Fixes #1354. Do not merge integer division.

* Removes merging of div with a div or mul for integers
* Updated tests

Add more folding rules for vector shuffle.

Adds rule to fold OpVectorShuffle with constant inputs.

Adds rules to fold OpCompositeExtrac being fed by an OpVectorShuffle.

Remove Function::GetBlocks pushed by accident

Remove uses DCEInst and call ADCE

The algorithm used in DCEInst to remove dead code is very slow.  It is
fine if you only want to remove a small number of instructions, but, if
you need to remove a large number of instructions, then the algorithm in
ADCE is much faster.

This PR removes the calls to DCEInst in the load-store removal passes
and adds a pass of ADCE afterwards.

A number of different iterations of the order of optimization, and I
believe this is the best I could find.

The results I have on 3 sets of shaders are:

Legalization:

Set 1: 5.39 -> 5.01
Set 2: 13.98 -> 8.38
Set 3: 98.00 -> 96.26

Performance passes:

Set 1: 6.90 -> 5.23
Set 2: 10.11 -> 6.62
Set 3: 253.69 -> 253.74

Size reduction passes:

Set 1: 7.16 -> 7.25
Set 2: 17.17 -> 16.81
Set 3: 112.06 -> 107.71

Note that the third set's compile time is large because of the large
number of basic blocks, not so much because of the number of
instructions.  That is why we don't see much gain there.

Consistently include latest spirv.h header file.

Use indirection through latest_version_spirv.h

Also, when generating enum tables, use the unified1 JSON grammar since
it now has FragmentFullyCoveredEXT but the other JSON grammars don't.
They are starting to fall behind.

Merge arithmetic with non-trivial constant operands

Adding basis of arithmetic merging

* Refactored constant collection in ConstantManager
* New rules:
 * consecutive negates
 * negate of arithmetic op with a constant
 * consecutive muls
 * reciprocal of div

* Removed IRContext::CanFoldFloatingPoint
 * replaced by Instruction::IsFloatingPointFoldingAllowed
* Fixed some bad tests
* added some header comments

Added PerformIntegerOperation

* minor fixes to constants and tests
* fixed IntMultiplyBy1 to work with 64 bit ints
* added tests for integer mul merging

Adding test for vector integer multiply merging

Adding support for merging integer add and sub through negate

* Added tests

Adding rules to merge mult with preceding divide

* Has a couple tests, but needs more
* Added more comments

Fixed bug in integer division folding

* Will no longer merge through integer division if there would be a
remainder in the division
* Added a bunch more tests

Adding rules to merge divide and multiply through divide

* Improved comments
* Added tests

Adding rules to handle mul or div of a negation

* Added tests

Changes for review

* Early exit if no constants are involved in more functions
* fixed some comments
* removed unused declaration
* clarified some logic

Adding new rules for add and subtract

* Fold adds of adds, subtracts or negates
* Fold subtracts of adds, subtracts or negates
* Added tests

Make IR builder use the type manager for constants

This change makes the IR builder use the type manager to generate
OpTypeInts when creating OpConstants. This avoids dangling references
being stored by the created OpConstants.

linker: merge debug annotations from category c)

Fixes: https://github.com/KhronosGroup/SPIRV-Tools/issues/1218

linker: Allow modules to be partially linked

Fixes: https://github.com/KhronosGroup/SPIRV-Tools/issues/1144

tools/linker: Allow setting --verify-ids on the command line

Update CHANGES

Add loop unswitch pass.

It moves all conditional branching and switch whose conditions are loop
invariant and uniform. Before performing the loop unswitch we check that
the loop does not contain any instruction that would prevent it
(barriers, group instructions etc.).

Unroller support for multiple induction variables

Support for multiple induction variables within a loop and support for
loop condition operands <= and >=.

Clean up variables before sroa

In some shaders there are a lot of very large and deeply nested
structures.  This creates a lot of work for scalar replacement.  Also,
since commit ca4457b we have been very aggressive as rewriting
variables.  This has causes a large increase in compile time in creating
and then deleting the instructions.

To help low the costs, I want to run a cleanup of some of the easy loads
and stores to remove.  This reduces the number of symbols sroa has to
work on.  It also reduces the amount of code the simplifier has to
simplify because it was not generated by sroa.

To confirm the improvement, I ran numbers on three different sets of
shaders:

Time to run --legalize-hlsl:

Set #1: 55.89s -> 12.0s
Set #2: 1m44s -> 1m40.5s
Set #3: 6.8s -> 5.7s

Time to run -O

Set #1: 18.8s -> 10.9s
Set #2: 5m44s -> 4m17s
Set #3: 7.8s -> 7.8s

Contributes to #1328.

Preserve analysies in the simplification pass

Fixes a bug at the same time.  In `UpdateDefUse`, if the definition
already exists, we are not suppose to analyse it again.  When you do
the entries for the definition are deleted, and we don't want that.
The check for this was wrong.

Appveyor: remove VS2015 configuration to reduce build time

We already have VS2013 and VS2017, which should be good guards.

Opt: Check for side-effects in DCEInst()

This function now checks for side-effects before adding operand
instructions to the dead instruction work list.

Because this fix puts more pressure on IsCombinatorInstruction() to
be correct, this commit adds all OpConstant* and OpType* instructions
to combinator_ops_ set.

Fixes #1341.

Fixes #1338. Handle OpConstantNull in branch/switch conditions

* No longer assume the branch/switch condition must be bool or int
constants (respectively)
* Added a couple unit tests for each case

Reduce instruction create and deletion during inlining.

When inlining a function call the instructions in the same basic block
as the call get cloned.  The clone is added to the set of new blocks
containing the inlined code, and the original instructions are deleted.

This PR will change this so that we simply move the instructions to the
new blocks.  This saves on the creation and deletion of the
instructions.

Contributes to #1328.

Add Insert-extract elimination back into legalization passes.

Fixes #1326.

Add folding for redundant add/sub/mul/div/mix operations

This change implements instruction folding for arithmetic operations
that are redundant, specifically:

  x + 0 = 0 + x = x
  x - 0 = x
  0 - x = -x
  x * 0 = 0 * x = 0
  x * 1 = 1 * x = x
  0 / x = 0
  x / 1 = x
  mix(a, b, 0) = a
  mix(a, b, 1) = b

Cache ExtInst import id in feature manager

This allows us to avoid string lookups during optimization; for now we
just cache GLSL std450 import id but I can imagine caching more sets as
they become utilized by the optimizer.

Add tests for add/sub/mul/div/mix folding

The tests cover scalar float/double cases, and some vector cases.

Since most of the code for floating point folding is shared, the tests
for vector folding are not as exhaustive as scalar.

To test sub->negate folding I had to implement a custom fixture.

Revert "Preserve analysies in the simplification pass"

This reverts commit ec3bbf093e686964d464e3a7c70e691d98ed82c1.

Preserve analysies in the simplification pass

Building the def-use chains is very expensive, so we do not want to
invalidate them it if is not necessary.  At the moment, it seems like
most optimizatoins are good at not invalidating the def-use chains, but
simplification does.

This PR get the simlification pass to keep the analysies valid.

Contributes to #1328.

Speed up Phi insertion.

On some shader code we have in our testsuite, Phi insertion is showing
massive compile time slowdowns, particularly during destruction.  The
specific shader I was looking at has about 600 variables to keep track
of and around 3200 basic blocks.  The algorithm is currently O(var x
blocks), which means maps with around 2M entries.  This was taking about
8 minutes of compile time.

This patch changes the tracking of stored variables to be more sparse.
Instead of having every basic block contain all the tracked variables in
the map, they now have only the variables actually stored in that block.

This speeds up deallocation, which brings down compile time to about
1m20s.

Note that this is not the definite fix for this.  I will re-write Phi
insertion to use a standard SSA rewriting algorithm
(https://github.com/KhronosGroup/SPIRV-Tools/issues/893).

This contributes to
https://github.com/KhronosGroup/SPIRV-Tools/issues/1328.

Travis: require MacOS to build and test again

Fix folding insert feeding extract

I mixed up two cases when folding an OpCompositeExtract that is feed by
and OpCompositeInsert.  The specific cases are demonstracted in the new
test.  I mixed up the conditions for the cases, and treated one like the
other.

Fixes #1323.

Fixes #1300. Adding checks for bad CCP transitions and unsettled values

* Now track propagation status and assert on bad statuses
 * Added helper methods to access instruction propagation status
* Modified the phi meet operator to properly reflect the paper it is
based on
* Modified SSA edge addition so that all edge are added, but only on
state changes
* Fixed a bug in instruction simulation where interesting conditional
branches would not mark the interesting edge as executed
 * Added a test to catch this bug
* Added an ostream operator for SSAPropagator::PropStatus

Removed warnings from hex_float.h

Bitcasting FloatProxy<->uint_type was hitting a warning
with g++8.0.1. Replace bitcasts with new casting traits for FloatProxy.

Make better use of simplification pass

The simplification pass works better after all of the dead branches are
removed.  So swapping them around in the legalization passes.  Also
adding the simplification pass to performance passes right after dead
branch elimination.

Added CCP to the legalization passes so we can propagate the constants
into the branchs, and remove as many branches a possible.  CCP is
designed to still get opportunities even if the branches are dead, so it
is a good place for it.

Fixes #1118

Add constant folding rules for floating-point comparison

This change handles all 6 regular comparison types in two variations,
ordered (true if values are ordered *and* comparison is true) and
unordered (true if values are unordered *or* comparison is true).

Ordered comparison matches the default floating-point behavior on host
but we use std::isnan to check ordering explicitly anyway.

This change also slightly reworks the floating-point folding support
code to make it possible to define a folding operation that returns
boolean instead of floating point.

These tests exhaustively test ordered/unordered comparisons for
float/double.

Since for NaN inputs the comparison result doesn't depend on the
comparison function, we just test == and !=; NaN inputs result in true
unordered comparisons and false ordered comparisons.

Remove constants from constant manager in KillInst

Registering a constant in constant manager establishes a relation
between instruction that defined it and constant object. On complex
shaders this could result in the constant definition getting removed as
part of one of the DCE pass, and a subsequent simplification pass trying
to use the defining instruction for the constant.

To fix this, we now remove associated constant entries from constant
manager when killing constant instructions; the constant object is still
registered and can be remapped to a new instruction later.

GetDefiningInstruction shouldn't ever return nullptr after this change
so add an assertion to check for that.

Simplify OpPhi instructions referencing unreachable continues

In dead branch elimination, we already recognize unreachable continue
blocks, and update OpPhi instruction accordingly.  This change adds an
extra check: if the head block has exactly 1 other incoming edge, then
replace the OpPhi with the value from that edge.

Fixes #1314.

Get CCP to use the constant floating point rules.

Fixes #1311

SubgroupBallotKHR can enable SubgroupSize & SubgroupLocalInvocationId

fix typo

Invoke cmake via CMAKE_COMMAND variable

Need to do this in case cmake is not on the path.
This should fix the Android NDK build, as in when building the NDK
itself.

Avoid using static unordered_map (#1304)

unordered_map is not POD. Using it as static may cause problems
when operator new() and operator delete() is customized.

Also changed some function signatures to use const char* instead
of std::string, which will give caller the flexibility to avoid
creating a std::string.

Add folding of redundant OpSelect insns

We can fold OpSelect into one of the operands in two cases:

- condition is constant
- both results are the same

Even if the original shader doesn't have either of these, if-conversion
pass sometimes ends up generating instructions like

   %7127 = OpSelect %int %3220 %7058 %7058

And this optimization cleans them up.

Add id to name map

Adding a map from an id to it set of OpName and OpMemberName
instructions.  This will be used in KillNameAndDecorates to kill the
names for the ids that are being removed.

In my test, the compile time for 50 shaders went from 1m57s to 55s.
This was on linux using the release build.

Fixes #1290.

Fold binary floating point operators.

Adds the floating rules for FAdd, FDiv, FMul, and FSub.

Contributes to #1164.

Initial support for loop unrolling.

This patch adds initial support for loop unrolling in the form of a
series of utility classes which perform the unrolling. The pass can
be run with the command spirv-opt --loop-unroll. This will unroll
loops within the module which have the unroll hint set. The unroller
imposes a number of requirements on the loops it can unroll. These are
documented in the comments for the LoopUtils::CanPerformUnroll method in
loop_utils.h. Some of the restrictions will be lifted in future patches.

Fixes #1295. Mark undef values as varying in ccp.

* Undef now marked as varying in ccp
 * this prevents incorrect meet operations since phis were always not
 interesting
* added a test to catch the bug

Cleanup.  Use proper #include guard.  NFC.

Avoid using the def-use manager during inlining.

There seems to only be a single location where the def-use manager is
used.  It is to get information about a type.  We can do that with the
type manager instead.

Fixes #1285

Fix spirv.h include to rely on include paths

This is important when SPIRV-Headers are not checked out to external/
folder and mirrors other places in the code where spirv.h is included.

Add folding of OpCompositeExtract and OpConstantComposite constant instructions.

Create files for constant folding rules.

Add the rules for OpConstantComposite and OpCompositeExtract.

Fix generation of Vim syntax file

Do not hardcode libdir and includedir in pkg config files

Add header files missing from CMakeLists.txt

Loop invariant code motion initial implementation

SROA: Do replacement on structs with no partial references.

Make use of the instruction folder.

Implementation of the simplification pass.

- Create pass that calls the instruction folder on each instruction and
  propagate instructions that fold to a copy.  This will do copy
  propagation as well.

- Did not use the propagator engine because I want to modify the instruction
  as we go along.

- Change folding to not allocate new instructions, but make changes in
  place.  This change had a big impact on compile time.

- Add simplification pass to the legalization passes in place of
  insert-extract elimination.

- Added test cases for new folding rules.

- Added tests for the simplification pass

- Added a method to the CFG to apply a function to the basic blocks in
  reverse post order.

Contributes to #1164.

Disable check which fails Vulkan CTS

Add Vulkan-specific validation rules for atomics

Added atomic instructions validation rules from
https://www.khronos.org/registry/vulkan/specs/1.0/html/vkspec.html#spirvenv-module-validation

Build SPIRV-Tools as shared library

Add pkg-config file for shared libraries

Properly build SPIRV-Tools DLL

Test C interface with shared library

Set PATH to shared library file for c_interface_shared test

Otherwise, the test won't find SPIRV-Tools-shared.dll.

Do not use private functions when testing with shared library

Make all symbols hidden by default for shared library target

Enable Visual Studio 2013 again

Disable use of Effcee and RE2 with MSVC compilers older than Visual
Studio 2015 since RE2 doesn't support them.

Fix test inclusion when Effcee is absent

Update CHANGES

Registering a type now rebuilds it out of memory owned by the manager.

* Added TypeManager::RebuildType
 * rebuilds the type and its constituent types in terms of memory owned
 by the manager.
 * Used by TypeManager::RegisterType to properly allocate memory
* Adding an unit test to expose the issue
* Added some tests to provide coverage of RebuildType
* Added an accessor to the target pointer for a forward pointer

ADCE: Fix combinator initialization

The combinator initialization was only looking at the capabilities
in the shader and not the inferred capabilities. Geometry and tessellation
shaders were not setting the Shader capability which is inferred. So the
combinator set was not initialized correctly causing problems for ADCE.

VS2013: LoopDescriptor LoopContainerType can't contain unique_ptr

The loop descriptor must explicitly manage the storage for contained
Loop objects.

Fixes #1262

Add barrier instructions validation pass

Avoid vector copies in range-for loops in opt/types.cpp

Also be more explicit about iterated types in other range-for loops.

Disambiguate between const and nonconst ForEachSuccessorLabel

This helps VisualStudio 2013 compile the code.

Contributes to #1262

Add general folding infrastructure.

Create the folding engine that will

1) attempt to fold an instruction.
2) iterates on the folding so small folding rules can be easily combined.
3) insert new instructions when needed.

I've added the minimum number of rules needed to test the features above.

Start v2018.1-dev

Finalize v2018.0

Update CHANGES

Reordering performance passes ordering to produce better opts

* Moved initial insert/extract passes later to cover more opportunities
* Added an extra set of passes to clean up opportunities exposed later
in the pipeline

Add LoopUtils class to gather some loop transformation support.

This patch adds LoopUtils class to handle some loop related transformations. For now it has 2 transformations that simplifies other transformations such as loop unroll or unswitch:
 - Dedicate exit blocks: this ensure that all exit basic block
   (out-of-loop basic blocks that have a predecessor in the loop)
   have all their predecessors in the loop;
 - Loop Closed SSA (LCSSA): this ensure that all definitions in a loop are used inside the loop
   or in a phi instruction in an exit basic block.

It also adds the following capabilities:
 - Loop::IsLCSSA to test if the loop is in a LCSSA form
 - Loop::GetOrCreatePreHeaderBlock that can build a loop preheader if required;
 - New methods to allow on the fly updates of the loop descriptors.
 - New methods to allow on the fly updates of the CFG analysis.
 - Instruction::SetOperand to allow expression of the index relative to Instruction::NumOperands (to be compatible with the index returned by DefUseManager::ForEachUse)

Add pass to reaplce invalid opcodes

Creates a pass that will remove instructions that are invalid for the
current shader stage.  For the instruction to be considered for replacement

1) The opcode must be valid for a shader modules.
2) The opcode must be invalid for the current shader stage.
3) All entry points to the module must be for the same shader stage.
4) The function containing the instruction must be reachable from an entry point.

Fixes #1247.

Added OpenCL ExtInst validation rules

Add adjacency validation pass

Validate OpPhi predecessors.
Validate OpLoopMerge successors.
Validate OpSelectionMerge successors.
Fix collateral damage to existing tests.
Remove ValidateIdWithMessage.OpSampledImageUsedInOpPhiBad.

Fixed harmless uninit var warning

Use SPIR-V headers from "unified1" directory

Remove constexpr from Analysis operators

* Had to remove templating from InstructionBuilder as a result
 * now preserved analyses are specified as a constructor argument
* updated tests and uses
* changed static_assert to a runtime assert
 * this should probably get further changes in the future

Opt: Add ScalarReplacement to RegisterSizePasses

Add memory semantics checks to validate atomics

Update CHANGES

Prevent unnecessary changes to the IR in dead branch elim

* When handling unreachable merges and continues, do not optimize to the
same IR
 * pass did not check whether the unreachable blocks were in the
 optimized form before transforming them
* added a test to catch this issue

Improved error message in val capabilities

Enhancements to block merging

* Should handle all possibilities
 * Stricter checks for what is disallowed:
  * header and header
  * merge and merge
 * Allow header and merge blocks to be merged
  * Erases the structured control declaration if merging header and
    merge blocks together.

Fix dereference of possibly nullptr

* If the dead branch elim is performed on a module without structured
control flow, the OpSelectionMerge may not be present
 * Add a check for pointer validity before dereferencing
* Added a test to catch the bug

InsertExtractElim: Split out DeadInsertElim as separate pass

Fixes in CCP for #1228

* Forces traversal of phis if the def has changed to varying
* Mark a phi as varying if all incoming values are varying
* added a test to catch the bug

Add LoopDescriptor as an IRContext analysis.

Move some function definitions from header to source to avoid circular definition.

DeadInsertElim: Detect and DCE dead Inserts

This adds Dead Insert Elimination to the end of the
--eliminate-insert-extract pass. See the new tests for examples of code
that will benefit.

Essentially, this removes OpCompositeInsert instructions which are not
used, either because there is no instruction which uses the value at the
index it is inserted, or because a subsequent insert intercepts any such
use.

This code has been seen to remove significant amounts of dead code from
real-life HLSL shaders being ported to Vulkan. In fact, it is needed to
remove dead texture samples which cause Vulkan validation layer errors
(unbound textures and samplers) if not removed . Such DCE is thus
required for fxc equivalence and legalization.

This analysis operates across "chains" of Inserts which can also contain
Phi instructions.

Initial implementation of if conversion

* Handles simple cases only
* Identifies phis in blocks with two predecessors and attempts to
convert the phi to an select
 * does not perform code motion currently so the converted values must
 dominate the join point (e.g. can't be defined in the branches)
 * limited for now to two predecessors, but can be extended to handle
 more cases
* Adding if conversion to -O and -Os

Validator: restricted some atomic ops for shaders

Ban floating point case for OpAtomicLoad, OpAtomicExchange,
OpAtomicCompareExchange. In graphics (Shader) environments, these
instructions only operate on scalar integers. Ban the floating point
case. OpenCL supports atomic_float.

Added Vulkan-specifc checks to image validation

Implemented Vulkan-specific rules:
- OpTypeImage must declare a scalar 32-bit float or 32-bit integer type
for the “Sampled Type”.
- OpSampledImage must only consume an “Image” operand whose type has its
“Sampled” operand set to 1.

Use id_map in Fold*ToConstant

The folding routines are suppose to use the id_map provided to map the
ids in the instruction.  The ones I just added are missing it.

Add generic folding function and use in CCP

The current folding routines have a very cumbersome interface, make them
harder to use, and not a obvious how to extend.

This change is to create a new interface for the folding routines, and
show how it can be used by calling it from CCP.

This does not make a significant change to the behaviour of CCP.  In
general it should produce the same code as before; however it is
possible that an instruction that takes 32-bit integers as inputs and
the result is not a 32-bit integer or bool will not be folded as before.

It seems like andriod has a problem with INT32_MAX and the like.  I'll
explicitly define those if the are not already defined.

Fixes infinite loop in ADCE

* Addresses how breaks are indentified to prevent infinite loops when
back to back loop share a merge and header
* Added test to catch the bug

Introduce an instruction builder helper class.

The class factorize the instruction building process.
Def-use manager analysis can be updated on the fly to maintain coherency.
To be updated to take into account more analysis.

Simplifying code for adding instructions to worklist

* AddToWorklist can now be called unconditionally
 * It will only add instructions that have not already been marked as
 live
 * Fixes a case where a merge was not added to the worklist because the
 branch was already marked as live
* Added two similar tests that fail without the fix

Create a pass to work around a driver bug related to OpUnreachable.

We have come across a driver bug where and OpUnreachable inside a loop
is causing the shader to go into an infinite loop.  This commit will try
to avoid this bug by turning OpUnreachable instructions that are
contained in a loop into branches to the loop merge block.

This is not added to "-O" and "-Os" because it should only be used if
the driver being targeted has this problem.

Fixes #1209.

Adding testcase for #1210

CFG: force the creation of a predecessor entry for all basic block.

This ensure that all basic blocks in a function have a valid entry the CFG object.

The entry block has no predecessors but remains a valid basic block
for which we might want to query the number of predecessors.
Some unreachable basic blocks may not have predecessors as well.

spirv-dis: Add --color option to force color disassembly

Fixes https://github.com/KhronosGroup/SPIRV-Tools/issues/1170

Fixing missing early exit from break identification