nudt-compiler-cpp/src/ir/passes/ConstFold.cpp

// IR 常量折叠：
// - 折叠可判定的常量表达式
// - 简化常量控制流分支（按实现范围裁剪）

#include "ir/IR.h"

#include <algorithm>
#include <climits>
#include <cmath>
#include <iostream>
#include <memory>
#include <unordered_map>
#include <vector>

namespace ir {

namespace {

// 尝试对二元指令进行常量折叠
// 返回折叠后的常量，如果无法折叠则返回 nullptr
ConstantValue* TryFoldBinary(Opcode op, Value* lhs, Value* rhs, Context& ctx) {
  auto* lhs_const = dynamic_cast<ConstantInt*>(lhs);
  auto* rhs_const = dynamic_cast<ConstantInt*>(rhs);
  
  if (lhs_const && rhs_const) {
    // 整数常量折叠
    int lv = lhs_const->GetValue();
    int rv = rhs_const->GetValue();
    int result = 0;
    
    switch (op) {
      case Opcode::Add: result = static_cast<int>(static_cast<unsigned int>(lv) + static_cast<unsigned int>(rv)); break;
      case Opcode::Sub: result = static_cast<int>(static_cast<unsigned int>(lv) - static_cast<unsigned int>(rv)); break;
      case Opcode::Mul: result = static_cast<int>(static_cast<unsigned int>(lv) * static_cast<unsigned int>(rv)); break;
      case Opcode::Div:
        if (rv == 0) return nullptr;
        if (lv == INT_MIN && rv == -1) return nullptr;
        result = lv / rv;
        break;
      case Opcode::Mod:
        if (rv == 0) return nullptr;
        if (lv == INT_MIN && rv == -1) return nullptr;
        result = lv % rv;
        break;
      case Opcode::Eq: return ctx.GetConstBool(lv == rv ? 1 : 0);
      case Opcode::Ne: return ctx.GetConstBool(lv != rv ? 1 : 0);
      case Opcode::Lt: return ctx.GetConstBool(lv < rv ? 1 : 0);
      case Opcode::Le: return ctx.GetConstBool(lv <= rv ? 1 : 0);
      case Opcode::Gt: return ctx.GetConstBool(lv > rv ? 1 : 0);
      case Opcode::Ge: return ctx.GetConstBool(lv >= rv ? 1 : 0);
      default: return nullptr;
    }
    
    return ctx.GetConstInt(result);
  }
  
  // 浮点常量折叠
  auto* lhs_float = dynamic_cast<ConstantFloat*>(lhs);
  auto* rhs_float = dynamic_cast<ConstantFloat*>(rhs);
  
  if (lhs_float && rhs_float) {
    double lv = lhs_float->GetValue();
    double rv = rhs_float->GetValue();
    
    switch (op) {
      case Opcode::Add: return ctx.GetConstFloat(lv + rv);
      case Opcode::Sub: return ctx.GetConstFloat(lv - rv);
      case Opcode::Mul: return ctx.GetConstFloat(lv * rv);
      case Opcode::Div:
        if (rv == 0.0) return nullptr;
        return ctx.GetConstFloat(lv / rv);
      case Opcode::Eq: return ctx.GetConstBool(lv == rv ? 1 : 0);
      case Opcode::Ne: return ctx.GetConstBool(lv != rv ? 1 : 0);
      case Opcode::Lt: return ctx.GetConstBool(lv < rv ? 1 : 0);
      case Opcode::Le: return ctx.GetConstBool(lv <= rv ? 1 : 0);
      case Opcode::Gt: return ctx.GetConstBool(lv > rv ? 1 : 0);
      case Opcode::Ge: return ctx.GetConstBool(lv >= rv ? 1 : 0);
      default: return nullptr;
    }
  }
  
  return nullptr;
}

// 尝试对类型转换指令进行常量折叠
ConstantValue* TryFoldCast(Opcode op, Value* operand, Context& ctx) {
  // SIToFP: int -> float
  if (op == Opcode::SIToFP) {
    if (auto* cint = dynamic_cast<ConstantInt*>(operand)) {
      return ctx.GetConstFloat(static_cast<double>(cint->GetValue()));
    }
  }
  
  // FPToSI: float -> int
  if (op == Opcode::FPToSI) {
    if (auto* cfloat = dynamic_cast<ConstantFloat*>(operand)) {
      double val = cfloat->GetValue();
      if (val < static_cast<double>(INT_MIN) || val >= static_cast<double>(INT_MAX) || std::isnan(val))
        return nullptr;
      return ctx.GetConstInt(static_cast<int>(val));
    }
  }
  
  // ZExt: i1 -> i32
  // 不要折叠 zext，因为折叠后类型从 i1 变成 i32，会破坏 IR 的类型正确性
  // 原操作数是 i1 类型，但折叠后的常量是 i32 类型
  if (op == Opcode::ZExt) {
    return nullptr;
  }
  
  return nullptr;
}

// 检查一个值是否是已知常量
bool IsConstantValue(Value* v) {
  return dynamic_cast<ConstantValue*>(v) != nullptr;
}

}  // namespace

void RunConstFold(Module& module) {
  auto& ctx = module.GetContext();
  
  for (auto& func_ptr : module.GetFunctions()) {
    auto* func = func_ptr.get();
    if (func->IsExternal()) continue;
    
    // 收集所有需要替换的指令及其常量结果
    std::unordered_map<Instruction*, ConstantValue*> to_replace;
    
    for (auto& bb : func->GetBlocks()) {
      for (auto& inst_ptr : bb->GetInstructions()) {
        auto* inst = inst_ptr.get();
        
        // 跳过 PHI 节点和终止指令
        if (dynamic_cast<PhiInst*>(inst)) continue;
        if (inst->IsTerminator()) continue;
        
        // 尝试折叠二元指令
        if (auto* bin = dynamic_cast<BinaryInst*>(inst)) {
          auto* lhs = bin->GetLhs();
          auto* rhs = bin->GetRhs();
          
          if (IsConstantValue(lhs) && IsConstantValue(rhs)) {
            if (auto* result = TryFoldBinary(bin->GetOpcode(), lhs, rhs, ctx)) {
              to_replace[inst] = result;
            }
          }
        }
        
        // 尝试折叠类型转换指令
        if (auto* cast = dynamic_cast<CastInst*>(inst)) {
          auto* operand = cast->GetOperandValue();
          
          if (IsConstantValue(operand)) {
            if (auto* result = TryFoldCast(cast->GetOpcode(), operand, ctx)) {
              to_replace[inst] = result;
            }
          }
        }
      }
    }
    
    // 执行替换
    for (auto& [inst, const_val] : to_replace) {
      if (inst && const_val) {
        inst->ReplaceAllUsesWith(const_val);
      }
    }
    
    // 删除已被替换的指令（没有剩余 use 的）
    for (auto& bb : func->GetBlocks()) {
      auto& insts = const_cast<std::vector<std::unique_ptr<Instruction>>&>(bb->GetInstructions());
      for (auto it = insts.begin(); it != insts.end();) {
        auto* inst = it->get();
        if (to_replace.count(inst) && inst->GetUses().empty()) {
          it = insts.erase(it);
        } else {
          ++it;
        }
      }
    }
  }
}

}  // namespace ir