInst) &&
3869                  TLI.shouldConsiderGEPOffsetSplit() && Depth == 0 &&
3870                  ConstantOffset > 0) {
3871         // Record GEPs with non-zero offsets as candidates for splitting in the
3872         // event that the offset cannot fit into the r+i addressing mode.
3873         // Simple and common case that only one GEP is used in calculating the
3874         // address for the memory access.
3875         Value *Base = AddrInst->getOperand(0);
3876         auto *BaseI = dyn_cast<Instruction>(Base);
3877         auto *GEP = cast<GetElementPtrInst>(AddrInst);
3878         if (isa<Argument>(Base) || isa<GlobalValue>(Base) ||
3879             (BaseI && !isa<CastInst>(BaseI) &&
3880              !isa<GetElementPtrInst>(BaseI))) {
3881           // If the base is an instruction, make sure the GEP is not in the same
3882           // basic block as the base. If the base is an argument or global
3883           // value, make sure the GEP is not in the entry block.  Otherwise,
3884           // instruction selection can undo the split.  Also make sure the
3885           // parent block allows inserting non-PHI instructions before the
3886           // terminator.
3887           BasicBlock *Parent =
3888               BaseI ? BaseI->getParent() : &GEP->getFunction()->getEntryBlock();
3889           if (GEP->getParent() != Parent && !Parent->getTerminator()->isEHPad())
3890             LargeOffsetGEP = std::make_pair(GEP, ConstantOffset);
3891         }
3892       }
3893       AddrMode.BaseOffs -= ConstantOffset;
3894       return false;
3895     }
3896
3897     // Save the valid addressing mode in case we can't match.
3898     ExtAddrMode BackupAddrMode = AddrMode;
3899     unsigned OldSize = AddrModeInsts.size();
3900
3901     // See if the scale and offset amount is valid for this target.
3902     AddrMode.BaseOffs += ConstantOffset;
3903
3904     // Match the base operand of the GEP.
3905     if (!matchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth+1)) {
3906       // If it couldn't be matched, just stuff the value in a register.
3907       if (AddrMode.HasBaseReg) {
3908         AddrMode = BackupAddrMode;
3909         AddrModeInsts.resize(OldSize);
3910         return false;
3911       }
3912       AddrMode.HasBaseReg = true;
3913       AddrMode.BaseReg = AddrInst->getOperand(0);
3914     }
3915
3916     // Match the remaining variable portion of the GEP.
3917     if (!matchScaledValue(AddrInst->getOperand(VariableOperand), VariableScale,
3918                           Depth)) {
3919       // If it couldn't be matched, try stuffing the base into a register
3920       // instead of matching it, and retrying the match of the scale.
3921       AddrMode = BackupAddrMode;
3922       AddrModeInsts.resize(OldSize);
3923       if (AddrMode.HasBaseReg)
3924         return false;
3925       AddrMode.HasBaseReg = true;
3926       AddrMode.BaseReg = AddrInst->getOperand(0);
3927       AddrMode.BaseOffs += ConstantOffset;
3928       if (!matchScaledValue(AddrInst->getOperand(VariableOperand),
3929                             VariableScale, Depth)) {
3930         // If even that didn't work, bail.
3931         AddrMode = BackupAddrMode;
3932         AddrModeInsts.resize(OldSize);
3933         return false;
3934       }
3935     }
3936
3937     return true;
3938   }
3939   case Instruction::SExt:
3940   case Instruction::ZExt: {
3941     Instruction *Ext = dyn_cast<Instruction>(AddrInst);
3942     if (!Ext)
3943       return false;
3944
3945     // Try to move this ext out of the way of the addressing mode.
3946     // Ask for a method for doing so.
3947     TypePromotionHelper::Action TPH =
3948         TypePromotionHelper::getAction(Ext, InsertedInsts, TLI, PromotedInsts);
3949     if (!TPH)
3950       return false;
3951
3952     TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
3953         TPT.getRestorationPoint();
3954     unsigned CreatedInstsCost = 0;
3955     unsigned ExtCost = !TLI.isExtFree(Ext);
3956     Value *PromotedOperand =
3957         TPH(Ext, TPT, PromotedInsts, CreatedInstsCost, nullptr, nullptr, TLI);
3958     // SExt has been moved away.
3959     // Thus either it will be rematched later in the recursive calls or it is
3960     // gone. Anyway, we must not fold it into the addressing mode at this point.
3961     // E.g.,
3962     // op = add opnd, 1
3963     // idx = ext op
3964     // addr = gep base, idx
3965     // is now:
3966     // promotedOpnd = ext opnd            <- no match here
3967     // op = promoted_add promotedOpnd, 1  <- match (later in recursive calls)
3968     // addr = gep base, op                <- match
3969     if (MovedAway)
3970       *MovedAway = true;
3971
3972     assert(PromotedOperand &&
3973            "TypePromotionHelper should have filtered out those cases");
3974
3975     ExtAddrMode BackupAddrMode = AddrMode;
3976     unsigned OldSize = AddrModeInsts.size();
3977
3978     if (!matchAddr(PromotedOperand, Depth) ||
3979         // The total of the new cost is equal to the cost of the created
3980         // instructions.
3981         // The total of the old cost is equal to the cost of the extension plus
3982         // what we have saved in the addressing mode.
3983         !isPromotionProfitable(CreatedInstsCost,
3984                                ExtCost + (AddrModeInsts.size() - OldSize),
3985                                PromotedOperand)) {
3986       AddrMode = BackupAddrMode;
3987       AddrModeInsts.resize(OldSize);
3988       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Sign extension does not pay off: rollback\n");
3989       TPT.rollback(LastKnownGood);
3990       return false;
3991     }
3992     return true;
3993   }
3994   }
3995   return false;
3996 }
3997
3998 /// If we can, try to add the value of 'Addr' into the current addressing mode.
3999 /// If Addr can't be added to AddrMode this returns false and leaves AddrMode
4000 /// unmodified. This assumes that Addr is either a pointer type or intptr_t
4001 /// for the target.
4002 ///
4003 bool AddressingModeMatcher::matchAddr(Value *Addr, unsigned Depth) {
4004   // Start a transaction at this point that we will rollback if the matching
4005   // fails.
4006   TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
4007       TPT.getRestorationPoint();
4008   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Addr)) {
4009     // Fold in immediates if legal for the target.
4010     AddrMode.BaseOffs += CI->getSExtValue();
4011     if (TLI.isLegalAddressingMode(DL, AddrMode, AccessTy, AddrSpace))
4012       return true;
4013     AddrMode.BaseOffs -= CI->getSExtValue();
4014   } else if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(Addr)) {
4015     // If this is a global variable, try to fold it into the addressing mode.
4016     if (!AddrMode.BaseGV) {
4017       AddrMode.BaseGV = GV;
4018       if (TLI.isLegalAddressingMode(DL, AddrMode, AccessTy, AddrSpace))
4019         return true;
4020       AddrMode.BaseGV = nullptr;
4021     }
4022   } else if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Addr)) {
4023     ExtAddrMode BackupAddrMode = AddrMode;
4024     unsigned OldSize = AddrModeInsts.size();
4025
4026     // Check to see if it is possible to fold this operation.
4027     bool MovedAway = false;
4028     if (matchOperationAddr(I, I->getOpcode(), Depth, &MovedAway)) {
4029       // This instruction may have been moved away. If so, there is nothing
4030       // to check here.
4031       if (MovedAway)
4032         return true;
4033       // Okay, it's possible to fold this.  Check to see if it is actually
4034       // *profitable* to do so.  We use a simple cost model to avoid increasing
4035       // register pressure too much.
4036       if (I->hasOneUse() ||
4037           isProfitableToFoldIntoAddressingMode(I, BackupAddrMode, AddrMode)) {
4038         AddrModeInsts.push_back(I);
4039         return true;
4040       }
4041
4042       // It isn't profitable to do this, roll back.
4043       //cerr << "NOT FOLDING: " << *I;
4044       AddrMode = BackupAddrMode;
4045       AddrModeInsts.resize(OldSize);
4046       TPT.rollback(LastKnownGood);
4047     }
4048   } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Addr)) {
4049     if (matchOperationAddr(CE, CE->getOpcode(), Depth))
4050       return true;
4051     TPT.rollback(LastKnownGood);
4052   } else if (isa<ConstantPointerNull>(Addr)) {
4053     // Null pointer gets folded without affecting the addressing mode.
4054     return true;
4055   }
4056
4057   // Worse case, the target should support [reg] addressing modes. :)
4058   if (!AddrMode.HasBaseReg) {
4059     AddrMode.HasBaseReg = true;
4060     AddrMode.BaseReg = Addr;
4061     // Still check for legality in case the target supports [imm] but not [i+r].
4062     if (TLI.isLegalAddressingMode(DL, AddrMode, AccessTy, AddrSpace))
4063       return true;
4064     AddrMode.HasBaseReg = false;
4065     AddrMode.BaseReg = nullptr;
4066   }
4067
4068   // If the base register is already taken, see if we can do [r+r].
4069   if (AddrMode.Scale == 0) {
4070     AddrMode.Scale = 1;
4071     AddrMode.ScaledReg = Addr;
4072     if (TLI.isLegalAddressingMode(DL, AddrMode, AccessTy, AddrSpace))
4073       return true;
4074     AddrMode.Scale = 0;
4075     AddrMode.ScaledReg = nullptr;
4076   }
4077   // Couldn't match.
4078   TPT.rollback(LastKnownGood);
4079   return false;
4080 }
4081
4082 /// Check to see if all uses of OpVal by the specified inline asm call are due
4083 /// to memory operands. If so, return true, otherwise return false.
4084 static bool IsOperandAMemoryOperand(CallInst *CI, InlineAsm *IA, Value *OpVal,
4085                                     const TargetLowering &TLI,
4086                                     const TargetRegisterInfo &TRI) {
4087   const Function *F = CI->getFunction();
4088   TargetLowering::AsmOperandInfoVector TargetConstraints =
4089       TLI.ParseConstraints(F->getParent()->getDataLayout(), &TRI,
4090                             ImmutableCallSite(CI));
4091
4092   for (unsigned i = 0, e = TargetConstraints.size(); i != e; ++i) {
4093     TargetLowering::AsmOperandInfo &OpInfo = TargetConstraints[i];
4094
4095     // Compute the constraint code and ConstraintType to use.
4096     TLI.ComputeConstraintToUse(OpInfo, SDValue());
4097
4098     // If this asm operand is our Value*, and if it isn't an indirect memory
4099     // operand, we can't fold it!
4100     if (OpInfo.CallOperandVal == OpVal &&
4101         (OpInfo.ConstraintType != TargetLowering::C_Memory ||
4102          !OpInfo.isIndirect))
4103       return false;
4104   }
4105
4106   return true;
4107 }
4108
4109 // Max number of memory uses to look at before aborting the search to conserve
4110 // compile time.
4111 static constexpr int MaxMemoryUsesToScan = 20;
4112
4113 /// Recursively walk all the uses of I until we find a memory use.
4114 /// If we find an obviously non-foldable instruction, return true.
4115 /// Add the ultimately found memory instructions to MemoryUses.
4116 static bool FindAllMemoryUses(
4117     Instruction *I,
4118     SmallVectorImpl<std::pair<Instruction *, unsigned>> &MemoryUses,
4119     SmallPtrSetImpl<Instruction *> &ConsideredInsts, const TargetLowering &TLI,
4120     const TargetRegisterInfo &TRI, int SeenInsts = 0) {
4121   // If we already considered this instruction, we're done.
4122   if (!ConsideredInsts.insert(I).second)
4123     return false;
4124
4125   // If this is an obviously unfoldable instruction, bail out.
4126   if (!MightBeFoldableInst(I))
4127     return true;
4128
4129   const bool OptSize = I->getFunction()->optForSize();
4130
4131   // Loop over all the uses, recursively processing them.
4132   for (Use &U : I->uses()) {
4133     // Conservatively return true if we're seeing a large number or a deep chain
4134     // of users. This avoids excessive compilation times in pathological cases.
4135     if (SeenInsts++ >= MaxMemoryUsesToScan)
4136       return true;
4137
4138     Instruction *UserI = cast<Instruction>(U.getUser());
4139     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(UserI)) {
4140       MemoryUses.push_back(std::make_pair(LI, U.getOperandNo()));
4141       continue;
4142     }
4143
4144     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UserI)) {
4145       unsigned opNo = U.getOperandNo();
4146       if (opNo != StoreInst::getPointerOperandIndex())
4147         return true; // Storing addr, not into addr.
4148       MemoryUses.push_back(std::make_pair(SI, opNo));
4149       continue;
4150     }
4151
4152     if (AtomicRMWInst *RMW = dyn_cast<AtomicRMWInst>(UserI)) {
4153       unsigned opNo = U.getOperandNo();
4154       if (opNo != AtomicRMWInst::getPointerOperandIndex())
4155         return true; // Storing addr, not into addr.
4156       MemoryUses.push_back(std::make_pair(RMW, opNo));
4157       continue;
4158     }
4159
4160     if (AtomicCmpXchgInst *CmpX = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(UserI)) {
4161       unsigned opNo = U.getOperandNo();
4162       if (opNo != AtomicCmpXchgInst::getPointerOperandIndex())
4163         return true; // Storing addr, not into addr.
4164       MemoryUses.push_back(std::make_pair(CmpX, opNo));
4165       continue;
4166     }
4167
4168     if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(UserI)) {
4169       // If this is a cold call, we can sink the addressing calculation into
4170       // the cold path.  See optimizeCallInst
4171       if (!OptSize && CI->hasFnAttr(Attribute::Cold))
4172         continue;
4173
4174       InlineAsm *IA = dyn_cast<InlineAsm>(CI->getCalledValue());
4175       if (!IA) return true;
4176
4177       // If this is a memory operand, we're cool, otherwise bail out.
4178       if (!IsOperandAMemoryOperand(CI, IA, I, TLI, TRI))
4179         return true;
4180       continue;
4181     }
4182
4183     if (FindAllMemoryUses(UserI, MemoryUses, ConsideredInsts, TLI, TRI,
4184                           SeenInsts))
4185       return true;
4186   }
4187
4188   return false;
4189 }
4190
4191 /// Return true if Val is already known to be live at the use site that we're
4192 /// folding it into. If so, there is no cost to include it in the addressing
4193 /// mode. KnownLive1 and KnownLive2 are two values that we know are live at the
4194 /// instruction already.
4195 bool AddressingModeMatcher::valueAlreadyLiveAtInst(Value *Val,Value *KnownLive1,
4196                                                    Value *KnownLive2) {
4197   // If Val is either of the known-live values, we know it is live!
4198   if (Val == nullptr || Val == KnownLive1 || Val == KnownLive2)
4199     return true;
4200
4201   // All values other than instructions and arguments (e.g. constants) are live.
4202   if (!isa<Instruction>(Val) && !isa<Argument>(Val)) return true;
4203
4204   // If Val is a constant sized alloca in the entry block, it is live, this is
4205   // true because it is just a reference to the stack/frame pointer, which is
4206   // live for the whole function.
4207   if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(Val))
4208     if (AI->isStaticAlloca())
4209       return true;
4210
4211   // Check to see if this value is already used in the memory instruction's
4212   // block.  If so, it's already live into the block at the very least, so we
4213   // can reasonably fold it.
4214   return Val->isUsedInBasicBlock(MemoryInst->getParent());
4215 }
4216
4217 /// It is possible for the addressing mode of the machine to fold the specified
4218 /// instruction into a load or store that ultimately uses it.
4219 /// However, the specified instruction has multiple uses.
4220 /// Given this, it may actually increase register pressure to fold it
4221 /// into the load. For example, consider this code:
4222 ///
4223 ///     X = ...
4224 ///     Y = X+1
4225 ///     use(Y)   -> nonload/store
4226 ///     Z = Y+1
4227 ///     load Z
4228 ///
4229 /// In this case, Y has multiple uses, and can be folded into the load of Z
4230 /// (yielding load [X+2]).  However, doing this will cause both "X" and "X+1" to
4231 /// be live at the use(Y) line.  If we don't fold Y into load Z, we use one
4232 /// fewer register.  Since Y can't be folded into "use(Y)" we don't increase the
4233 /// number of computations either.
4234 ///
4235 /// Note that this (like most of CodeGenPrepare) is just a rough heuristic.  If
4236 /// X was live across 'load Z' for other reasons, we actually *would* want to
4237 /// fold the addressing mode in the Z case.  This would make Y die earlier.
4238 bool AddressingModeMatcher::
4239 isProfitableToFoldIntoAddressingMode(Instruction *I, ExtAddrMode &AMBefore,
4240                                      ExtAddrMode &AMAfter) {
4241   if (IgnoreProfitability) return true;
4242
4243   // AMBefore is the addressing mode before this instruction was folded into it,
4244   // and AMAfter is the addressing mode after the instruction was folded.  Get
4245   // the set of registers referenced by AMAfter and subtract out those
4246   // referenced by AMBefore: this is the set of values which folding in this
4247   // address extends the lifetime of.
4248   //
4249   // Note that there are only two potential values being referenced here,
4250   // BaseReg and ScaleReg (global addresses are always available, as are any
4251   // folded immediates).
4252   Value *BaseReg = AMAfter.BaseReg, *ScaledReg = AMAfter.ScaledReg;
4253
4254   // If the BaseReg or ScaledReg was referenced by the previous addrmode, their
4255   // lifetime wasn't extended by adding this instruction.
4256   if (valueAlreadyLiveAtInst(BaseReg, AMBefore.BaseReg, AMBefore.ScaledReg))
4257     BaseReg = nullptr;
4258   if (valueAlreadyLiveAtInst(ScaledReg, AMBefore.BaseReg, AMBefore.ScaledReg))
4259     ScaledReg = nullptr;
4260
4261   // If folding this instruction (and it's subexprs) didn't extend any live
4262   // ranges, we're ok with it.
4263   if (!BaseReg && !ScaledReg)
4264     return true;
4265
4266   // If all uses of this instruction can have the address mode sunk into them,
4267   // we can remove the addressing mode and effectively trade one live register
4268   // for another (at worst.)  In this context, folding an addressing mode into
4269   // the use is just a particularly nice way of sinking it.
4270   SmallVector<std::pair<Instruction*,unsigned>, 16> MemoryUses;
4271   SmallPtrSet<Instruction*, 16> ConsideredInsts;
4272   if (FindAllMemoryUses(I, MemoryUses, ConsideredInsts, TLI, TRI))
4273     return false;  // Has a non-memory, non-foldable use!
4274
4275   // Now that we know that all uses of this instruction are part of a chain of
4276   // computation involving only operations that could theoretically be folded
4277   // into a memory use, loop over each of these memory operation uses and see
4278   // if they could  *actually* fold the instruction.  The assumption is that
4279   // addressing modes are cheap and that duplicating the computation involved
4280   // many times is worthwhile, even on a fastpath. For sinking candidates
4281   // (i.e. cold call sites), this serves as a way to prevent excessive code
4282   // growth since most architectures have some reasonable small and fast way to
4283   // compute an effective address.  (i.e LEA on x86)
4284   SmallVector<Instruction*, 32> MatchedAddrModeInsts;
4285   for (unsigned i = 0, e = MemoryUses.size(); i != e; ++i) {
4286     Instruction *User = MemoryUses[i].first;
4287     unsigned OpNo = MemoryUses[i].second;
4288
4289     // Get the access type of this use.  If the use isn't a pointer, we don't
4290     // know what it accesses.
4291     Value *Address = User->getOperand(OpNo);
4292     PointerType *AddrTy = dyn_cast<PointerType>(Address->getType());
4293     if (!AddrTy)
4294       return false;
4295     Type *AddressAccessTy = AddrTy->getElementType();
4296     unsigned AS = AddrTy->getAddressSpace();
4297
4298     // Do a match against the root of this address, ignoring profitability. This
4299     // will tell us if the addressing mode for the memory operation will
4300     // *actually* cover the shared instruction.
4301     ExtAddrMode Result;
4302     std::pair<AssertingVH<GetElementPtrInst>, int64_t> LargeOffsetGEP(nullptr,
4303                                                                       0);
4304     TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
4305         TPT.getRestorationPoint();
4306     AddressingModeMatcher Matcher(
4307         MatchedAddrModeInsts, TLI, TRI, AddressAccessTy, AS, MemoryInst, Result,
4308         InsertedInsts, PromotedInsts, TPT, LargeOffsetGEP);
4309     Matcher.IgnoreProfitability = true;
4310     bool Success = Matcher.matchAddr(Address, 0);
4311     (void)Success; assert(Success && "Couldn't select *anything*?");
4312
4313     // The match was to check the profitability, the changes made are not
4314     // part of the original matcher. Therefore, they should be dropped
4315     // otherwise the original matcher will not present the right state.
4316     TPT.rollback(LastKnownGood);
4317
4318     // If the match didn't cover I, then it won't be shared by it.
4319     if (!is_contained(MatchedAddrModeInsts, I))
4320       return false;
4321
4322     MatchedAddrModeInsts.clear();
4323   }
4324
4325   return true;
4326 }
4327
4328 /// Return true if the specified values are defined in a
4329 /// different basic block than BB.
4330 static bool IsNonLocalValue(Value *V, BasicBlock *BB) {
4331   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
4332     return I->getParent() != BB;
4333   return false;
4334 }
4335
4336 /// Sink addressing mode computation immediate before MemoryInst if doing so
4337 /// can be done without increasing register pressure.  The need for the
4338 /// register pressure constraint means this can end up being an all or nothing
4339 /// decision for all uses of the same addressing computation.
4340 ///
4341 /// Load and Store Instructions often have addressing modes that can do
4342 /// significant amounts of computation. As such, instruction selection will try
4343 /// to get the load or store to do as much computation as possible for the
4344 /// program. The problem is that isel can only see within a single block. As
4345 /// such, we sink as much legal addressing mode work into the block as possible.
4346 ///
4347 /// This method is used to optimize both load/store and inline asms with memory
4348 /// operands.  It's also used to sink addressing computations feeding into cold
4349 /// call sites into their (cold) basic block.
4350 ///
4351 /// The motivation for handling sinking into cold blocks is that doing so can
4352 /// both enable other address mode sinking (by satisfying the register pressure
4353 /// constraint above), and reduce register pressure globally (by removing the
4354 /// addressing mode computation from the fast path entirely.).
4355 bool CodeGenPrepare::optimizeMemoryInst(Instruction *MemoryInst, Value *Addr,
4356                                         Type *AccessTy, unsigned AddrSpace) {
4357   Value *Repl = Addr;
4358
4359   // Try to collapse single-value PHI nodes.  This is necessary to undo
4360   // unprofitable PRE transformations.
4361   SmallVector<Value*, 8> worklist;
4362   SmallPtrSet<Value*, 16> Visited;
4363   worklist.push_back(Addr);
4364
4365   // Use a worklist to iteratively look through PHI and select nodes, and
4366   // ensure that the addressing mode obtained from the non-PHI/select roots of
4367   // the graph are compatible.
4368   bool PhiOrSelectSeen = false;
4369   SmallVector<Instruction*, 16> AddrModeInsts;
4370   const SimplifyQuery SQ(*DL, TLInfo);
4371   AddressingModeCombiner AddrModes(SQ, { Addr, MemoryInst->getParent() });
4372   TypePromotionTransaction TPT(RemovedInsts);
4373   TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
4374       TPT.getRestorationPoint();
4375   while (!worklist.empty()) {
4376     Value *V = worklist.back();
4377     worklist.pop_back();
4378
4379     // We allow traversing cyclic Phi nodes.
4380     // In case of success after this loop we ensure that traversing through
4381     // Phi nodes ends up with all cases to compute address of the form
4382     //    BaseGV + Base + Scale * Index + Offset
4383     // where Scale and Offset are constans and BaseGV, Base and Index
4384     // are exactly the same Values in all cases.
4385     // It means that BaseGV, Scale and Offset dominate our memory instruction
4386     // and have the same value as they had in address computation represented
4387     // as Phi. So we can safely sink address computation to memory instruction.
4388     if (!Visited.insert(V).second)
4389       continue;
4390
4391     // For a PHI node, push all of its incoming values.
4392     if (PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(V)) {
4393       for (Value *IncValue : P->incoming_values())
4394         worklist.push_back(IncValue);
4395       PhiOrSelectSeen = true;
4396       continue;
4397     }
4398     // Similar for select.
4399     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
4400       worklist.push_back(SI->getFalseValue());
4401       worklist.push_back(SI->getTrueValue());
4402       PhiOrSelectSeen = true;
4403       continue;
4404     }
4405
4406     // For non-PHIs, determine the addressing mode being computed.  Note that
4407     // the result may differ depending on what other uses our candidate
4408     // addressing instructions might have.
4409     AddrModeInsts.clear();
4410     std::pair<AssertingVH<GetElementPtrInst>, int64_t> LargeOffsetGEP(nullptr,
4411                                                                       0);
4412     ExtAddrMode NewAddrMode = AddressingModeMatcher::Match(
4413         V, AccessTy, AddrSpace, MemoryInst, AddrModeInsts, *TLI, *TRI,
4414         InsertedInsts, PromotedInsts, TPT, LargeOffsetGEP);
4415
4416     GetElementPtrInst *GEP = LargeOffsetGEP.first;
4417     if (GEP && GEP->getParent() != MemoryInst->getParent() &&
4418         !NewGEPBases.count(GEP)) {
4419       // If splitting the underlying data structure can reduce the offset of a
4420       // GEP, collect the GEP.  Skip the GEPs that are the new bases of
4421       // previously split data structures.
4422       LargeOffsetGEPMap[GEP->getPointerOperand()].push_back(LargeOffsetGEP);
4423       if (LargeOffsetGEPID.find(GEP) == LargeOffsetGEPID.end())
4424         LargeOffsetGEPID[GEP] = LargeOffsetGEPID.size();
4425     }
4426
4427     NewAddrMode.OriginalValue = V;
4428     if (!AddrModes.addNewAddrMode(NewAddrMode))
4429       break;
4430   }
4431
4432   // Try to combine the AddrModes we've collected. If we couldn't collect any,
4433   // or we have multiple but either couldn't combine them or combining them
4434   // wouldn't do anything useful, bail out now.
4435   if (!AddrModes.combineAddrModes()) {
4436     TPT.rollback(LastKnownGood);
4437     return false;
4438   }
4439   TPT.commit();
4440
4441   // Get the combined AddrMode (or the only AddrMode, if we only had one).
4442   ExtAddrMode AddrMode = AddrModes.getAddrMode();
4443
4444   // If all the instructions matched are already in this BB, don't do anything.
4445   // If we saw a Phi node then it is not local definitely, and if we saw a select
4446   // then we want to push the address calculation past it even if it's already
4447   // in this BB.
4448   if (!PhiOrSelectSeen && none_of(AddrModeInsts, [&](Value *V) {
4449         return IsNonLocalValue(V, MemoryInst->getParent());
4450                   })) {
4451     LLVM_DEBUG(dbgs() << "CGP: Found      local addrmode: " << AddrMode
4452                       << "\n");
4453     return false;
4454   }
4455
4456   // Insert this computation right after this user.  Since our caller is
4457   // scanning from the top of the BB to the bottom, reuse of the expr are
4458   // guaranteed to happen later.
4459   IRBuilder<> Builder(MemoryInst);
4460
4461   // Now that we determined the addressing expression we want to use and know
4462   // that we have to sink it into this block.  Check to see if we have already
4463   // done this for some other load/store instr in this block.  If so, reuse
4464   // the computation.  Before attempting reuse, check if the address is valid
4465   // as it may have been erased.
4466
4467   WeakTrackingVH SunkAddrVH = SunkAddrs[Addr];
4468
4469   Value * SunkAddr = SunkAddrVH.pointsToAliveValue() ? SunkAddrVH : nullptr;
4470   if (SunkAddr) {
4471     LLVM_DEBUG(dbgs() << "CGP: Reusing nonlocal addrmode: " << AddrMode
4472                       << " for " << *MemoryInst << "\n");
4473     if (SunkAddr->getType() != Addr->getType())
4474       SunkAddr = Builder.CreatePointerCast(SunkAddr, Addr->getType());
4475   } else if (AddrSinkUsingGEPs ||
4476              (!AddrSinkUsingGEPs.getNumOccurrences() && TM && TTI->useAA())) {
4477     // By default, we use the GEP-based method when AA is used later. This
4478     // prevents new inttoptr/ptrtoint pairs from degrading AA capabilities.
4479     LLVM_DEBUG(dbgs() << "CGP: SINKING nonlocal addrmode: " << AddrMode
4480                       << " for " << *MemoryInst << "\n");
4481     Type *IntPtrTy = DL->getIntPtrType(Addr->getType());
4482     Value *ResultPtr = nullptr, *ResultIndex = nullptr;
4483
4484     // First, find the pointer.
4485     if (AddrMode.BaseReg && AddrMode.BaseReg->getType()->isPointerTy()) {
4486       ResultPtr = AddrMode.BaseReg;
4487       AddrMode.BaseReg = nullptr;
4488     }
4489
4490     if (AddrMode.Scale && AddrMode.ScaledReg->getType()->isPointerTy()) {
4491       // We can't add more than one pointer together, nor can we scale a
4492       // pointer (both of which seem meaningless).
4493       if (ResultPtr || AddrMode.Scale != 1)
4494         return false;
4495
4496       ResultPtr = AddrMode.ScaledReg;
4497       AddrMode.Scale = 0;
4498     }
4499
4500     // It is only safe to sign extend the BaseReg if we know that the math
4501     // required to create it did not overflow before we extend it. Since
4502     // the original IR value was tossed in favor of a constant back when
4503     // the AddrMode was created we need to bail out gracefully if widths
4504     // do not match instead of extending it.
4505     //
4506     // (See below for code to add the scale.)
4507     if (AddrMode.Scale) {
4508       Type *ScaledRegTy = AddrMode.ScaledReg->getType();
4509       if (cast<IntegerType>(IntPtrTy)->getBitWidth() >
4510           cast<IntegerType>(ScaledRegTy)->getBitWidth())
4511         return false;
4512     }
4513
4514     if (AddrMode.BaseGV) {
4515       if (ResultPtr)
4516         return false;
4517
4518       ResultPtr = AddrMode.BaseGV;
4519     }
4520
4521     // If the real base value actually came from an inttoptr, then the matcher
4522     // will look through it and provide only the integer value. In that case,
4523     // use it here.
4524     if (!DL->isNonIntegralPointerType(Addr->getType())) {
4525       if (!ResultPtr && AddrMode.BaseReg) {
4526         ResultPtr = Builder.CreateIntToPtr(AddrMode.BaseReg, Addr->getType(),
4527                                            "sunkaddr");
4528         AddrMode.BaseReg = nullptr;
4529       } else if (!ResultPtr && AddrMode.Scale == 1) {
4530         ResultPtr = Builder.CreateIntToPtr(AddrMode.ScaledReg, Addr->getType(),
4531                                            "sunkaddr");
4532         AddrMode.Scale = 0;
4533       }
4534     }
4535
4536     if (!ResultPtr &&
4537         !AddrMode.BaseReg && !AddrMode.Scale && !AddrMode.BaseOffs) {
4538       SunkAddr = Constant::getNullValue(Addr->getType());
4539     } else if (!ResultPtr) {
4540       return false;
4541     } else {
4542       Type *I8PtrTy =
4543           Builder.getInt8PtrTy(Addr->getType()->getPointerAddressSpace());
4544       Type *I8Ty = Builder.getInt8Ty();
4545
4546       // Start with the base register. Do this first so that subsequent address
4547       // matching finds it last, which will prevent it from trying to match it
4548       // as the scaled value in case it happens to be a mul. That would be
4549       // problematic if we've sunk a different mul for the scale, because then
4550       // we'd end up sinking both muls.
4551       if (AddrMode.BaseReg) {
4552         Value *V = AddrMode.BaseReg;
4553         if (V->getType() != IntPtrTy)
4554           V = Builder.CreateIntCast(V, IntPtrTy, /*isSigned=*/true, "sunkaddr");
4555
4556         ResultIndex = V;
4557       }
4558
4559       // Add the scale value.
4560       if (AddrMode.Scale) {
4561         Value *V = AddrMode.ScaledReg;
4562         if (V->getType() == IntPtrTy) {
4563           // done.
4564         } else {
4565           assert(cast<IntegerType>(IntPtrTy)->getBitWidth() <
4566                  cast<IntegerType>(V->getType())->getBitWidth() &&
4567                  "We can't transform if ScaledReg is too narrow");
4568           V = Builder.CreateTrunc(V, IntPtrTy, "sunkaddr");
4569         }
4570
4571         if (AddrMode.Scale != 1)
4572           V = Builder.CreateMul(V, ConstantInt::get(IntPtrTy, AddrMode.Scale),
4573                                 "sunkaddr");
4574         if (ResultIndex)
4575           ResultIndex = Builder.CreateAdd(ResultIndex, V, "sunkaddr");
4576         else
4577           ResultIndex = V;
4578       }
4579
4580       // Add in the Base Offset if present.
4581       if (AddrMode.BaseOffs) {
4582         Value *V = ConstantInt::get(IntPtrTy, AddrMode.BaseOffs);
4583         if (ResultIndex) {
4584           // We need to add this separately from the scale above to help with
4585           // SDAG consecutive load/store merging.
4586           if (ResultPtr->getType() != I8PtrTy)
4587             ResultPtr = Builder.CreatePointerCast(ResultPtr, I8PtrTy);
4588           ResultPtr = Builder.CreateGEP(I8Ty, ResultPtr, ResultIndex, "sunkaddr");
4589         }
4590
4591         ResultIndex = V;
4592       }
4593
4594       if (!ResultIndex) {
4595         SunkAddr = ResultPtr;
4596       } else {
4597         if (ResultPtr->getType() != I8PtrTy)
4598           ResultPtr = Builder.CreatePointerCast(ResultPtr, I8PtrTy);
4599         SunkAddr = Builder.CreateGEP(I8Ty, ResultPtr, ResultIndex, "sunkaddr");
4600       }
4601
4602       if (SunkAddr->getType() != Addr->getType())
4603         SunkAddr = Builder.CreatePointerCast(SunkAddr, Addr->getType());
4604     }
4605   } else {
4606     // We'd require a ptrtoint/inttoptr down the line, which we can't do for
4607     // non-integral pointers, so in that case bail out now.
4608     Type *BaseTy = AddrMode.BaseReg ? AddrMode.BaseReg->getType() : nullptr;
4609     Type *ScaleTy = AddrMode.Scale ? AddrMode.ScaledReg->getType() : nullptr;
4610     PointerType *BasePtrTy = dyn_cast_or_null<PointerType>(BaseTy);
4611     PointerType *ScalePtrTy = dyn_cast_or_null<PointerType>(ScaleTy);
4612     if (DL->isNonIntegralPointerType(Addr->getType()) ||
4613         (BasePtrTy && DL->isNonIntegralPointerType(BasePtrTy)) ||
4614         (ScalePtrTy && DL->isNonIntegralPointerType(ScalePtrTy)) ||
4615         (AddrMode.BaseGV &&
4616          DL->isNonIntegralPointerType(AddrMode.BaseGV->getType())))
4617       return false;
4618
4619     LLVM_DEBUG(dbgs() << "CGP: SINKING nonlocal addrmode: " << AddrMode
4620                       << " for " << *MemoryInst << "\n");
4621     Type *IntPtrTy = DL->getIntPtrType(Addr->getType());
4622     Value *Result = nullptr;
4623
4624     // Start with the base register. Do this first so that subsequent address
4625     // matching finds it last, which will prevent it from trying to match it
4626     // as the scaled value in case it happens to be a mul. That would be
4627     // problematic if we've sunk a different mul for the scale, because then
4628     // we'd end up sinking both muls.
4629     if (AddrMode.BaseReg) {
4630       Value *V = AddrMode.BaseReg;
4631       if (V->getType()->isPointerTy())
4632         V = Builder.CreatePtrToInt(V, IntPtrTy, "sunkaddr");
4633       if (V->getType() != IntPtrTy)
4634         V = Builder.CreateIntCast(V, IntPtrTy, /*isSigned=*/true, "sunkaddr");
4635       Result = V;
4636     }
4637
4638     // Add the scale value.
4639     if (AddrMode.Scale) {
4640       Value *V = AddrMode.ScaledReg;
4641       if (V->getType() == IntPtrTy) {
4642         // done.
4643       } else if (V->getType()->isPointerTy()) {
4644         V = Builder.CreatePtrToInt(V, IntPtrTy, "sunkaddr");
4645       } else if (cast<IntegerType>(IntPtrTy)->getBitWidth() <
4646                  cast<IntegerType>(V->getType())->getBitWidth()) {
4647         V = Builder.CreateTrunc(V, IntPtrTy, "sunkaddr");
4648       } else {
4649         // It is only safe to sign extend the BaseReg if we know that the math
4650         // required to create it did not overflow before we extend it. Since
4651         // the original IR value was tossed in favor of a constant back when
4652         // the AddrMode was created we need to bail out gracefully if widths
4653         // do not match instead of extending it.
4654         Instruction *I = dyn_cast_or_null<Instruction>(Result);
4655         if (I && (Result != AddrMode.BaseReg))
4656           I->eraseFromParent();
4657         return false;
4658       }
4659       if (AddrMode.Scale != 1)
4660         V = Builder.CreateMul(V, ConstantInt::get(IntPtrTy, AddrMode.Scale),
4661                               "sunkaddr");
4662       if (Result)
4663         Result = Builder.CreateAdd(Result, V, "sunkaddr");
4664       else
4665         Result = V;
4666     }
4667
4668     // Add in the BaseGV if present.
4669     if (AddrMode.BaseGV) {
4670       Value *V = Builder.CreatePtrToInt(AddrMode.BaseGV, IntPtrTy, "sunkaddr");
4671       if (Result)
4672         Result = Builder.CreateAdd(Result, V, "sunkaddr");
4673       else
4674         Result = V;
4675     }
4676
4677     // Add in the Base Offset if present.
4678     if (AddrMode.BaseOffs) {
4679       Value *V = ConstantInt::get(IntPtrTy, AddrMode.BaseOffs);
4680       if (Result)
4681         Result = Builder.CreateAdd(Result, V, "sunkaddr");
4682       else
4683         Result = V;
4684     }
4685
4686     if (!Result)
4687       SunkAddr = Constant::getNullValue(Addr->getType());
4688     else
4689       SunkAddr = Builder.CreateIntToPtr(Result, Addr->getType(), "sunkaddr");
4690   }
4691
4692   MemoryInst->replaceUsesOfWith(Repl, SunkAddr);
4693   // Store the newly computed address into the cache. In the case we reused a
4694   // value, this should be idempotent.
4695   SunkAddrs[Addr] = WeakTrackingVH(SunkAddr);
4696
4697   // If we have no uses, recursively delete the value and all dead instructions
4698   // using it.
4699   if (Repl->use_empty()) {
4700     // This can cause recursive deletion, which can invalidate our iterator.
4701     // Use a WeakTrackingVH to hold onto it in case this happens.
4702     Value *CurValue = &*CurInstIterator;
4703     WeakTrackingVH IterHandle(CurValue);
4704     BasicBlock *BB = CurInstIterator->getParent();
4705
4706     RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Repl, TLInfo);
4707
4708     if (IterHandle != CurValue) {
4709       // If the iterator instruction was recursively deleted, start over at the
4710       // start of the block.
4711       CurInstIterator = BB->begin();
4712       SunkAddrs.clear();
4713     }
4714   }
4715   ++NumMemoryInsts;
4716   return true;
4717 }
4718
4719 /// If there are any memory operands, use OptimizeMemoryInst to sink their
4720 /// address computing into the block when possible / profitable.
4721 bool CodeGenPrepare::optimizeInlineAsmInst(CallInst *CS) {
4722   bool MadeChange = false;
4723
4724   const TargetRegisterInfo *TRI =
4725       TM->getSubtargetImpl(*CS->getFunction())->getRegisterInfo();
4726   TargetLowering::AsmOperandInfoVector TargetConstraints =
4727       TLI->ParseConstraints(*DL, TRI, CS);
4728   unsigned ArgNo = 0;
4729   for (unsigned i = 0, e = TargetConstraints.size(); i != e; ++i) {
4730     TargetLowering::AsmOperandInfo &OpInfo = TargetConstraints[i];
4731
4732     // Compute the constraint code and ConstraintType to use.
4733     TLI->ComputeConstraintToUse(OpInfo, SDValue());
4734
4735     if (OpInfo.ConstraintType == TargetLowering::C_Memory &&
4736         OpInfo.isIndirect) {
4737       Value *OpVal = CS->getArgOperand(ArgNo++);
4738       MadeChange |= optimizeMemoryInst(CS, OpVal, OpVal->getType(), ~0u);
4739     } else if (OpInfo.Type == InlineAsm::isInput)
4740       ArgNo++;
4741   }
4742
4743   return MadeChange;
4744 }
4745
4746 /// Check if all the uses of \p Val are equivalent (or free) zero or
4747 /// sign extensions.
4748 static bool hasSameExtUse(Value *Val, const TargetLowering &TLI) {
4749   assert(!Val->use_empty() && "Input must have at least one use");
4750   const Instruction *FirstUser = cast<Instruction>(*Val->user_begin());
4751   bool IsSExt = isa<SExtInst>(FirstUser);
4752   Type *ExtTy = FirstUser->getType();
4753   for (const User *U : Val->users()) {
4754     const Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
4755     if ((IsSExt && !isa<SExtInst>(UI)) || (!IsSExt && !isa<ZExtInst>(UI)))
4756       return false;
4757     Type *CurTy = UI->getType();
4758     // Same input and output types: Same instruction after CSE.
4759     if (CurTy == ExtTy)
4760       continue;
4761
4762     // If IsSExt is true, we are in this situation:
4763     // a = Val
4764     // b = sext ty1 a to ty2
4765     // c = sext ty1 a to ty3
4766     // Assuming ty2 is shorter than ty3, this could be turned into:
4767     // a = Val
4768     // b = sext ty1 a to ty2
4769     // c = sext ty2 b to ty3
4770     // However, the last sext is not free.
4771     if (IsSExt)
4772       return false;
4773
4774     // This is a ZExt, maybe this is free to extend from one type to another.
4775     // In that case, we would not account for a different use.
4776     Type *NarrowTy;
4777     Type *LargeTy;
4778     if (ExtTy->getScalarType()->getIntegerBitWidth() >
4779         CurTy->getScalarType()->getIntegerBitWidth()) {
4780       NarrowTy = CurTy;
4781       LargeTy = ExtTy;
4782     } else {
4783       NarrowTy = ExtTy;
4784       LargeTy = CurTy;
4785     }
4786
4787     if (!TLI.isZExtFree(NarrowTy, LargeTy))
4788       return false;
4789   }
4790   // All uses are the same or can be derived from one another for free.
4791   return true;
4792 }
4793
4794 /// Try to speculatively promote extensions in \p Exts and continue
4795 /// promoting through newly promoted operands recursively as far as doing so is
4796 /// profitable. Save extensions profitably moved up, in \p ProfitablyMovedExts.
4797 /// When some promotion happened, \p TPT contains the proper state to revert
4798 /// them.
4799 ///
4800 /// \return true if some promotion happened, false otherwise.
4801 bool CodeGenPrepare::tryToPromoteExts(
4802     TypePromotionTransaction &TPT, const SmallVectorImpl<Instruction *> &Exts,
4803     SmallVectorImpl<Instruction *> &ProfitablyMovedExts,
4804     unsigned CreatedInstsCost) {
4805   bool Promoted = false;
4806
4807   // Iterate over all the extensions to try to promote them.
4808   for (auto I : Exts) {
4809     // Early check if we directly have ext(load).
4810     if (isa<LoadInst>(I->getOperand(0))) {
4811       ProfitablyMovedExts.push_back(I);
4812       continue;
4813     }
4814
4815     // Check whether or not we want to do any promotion.  The reason we have
4816     // this check inside the for loop is to catch the case where an extension
4817     // is directly fed by a load because in such case the extension can be moved
4818     // up without any promotion on its operands.
4819     if (!TLI || !TLI->enableExtLdPromotion() || DisableExtLdPromotion)
4820       return false;
4821
4822     // Get the action to perform the promotion.
4823     TypePromotionHelper::Action TPH =
4824         TypePromotionHelper::getAction(I, InsertedInsts, *TLI, PromotedInsts);
4825     // Check if we can promote.
4826     if (!TPH) {
4827       // Save the current extension as we cannot move up through its operand.
4828       ProfitablyMovedExts.push_back(I);
4829       continue;
4830     }
4831
4832     // Save the current state.
4833     TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
4834         TPT.getRestorationPoint();
4835     SmallVector<Instruction *, 4> NewExts;
4836     unsigned NewCreatedInstsCost = 0;
4837     unsigned ExtCost = !TLI->isExtFree(I);
4838     // Promote.
4839     Value *PromotedVal = TPH(I, TPT, PromotedInsts, NewCreatedInstsCost,
4840                              &NewExts, nullptr, *TLI);
4841     assert(PromotedVal &&
4842            "TypePromotionHelper should have filtered out those cases");
4843
4844     // We would be able to merge only one extension in a load.
4845     // Therefore, if we have more than 1 new extension we heuristically
4846     // cut this search path, because it means we degrade the code quality.
4847     // With exactly 2, the transformation is neutral, because we will merge
4848     // one extension but leave one. However, we optimistically keep going,
4849     // because the new extension may be removed too.
4850     long long TotalCreatedInstsCost = CreatedInstsCost + NewCreatedInstsCost;
4851     // FIXME: It would be possible to propagate a negative value instead of
4852     // conservatively ceiling it to 0.
4853     TotalCreatedInstsCost =
4854         std::max((long long)0, (TotalCreatedInstsCost - ExtCost));
4855     if (!StressExtLdPromotion &&
4856         (TotalCreatedInstsCost > 1 ||
4857          !isPromotedInstructionLegal(*TLI, *DL, PromotedVal))) {
4858       // This promotion is not profitable, rollback to the previous state, and
4859       // save the current extension in ProfitablyMovedExts as the latest
4860       // speculative promotion turned out to be unprofitable.
4861       TPT.rollback(LastKnownGood);
4862       ProfitablyMovedExts.push_back(I);
4863       continue;
4864     }
4865     // Continue promoting NewExts as far as doing so is profitable.
4866     SmallVector<Instruction *, 2> NewlyMovedExts;
4867     (void)tryToPromoteExts(TPT, NewExts, NewlyMovedExts, TotalCreatedInstsCost);
4868     bool NewPromoted = false;
4869     for (auto ExtInst : NewlyMovedExts) {
4870       Instruction *MovedExt = cast<Instruction>(ExtInst);
4871       Value *ExtOperand = MovedExt->getOperand(0);
4872       // If we have reached to a load, we need this extra profitability check
4873       // as it could potentially be merged into an ext(load).
4874       if (isa<LoadInst>(ExtOperand) &&
4875           !(StressExtLdPromotion || NewCreatedInstsCost <= ExtCost ||
4876             (ExtOperand->hasOneUse() || hasSameExtUse(ExtOperand, *TLI))))
4877         continue;
4878
4879       ProfitablyMovedExts.push_back(MovedExt);
4880       NewPromoted = true;
4881     }
4882
4883     // If none of speculative promotions for NewExts is profitable, rollback
4884     // and save the current extension (I) as the last profitable extension.
4885     if (!NewPromoted) {
4886       TPT.rollback(LastKnownGood);
4887       ProfitablyMovedExts.push_back(I);
4888       continue;
4889     }
4890     // The promotion is profitable.
4891     Promoted = true;
4892   }
4893   return Promoted;
4894 }
4895
4896 /// Merging redundant sexts when one is dominating the other.
4897 bool CodeGenPrepare::mergeSExts(Function &F) {
4898   DominatorTree DT(F);
4899   bool Changed = false;
4900   for (auto &Entry : ValToSExtendedUses) {
4901     SExts &Insts = Entry.second;
4902     SExts CurPts;
4903     for (Instruction *Inst : Insts) {
4904       if (RemovedInsts.count(Inst) || !isa<SExtInst>(Inst) ||
4905           Inst->getOperand(0) != Entry.first)
4906         continue;
4907       bool inserted = false;
4908       for (auto &Pt : CurPts) {
4909         if (DT.dominates(Inst, Pt)) {
4910           Pt->replaceAllUsesWith(Inst);
4911           RemovedInsts.insert(Pt);
4912           Pt->removeFromParent();
4913           Pt = Inst;
4914           inserted = true;
4915           Changed = true;
4916           break;
4917         }
4918         if (!DT.dominates(Pt, Inst))
4919           // Give up if we need to merge in a common dominator as the
4920           // experiments show it is not profitable.
4921           continue;
4922         Inst->replaceAllUsesWith(Pt);
4923         RemovedInsts.insert(Inst);
4924         Inst->removeFromParent();
4925         inserted = true;
4926         Changed = true;
4927         break;
4928       }
4929       if (!inserted)
4930         CurPts.push_back(Inst);
4931     }
4932   }
4933   return Changed;
4934 }
4935
4936 // Spliting large data structures so that the GEPs accessing them can have
4937 // smaller offsets so that they can be sunk to the same blocks as their users.
4938 // For example, a large struct starting from %base is splitted into two parts
4939 // where the second part starts from %new_base.
4940 //
4941 // Before:
4942 // BB0:
4943 //   %base     =
4944 //
4945 // BB1:
4946 //   %gep0     = gep %base, off0
4947 //   %gep1     = gep %base, off1
4948 //   %gep2     = gep %base, off2
4949 //
4950 // BB2:
4951 //   %load1    = load %gep0
4952 //   %load2    = load %gep1
4953 //   %load3    = load %gep2
4954 //
4955 // After:
4956 // BB0:
4957 //   %base     =
4958 //   %new_base = gep %base, off0
4959 //
4960 // BB1:
4961 //   %new_gep0 = %new_base
4962 //   %new_gep1 = gep %new_base, off1 - off0
4963 //   %new_gep2 = gep %new_base, off2 - off0
4964 //
4965 // BB2:
4966 //   %load1    = load i32, i32* %new_gep0
4967 //   %load2    = load i32, i32* %new_gep1
4968 //   %load3    = load i32, i32* %new_gep2
4969 //
4970 // %new_gep1 and %new_gep2 can be sunk to BB2 now after the splitting because
4971 // their offsets are smaller enough to fit into the addressing mode.
4972 bool CodeGenPrepare::splitLargeGEPOffsets() {
4973   bool Changed = false;
4974   for (auto &Entry : LargeOffsetGEPMap) {
4975     Value *OldBase = Entry.first;
4976     SmallVectorImpl<std::pair<AssertingVH<GetElementPtrInst>, int64_t>>
4977         &LargeOffsetGEPs = Entry.second;
4978     auto compareGEPOffset =
4979         [&](const std::pair<GetElementPtrInst *, int64_t> &LHS,
4980             const std::pair<GetElementPtrInst *, int64_t> &RHS) {
4981           if (LHS.first == RHS.first)
4982             return false;
4983           if (LHS.second != RHS.second)
4984             return LHS.second < RHS.second;
4985           return LargeOffsetGEPID[LHS.first] < LargeOffsetGEPID[RHS.first];
4986         };
4987     // Sorting all the GEPs of the same data structures based on the offsets.
4988     llvm::sort(LargeOffsetGEPs.begin(), LargeOffsetGEPs.end(),
4989                compareGEPOffset);
4990     LargeOffsetGEPs.erase(
4991         std::unique(LargeOffsetGEPs.begin(), LargeOffsetGEPs.end()),
4992         LargeOffsetGEPs.end());
4993     // Skip if all the GEPs have the same offsets.
4994     if (LargeOffsetGEPs.front().second == LargeOffsetGEPs.back().second)
4995       continue;
4996     GetElementPtrInst *BaseGEP = LargeOffsetGEPs.begin()->first;
4997     int64_t BaseOffset = LargeOffsetGEPs.begin()->second;
4998     Value *NewBaseGEP = nullptr;
4999
5000     auto LargeOffsetGEP = LargeOffsetGEPs.begin();
5001     while (LargeOffsetGEP != LargeOffsetGEPs.end()) {
5002       GetElementPtrInst *GEP = LargeOffsetGEP->first;
5003       int64_t Offset = LargeOffsetGEP->second;
5004       if (Offset != BaseOffset) {
5005         TargetLowering::AddrMode AddrMode;
5006         AddrMode.BaseOffs = Offset - BaseOffset;
5007         // The result type of the GEP might not be the type of the memory
5008         // access.
5009         if (!TLI->isLegalAddressingMode(*DL, AddrMode,
5010                                         GEP->getResultElementType(),
5011                                         GEP->getAddressSpace())) {
5012           // We need to create a new base if the offset to the current base is
5013           // too large to fit into the addressing mode. So, a very large struct
5014           // may be splitted into several parts.
5015           BaseGEP = GEP;
5016           BaseOffset = Offset;
5017           NewBaseGEP = nullptr;
5018         }
5019       }
5020
5021       // Generate a new GEP to replace the current one.
5022       IRBuilder<> Builder(GEP);
5023       Type *IntPtrTy = DL->getIntPtrType(GEP->getType());
5024       Type *I8PtrTy =
5025           Builder.getInt8PtrTy(GEP->getType()->getPointerAddressSpace());
5026       Type *I8Ty = Builder.getInt8Ty();
5027
5028       if (!NewBaseGEP) {
5029         // Create a new base if we don't have one yet.  Find the insertion
5030         // pointer for the new base first.
5031         BasicBlock::iterator NewBaseInsertPt;
5032         BasicBlock *NewBaseInsertBB;
5033         if (auto *BaseI = dyn_cast<Instruction>(OldBase)) {
5034           // If the base of the struct is an instruction, the new base will be
5035           // inserted close to it.
5036           NewBaseInsertBB = BaseI->getParent();
5037           if (isa<PHINode>(BaseI))
5038             NewBaseInsertPt = NewBaseInsertBB->getFirstInsertionPt();
5039           else if (InvokeInst *Invoke = dyn_cast<InvokeInst>(BaseI)) {
5040             NewBaseInsertBB =
5041                 SplitEdge(NewBaseInsertBB, Invoke->getNormalDest());
5042             NewBaseInsertPt = NewBaseInsertBB->getFirstInsertionPt();
5043           } else
5044             NewBaseInsertPt = std::next(BaseI->getIterator());
5045         } else {
5046           // If the current base is an argument or global value, the new base
5047           // will be inserted to the entry block.
5048           NewBaseInsertBB = &BaseGEP->getFunction()->getEntryBlock();
5049           NewBaseInsertPt = NewBaseInsertBB->getFirstInsertionPt();
5050         }
5051         IRBuilder<> NewBaseBuilder(NewBaseInsertBB, NewBaseInsertPt);
5052         // Create a new base.
5053         Value *BaseIndex = ConstantInt::get(IntPtrTy, BaseOffset);
5054         NewBaseGEP = OldBase;
5055         if (NewBaseGEP->getType() != I8PtrTy)
5056           NewBaseGEP = NewBaseBuilder.CreatePointerCast(NewBaseGEP, I8PtrTy);
5057         NewBaseGEP =
5058             NewBaseBuilder.CreateGEP(I8Ty, NewBaseGEP, BaseIndex, "splitgep");
5059         NewGEPBases.insert(NewBaseGEP);
5060       }
5061
5062       Value *NewGEP = NewBaseGEP;
5063       if (Offset == BaseOffset) {
5064         if (GEP->getType() != I8PtrTy)
5065           NewGEP = Builder.CreatePointerCast(NewGEP, GEP->getType());
5066       } else {
5067         // Calculate the new offset for the new GEP.
5068         Value *Index = ConstantInt::get(IntPtrTy, Offset - BaseOffset);
5069         NewGEP = Builder.CreateGEP(I8Ty, NewBaseGEP, Index);
5070
5071         if (GEP->getType() != I8PtrTy)
5072           NewGEP = Builder.CreatePointerCast(NewGEP, GEP->getType());
5073       }
5074       GEP->replaceAllUsesWith(NewGEP);
5075       LargeOffsetGEPID.erase(GEP);
5076       LargeOffsetGEP = LargeOffsetGEPs.erase(LargeOffsetGEP);
5077       GEP->eraseFromParent();
5078       Changed = true;
5079     }
5080   }
5081   return Changed;
5082 }
5083
5084 /// Return true, if an ext(load) can be formed from an extension in
5085 /// \p MovedExts.
5086 bool CodeGenPrepare::canFormExtLd(
5087     const SmallVectorImpl<Instruction *> &MovedExts, LoadInst *&LI,
5088     Instruction *&Inst, bool HasPromoted) {
5089   for (auto *MovedExtInst : MovedExts) {
5090     if (isa<LoadInst>(MovedExtInst->getOperand(0))) {
5091       LI = cast<LoadInst>(MovedExtInst->getOperand(0));
5092       Inst = MovedExtInst;
5093       break;
5094     }
5095   }
5096   if (!LI)
5097     return false;
5098
5099   // If they're already in the same block, there's nothing to do.
5100   // Make the cheap checks first if we did not promote.
5101   // If we promoted, we need to check if it is indeed profitable.
5102   if (!HasPromoted && LI->getParent() == Inst->getParent())
5103     return false;
5104
5105   return TLI->isExtLoad(LI, Inst, *DL);
5106 }
5107
5108 /// Move a zext or sext fed by a load into the same basic block as the load,
5109 /// unless conditions are unfavorable. This allows SelectionDAG to fold the
5110 /// extend into the load.
5111 ///
5112 /// E.g.,
5113 /// \code
5114 /// %ld = load i32* %addr
5115 /// %add = add nuw i32 %ld, 4
5116 /// %zext = zext i32 %add to i64
5117 // \endcode
5118 /// =>
5119 /// \code
5120 /// %ld = load i32* %addr
5121 /// %zext = zext i32 %ld to i64
5122 /// %add = add nuw i64 %zext, 4
5123 /// \encode
5124 /// Note that the promotion in %add to i64 is done in tryToPromoteExts(), which
5125 /// allow us to match zext(load i32*) to i64.
5126 ///
5127 /// Also, try to promote the computations used to obtain a sign extended
5128 /// value used into memory accesses.
5129 /// E.g.,
5130 /// \code
5131 /// a = add nsw i32 b, 3
5132 /// d = sext i32 a to i64
5133 /// e = getelementptr ..., i64 d
5134 /// \endcode
5135 /// =>
5136 /// \code
5137 /// f = sext i32 b to i64
5138 /// a = add nsw i64 f, 3
5139 /// e = getelementptr ..., i64 a
5140 /// \endcode
5141 ///
5142 /// \p Inst[in/out] the extension may be modified during the process if some
5143 /// promotions apply.
5144 bool CodeGenPrepare::optimizeExt(Instruction *&Inst) {
5145   // ExtLoad formation and address type promotion infrastructure requires TLI to
5146   // be effective.
5147   if (!TLI)
5148     return false;
5149
5150   bool AllowPromotionWithoutCommonHeader = false;
5151   /// See if it is an interesting sext operations for the address type
5152   /// promotion before trying to promote it, e.g., the ones with the right
5153   /// type and used in memory accesses.
5154   bool ATPConsiderable = TTI->shouldConsiderAddressTypePromotion(
5155       *Inst, AllowPromotionWithoutCommonHeader);
5156   TypePromotionTransaction TPT(RemovedInsts);
5157   TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
5158       TPT.getRestorationPoint();
5159   SmallVector<Instruction *, 1> Exts;
5160   SmallVector<Instruction *, 2> SpeculativelyMovedExts;
5161   Exts.push_back(Inst);
5162
5163   bool HasPromoted = tryToPromoteExts(TPT, Exts, SpeculativelyMovedExts);
5164
5165   // Look for a load being extended.
5166   LoadInst *LI = nullptr;
5167   Instruction *ExtFedByLoad;
5168
5169   // Try to promote a chain of computation if it allows to form an extended
5170   // load.
5171   if (canFormExtLd(SpeculativelyMovedExts, LI, ExtFedByLoad, HasPromoted)) {
5172     assert(LI && ExtFedByLoad && "Expect a valid load and extension");
5173     TPT.commit();
5174     // Move the extend into the same block as the load
5175     ExtFedByLoad->moveAfter(LI);
5176     // CGP does not check if the zext would be speculatively executed when moved
5177     // to the same basic block as the load. Preserving its original location
5178     // would pessimize the debugging experience, as well as negatively impact
5179     // the quality of sample pgo. We don't want to use "line 0" as that has a
5180     // size cost in the line-table section and logically the zext can be seen as
5181     // part of the load. Therefore we conservatively reuse the same debug
5182     // location for the load and the zext.
5183     ExtFedByLoad->setDebugLoc(LI->getDebugLoc());
5184     ++NumExtsMoved;
5185     Inst = ExtFedByLoad;
5186     return true;
5187   }
5188
5189   // Continue promoting SExts if known as considerable depending on targets.
5190   if (ATPConsiderable &&
5191       performAddressTypePromotion(Inst, AllowPromotionWithoutCommonHeader,
5192                                   HasPromoted, TPT, SpeculativelyMovedExts))
5193     return true;
5194
5195   TPT.rollback(LastKnownGood);
5196   return false;
5197 }
5198
5199 // Perform address type promotion if doing so is profitable.
5200 // If AllowPromotionWithoutCommonHeader == false, we should find other sext
5201 // instructions that sign extended the same initial value. However, if
5202 // AllowPromotionWithoutCommonHeader == true, we expect promoting the
5203 // extension is just profitable.
5204 bool CodeGenPrepare::performAddressTypePromotion(
5205     Instruction *&Inst, bool AllowPromotionWithoutCommonHeader,
5206     bool HasPromoted, TypePromotionTransaction &TPT,
5207     SmallVectorImpl<Instruction *> &SpeculativelyMovedExts) {
5208   bool Promoted = false;
5209   SmallPtrSet<Instruction *, 1> UnhandledExts;
5210   bool AllSeenFirst = true;
5211   for (auto I : SpeculativelyMovedExts) {
5212     Value *HeadOfChain = I->getOperand(0);
5213     DenseMap<Value *, Instruction *>::iterator AlreadySeen =
5214         SeenChainsForSExt.find(HeadOfChain);
5215     // If there is an unhandled SExt which has the same header, try to promote
5216     // it as well.
5217     if (AlreadySeen != SeenChainsForSExt.end()) {
5218       if (AlreadySeen->second != nullptr)
5219         UnhandledExts.insert(AlreadySeen->second);
5220       AllSeenFirst = false;
5221     }
5222   }
5223
5224   if (!AllSeenFirst || (AllowPromotionWithoutCommonHeader &&
5225                         SpeculativelyMovedExts.size() == 1)) {
5226     TPT.commit();
5227     if (HasPromoted)
5228       Promoted = true;
5229     for (auto I : SpeculativelyMovedExts) {
5230       Value *HeadOfChain = I->getOperand(0);
5231       SeenChainsForSExt[HeadOfChain] = nullptr;
5232       ValToSExtendedUses[HeadOfChain].push_back(I);
5233     }
5234     // Update Inst as promotion happen.
5235     Inst = SpeculativelyMovedExts.pop_back_val();
5236   } else {
5237     // This is the first chain visited from the header, keep the current chain
5238     // as unhandled. Defer to promote this until we encounter another SExt
5239     // chain derived from the same header.
5240     for (auto I : SpeculativelyMovedExts) {
5241       Value *HeadOfChain = I->getOperand(0);
5242       SeenChainsForSExt[HeadOfChain] = Inst;
5243     }
5244     return false;
5245   }
5246
5247   if (!AllSeenFirst && !UnhandledExts.empty())
5248     for (auto VisitedSExt : UnhandledExts) {
5249       if (RemovedInsts.count(VisitedSExt))
5250         continue;
5251       TypePromotionTransaction TPT(RemovedInsts);
5252       SmallVector<Instruction *, 1> Exts;
5253       SmallVector<Instruction *, 2> Chains;
5254       Exts.push_back(VisitedSExt);
5255       bool HasPromoted = tryToPromoteExts(TPT, Exts, Chains);
5256       TPT.commit();
5257       if (HasPromoted)
5258         Promoted = true;
5259       for (auto I : Chains) {
5260         Value *HeadOfChain = I->getOperand(0);
5261         // Mark this as handled.
5262         SeenChainsForSExt[HeadOfChain] = nullptr;
5263         ValToSExtendedUses[HeadOfChain].push_back(I);
5264       }
5265     }
5266   return Promoted;
5267 }
5268
5269 bool CodeGenPrepare::optimizeExtUses(Instruction *I) {
5270   BasicBlock *DefBB = I->getParent();
5271
5272   // If the result of a {s|z}ext and its source are both live out, rewrite all
5273   // other uses of the source with result of extension.
5274   Value *Src = I->getOperand(0);
5275   if (Src->hasOneUse())
5276     return false;
5277
5278   // Only do this xform if truncating is free.
5279   if (TLI && !TLI->isTruncateFree(I->getType(), Src->getType()))
5280     return false;
5281
5282   // Only safe to perform the optimization if the source is also defined in
5283   // this block.
5284   if (!isa<Instruction>(Src) || DefBB != cast<Instruction>(Src)->getParent())
5285     return false;
5286
5287   bool DefIsLiveOut = false;
5288   for (User *U : I->users()) {
5289     Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
5290
5291     // Figure out which BB this ext is used in.
5292     BasicBlock *UserBB = UI->getParent();
5293     if (UserBB == DefBB) continue;
5294     DefIsLiveOut = true;
5295     break;
5296   }
5297   if (!DefIsLiveOut)
5298     return false;
5299
5300   // Make sure none of the uses are PHI nodes.
5301   for (User *U : Src->users()) {
5302     Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
5303     BasicBlock *UserBB = UI->getParent();
5304     if (UserBB == DefBB) continue;
5305     // Be conservative. We don't want this xform to end up introducing
5306     // reloads just before load / store instructions.
5307     if (isa<PHINode>(UI) || isa<LoadInst>(UI) || isa<StoreInst>(UI))
5308       return false;
5309   }
5310
5311   // InsertedTruncs - Only insert one trunc in each block once.
5312   DenseMap<BasicBlock*, Instruction*> InsertedTruncs;
5313
5314   bool MadeChange = false;
5315   for (Use &U : Src->uses()) {
5316     Instruction *User = cast<Instruction>(U.getUser());
5317
5318     // Figure out which BB this ext is used in.
5319     BasicBlock *UserBB = User->getParent();
5320     if (UserBB == DefBB) continue;
5321
5322     // Both src and def are live in this block. Rewrite the use.
5323     Instruction *&InsertedTrunc = InsertedTruncs[UserBB];
5324
5325     if (!InsertedTrunc) {
5326       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->getFirstInsertionPt();
5327       assert(InsertPt != UserBB->end());
5328       InsertedTrunc = new TruncInst(I, Src->getType(), "", &*InsertPt);
5329       InsertedInsts.insert(InsertedTrunc);
5330     }
5331
5332     // Replace a use of the {s|z}ext source with a use of the result.
5333     U = InsertedTrunc;
5334     ++NumExtUses;
5335     MadeChange = true;
5336   }
5337
5338   return MadeChange;
5339 }
5340
5341 // Find loads whose uses only use some of the loaded value's bits.  Add an "and"
5342 // just after the load if the target can fold this into one extload instruction,
5343 // with the hope of eliminating some of the other later "and" instructions using
5344 // the loaded value.  "and"s that are made trivially redundant by the insertion
5345 // of the new "and" are removed by this function, while others (e.g. those whose
5346 // path from the load goes through a phi) are left for isel to potentially
5347 // remove.
5348 //
5349 // For example:
5350 //
5351 // b0:
5352 //   x = load i32
5353 //   ...
5354 // b1:
5355 //   y = and x, 0xff
5356 //   z = use y
5357 //
5358 // becomes:
5359 //
5360 // b0:
5361 //   x = load i32
5362 //   x' = and x, 0xff
5363 //   ...
5364 // b1:
5365 //   z = use x'
5366 //
5367 // whereas:
5368 //
5369 // b0:
5370 //   x1 = load i32
5371 //   ...
5372 // b1:
5373 //   x2 = load i32
5374 //   ...
5375 // b2:
5376 //   x = phi x1, x2
5377 //   y = and x, 0xff
5378 //
5379 // becomes (after a call to optimizeLoadExt for each load):
5380 //
5381 // b0:
5382 //   x1 = load i32
5383 //   x1' = and x1, 0xff
5384 //   ...
5385 // b1:
5386 //   x2 = load i32
5387 //   x2' = and x2, 0xff
5388 //   ...
5389 // b2:
5390 //   x = phi x1', x2'
5391 //   y = and x, 0xff
5392 bool CodeGenPrepare::optimizeLoadExt(LoadInst *Load) {
5393   if (!Load->isSimple() || !Load->getType()->isIntOrPtrTy())
5394     return false;
5395
5396   // Skip loads we've already transformed.
5397   if (Load->hasOneUse() &&
5398       InsertedInsts.count(cast<Instruction>(*Load->user_begin())))
5399     return false;
5400
5401   // Look at all uses of Load, looking through phis, to determine how many bits
5402   // of the loaded value are needed.
5403   SmallVector<Instruction *, 8> WorkList;
5404   SmallPtrSet<Instruction *, 16> Visited;
5405   SmallVector<Instruction *, 8> AndsToMaybeRemove;
5406   for (auto *U : Load->users())
5407     WorkList.push_back(cast<Instruction>(U));
5408
5409   EVT LoadResultVT = TLI->getValueType(*DL, Load->getType());
5410   unsigned BitWidth = LoadResultVT.getSizeInBits();
5411   APInt DemandBits(BitWidth, 0);
5412   APInt WidestAndBits(BitWidth, 0);
5413
5414   while (!WorkList.empty()) {
5415     Instruction *I = WorkList.back();
5416     WorkList.pop_back();
5417
5418     // Break use-def graph loops.
5419     if (!Visited.insert(I).second)
5420       continue;
5421
5422     // For a PHI node, push all of its users.
5423     if (auto *Phi = dyn_cast<PHINode>(I)) {
5424       for (auto *U : Phi->users())
5425         WorkList.push_back(cast<Instruction>(U));
5426       continue;
5427     }
5428
5429     switch (I->getOpcode()) {
5430     case Instruction::And: {
5431       auto *AndC = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1));
5432       if (!AndC)
5433         return false;
5434       APInt AndBits = AndC->getValue();
5435       DemandBits |= AndBits;
5436       // Keep track of the widest and mask we see.
5437       if (AndBits.ugt(WidestAndBits))
5438         WidestAndBits = AndBits;
5439       if (AndBits == WidestAndBits && I->getOperand(0) == Load)
5440         AndsToMaybeRemove.push_back(I);
5441       break;
5442     }
5443
5444     case Instruction::Shl: {
5445       auto *ShlC = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1));
5446       if (!ShlC)
5447         return false;
5448       uint64_t ShiftAmt = ShlC->getLimitedValue(BitWidth - 1);
5449       DemandBits.setLowBits(BitWidth - ShiftAmt);
5450       break;
5451     }
5452
5453     case Instruction::Trunc: {
5454       EVT TruncVT = TLI->getValueType(*DL, I->getType());
5455       unsigned TruncBitWidth = TruncVT.getSizeInBits();
5456       DemandBits.setLowBits(TruncBitWidth);
5457       break;
5458     }
5459
5460     default:
5461       return false;
5462     }
5463   }
5464
5465   uint32_t ActiveBits = DemandBits.getActiveBits();
5466   // Avoid hoisting (and (load x) 1) since it is unlikely to be folded by the
5467   // target even if isLoadExtLegal says an i1 EXTLOAD is valid.  For example,
5468   // for the AArch64 target isLoadExtLegal(ZEXTLOAD, i32, i1) returns true, but
5469   // (and (load x) 1) is not matched as a single instruction, rather as a LDR
5470   // followed by an AND.
5471   // TODO: Look into removing this restriction by fixing backends to either
5472   // return false for isLoadExtLegal for i1 or have them select this pattern to
5473   // a single instruction.
5474   //
5475   // Also avoid hoisting if we didn't see any ands with the exact DemandBits
5476   // mask, since these are the only ands that will be removed by isel.
5477   if (ActiveBits <= 1 || !DemandBits.isMask(ActiveBits) ||
5478       WidestAndBits != DemandBits)
5479     return false;
5480
5481   LLVMContext &Ctx = Load->getType()->getContext();
5482   Type *TruncTy = Type::getIntNTy(Ctx, ActiveBits);
5483   EVT TruncVT = TLI->getValueType(*DL, TruncTy);
5484
5485   // Reject cases that won't be matched as extloads.
5486   if (!LoadResultVT.bitsGT(TruncVT) || !TruncVT.isRound() ||
5487       !TLI->isLoadExtLegal(ISD::ZEXTLOAD, LoadResultVT, TruncVT))
5488     return false;
5489
5490   IRBuilder<> Builder(Load->getNextNode());
5491   auto *NewAnd = dyn_cast<Instruction>(
5492       Builder.CreateAnd(Load, ConstantInt::get(Ctx, DemandBits)));
5493   // Mark this instruction as "inserted by CGP", so that other
5494   // optimizations don't touch it.
5495   InsertedInsts.insert(NewAnd);
5496
5497   // Replace all uses of load with new and (except for the use of load in the
5498   // new and itself).
5499   Load->replaceAllUsesWith(NewAnd);
5500   NewAnd->setOperand(0, Load);
5501
5502   // Remove any and instructions that are now redundant.
5503   for (auto *And : AndsToMaybeRemove)
5504     // Check that the and mask is the same as the one we decided to put on the
5505     // new and.
5506     if (cast<ConstantInt>(And->getOperand(1))->getValue() == DemandBits) {
5507       And->replaceAllUsesWith(NewAnd);
5508       if (&*CurInstIterator == And)
5509         CurInstIterator = std::next(And->getIterator());
5510       And->eraseFromParent();
5511       ++NumAndUses;
5512     }
5513
5514   ++NumAndsAdded;
5515   return true;
5516 }
5517
5518 /// Check if V (an operand of a select instruction) is an expensive instruction
5519 /// that is only used once.
5520 static bool sinkSelectOperand(const TargetTransformInfo *TTI, Value *V) {
5521   auto *I = dyn_cast<Instruction>(V);
5522   // If it's safe to speculatively execute, then it should not have side
5523   // effects; therefore, it's safe to sink and possibly *not* execute.
5524   return I && I->hasOneUse() && isSafeToSpeculativelyExecute(I) &&
5525          TTI->getUserCost(I) >= TargetTransformInfo::TCC_Expensive;
5526 }
5527
5528 /// Returns true if a SelectInst should be turned into an explicit branch.
5529 static bool isFormingBranchFromSelectProfitable(const TargetTransformInfo *TTI,
5530                                                 const TargetLowering *TLI,
5531                                                 SelectInst *SI) {
5532   // If even a predictable select is cheap, then a branch can't be cheaper.
5533   if (!TLI->isPredictableSelectExpensive())
5534     return false;
5535
5536   // FIXME: This should use the same heuristics as IfConversion to determine
5537   // whether a select is better represented as a branch.
5538
5539   // If metadata tells us that the select condition is obviously predictable,
5540   // then we want to replace the select with a branch.
5541   uint64_t TrueWeight, FalseWeight;
5542   if (SI->extractProfMetadata(TrueWeight, FalseWeight)) {
5543     uint64_t Max = std::max(TrueWeight, FalseWeight);
5544     uint64_t Sum = TrueWeight + FalseWeight;
5545     if (Sum != 0) {
5546       auto Probability = BranchProbability::getBranchProbability(Max, Sum);
5547       if (Probability > TLI->getPredictableBranchThreshold())
5548         return true;
5549     }
5550   }
5551
5552   CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(SI->getCondition());
5553
5554   // If a branch is predictable, an out-of-order CPU can avoid blocking on its
5555   // comparison condition. If the compare has more than one use, there's
5556   // probably another cmov or setcc around, so it's not worth emitting a branch.
5557   if (!Cmp || !Cmp->hasOneUse())
5558     return false;
5559
5560   // If either operand of the select is expensive and only needed on one side
5561   // of the select, we should form a branch.
5562   if (sinkSelectOperand(TTI, SI->getTrueValue()) ||
5563       sinkSelectOperand(TTI, SI->getFalseValue()))
5564     return true;
5565
5566   return false;
5567 }
5568
5569 /// If \p isTrue is true, return the true value of \p SI, otherwise return
5570 /// false value of \p SI. If the true/false value of \p SI is defined by any
5571 /// select instructions in \p Selects, look through the defining select
5572 /// instruction until the true/false value is not defined in \p Selects.
5573 static Value *getTrueOrFalseValue(
5574     SelectInst *SI, bool isTrue,
5575     const SmallPtrSet<const Instruction *, 2> &Selects) {
5576   Value *V;
5577
5578   for (SelectInst *DefSI = SI; DefSI != nullptr && Selects.count(DefSI);
5579        DefSI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
5580     assert(DefSI->getCondition() == SI->getCondition() &&
5581            "The condition of DefSI does not match with SI");
5582     V = (isTrue ? DefSI->getTrueValue() : DefSI->getFalseValue());
5583   }
5584   return V;
5585 }
5586
5587 /// If we have a SelectInst that will likely profit from branch prediction,
5588 /// turn it into a branch.
5589 bool CodeGenPrepare::optimizeSelectInst(SelectInst *SI) {
5590   // Find all consecutive select instructions that share the same condition.
5591   SmallVector<SelectInst *, 2> ASI;
5592   ASI.push_back(SI);
5593   for (BasicBlock::iterator It = ++BasicBlock::iterator(SI);
5594        It != SI->getParent()->end(); ++It) {
5595     SelectInst *I = dyn_cast<SelectInst>(&*It);
5596     if (I && SI->getCondition() == I->getCondition()) {
5597       ASI.push_back(I);
5598     } else {
5599       break;
5600     }
5601   }
5602
5603   SelectInst *LastSI = ASI.back();
5604   // Increment the current iterator to skip all the rest of select instructions
5605   // because they will be either "not lowered" or "all lowered" to branch.
5606   CurInstIterator = std::next(LastSI->getIterator());
5607
5608   bool VectorCond = !SI->getCondition()->getType()->isIntegerTy(1);
5609
5610   // Can we convert the 'select' to CF ?
5611   if (DisableSelectToBranch || OptSize || !TLI || VectorCond ||
5612       SI->getMetadata(LLVMContext::MD_unpredictable))
5613     return false;
5614
5615   TargetLowering::SelectSupportKind SelectKind;
5616   if (VectorCond)
5617     SelectKind = TargetLowering::VectorMaskSelect;
5618   else if (SI->getType()->isVectorTy())
5619     SelectKind = TargetLowering::ScalarCondVectorVal;
5620   else
5621     SelectKind = TargetLowering::ScalarValSelect;
5622
5623   if (TLI->isSelectSupported(SelectKind) &&
5624       !isFormingBranchFromSelectProfitable(TTI, TLI, SI))
5625     return false;
5626
5627   ModifiedDT = true;
5628
5629   // Transform a sequence like this:
5630   //    start:
5631   //       %cmp = cmp uge i32 %a, %b
5632   //       %sel = select i1 %cmp, i32 %c, i32 %d
5633   //
5634   // Into:
5635   //    start:
5636   //       %cmp = cmp uge i32 %a, %b
5637   //       br i1 %cmp, label %select.true, label %select.false
5638   //    select.true:
5639   //       br label %select.end
5640   //    select.false:
5641   //       br label %select.end
5642   //    select.end:
5643   //       %sel = phi i32 [ %c, %select.true ], [ %d, %select.false ]
5644   //
5645   // In addition, we may sink instructions that produce %c or %d from
5646   // the entry block into the destination(s) of the new branch.
5647   // If the true or false blocks do not contain a sunken instruction, that
5648   // block and its branch may be optimized away. In that case, one side of the
5649   // first branch will point directly to select.end, and the corresponding PHI
5650   // predecessor block will be the start block.
5651
5652   // First, we split the block containing the select into 2 blocks.
5653   BasicBlock *StartBlock = SI->getParent();
5654   BasicBlock::iterator SplitPt = ++(BasicBlock::iterator(LastSI));
5655   BasicBlock *EndBlock = StartBlock->splitBasicBlock(SplitPt, "select.end");
5656
5657   // Delete the unconditional branch that was just created by the split.
5658   StartBlock->getTerminator()->eraseFromParent();
5659
5660   // These are the new basic blocks for the conditional branch.
5661   // At least one will become an actual new basic block.
5662   BasicBlock *TrueBlock = nullptr;
5663   BasicBlock *FalseBlock = nullptr;
5664   BranchInst *TrueBranch = nullptr;
5665   BranchInst *FalseBranch = nullptr;
5666
5667   // Sink expensive instructions into the conditional blocks to avoid executing
5668   // them speculatively.
5669   for (SelectInst *SI : ASI) {
5670     if (sinkSelectOperand(TTI, SI->getTrueValue())) {
5671       if (TrueBlock == nullptr) {
5672         TrueBlock = BasicBlock::Create(SI->getContext(), "select.true.sink",
5673                                        EndBlock->getParent(), EndBlock);
5674         TrueBranch = BranchInst::Create(EndBlock, TrueBlock);
5675       }
5676       auto *TrueInst = cast<Instruction>(SI->getTrueValue());
5677       TrueInst->moveBefore(TrueBranch);
5678     }
5679     if (sinkSelectOperand(TTI, SI->getFalseValue())) {
5680       if (FalseBlock == nullptr) {
5681         FalseBlock = BasicBlock::Create(SI->getContext(), "select.false.sink",
5682                                         EndBlock->getParent(), EndBlock);
5683         FalseBranch = BranchInst::Create(EndBlock, FalseBlock);
5684       }
5685       auto *FalseInst = cast<Instruction>(SI->getFalseValue());
5686       FalseInst->moveBefore(FalseBranch);
5687     }
5688   }
5689
5690   // If there was nothing to sink, then arbitrarily choose the 'false' side
5691   // for a new input value to the PHI.
5692   if (TrueBlock == FalseBlock) {
5693     assert(TrueBlock == nullptr &&
5694            "Unexpected basic block transform while optimizing select");
5695
5696     FalseBlock = BasicBlock::Create(SI->getContext(), "select.false",
5697                                     EndBlock->getParent(), EndBlock);
5698     BranchInst::Create(EndBlock, FalseBlock);
5699   }
5700
5701   // Insert the real conditional branch based on the original condition.
5702   // If we did not create a new block for one of the 'true' or 'false' paths
5703   // of the condition, it means that side of the branch goes to the end block
5704   // directly and the path originates from the start block from the point of
5705   // view of the new PHI.
5706   BasicBlock *TT, *FT;
5707   if (TrueBlock == nullptr) {
5708     TT = EndBlock;
5709     FT = FalseBlock;
5710     TrueBlock = StartBlock;
5711   } else if (FalseBlock == nullptr) {
5712     TT = TrueBlock;
5713     FT = EndBlock;
5714     FalseBlock = StartBlock;
5715   } else {
5716     TT = TrueBlock;
5717     FT = FalseBlock;
5718   }
5719   IRBuilder<>(SI).CreateCondBr(SI->getCondition(), TT, FT, SI);
5720
5721   SmallPtrSet<const Instruction *, 2> INS;
5722   INS.insert(ASI.begin(), ASI.end());
5723   // Use reverse iterator because later select may use the value of the
5724   // earlier select, and we need to propagate value through earlier select
5725   // to get the PHI operand.
5726   for (auto It = ASI.rbegin(); It != ASI.rend(); ++It) {
5727     SelectInst *SI = *It;
5728     // The select itself is replaced with a PHI Node.
5729     PHINode *PN = PHINode::Create(SI->getType(), 2, "", &EndBlock->front());
5730     PN->takeName(SI);
5731     PN->addIncoming(getTrueOrFalseValue(SI, true, INS), TrueBlock);
5732     PN->addIncoming(getTrueOrFalseValue(SI, false, INS), FalseBlock);
5733
5734     SI->replaceAllUsesWith(PN);
5735     SI->eraseFromParent();
5736     INS.erase(SI);
5737     ++NumSelectsExpanded;
5738   }
5739
5740   // Instruct OptimizeBlock to skip to the next block.
5741   CurInstIterator = StartBlock->end();
5742   return true;
5743 }
5744
5745 static bool isBroadcastShuffle(ShuffleVectorInst *SVI) {
5746   SmallVector<int, 16> Mask(SVI->getShuffleMask());
5747   int SplatElem = -1;
5748   for (unsigned i = 0; i < Mask.size(); ++i) {
5749     if (SplatElem != -1 && Mask[i] != -1 && Mask[i] != SplatElem)
5750       return false;
5751     SplatElem = Mask[i];
5752   }
5753
5754   return true;
5755 }
5756
5757 /// Some targets have expensive vector shifts if the lanes aren't all the same
5758 /// (e.g. x86 only introduced "vpsllvd" and friends with AVX2). In these cases
5759 /// it's often worth sinking a shufflevector splat down to its use so that
5760 /// codegen can spot all lanes are identical.
5761 bool CodeGenPrepare::optimizeShuffleVectorInst(ShuffleVectorInst *SVI) {
5762   BasicBlock *DefBB = SVI->getParent();
5763
5764   // Only do this xform if variable vector shifts are particularly expensive.
5765   if (!TLI || !TLI->isVectorShiftByScalarCheap(SVI->getType()))
5766     return false;
5767
5768   // We only expect better codegen by sinking a shuffle if we can recognise a
5769   // constant splat.
5770   if (!isBroadcastShuffle(SVI))
5771     return false;
5772
5773   // InsertedShuffles - Only insert a shuffle in each block once.
5774   DenseMap<BasicBlock*, Instruction*> InsertedShuffles;
5775
5776   bool MadeChange = false;
5777   for (User *U : SVI->users()) {
5778     Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
5779
5780     // Figure out which BB this ext is used in.
5781     BasicBlock *UserBB = UI->getParent();
5782     if (UserBB == DefBB) continue;
5783
5784     // For now only apply this when the splat is used by a shift instruction.
5785     if (!UI->isShift()) continue;
5786
5787     // Everything checks out, sink the shuffle if the user's block doesn't
5788     // already have a copy.
5789     Instruction *&InsertedShuffle = InsertedShuffles[UserBB];
5790
5791     if (!InsertedShuffle) {
5792       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->getFirstInsertionPt();
5793       assert(InsertPt != UserBB->end());
5794       InsertedShuffle =
5795           new ShuffleVectorInst(SVI->getOperand(0), SVI->getOperand(1),
5796                                 SVI->getOperand(2), "", &*InsertPt);
5797     }
5798
5799     UI->replaceUsesOfWith(SVI, InsertedShuffle);
5800     MadeChange = true;
5801   }
5802
5803   // If we removed all uses, nuke the shuffle.
5804   if (SVI->use_empty()) {
5805     SVI->eraseFromParent();
5806     MadeChange = true;
5807   }
5808
5809   return MadeChange;
5810 }
5811
5812 bool CodeGenPrepare::optimizeSwitchInst(SwitchInst *SI) {
5813   if (!TLI || !DL)
5814     return false;
5815
5816   Value *Cond = SI->getCondition();
5817   Type *OldType = Cond->getType();
5818   LLVMContext &Context = Cond->getContext();
5819   MVT RegType = TLI->getRegisterType(Context, TLI->getValueType(*DL, OldType));
5820   unsigned RegWidth = RegType.getSizeInBits();
5821
5822   if (RegWidth <= cast<IntegerType>(OldType)->getBitWidth())
5823     return false;
5824
5825   // If the register width is greater than the type width, expand the condition
5826   // of the switch instruction and each case constant to the width of the
5827   // register. By widening the type of the switch condition, subsequent
5828   // comparisons (for case comparisons) will not need to be extended to the
5829   // preferred register width, so we will potentially eliminate N-1 extends,
5830   // where N is the number of cases in the switch.
5831   auto *NewType = Type::getIntNTy(Context, RegWidth);
5832
5833   // Zero-extend the switch condition and case constants unless the switch
5834   // condition is a function argument that is already being sign-extended.
5835   // In that case, we can avoid an unnecessary mask/extension by sign-extending
5836   // everything instead.
5837   Instruction::CastOps ExtType = Instruction::ZExt;
5838   if (auto *Arg = dyn_cast<Argument>(Cond))
5839     if (Arg->hasSExtAttr())
5840       ExtType = Instruction::SExt;
5841
5842   auto *ExtInst = CastInst::Create(ExtType, Cond, NewType);
5843   ExtInst->insertBefore(SI);
5844   SI->setCondition(ExtInst);
5845   for (auto Case : SI->cases()) {
5846     APInt NarrowConst = Case.getCaseValue()->getValue();
5847     APInt WideConst = (ExtType == Instruction::ZExt) ?
5848                       NarrowConst.zext(RegWidth) : NarrowConst.sext(RegWidth);
5849     Case.setValue(ConstantInt::get(Context, WideConst));
5850   }
5851
5852   return true;
5853 }
5854
5855
5856 namespace {
5857
5858 /// Helper class to promote a scalar operation to a vector one.
5859 /// This class is used to move downward extractelement transition.
5860 /// E.g.,
5861 /// a = vector_op <2 x i32>
5862 /// b = extractelement <2 x i32> a, i32 0
5863 /// c = scalar_op b
5864 /// store c
5865 ///
5866 /// =>
5867 /// a = vector_op <2 x i32>
5868 /// c = vector_op a (equivalent to scalar_op on the related lane)
5869 /// * d = extractelement <2 x i32> c, i32 0
5870 /// * store d
5871 /// Assuming both extractelement and store can be combine, we get rid of the
5872 /// transition.
5873 class VectorPromoteHelper {
5874   /// DataLayout associated with the current module.
5875   const DataLayout &DL;
5876
5877   /// Used to perform some checks on the legality of vector operations.
5878   const TargetLowering &TLI;
5879
5880   /// Used to estimated the cost of the promoted chain.
5881   const TargetTransformInfo &TTI;
5882
5883   /// The transition being moved downwards.
5884   Instruction *Transition;
5885
5886   /// The sequence of instructions to be promoted.
5887   SmallVector<Instruction *, 4> InstsToBePromoted;
5888
5889   /// Cost of combining a store and an extract.
5890   unsigned StoreExtractCombineCost;
5891
5892   /// Instruction that will be combined with the transition.
5893   Instruction *CombineInst = nullptr;
5894
5895   /// The instruction that represents the current end of the transition.
5896   /// Since we are faking the promotion until we reach the end of the chain
5897   /// of computation, we need a way to get the current end of the transition.
5898   Instruction *getEndOfTransition() const {
5899     if (InstsToBePromoted.empty())
5900       return Transition;
5901     return InstsToBePromoted.back();
5902   }
5903
5904   /// Return the index of the original value in the transition.
5905   /// E.g., for "extractelement <2 x i32> c, i32 1" the original value,
5906   /// c, is at index 0.
5907   unsigned getTransitionOriginalValueIdx() const {
5908     assert(isa<ExtractElementInst>(Transition) &&
5909            "Other kind of transitions are not supported yet");
5910     return 0;
5911   }
5912
5913   /// Return the index of the index in the transition.
5914   /// E.g., for "extractelement <2 x i32> c, i32 0" the index
5915   /// is at index 1.
5916   unsigned getTransitionIdx() const {
5917     assert(isa<ExtractElementInst>(Transition) &&
5918            "Other kind of transitions are not supported yet");
5919     return 1;
5920   }
5921
5922   /// Get the type of the transition.
5923   /// This is the type of the original value.
5924   /// E.g., for "extractelement <2 x i32> c, i32 1" the type of the
5925   /// transition is <2 x i32>.
5926   Type *getTransitionType() const {
5927     return Transition->getOperand(getTransitionOriginalValueIdx())->getType();
5928   }
5929
5930   /// Promote \p ToBePromoted by moving \p Def downward through.
5931   /// I.e., we have the following sequence:
5932   /// Def = Transition <ty1> a to <ty2>
5933   /// b = ToBePromoted <ty2> Def, ...
5934   /// =>
5935   /// b = ToBePromoted <ty1> a, ...
5936   /// Def = Transition <ty1> ToBePromoted to <ty2>
5937   void promoteImpl(Instruction *ToBePromoted);
5938
5939   /// Check whether or not it is profitable to promote all the
5940   /// instructions enqueued to be promoted.
5941   bool isProfitableToPromote() {
5942     Value *ValIdx = Transition->getOperand(getTransitionOriginalValueIdx());
5943     unsigned Index = isa<ConstantInt>(ValIdx)
5944                          ? cast<ConstantInt>(ValIdx)->getZExtValue()
5945                          : -1;
5946     Type *PromotedType = getTransitionType();
5947
5948     StoreInst *ST = cast<StoreInst>(CombineInst);
5949     unsigned AS = ST->getPointerAddressSpace();
5950     unsigned Align = ST->getAlignment();
5951     // Check if this store is supported.
5952     if (!TLI.allowsMisalignedMemoryAccesses(
5953             TLI.getValueType(DL, ST->getValueOperand()->getType()), AS,
5954             Align)) {
5955       // If this is not supported, there is no way we can combine
5956       // the extract with the store.
5957       return false;
5958     }
5959
5960     // The scalar chain of computation has to pay for the transition
5961     // scalar to vector.
5962     // The vector chain has to account for the combining cost.
5963     uint64_t ScalarCost =
5964         TTI.getVectorInstrCost(Transition->getOpcode(), PromotedType, Index);
5965     uint64_t VectorCost = StoreExtractCombineCost;
5966     for (const auto &Inst : InstsToBePromoted) {
5967       // Compute the cost.
5968       // By construction, all instructions being promoted are arithmetic ones.
5969       // Moreover, one argument is a constant that can be viewed as a splat
5970       // constant.
5971       Value *Arg0 = Inst->getOperand(0);
5972       bool IsArg0Constant = isa<UndefValue>(Arg0) || isa<ConstantInt>(Arg0) ||
5973                             isa<ConstantFP>(Arg0);
5974       TargetTransformInfo::OperandValueKind Arg0OVK =
5975           IsArg0Constant ? TargetTransformInfo::OK_UniformConstantValue
5976                          : TargetTransformInfo::OK_AnyValue;
5977       TargetTransformInfo::OperandValueKind Arg1OVK =
5978           !IsArg0Constant ? TargetTransformInfo::OK_UniformConstantValue
5979                           : TargetTransformInfo::OK_AnyValue;
5980       ScalarCost += TTI.getArithmeticInstrCost(
5981           Inst->getOpcode(), Inst->getType(), Arg0OVK, Arg1OVK);
5982       VectorCost += TTI.getArithmeticInstrCost(Inst->getOpcode(), PromotedType,
5983                                                Arg0OVK, Arg1OVK);
5984     }
5985     LLVM_DEBUG(
5986         dbgs() << "Estimated cost of computation to be promoted:\nScalar: "
5987                << ScalarCost << "\nVector: " << VectorCost << '\n');
5988     return ScalarCost > VectorCost;
5989   }
5990
5991   /// Generate a constant vector with \p Val with the same
5992   /// number of elements as the transition.
5993   /// \p UseSplat defines whether or not \p Val should be replicated
5994   /// across the whole vector.
5995   /// In other words, if UseSplat == true, we generate <Val, Val, ..., Val>,
5996   /// otherwise we generate a vector with as many undef as possible:
5997   /// <undef, ..., undef, Val, undef, ..., undef> where \p Val is only
5998   /// used at the index of the extract.
5999   Value *getConstantVector(Constant *Val, bool UseSplat) const {
6000     unsigned ExtractIdx = std::numeric_limits<unsigned>::max();
6001     if (!UseSplat) {
6002       // If we cannot determine where the constant must be, we have to
6003       // use a splat constant.
6004       Value *ValExtractIdx = Transition->getOperand(getTransitionIdx());
6005       if (ConstantInt *CstVal = dyn_cast<ConstantInt>(ValExtractIdx))
6006         ExtractIdx = CstVal->getSExtValue();
6007       else
6008         UseSplat = true;
6009     }
6010
6011     unsigned End = getTransitionType()->getVectorNumElements();
6012     if (UseSplat)
6013       return ConstantVector::getSplat(End, Val);
6014
6015     SmallVector<Constant *, 4> ConstVec;
6016     UndefValue *UndefVal = UndefValue::get(Val->getType());
6017     for (unsigned Idx = 0; Idx != End; ++Idx) {
6018       if (Idx == ExtractIdx)
6019         ConstVec.push_back(Val);
6020       else
6021         ConstVec.push_back(UndefVal);
6022     }
6023     return ConstantVector::get(ConstVec);
6024   }
6025
6026   /// Check if promoting to a vector type an operand at \p OperandIdx
6027   /// in \p Use can trigger undefined behavior.
6028   static bool canCauseUndefinedBehavior(const Instruction *Use,
6029                                         unsigned OperandIdx) {
6030     // This is not safe to introduce undef when the operand is on
6031     // the right hand side of a division-like instruction.
6032     if (OperandIdx != 1)
6033       return false;
6034     switch (Use->getOpcode()) {
6035     default:
6036       return false;
6037     case Instruction::SDiv:
6038     case Instruction::UDiv:
6039     case Instruction::SRem:
6040     case Instruction::URem:
6041       return true;
6042     case Instruction::FDiv:
6043     case Instruction::FRem:
6044       return !Use->hasNoNaNs();
6045     }
6046     llvm_unreachable(nullptr);
6047   }
6048
6049 public:
6050   VectorPromoteHelper(const DataLayout &DL, const TargetLowering &TLI,
6051                       const TargetTransformInfo &TTI, Instruction *Transition,
6052                       unsigned CombineCost)
6053       : DL(DL), TLI(TLI), TTI(TTI), Transition(Transition),
6054         StoreExtractCombineCost(CombineCost) {
6055     assert(Transition && "Do not know how to promote null");
6056   }
6057
6058   /// Check if we can promote \p ToBePromoted to \p Type.
6059   bool canPromote(const Instruction *ToBePromoted) const {
6060     // We could support CastInst too.
6061     return isa<BinaryOperator>(ToBePromoted);
6062   }
6063
6064   /// Check if it is profitable to promote \p ToBePromoted
6065   /// by moving downward the transition through.
6066   bool shouldPromote(const Instruction *ToBePromoted) const {
6067     // Promote only if all the operands can be statically expanded.
6068     // Indeed, we do not want to introduce any new kind of transitions.
6069     for (const Use &U : ToBePromoted->operands()) {
6070       const Value *Val = U.get();
6071       if (Val == getEndOfTransition()) {
6072         // If the use is a division and the transition is on the rhs,
6073         // we cannot promote the operation, otherwise we may create a
6074         // division by zero.
6075         if (canCauseUndefinedBehavior(ToBePromoted, U.getOperandNo()))
6076           return false;
6077         continue;
6078       }
6079       if (!isa<ConstantInt>(Val) && !isa<UndefValue>(Val) &&
6080           !isa<ConstantFP>(Val))
6081         return false;
6082     }
6083     // Check that the resulting operation is legal.
6084     int ISDOpcode = TLI.InstructionOpcodeToISD(ToBePromoted->getOpcode());
6085     if (!ISDOpcode)
6086       return false;
6087     return StressStoreExtract ||
6088            TLI.isOperationLegalOrCustom(
6089                ISDOpcode, TLI.getValueType(DL, getTransitionType(), true));
6090   }
6091
6092   /// Check whether or not \p Use can be combined
6093   /// with the transition.
6094   /// I.e., is it possible to do Use(Transition) => AnotherUse?
6095   bool canCombine(const Instruction *Use) { return isa<StoreInst>(Use); }
6096
6097   /// Record \p ToBePromoted as part of the chain to be promoted.
6098   void enqueueForPromotion(Instruction *ToBePromoted) {
6099     InstsToBePromoted.push_back(ToBePromoted);
6100   }
6101
6102   /// Set the instruction that will be combined with the transition.
6103   void recordCombineInstruction(Instruction *ToBeCombined) {
6104     assert(canCombine(ToBeCombined) && "Unsupported instruction to combine");
6105     CombineInst = ToBeCombined;
6106   }
6107
6108   /// Promote all the instructions enqueued for promotion if it is
6109   /// is profitable.
6110   /// \return True if the promotion happened, false otherwise.
6111   bool promote() {
6112     // Check if there is something to promote.
6113     // Right now, if we do not have anything to combine with,
6114     // we assume the promotion is not profitable.
6115     if (InstsToBePromoted.empty() || !CombineInst)
6116       return false;
6117
6118     // Check cost.
6119     if (!StressStoreExtract && !isProfitableToPromote())
6120       return false;
6121
6122     // Promote.
6123     for (auto &ToBePromoted : InstsToBePromoted)
6124       promoteImpl(ToBePromoted);
6125     InstsToBePromoted.clear();
6126     return true;
6127   }
6128 };
6129
6130 } // end anonymous namespace
6131
6132 void VectorPromoteHelper::promoteImpl(Instruction *ToBePromoted) {
6133   // At this point, we know that all the operands of ToBePromoted but Def
6134   // can be statically promoted.
6135   // For Def, we need to use its parameter in ToBePromoted:
6136   // b = ToBePromoted ty1 a
6137   // Def = Transition ty1 b to ty2
6138   // Move the transition down.
6139   // 1. Replace all uses of the promoted operation by the transition.
6140   // = ... b => = ... Def.
6141   assert(ToBePromoted->getType() == Transition->getType() &&
6142          "The type of the result of the transition does not match "
6143          "the final type");
6144   ToBePromoted->replaceAllUsesWith(Transition);
6145   // 2. Update the type of the uses.
6146   // b = ToBePromoted ty2 Def => b = ToBePromoted ty1 Def.
6147   Type *TransitionTy = getTransitionType();
6148   ToBePromoted->mutateType(TransitionTy);
6149   // 3. Update all the operands of the promoted operation with promoted
6150   // operands.
6151   // b = ToBePromoted ty1 Def => b = ToBePromoted ty1 a.
6152   for (Use &U : ToBePromoted->operands()) {
6153     Value *Val = U.get();
6154     Value *NewVal = nullptr;
6155     if (Val == Transition)
6156       NewVal = Transition->getOperand(getTransitionOriginalValueIdx());
6157     else if (isa<UndefValue>(Val) || isa<ConstantInt>(Val) ||
6158              isa<ConstantFP>(Val)) {
6159       // Use a splat constant if it is not safe to use undef.
6160       NewVal = getConstantVector(
6161           cast<Constant>(Val),
6162           isa<UndefValue>(Val) ||
6163               canCauseUndefinedBehavior(ToBePromoted, U.getOperandNo()));
6164     } else
6165       llvm_unreachable("Did you modified shouldPromote and forgot to update "
6166                        "this?");
6167     ToBePromoted->setOperand(U.getOperandNo(), NewVal);
6168   }
6169   Transition->moveAfter(ToBePromoted);
6170   Transition->setOperand(getTransitionOriginalValueIdx(), ToBePromoted);
6171 }
6172
6173 /// Some targets can do store(extractelement) with one instruction.
6174 /// Try to push the extractelement towards the stores when the target
6175 /// has this feature and this is profitable.
6176 bool CodeGenPrepare::optimizeExtractElementInst(Instruction *Inst) {
6177   unsigned CombineCost = std::numeric_limits<unsigned>::max();
6178   if (DisableStoreExtract || !TLI ||
6179       (!StressStoreExtract &&
6180        !TLI->canCombineStoreAndExtract(Inst->getOperand(0)->getType(),
6181                                        Inst->getOperand(1), CombineCost)))
6182     return false;
6183
6184   // At this point we know that Inst is a vector to scalar transition.
6185   // Try to move it down the def-use chain, until:
6186   // - We can combine the transition with its single use
6187   //   => we got rid of the transition.
6188   // - We escape the current basic block
6189   //   => we would need to check that we are moving it at a cheaper place and
6190   //      we do not do that for now.
6191   BasicBlock *Parent = Inst->getParent();
6192   LLVM_DEBUG(dbgs() << "Found an interesting transition: " << *Inst << '\n');
6193   VectorPromoteHelper VPH(*DL, *TLI, *TTI, Inst, CombineCost);
6194   // If the transition has more than one use, assume this is not going to be
6195   // beneficial.
6196   while (Inst->hasOneUse()) {
6197     Instruction *ToBePromoted = cast<Instruction>(*Inst->user_begin());
6198     LLVM_DEBUG(dbgs() << "Use: " << *ToBePromoted << '\n');
6199
6200     if (ToBePromoted->getParent() != Parent) {
6201       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Instruction to promote is in a different block ("
6202                         << ToBePromoted->getParent()->getName()
6203                         << ") than the transition (" << Parent->getName()
6204                         << ").\n");
6205       return false;
6206     }
6207
6208     if (VPH.canCombine(ToBePromoted)) {
6209       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Assume " << *Inst << '\n'
6210                         << "will be combined with: " << *ToBePromoted << '\n');
6211       VPH.recordCombineInstruction(ToBePromoted);
6212       bool Changed = VPH.promote();
6213       NumStoreExtractExposed += Changed;
6214       return Changed;
6215     }
6216
6217     LLVM_DEBUG(dbgs() << "Try promoting.\n");
6218     if (!VPH.canPromote(ToBePromoted) || !VPH.shouldPromote(ToBePromoted))
6219       return false;
6220
6221     LLVM_DEBUG(dbgs() << "Promoting is possible... Enqueue for promotion!\n");
6222
6223     VPH.enqueueForPromotion(ToBePromoted);
6224     Inst = ToBePromoted;
6225   }
6226   return false;
6227 }
6228
6229 /// For the instruction sequence of store below, F and I values
6230 /// are bundled together as an i64 value before being stored into memory.
6231 /// Sometimes it is more efficient to generate separate stores for F and I,
6232 /// which can remove the bitwise instructions or sink them to colder places.
6233 ///
6234 ///   (store (or (zext (bitcast F to i32) to i64),
6235 ///              (shl (zext I to i64), 32)), addr)  -->
6236 ///   (store F, addr) and (store I, addr+4)
6237 ///
6238 /// Similarly, splitting for other merged store can also be beneficial, like:
6239 /// For pair of {i32, i32}, i64 store --> two i32 stores.
6240 /// For pair of {i32, i16}, i64 store --> two i32 stores.
6241 /// For pair of {i16, i16}, i32 store --> two i16 stores.
6242 /// For pair of {i16, i8},  i32 store --> two i16 stores.
6243 /// For pair of {i8, i8},   i16 store --> two i8 stores.
6244 ///
6245 /// We allow each target to determine specifically which kind of splitting is
6246 /// supported.
6247 ///
6248 /// The store patterns are commonly seen from the simple code snippet below
6249 /// if only std::make_pair(...) is sroa transformed before inlined into hoo.
6250 ///   void goo(const std::pair<int, float> &);
6251 ///   hoo() {
6252 ///     ...
6253 ///     goo(std::make_pair(tmp, ftmp));
6254 ///     ...
6255 ///   }
6256 ///
6257 /// Although we already have similar splitting in DAG Combine, we duplicate
6258 /// it in CodeGenPrepare to catch the case in which pattern is across
6259 /// multiple BBs. The logic in DAG Combine is kept to catch case generated
6260 /// during code expansion.
6261 static bool splitMergedValStore(StoreInst &SI, const DataLayout &DL,
6262                                 const TargetLowering &TLI) {
6263   // Handle simple but common cases only.
6264   Type *StoreType = SI.getValueOperand()->getType();
6265   if (DL.getTypeStoreSizeInBits(StoreType) != DL.getTypeSizeInBits(StoreType) ||
6266       DL.getTypeSizeInBits(StoreType) == 0)
6267     return false;
6268
6269   unsigned HalfValBitSize = DL.getTypeSizeInBits(StoreType) / 2;
6270   Type *SplitStoreType = Type::getIntNTy(SI.getContext(), HalfValBitSize);
6271   if (DL.getTypeStoreSizeInBits(SplitStoreType) !=
6272       DL.getTypeSizeInBits(SplitStoreType))
6273     return false;
6274
6275   // Match the following patterns:
6276   // (store (or (zext LValue to i64),
6277   //            (shl (zext HValue to i64), 32)), HalfValBitSize)
6278   //  or
6279   // (store (or (shl (zext HValue to i64), 32)), HalfValBitSize)
6280   //            (zext LValue to i64),
6281   // Expect both operands of OR and the first operand of SHL have only
6282   // one use.
6283   Value *LValue, *HValue;
6284   if (!match(SI.getValueOperand(),
6285              m_c_Or(m_OneUse(m_ZExt(m_Value(LValue))),
6286                     m_OneUse(m_Shl(m_OneUse(m_ZExt(m_Value(HValue))),
6287                                    m_SpecificInt(HalfValBitSize))))))
6288     return false;
6289
6290   // Check LValue and HValue are int with size less or equal than 32.
6291   if (!LValue->getType()->isIntegerTy() ||
6292       DL.getTypeSizeInBits(LValue->getType()) > HalfValBitSize ||
6293       !HValue->getType()->isIntegerTy() ||
6294       DL.getTypeSizeInBits(HValue->getType()) > HalfValBitSize)
6295     return false;
6296
6297   // If LValue/HValue is a bitcast instruction, use the EVT before bitcast
6298   // as the input of target query.
6299   auto *LBC = dyn_cast<BitCastInst>(LValue);
6300   auto *HBC = dyn_cast<BitCastInst>(HValue);
6301   EVT LowTy = LBC ? EVT::getEVT(LBC->getOperand(0)->getType())
6302                   : EVT::getEVT(LValue->getType());
6303   EVT HighTy = HBC ? EVT::getEVT(HBC->getOperand(0)->getType())
6304                    : EVT::getEVT(HValue->getType());
6305   if (!ForceSplitStore && !TLI.isMultiStoresCheaperThanBitsMerge(LowTy, HighTy))
6306     return false;
6307
6308   // Start to split store.
6309   IRBuilder<> Builder(SI.getContext());
6310   Builder.SetInsertPoint(&SI);
6311
6312   // If LValue/HValue is a bitcast in another BB, create a new one in current
6313   // BB so it may be merged with the splitted stores by dag combiner.
6314   if (LBC && LBC->getParent() != SI.getParent())
6315     LValue = Builder.CreateBitCast(LBC->getOperand(0), LBC->getType());
6316   if (HBC && HBC->getParent() != SI.getParent())
6317     HValue = Builder.CreateBitCast(HBC->getOperand(0), HBC->getType());
6318
6319   bool IsLE = SI.getModule()->getDataLayout().isLittleEndian();
6320   auto CreateSplitStore = [&](Value *V, bool Upper) {
6321     V = Builder.CreateZExtOrBitCast(V, SplitStoreType);
6322     Value *Addr = Builder.CreateBitCast(
6323         SI.getOperand(1),
6324         SplitStoreType->getPointerTo(SI.getPointerAddressSpace()));
6325     if ((IsLE && Upper) || (!IsLE && !Upper))
6326       Addr = Builder.CreateGEP(
6327           SplitStoreType, Addr,
6328           ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(SI.getContext()), 1));
6329     Builder.CreateAlignedStore(
6330         V, Addr, Upper ? SI.getAlignment() / 2 : SI.getAlignment());
6331   };
6332
6333   CreateSplitStore(LValue, false);
6334   CreateSplitStore(HValue, true);
6335
6336   // Delete the old store.
6337   SI.eraseFromParent();
6338   return true;
6339 }
6340
6341 // Return true if the GEP has two operands, the first operand is of a sequential
6342 // type, and the second operand is a constant.
6343 static bool GEPSequentialConstIndexed(GetElementPtrInst *GEP) {
6344   gep_type_iterator I = gep_type_begin(*GEP);
6345   return GEP->getNumOperands() == 2 &&
6346       I.isSequential() &&
6347       isa<ConstantInt>(GEP->getOperand(1));
6348 }
6349
6350 // Try unmerging GEPs to reduce liveness interference (register pressure) across
6351 // IndirectBr edges. Since IndirectBr edges tend to touch on many blocks,
6352 // reducing liveness interference across those edges benefits global register
6353 // allocation. Currently handles only certain cases.
6354 //
6355 // For example, unmerge %GEPI and %UGEPI as below.
6356 //
6357 // ---------- BEFORE ----------
6358 // SrcBlock:
6359 //   ...
6360 //   %GEPIOp = ...
6361 //   ...
6362 //   %GEPI = gep %GEPIOp, Idx
6363 //   ...
6364 //   indirectbr ... [ label %DstB0, label %DstB1, ... label %DstBi ... ]
6365 //   (* %GEPI is alive on the indirectbr edges due to other uses ahead)
6366 //   (* %GEPIOp is alive on the indirectbr edges only because of it's used by
6367 //   %UGEPI)
6368 //
6369 // DstB0: ... (there may be a gep similar to %UGEPI to be unmerged)
6370 // DstB1: ... (there may be a gep similar to %UGEPI to be unmerged)
6371 // ...
6372 //
6373 // DstBi:
6374 //   ...
6375 //   %UGEPI = gep %GEPIOp, UIdx
6376 // ...
6377 // ---------------------------
6378 //
6379 // ---------- AFTER ----------
6380 // SrcBlock:
6381 //   ... (same as above)
6382 //    (* %GEPI is still alive on the indirectbr edges)
6383 //    (* %GEPIOp is no longer alive on the indirectbr edges as a result of the
6384 //    unmerging)
6385 // ...
6386 //
6387 // DstBi:
6388 //   ...
6389 //   %UGEPI = gep %GEPI, (UIdx-Idx)
6390 //   ...
6391 // ---------------------------
6392 //
6393 // The register pressure on the IndirectBr edges is reduced because %GEPIOp is
6394 // no longer alive on them.
6395 //
6396 // We try to unmerge GEPs here in CodGenPrepare, as opposed to limiting merging
6397 // of GEPs in the first place in InstCombiner::visitGetElementPtrInst() so as
6398 // not to disable further simplications and optimizations as a result of GEP
6399 // merging.
6400 //
6401 // Note this unmerging may increase the length of the data flow critical path
6402 // (the path from %GEPIOp to %UGEPI would go through %GEPI), which is a tradeoff
6403 // between the register pressure and the length of data-flow critical
6404 // path. Restricting this to the uncommon IndirectBr case would minimize the
6405 // impact of potentially longer critical path, if any, and the impact on compile
6406 // time.
6407 static bool tryUnmergingGEPsAcrossIndirectBr(GetElementPtrInst *GEPI,
6408                                              const TargetTransformInfo *TTI) {
6409   BasicBlock *SrcBlock = GEPI->getParent();
6410   // Check that SrcBlock ends with an IndirectBr. If not, give up. The common
6411   // (non-IndirectBr) cases exit early here.
6412   if (!isa<IndirectBrInst>(SrcBlock->getTerminator()))
6413     return false;
6414   // Check that GEPI is a simple gep with a single constant index.
6415   if (!GEPSequentialConstIndexed(GEPI))
6416     return false;
6417   ConstantInt *GEPIIdx = cast<ConstantInt>(GEPI->getOperand(1));
6418   // Check that GEPI is a cheap one.
6419   if (TTI->getIntImmCost(GEPIIdx->getValue(), GEPIIdx->getType())
6420       > TargetTransformInfo::TCC_Basic)
6421     return false;
6422   Value *GEPIOp = GEPI->getOperand(0);
6423   // Check that GEPIOp is an instruction that's also defined in SrcBlock.
6424   if (!isa<Instruction>(GEPIOp))
6425     return false;
6426   auto *GEPIOpI = cast<Instruction>(GEPIOp);
6427   if (GEPIOpI->getParent() != SrcBlock)
6428     return false;
6429   // Check that GEP is used outside the block, meaning it's alive on the
6430   // IndirectBr edge(s).
6431   if (find_if(GEPI->users(), [&](User *Usr) {
6432         if (auto *I = dyn_cast<Instruction>(Usr)) {
6433           if (I->getParent() != SrcBlock) {
6434             return true;
6435           }
6436         }
6437         return false;
6438       }) == GEPI->users().end())
6439     return false;
6440   // The second elements of the GEP chains to be unmerged.
6441   std::vector<GetElementPtrInst *> UGEPIs;
6442   // Check each user of GEPIOp to check if unmerging would make GEPIOp not alive
6443   // on IndirectBr edges.
6444   for (User *Usr : GEPIOp->users()) {
6445     if (Usr == GEPI) continue;
6446     // Check if Usr is an Instruction. If not, give up.
6447     if (!isa<Instruction>(Usr))
6448       return false;
6449     auto *UI = cast<Instruction>(Usr);
6450     // Check if Usr in the same block as GEPIOp, which is fine, skip.
6451     if (UI->getParent() == SrcBlock)
6452       continue;
6453     // Check if Usr is a GEP. If not, give up.
6454     if (!isa<GetElementPtrInst>(Usr))
6455       return false;
6456     auto *UGEPI = cast<GetElementPtrInst>(Usr);
6457     // Check if UGEPI is a simple gep with a single constant index and GEPIOp is
6458     // the pointer operand to it. If so, record it in the vector. If not, give
6459     // up.
6460     if (!GEPSequentialConstIndexed(UGEPI))
6461       return false;
6462     if (UGEPI->getOperand(0) != GEPIOp)
6463       return false;
6464     if (GEPIIdx->getType() !=
6465         cast<ConstantInt>(UGEPI->getOperand(1))->getType())
6466       return false;
6467     ConstantInt *UGEPIIdx = cast<ConstantInt>(UGEPI->getOperand(1));
6468     if (TTI->getIntImmCost(UGEPIIdx->getValue(), UGEPIIdx->getType())
6469         > TargetTransformInfo::TCC_Basic)
6470       return false;
6471     UGEPIs.push_back(UGEPI);
6472   }
6473   if (UGEPIs.size() == 0)
6474     return false;
6475   // Check the materializing cost of (Uidx-Idx).
6476   for (GetElementPtrInst *UGEPI : UGEPIs) {
6477     ConstantInt *UGEPIIdx = cast<ConstantInt>(UGEPI->getOperand(1));
6478     APInt NewIdx = UGEPIIdx->getValue() - GEPIIdx->getValue();
6479     unsigned ImmCost = TTI->getIntImmCost(NewIdx, GEPIIdx->getType());
6480     if (ImmCost > TargetTransformInfo::TCC_Basic)
6481       return false;
6482   }
6483   // Now unmerge between GEPI and UGEPIs.
6484   for (GetElementPtrInst *UGEPI : UGEPIs) {
6485     UGEPI->setOperand(0, GEPI);
6486     ConstantInt *UGEPIIdx = cast<ConstantInt>(UGEPI->getOperand(1));
6487     Constant *NewUGEPIIdx =
6488         ConstantInt::get(GEPIIdx->getType(),
6489                          UGEPIIdx->getValue() - GEPIIdx->getValue());
6490     UGEPI->setOperand(1, NewUGEPIIdx);
6491     // If GEPI is not inbounds but UGEPI is inbounds, change UGEPI to not
6492     // inbounds to avoid UB.
6493     if (!GEPI->isInBounds()) {
6494       UGEPI->setIsInBounds(false);
6495     }
6496   }
6497   // After unmerging, verify that GEPIOp is actually only used in SrcBlock (not
6498   // alive on IndirectBr edges).
6499   assert(find_if(GEPIOp->users(), [&](User *Usr) {
6500         return cast<Instruction>(Usr)->getParent() != SrcBlock;
6501       }) == GEPIOp->users().end() && "GEPIOp is used outside SrcBlock");
6502   return true;
6503 }
6504
6505 bool CodeGenPrepare::optimizeInst(Instruction *I, bool &ModifiedDT) {
6506   // Bail out if we inserted the instruction to prevent optimizations from
6507   // stepping on each other's toes.
6508   if (InsertedInsts.count(I))
6509     return false;
6510
6511   if (PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(I)) {
6512     // It is possible for very late stage optimizations (such as SimplifyCFG)
6513     // to introduce PHI nodes too late to be cleaned up.  If we detect such a
6514     // trivial PHI, go ahead and zap it here.
6515     if (Value *V = SimplifyInstruction(P, {*DL, TLInfo})) {
6516       P->replaceAllUsesWith(V);
6517       P->eraseFromParent();
6518       ++NumPHIsElim;
6519       return true;
6520     }
6521     return false;
6522   }
6523
6524   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(I)) {
6525     // If the source of the cast is a constant, then this should have
6526     // already been constant folded.  The only reason NOT to constant fold
6527     // it is if something (e.g. LSR) was careful to place the constant
6528     // evaluation in a block other than then one that uses it (e.g. to hoist
6529     // the address of globals out of a loop).  If this is the case, we don't
6530     // want to forward-subst the cast.
6531     if (isa<Constant>(CI->getOperand(0)))
6532       return false;
6533
6534     if (TLI && OptimizeNoopCopyExpression(CI, *TLI, *DL))
6535       return true;
6536
6537     if (isa<ZExtInst>(I) || isa<SExtInst>(I)) {
6538       /// Sink a zext or sext into its user blocks if the target type doesn't
6539       /// fit in one register
6540       if (TLI &&
6541           TLI->getTypeAction(CI->getContext(),
6542                              TLI->getValueType(*DL, CI->getType())) ==
6543               TargetLowering::TypeExpandInteger) {
6544         return SinkCast(CI);
6545       } else {
6546         bool MadeChange = optimizeExt(I);
6547         return MadeChange | optimizeExtUses(I);
6548       }
6549     }
6550     return false;
6551   }
6552
6553   if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
6554     if (!TLI || !TLI->hasMultipleConditionRegisters())
6555       return OptimizeCmpExpression(CI, TLI);
6556
6557   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
6558     LI->setMetadata(LLVMContext::MD_invariant_group, nullptr);
6559     if (TLI) {
6560       bool Modified = optimizeLoadExt(LI);
6561       unsigned AS = LI->getPointerAddressSpace();
6562       Modified |= optimizeMemoryInst(I, I->getOperand(0), LI->getType(), AS);
6563       return Modified;
6564     }
6565     return false;
6566   }
6567
6568   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
6569     if (TLI && splitMergedValStore(*SI, *DL, *TLI))
6570       return true;
6571     SI->setMetadata(LLVMContext::MD_invariant_group, nullptr);
6572     if (TLI) {
6573       unsigned AS = SI->getPointerAddressSpace();
6574       return optimizeMemoryInst(I, SI->getOperand(1),
6575                                 SI->getOperand(0)->getType(), AS);
6576     }
6577     return false;
6578   }
6579
6580   if (AtomicRMWInst *RMW = dyn_cast<AtomicRMWInst>(I)) {
6581       unsigned AS = RMW->getPointerAddressSpace();
6582       return optimizeMemoryInst(I, RMW->getPointerOperand(),
6583                                 RMW->getType(), AS);
6584   }
6585
6586   if (AtomicCmpXchgInst *CmpX = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(I)) {
6587       unsigned AS = CmpX->getPointerAddressSpace();
6588       return optimizeMemoryInst(I, CmpX->getPointerOperand(),
6589                                 CmpX->getCompareOperand()->getType(), AS);
6590   }
6591
6592   BinaryOperator *BinOp = dyn_cast<BinaryOperator>(I);
6593
6594   if (BinOp && (BinOp->getOpcode() == Instruction::And) &&
6595       EnableAndCmpSinking && TLI)
6596     return sinkAndCmp0Expression(BinOp, *TLI, InsertedInsts);
6597
6598   if (BinOp && (BinOp->getOpcode() == Instruction::AShr ||
6599                 BinOp->getOpcode() == Instruction::LShr)) {
6600     ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(BinOp->getOperand(1));
6601     if (TLI && CI && TLI->hasExtractBitsInsn())
6602       return OptimizeExtractBits(BinOp, CI, *TLI, *DL);
6603
6604     return false;
6605   }
6606
6607   if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
6608     if (GEPI->hasAllZeroIndices()) {
6609       /// The GEP operand must be a pointer, so must its result -> BitCast
6610       Instruction *NC = new BitCastInst(GEPI->getOperand(0), GEPI->getType(),
6611                                         GEPI->getName(), GEPI);
6612       NC->setDebugLoc(GEPI->getDebugLoc());
6613       GEPI->replaceAllUsesWith(NC);
6614       GEPI->eraseFromParent();
6615       ++NumGEPsElim;
6616       optimizeInst(NC, ModifiedDT);
6617       return true;
6618     }
6619     if (tryUnmergingGEPsAcrossIndirectBr(GEPI, TTI)) {
6620       return true;
6621     }
6622     return false;
6623   }
6624
6625   if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
6626     return optimizeCallInst(CI, ModifiedDT);
6627
6628   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(I))
6629     return optimizeSelectInst(SI);
6630
6631   if (ShuffleVectorInst *SVI = dyn_cast<ShuffleVectorInst>(I))
6632     return optimizeShuffleVectorInst(SVI);
6633
6634   if (auto *Switch = dyn_cast<SwitchInst>(I))
6635     return optimizeSwitchInst(Switch);
6636
6637   if (isa<ExtractElementInst>(I))
6638     return optimizeExtractElementInst(I);
6639
6640   return false;
6641 }
6642
6643 /// Given an OR instruction, check to see if this is a bitreverse
6644 /// idiom. If so, insert the new intrinsic and return true.
6645 static bool makeBitReverse(Instruction &I, const DataLayout &DL,
6646                            const TargetLowering &TLI) {
6647   if (!I.getType()->isIntegerTy() ||
6648       !TLI.isOperationLegalOrCustom(ISD::BITREVERSE,
6649                                     TLI.getValueType(DL, I.getType(), true)))
6650     return false;
6651
6652   SmallVector<Instruction*, 4> Insts;
6653   if (!recognizeBSwapOrBitReverseIdiom(&I, false, true, Insts))
6654     return false;
6655   Instruction *LastInst = Insts.back();
6656   I.replaceAllUsesWith(LastInst);
6657   RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(&I);
6658   return true;
6659 }
6660
6661 // In this pass we look for GEP and cast instructions that are used
6662 // across basic blocks and rewrite them to improve basic-block-at-a-time
6663 // selection.
6664 bool CodeGenPrepare::optimizeBlock(BasicBlock &BB, bool &ModifiedDT) {
6665   SunkAddrs.clear();
6666   bool MadeChange = false;
6667
6668   CurInstIterator = BB.begin();
6669   while (CurInstIterator != BB.end()) {
6670     MadeChange |= optimizeInst(&*CurInstIterator++, ModifiedDT);
6671     if (ModifiedDT)
6672       return true;
6673   }
6674
6675   bool MadeBitReverse = true;
6676   while (TLI && MadeBitReverse) {
6677     MadeBitReverse = false;
6678     for (auto &I : reverse(BB)) {
6679       if (makeBitReverse(I, *DL, *TLI)) {
6680         MadeBitReverse = MadeChange = true;
6681         ModifiedDT = true;
6682         break;
6683       }
6684     }
6685   }
6686   MadeChange |= dupRetToEnableTailCallOpts(&BB);
6687
6688   return MadeChange;
6689 }
6690
6691 // llvm.dbg.value is far away from the value then iSel may not be able
6692 // handle it properly. iSel will drop llvm.dbg.value if it can not
6693 // find a node corresponding to the value.
6694 bool CodeGenPrepare::placeDbgValues(Function &F) {
6695   bool MadeChange = false;
6696   for (BasicBlock &BB : F) {
6697     Instruction *PrevNonDbgInst = nullptr;
6698     for (BasicBlock::iterator BI = BB.begin(), BE = BB.end(); BI != BE;) {
6699       Instruction *Insn = &*BI++;
6700       DbgValueInst *DVI = dyn_cast<DbgValueInst>(Insn);
6701       // Leave dbg.values that refer to an alloca alone. These
6702       // intrinsics describe the address of a variable (= the alloca)
6703       // being taken.  They should not be moved next to the alloca
6704       // (and to the beginning of the scope), but rather stay close to
6705       // where said address is used.
6706       if (!DVI || (DVI->getValue() && isa<AllocaInst>(DVI->getValue()))) {
6707         PrevNonDbgInst = Insn;
6708         continue;
6709       }
6710
6711       Instruction *VI = dyn_cast_or_null<Instruction>(DVI->getValue());
6712       if (VI && VI != PrevNonDbgInst && !VI->isTerminator()) {
6713         // If VI is a phi in a block with an EHPad terminator, we can't insert
6714         // after it.
6715         if (isa<PHINode>(VI) && VI->getParent()->getTerminator()->isEHPad())
6716           continue;
6717         LLVM_DEBUG(dbgs() << "Moving Debug Value before :\n"
6718                           << *DVI << ' ' << *VI);
6719         DVI->removeFromParent();
6720         if (isa<PHINode>(VI))
6721           DVI->insertBefore(&*VI->getParent()->getFirstInsertionPt());
6722         else
6723           DVI->insertAfter(VI);
6724         MadeChange = true;
6725         ++NumDbgValueMoved;
6726       }
6727     }
6728   }
6729   return MadeChange;
6730 }
6731
6732 /// Scale down both weights to fit into uint32_t.
6733 static void scaleWeights(uint64_t &NewTrue, uint64_t &NewFalse) {
6734   uint64_t NewMax = (NewTrue > NewFalse) ? NewTrue : NewFalse;
6735   uint32_t Scale = (NewMax / std::numeric_limits<uint32_t>::max()) + 1;
6736   NewTrue = NewTrue / Scale;
6737   NewFalse = NewFalse / Scale;
6738 }
6739
6740 /// Some targets prefer to split a conditional branch like:
6741 /// \code
6742 ///   %0 = icmp ne i32 %a, 0
6743 ///   %1 = icmp ne i32 %b, 0
6744 ///   %or.cond = or i1 %0, %1
6745 ///   br i1 %or.cond, label %TrueBB, label %FalseBB
6746 /// \endcode
6747 /// into multiple branch instructions like:
6748 /// \code
6749 ///   bb1:
6750 ///     %0 = icmp ne i32 %a, 0
6751 ///     br i1 %0, label %TrueBB, label %bb2
6752 ///   bb2:
6753 ///     %1 = icmp ne i32 %b, 0
6754 ///     br i1 %1, label %TrueBB, label %FalseBB
6755 /// \endcode
6756 /// This usually allows instruction selection to do even further optimizations
6757 /// and combine the compare with the branch instruction. Currently this is
6758 /// applied for targets which have "cheap" jump instructions.
6759 ///
6760 /// FIXME: Remove the (equivalent?) implementation in SelectionDAG.
6761 ///
6762 bool CodeGenPrepare::splitBranchCondition(Function &F) {
6763   if (!TM || !TM->Options.EnableFastISel || !TLI || TLI->isJumpExpensive())
6764     return false;
6765
6766   bool MadeChange = false;
6767   for (auto &BB : F) {
6768     // Does this BB end with the following?
6769     //   %cond1 = icmp|fcmp|binary instruction ...
6770     //   %cond2 = icmp|fcmp|binary instruction ...
6771     //   %cond.or = or|and i1 %cond1, cond2
6772     //   br i1 %cond.or label %dest1, label %dest2"
6773     BinaryOperator *LogicOp;
6774     BasicBlock *TBB, *FBB;
6775     if (!match(BB.getTerminator(), m_Br(m_OneUse(m_BinOp(LogicOp)), TBB, FBB)))
6776       continue;
6777
6778     auto *Br1 = cast<BranchInst>(BB.getTerminator());
6779     if (Br1->getMetadata(LLVMContext::MD_unpredictable))
6780       continue;
6781
6782     unsigned Opc;
6783     Value *Cond1, *Cond2;
6784     if (match(LogicOp, m_And(m_OneUse(m_Value(Cond1)),
6785                              m_OneUse(m_Value(Cond2)))))
6786       Opc = Instruction::And;
6787     else if (match(LogicOp, m_Or(m_OneUse(m_Value(Cond1)),
6788                                  m_OneUse(m_Value(Cond2)))))
6789       Opc = Instruction::Or;
6790     else
6791       continue;
6792
6793     if (!match(Cond1, m_CombineOr(m_Cmp(), m_BinOp())) ||
6794         !match(Cond2, m_CombineOr(m_Cmp(), m_BinOp()))   )
6795       continue;
6796
6797     LLVM_DEBUG(dbgs() << "Before branch condition splitting\n"; BB.dump());
6798
6799     // Create a new BB.
6800     auto TmpBB =
6801         BasicBlock::Create(BB.getContext(), BB.getName() + ".cond.split",
6802                            BB.getParent(), BB.getNextNode());
6803
6804     // Update original basic block by using the first condition directly by the
6805     // branch instruction and removing the no longer needed and/or instruction.
6806     Br1->setCondition(Cond1);
6807     LogicOp->eraseFromParent();
6808
6809     // Depending on the condition we have to either replace the true or the
6810     // false successor of the original branch instruction.
6811     if (Opc == Instruction::And)
6812       Br1->setSuccessor(0, TmpBB);
6813     else
6814       Br1->setSuccessor(1, TmpBB);
6815
6816     // Fill in the new basic block.
6817     auto *Br2 = IRBuilder<>(TmpBB).CreateCondBr(Cond2, TBB, FBB);
6818     if (auto *I = dyn_cast<Instruction>(Cond2)) {
6819       I->removeFromParent();
6820       I->insertBefore(Br2);
6821     }
6822
6823     // Update PHI nodes in both successors. The original BB needs to be
6824     // replaced in one successor's PHI nodes, because the branch comes now from
6825     // the newly generated BB (NewBB). In the other successor we need to add one
6826     // incoming edge to the PHI nodes, because both branch instructions target
6827     // now the same successor. Depending on the original branch condition
6828     // (and/or) we have to swap the successors (TrueDest, FalseDest), so that
6829     // we perform the correct update for the PHI nodes.
6830     // This doesn't change the successor order of the just created branch
6831     // instruction (or any other instruction).
6832     if (Opc == Instruction::Or)
6833       std::swap(TBB, FBB);
6834
6835     // Replace the old BB with the new BB.
6836     for (PHINode &PN : TBB->phis()) {
6837       int i;
6838       while ((i = PN.getBasicBlockIndex(&BB)) >= 0)
6839         PN.setIncomingBlock(i, TmpBB);
6840     }
6841
6842     // Add another incoming edge form the new BB.
6843     for (PHINode &PN : FBB->phis()) {
6844       auto *Val = PN.getIncomingValueForBlock(&BB);
6845       PN.addIncoming(Val, TmpBB);
6846     }
6847
6848     // Update the branch weights (from SelectionDAGBuilder::
6849     // FindMergedConditions).
6850     if (Opc == Instruction::Or) {
6851       // Codegen X | Y as:
6852       // BB1:
6853       //   jmp_if_X TBB
6854       //   jmp TmpBB
6855       // TmpBB:
6856       //   jmp_if_Y TBB
6857       //   jmp FBB
6858       //
6859
6860       // We have flexibility in setting Prob for BB1 and Prob for NewBB.
6861       // The requirement is that
6862       //   TrueProb for BB1 + (FalseProb for BB1 * TrueProb for TmpBB)
6863       //     = TrueProb for original BB.
6864       // Assuming the original weights are A and B, one choice is to set BB1's
6865       // weights to A and A+2B, and set TmpBB's weights to A and 2B. This choice
6866       // assumes that
6867       //   TrueProb for BB1 == FalseProb for BB1 * TrueProb for TmpBB.
6868       // Another choice is to assume TrueProb for BB1 equals to TrueProb for
6869       // TmpBB, but the math is more complicated.
6870       uint64_t TrueWeight, FalseWeight;
6871       if (Br1->extractProfMetadata(TrueWeight, FalseWeight)) {
6872         uint64_t NewTrueWeight = TrueWeight;
6873         uint64_t NewFalseWeight = TrueWeight + 2 * FalseWeight;
6874         scaleWeights(NewTrueWeight, NewFalseWeight);
6875         Br1->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, MDBuilder(Br1->getContext())
6876                          .createBranchWeights(TrueWeight, FalseWeight));
6877
6878         NewTrueWeight = TrueWeight;
6879         NewFalseWeight = 2 * FalseWeight;
6880         scaleWeights(NewTrueWeight, NewFalseWeight);
6881         Br2->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, MDBuilder(Br2->getContext())
6882                          .createBranchWeights(TrueWeight, FalseWeight));
6883       }
6884     } else {
6885       // Codegen X & Y as:
6886       // BB1:
6887       //   jmp_if_X TmpBB
6888       //   jmp FBB
6889       // TmpBB:
6890       //   jmp_if_Y TBB
6891       //   jmp FBB
6892       //
6893       //  This requires creation of TmpBB after CurBB.
6894
6895       // We have flexibility in setting Prob for BB1 and Prob for TmpBB.
6896       // The requirement is that
6897       //   FalseProb for BB1 + (TrueProb for BB1 * FalseProb for TmpBB)
6898       //     = FalseProb for original BB.
6899       // Assuming the original weights are A and B, one choice is to set BB1's
6900       // weights to 2A+B and B, and set TmpBB's weights to 2A and B. This choice
6901       // assumes that
6902       //   FalseProb for BB1 == TrueProb for BB1 * FalseProb for TmpBB.
6903       uint64_t TrueWeight, FalseWeight;
6904       if (Br1->extractProfMetadata(TrueWeight, FalseWeight)) {
6905         uint64_t NewTrueWeight = 2 * TrueWeight + FalseWeight;
6906         uint64_t NewFalseWeight = FalseWeight;
6907         scaleWeights(NewTrueWeight, NewFalseWeight);
6908         Br1->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, MDBuilder(Br1->getContext())
6909                          .createBranchWeights(TrueWeight, FalseWeight));
6910
6911         NewTrueWeight = 2 * TrueWeight;
6912         NewFalseWeight = FalseWeight;
6913         scaleWeights(NewTrueWeight, NewFalseWeight);
6914         Br2->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, MDBuilder(Br2->getContext())
6915                          .createBranchWeights(TrueWeight, FalseWeight));
6916       }
6917     }
6918
6919     // Note: No point in getting fancy here, since the DT info is never
6920     // available to CodeGenPrepare.
6921     ModifiedDT = true;
6922
6923     MadeChange = true;
6924
6925     LLVM_DEBUG(dbgs() << "After branch condition splitting\n"; BB.dump();
6926                TmpBB->dump());
6927   }
6928   return MadeChange;
6929 }