Don't convert objc_retainAutoreleasedReturnValue to objc_retain if it
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / IndVarSimplify.cpp
1 //===- IndVarSimplify.cpp - Induction Variable Elimination ----------------===//
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 transformation analyzes and transforms the induction variables (and
11 // computations derived from them) into simpler forms suitable for subsequent
12 // analysis and transformation.
13 //
14 // If the trip count of a loop is computable, this pass also makes the following
15 // changes:
16 //   1. The exit condition for the loop is canonicalized to compare the
17 //      induction value against the exit value.  This turns loops like:
18 //        'for (i = 7; i*i < 1000; ++i)' into 'for (i = 0; i != 25; ++i)'
19 //   2. Any use outside of the loop of an expression derived from the indvar
20 //      is changed to compute the derived value outside of the loop, eliminating
21 //      the dependence on the exit value of the induction variable.  If the only
22 //      purpose of the loop is to compute the exit value of some derived
23 //      expression, this transformation will make the loop dead.
24 //
25 //===----------------------------------------------------------------------===//
26
27 #define DEBUG_TYPE "indvars"
28 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
29 #include "llvm/BasicBlock.h"
30 #include "llvm/Constants.h"
31 #include "llvm/Instructions.h"
32 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
33 #include "llvm/LLVMContext.h"
34 #include "llvm/Type.h"
35 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
36 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
37 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
38 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
39 #include "llvm/Support/CFG.h"
40 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
41 #include "llvm/Support/Debug.h"
42 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
43 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
44 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
45 #include "llvm/Transforms/Utils/SimplifyIndVar.h"
46 #include "llvm/Target/TargetData.h"
47 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
48 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
49 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
50 using namespace llvm;
51
52 STATISTIC(NumWidened     , "Number of indvars widened");
53 STATISTIC(NumReplaced    , "Number of exit values replaced");
54 STATISTIC(NumLFTR        , "Number of loop exit tests replaced");
55 STATISTIC(NumElimExt     , "Number of IV sign/zero extends eliminated");
56 STATISTIC(NumElimIV      , "Number of congruent IVs eliminated");
57
58 // Trip count verification can be enabled by default under NDEBUG if we
59 // implement a strong expression equivalence checker in SCEV. Until then, we
60 // use the verify-indvars flag, which may assert in some cases.
61 static cl::opt<bool> VerifyIndvars(
62   "verify-indvars", cl::Hidden,
63   cl::desc("Verify the ScalarEvolution result after running indvars"));
64
65 namespace {
66   class IndVarSimplify : public LoopPass {
67     LoopInfo        *LI;
68     ScalarEvolution *SE;
69     DominatorTree   *DT;
70     TargetData      *TD;
71
72     SmallVector<WeakVH, 16> DeadInsts;
73     bool Changed;
74   public:
75
76     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
77     IndVarSimplify() : LoopPass(ID), LI(0), SE(0), DT(0), TD(0),
78                        Changed(false) {
79       initializeIndVarSimplifyPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
80     }
81
82     virtual bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
83
84     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
85       AU.addRequired<DominatorTree>();
86       AU.addRequired<LoopInfo>();
87       AU.addRequired<ScalarEvolution>();
88       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
89       AU.addRequiredID(LCSSAID);
90       AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
91       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
92       AU.addPreservedID(LCSSAID);
93       AU.setPreservesCFG();
94     }
95
96   private:
97     virtual void releaseMemory() {
98       DeadInsts.clear();
99     }
100
101     bool isValidRewrite(Value *FromVal, Value *ToVal);
102
103     void HandleFloatingPointIV(Loop *L, PHINode *PH);
104     void RewriteNonIntegerIVs(Loop *L);
105
106     void SimplifyAndExtend(Loop *L, SCEVExpander &Rewriter, LPPassManager &LPM);
107
108     void RewriteLoopExitValues(Loop *L, SCEVExpander &Rewriter);
109
110     Value *LinearFunctionTestReplace(Loop *L, const SCEV *BackedgeTakenCount,
111                                      PHINode *IndVar, SCEVExpander &Rewriter);
112
113     void SinkUnusedInvariants(Loop *L);
114   };
115 }
116
117 char IndVarSimplify::ID = 0;
118 INITIALIZE_PASS_BEGIN(IndVarSimplify, "indvars",
119                 "Induction Variable Simplification", false, false)
120 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
121 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfo)
122 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolution)
123 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopSimplify)
124 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LCSSA)
125 INITIALIZE_PASS_END(IndVarSimplify, "indvars",
126                 "Induction Variable Simplification", false, false)
127
128 Pass *llvm::createIndVarSimplifyPass() {
129   return new IndVarSimplify();
130 }
131
132 /// isValidRewrite - Return true if the SCEV expansion generated by the
133 /// rewriter can replace the original value. SCEV guarantees that it
134 /// produces the same value, but the way it is produced may be illegal IR.
135 /// Ideally, this function will only be called for verification.
136 bool IndVarSimplify::isValidRewrite(Value *FromVal, Value *ToVal) {
137   // If an SCEV expression subsumed multiple pointers, its expansion could
138   // reassociate the GEP changing the base pointer. This is illegal because the
139   // final address produced by a GEP chain must be inbounds relative to its
140   // underlying object. Otherwise basic alias analysis, among other things,
141   // could fail in a dangerous way. Ultimately, SCEV will be improved to avoid
142   // producing an expression involving multiple pointers. Until then, we must
143   // bail out here.
144   //
145   // Retrieve the pointer operand of the GEP. Don't use GetUnderlyingObject
146   // because it understands lcssa phis while SCEV does not.
147   Value *FromPtr = FromVal;
148   Value *ToPtr = ToVal;
149   if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(FromVal)) {
150     FromPtr = GEP->getPointerOperand();
151   }
152   if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(ToVal)) {
153     ToPtr = GEP->getPointerOperand();
154   }
155   if (FromPtr != FromVal || ToPtr != ToVal) {
156     // Quickly check the common case
157     if (FromPtr == ToPtr)
158       return true;
159
160     // SCEV may have rewritten an expression that produces the GEP's pointer
161     // operand. That's ok as long as the pointer operand has the same base
162     // pointer. Unlike GetUnderlyingObject(), getPointerBase() will find the
163     // base of a recurrence. This handles the case in which SCEV expansion
164     // converts a pointer type recurrence into a nonrecurrent pointer base
165     // indexed by an integer recurrence.
166
167     // If the GEP base pointer is a vector of pointers, abort.
168     if (!FromPtr->getType()->isPointerTy() || !ToPtr->getType()->isPointerTy())
169       return false;
170
171     const SCEV *FromBase = SE->getPointerBase(SE->getSCEV(FromPtr));
172     const SCEV *ToBase = SE->getPointerBase(SE->getSCEV(ToPtr));
173     if (FromBase == ToBase)
174       return true;
175
176     DEBUG(dbgs() << "INDVARS: GEP rewrite bail out "
177           << *FromBase << " != " << *ToBase << "\n");
178
179     return false;
180   }
181   return true;
182 }
183
184 /// Determine the insertion point for this user. By default, insert immediately
185 /// before the user. SCEVExpander or LICM will hoist loop invariants out of the
186 /// loop. For PHI nodes, there may be multiple uses, so compute the nearest
187 /// common dominator for the incoming blocks.
188 static Instruction *getInsertPointForUses(Instruction *User, Value *Def,
189                                           DominatorTree *DT) {
190   PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(User);
191   if (!PHI)
192     return User;
193
194   Instruction *InsertPt = 0;
195   for (unsigned i = 0, e = PHI->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
196     if (PHI->getIncomingValue(i) != Def)
197       continue;
198
199     BasicBlock *InsertBB = PHI->getIncomingBlock(i);
200     if (!InsertPt) {
201       InsertPt = InsertBB->getTerminator();
202       continue;
203     }
204     InsertBB = DT->findNearestCommonDominator(InsertPt->getParent(), InsertBB);
205     InsertPt = InsertBB->getTerminator();
206   }
207   assert(InsertPt && "Missing phi operand");
208   assert((!isa<Instruction>(Def) ||
209           DT->dominates(cast<Instruction>(Def), InsertPt)) &&
210          "def does not dominate all uses");
211   return InsertPt;
212 }
213
214 //===----------------------------------------------------------------------===//
215 // RewriteNonIntegerIVs and helpers. Prefer integer IVs.
216 //===----------------------------------------------------------------------===//
217
218 /// ConvertToSInt - Convert APF to an integer, if possible.
219 static bool ConvertToSInt(const APFloat &APF, int64_t &IntVal) {
220   bool isExact = false;
221   if (&APF.getSemantics() == &APFloat::PPCDoubleDouble)
222     return false;
223   // See if we can convert this to an int64_t
224   uint64_t UIntVal;
225   if (APF.convertToInteger(&UIntVal, 64, true, APFloat::rmTowardZero,
226                            &isExact) != APFloat::opOK || !isExact)
227     return false;
228   IntVal = UIntVal;
229   return true;
230 }
231
232 /// HandleFloatingPointIV - If the loop has floating induction variable
233 /// then insert corresponding integer induction variable if possible.
234 /// For example,
235 /// for(double i = 0; i < 10000; ++i)
236 ///   bar(i)
237 /// is converted into
238 /// for(int i = 0; i < 10000; ++i)
239 ///   bar((double)i);
240 ///
241 void IndVarSimplify::HandleFloatingPointIV(Loop *L, PHINode *PN) {
242   unsigned IncomingEdge = L->contains(PN->getIncomingBlock(0));
243   unsigned BackEdge     = IncomingEdge^1;
244
245   // Check incoming value.
246   ConstantFP *InitValueVal =
247     dyn_cast<ConstantFP>(PN->getIncomingValue(IncomingEdge));
248
249   int64_t InitValue;
250   if (!InitValueVal || !ConvertToSInt(InitValueVal->getValueAPF(), InitValue))
251     return;
252
253   // Check IV increment. Reject this PN if increment operation is not
254   // an add or increment value can not be represented by an integer.
255   BinaryOperator *Incr =
256     dyn_cast<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(BackEdge));
257   if (Incr == 0 || Incr->getOpcode() != Instruction::FAdd) return;
258
259   // If this is not an add of the PHI with a constantfp, or if the constant fp
260   // is not an integer, bail out.
261   ConstantFP *IncValueVal = dyn_cast<ConstantFP>(Incr->getOperand(1));
262   int64_t IncValue;
263   if (IncValueVal == 0 || Incr->getOperand(0) != PN ||
264       !ConvertToSInt(IncValueVal->getValueAPF(), IncValue))
265     return;
266
267   // Check Incr uses. One user is PN and the other user is an exit condition
268   // used by the conditional terminator.
269   Value::use_iterator IncrUse = Incr->use_begin();
270   Instruction *U1 = cast<Instruction>(*IncrUse++);
271   if (IncrUse == Incr->use_end()) return;
272   Instruction *U2 = cast<Instruction>(*IncrUse++);
273   if (IncrUse != Incr->use_end()) return;
274
275   // Find exit condition, which is an fcmp.  If it doesn't exist, or if it isn't
276   // only used by a branch, we can't transform it.
277   FCmpInst *Compare = dyn_cast<FCmpInst>(U1);
278   if (!Compare)
279     Compare = dyn_cast<FCmpInst>(U2);
280   if (Compare == 0 || !Compare->hasOneUse() ||
281       !isa<BranchInst>(Compare->use_back()))
282     return;
283
284   BranchInst *TheBr = cast<BranchInst>(Compare->use_back());
285
286   // We need to verify that the branch actually controls the iteration count
287   // of the loop.  If not, the new IV can overflow and no one will notice.
288   // The branch block must be in the loop and one of the successors must be out
289   // of the loop.
290   assert(TheBr->isConditional() && "Can't use fcmp if not conditional");
291   if (!L->contains(TheBr->getParent()) ||
292       (L->contains(TheBr->getSuccessor(0)) &&
293        L->contains(TheBr->getSuccessor(1))))
294     return;
295
296
297   // If it isn't a comparison with an integer-as-fp (the exit value), we can't
298   // transform it.
299   ConstantFP *ExitValueVal = dyn_cast<ConstantFP>(Compare->getOperand(1));
300   int64_t ExitValue;
301   if (ExitValueVal == 0 ||
302       !ConvertToSInt(ExitValueVal->getValueAPF(), ExitValue))
303     return;
304
305   // Find new predicate for integer comparison.
306   CmpInst::Predicate NewPred = CmpInst::BAD_ICMP_PREDICATE;
307   switch (Compare->getPredicate()) {
308   default: return;  // Unknown comparison.
309   case CmpInst::FCMP_OEQ:
310   case CmpInst::FCMP_UEQ: NewPred = CmpInst::ICMP_EQ; break;
311   case CmpInst::FCMP_ONE:
312   case CmpInst::FCMP_UNE: NewPred = CmpInst::ICMP_NE; break;
313   case CmpInst::FCMP_OGT:
314   case CmpInst::FCMP_UGT: NewPred = CmpInst::ICMP_SGT; break;
315   case CmpInst::FCMP_OGE:
316   case CmpInst::FCMP_UGE: NewPred = CmpInst::ICMP_SGE; break;
317   case CmpInst::FCMP_OLT:
318   case CmpInst::FCMP_ULT: NewPred = CmpInst::ICMP_SLT; break;
319   case CmpInst::FCMP_OLE:
320   case CmpInst::FCMP_ULE: NewPred = CmpInst::ICMP_SLE; break;
321   }
322
323   // We convert the floating point induction variable to a signed i32 value if
324   // we can.  This is only safe if the comparison will not overflow in a way
325   // that won't be trapped by the integer equivalent operations.  Check for this
326   // now.
327   // TODO: We could use i64 if it is native and the range requires it.
328
329   // The start/stride/exit values must all fit in signed i32.
330   if (!isInt<32>(InitValue) || !isInt<32>(IncValue) || !isInt<32>(ExitValue))
331     return;
332
333   // If not actually striding (add x, 0.0), avoid touching the code.
334   if (IncValue == 0)
335     return;
336
337   // Positive and negative strides have different safety conditions.
338   if (IncValue > 0) {
339     // If we have a positive stride, we require the init to be less than the
340     // exit value.
341     if (InitValue >= ExitValue)
342       return;
343
344     uint32_t Range = uint32_t(ExitValue-InitValue);
345     // Check for infinite loop, either:
346     // while (i <= Exit) or until (i > Exit)
347     if (NewPred == CmpInst::ICMP_SLE || NewPred == CmpInst::ICMP_SGT) {
348       if (++Range == 0) return;  // Range overflows.
349     }
350
351     unsigned Leftover = Range % uint32_t(IncValue);
352
353     // If this is an equality comparison, we require that the strided value
354     // exactly land on the exit value, otherwise the IV condition will wrap
355     // around and do things the fp IV wouldn't.
356     if ((NewPred == CmpInst::ICMP_EQ || NewPred == CmpInst::ICMP_NE) &&
357         Leftover != 0)
358       return;
359
360     // If the stride would wrap around the i32 before exiting, we can't
361     // transform the IV.
362     if (Leftover != 0 && int32_t(ExitValue+IncValue) < ExitValue)
363       return;
364
365   } else {
366     // If we have a negative stride, we require the init to be greater than the
367     // exit value.
368     if (InitValue <= ExitValue)
369       return;
370
371     uint32_t Range = uint32_t(InitValue-ExitValue);
372     // Check for infinite loop, either:
373     // while (i >= Exit) or until (i < Exit)
374     if (NewPred == CmpInst::ICMP_SGE || NewPred == CmpInst::ICMP_SLT) {
375       if (++Range == 0) return;  // Range overflows.
376     }
377
378     unsigned Leftover = Range % uint32_t(-IncValue);
379
380     // If this is an equality comparison, we require that the strided value
381     // exactly land on the exit value, otherwise the IV condition will wrap
382     // around and do things the fp IV wouldn't.
383     if ((NewPred == CmpInst::ICMP_EQ || NewPred == CmpInst::ICMP_NE) &&
384         Leftover != 0)
385       return;
386
387     // If the stride would wrap around the i32 before exiting, we can't
388     // transform the IV.
389     if (Leftover != 0 && int32_t(ExitValue+IncValue) > ExitValue)
390       return;
391   }
392
393   IntegerType *Int32Ty = Type::getInt32Ty(PN->getContext());
394
395   // Insert new integer induction variable.
396   PHINode *NewPHI = PHINode::Create(Int32Ty, 2, PN->getName()+".int", PN);
397   NewPHI->addIncoming(ConstantInt::get(Int32Ty, InitValue),
398                       PN->getIncomingBlock(IncomingEdge));
399
400   Value *NewAdd =
401     BinaryOperator::CreateAdd(NewPHI, ConstantInt::get(Int32Ty, IncValue),
402                               Incr->getName()+".int", Incr);
403   NewPHI->addIncoming(NewAdd, PN->getIncomingBlock(BackEdge));
404
405   ICmpInst *NewCompare = new ICmpInst(TheBr, NewPred, NewAdd,
406                                       ConstantInt::get(Int32Ty, ExitValue),
407                                       Compare->getName());
408
409   // In the following deletions, PN may become dead and may be deleted.
410   // Use a WeakVH to observe whether this happens.
411   WeakVH WeakPH = PN;
412
413   // Delete the old floating point exit comparison.  The branch starts using the
414   // new comparison.
415   NewCompare->takeName(Compare);
416   Compare->replaceAllUsesWith(NewCompare);
417   RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Compare);
418
419   // Delete the old floating point increment.
420   Incr->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(Incr->getType()));
421   RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Incr);
422
423   // If the FP induction variable still has uses, this is because something else
424   // in the loop uses its value.  In order to canonicalize the induction
425   // variable, we chose to eliminate the IV and rewrite it in terms of an
426   // int->fp cast.
427   //
428   // We give preference to sitofp over uitofp because it is faster on most
429   // platforms.
430   if (WeakPH) {
431     Value *Conv = new SIToFPInst(NewPHI, PN->getType(), "indvar.conv",
432                                  PN->getParent()->getFirstInsertionPt());
433     PN->replaceAllUsesWith(Conv);
434     RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(PN);
435   }
436   Changed = true;
437 }
438
439 void IndVarSimplify::RewriteNonIntegerIVs(Loop *L) {
440   // First step.  Check to see if there are any floating-point recurrences.
441   // If there are, change them into integer recurrences, permitting analysis by
442   // the SCEV routines.
443   //
444   BasicBlock *Header = L->getHeader();
445
446   SmallVector<WeakVH, 8> PHIs;
447   for (BasicBlock::iterator I = Header->begin();
448        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I)
449     PHIs.push_back(PN);
450
451   for (unsigned i = 0, e = PHIs.size(); i != e; ++i)
452     if (PHINode *PN = dyn_cast_or_null<PHINode>(&*PHIs[i]))
453       HandleFloatingPointIV(L, PN);
454
455   // If the loop previously had floating-point IV, ScalarEvolution
456   // may not have been able to compute a trip count. Now that we've done some
457   // re-writing, the trip count may be computable.
458   if (Changed)
459     SE->forgetLoop(L);
460 }
461
462 //===----------------------------------------------------------------------===//
463 // RewriteLoopExitValues - Optimize IV users outside the loop.
464 // As a side effect, reduces the amount of IV processing within the loop.
465 //===----------------------------------------------------------------------===//
466
467 /// RewriteLoopExitValues - Check to see if this loop has a computable
468 /// loop-invariant execution count.  If so, this means that we can compute the
469 /// final value of any expressions that are recurrent in the loop, and
470 /// substitute the exit values from the loop into any instructions outside of
471 /// the loop that use the final values of the current expressions.
472 ///
473 /// This is mostly redundant with the regular IndVarSimplify activities that
474 /// happen later, except that it's more powerful in some cases, because it's
475 /// able to brute-force evaluate arbitrary instructions as long as they have
476 /// constant operands at the beginning of the loop.
477 void IndVarSimplify::RewriteLoopExitValues(Loop *L, SCEVExpander &Rewriter) {
478   // Verify the input to the pass in already in LCSSA form.
479   assert(L->isLCSSAForm(*DT));
480
481   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
482   L->getUniqueExitBlocks(ExitBlocks);
483
484   // Find all values that are computed inside the loop, but used outside of it.
485   // Because of LCSSA, these values will only occur in LCSSA PHI Nodes.  Scan
486   // the exit blocks of the loop to find them.
487   for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i) {
488     BasicBlock *ExitBB = ExitBlocks[i];
489
490     // If there are no PHI nodes in this exit block, then no values defined
491     // inside the loop are used on this path, skip it.
492     PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(ExitBB->begin());
493     if (!PN) continue;
494
495     unsigned NumPreds = PN->getNumIncomingValues();
496
497     // Iterate over all of the PHI nodes.
498     BasicBlock::iterator BBI = ExitBB->begin();
499     while ((PN = dyn_cast<PHINode>(BBI++))) {
500       if (PN->use_empty())
501         continue; // dead use, don't replace it
502
503       // SCEV only supports integer expressions for now.
504       if (!PN->getType()->isIntegerTy() && !PN->getType()->isPointerTy())
505         continue;
506
507       // It's necessary to tell ScalarEvolution about this explicitly so that
508       // it can walk the def-use list and forget all SCEVs, as it may not be
509       // watching the PHI itself. Once the new exit value is in place, there
510       // may not be a def-use connection between the loop and every instruction
511       // which got a SCEVAddRecExpr for that loop.
512       SE->forgetValue(PN);
513
514       // Iterate over all of the values in all the PHI nodes.
515       for (unsigned i = 0; i != NumPreds; ++i) {
516         // If the value being merged in is not integer or is not defined
517         // in the loop, skip it.
518         Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
519         if (!isa<Instruction>(InVal))
520           continue;
521
522         // If this pred is for a subloop, not L itself, skip it.
523         if (LI->getLoopFor(PN->getIncomingBlock(i)) != L)
524           continue; // The Block is in a subloop, skip it.
525
526         // Check that InVal is defined in the loop.
527         Instruction *Inst = cast<Instruction>(InVal);
528         if (!L->contains(Inst))
529           continue;
530
531         // Okay, this instruction has a user outside of the current loop
532         // and varies predictably *inside* the loop.  Evaluate the value it
533         // contains when the loop exits, if possible.
534         const SCEV *ExitValue = SE->getSCEVAtScope(Inst, L->getParentLoop());
535         if (!SE->isLoopInvariant(ExitValue, L))
536           continue;
537
538         Value *ExitVal = Rewriter.expandCodeFor(ExitValue, PN->getType(), Inst);
539
540         DEBUG(dbgs() << "INDVARS: RLEV: AfterLoopVal = " << *ExitVal << '\n'
541                      << "  LoopVal = " << *Inst << "\n");
542
543         if (!isValidRewrite(Inst, ExitVal)) {
544           DeadInsts.push_back(ExitVal);
545           continue;
546         }
547         Changed = true;
548         ++NumReplaced;
549
550         PN->setIncomingValue(i, ExitVal);
551
552         // If this instruction is dead now, delete it.
553         RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Inst);
554
555         if (NumPreds == 1) {
556           // Completely replace a single-pred PHI. This is safe, because the
557           // NewVal won't be variant in the loop, so we don't need an LCSSA phi
558           // node anymore.
559           PN->replaceAllUsesWith(ExitVal);
560           RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(PN);
561         }
562       }
563       if (NumPreds != 1) {
564         // Clone the PHI and delete the original one. This lets IVUsers and
565         // any other maps purge the original user from their records.
566         PHINode *NewPN = cast<PHINode>(PN->clone());
567         NewPN->takeName(PN);
568         NewPN->insertBefore(PN);
569         PN->replaceAllUsesWith(NewPN);
570         PN->eraseFromParent();
571       }
572     }
573   }
574
575   // The insertion point instruction may have been deleted; clear it out
576   // so that the rewriter doesn't trip over it later.
577   Rewriter.clearInsertPoint();
578 }
579
580 //===----------------------------------------------------------------------===//
581 //  IV Widening - Extend the width of an IV to cover its widest uses.
582 //===----------------------------------------------------------------------===//
583
584 namespace {
585   // Collect information about induction variables that are used by sign/zero
586   // extend operations. This information is recorded by CollectExtend and
587   // provides the input to WidenIV.
588   struct WideIVInfo {
589     PHINode *NarrowIV;
590     Type *WidestNativeType; // Widest integer type created [sz]ext
591     bool IsSigned;          // Was an sext user seen before a zext?
592
593     WideIVInfo() : NarrowIV(0), WidestNativeType(0), IsSigned(false) {}
594   };
595
596   class WideIVVisitor : public IVVisitor {
597     ScalarEvolution *SE;
598     const TargetData *TD;
599
600   public:
601     WideIVInfo WI;
602
603     WideIVVisitor(PHINode *NarrowIV, ScalarEvolution *SCEV,
604                   const TargetData *TData) :
605       SE(SCEV), TD(TData) { WI.NarrowIV = NarrowIV; }
606
607     // Implement the interface used by simplifyUsersOfIV.
608     virtual void visitCast(CastInst *Cast);
609   };
610 }
611
612 /// visitCast - Update information about the induction variable that is
613 /// extended by this sign or zero extend operation. This is used to determine
614 /// the final width of the IV before actually widening it.
615 void WideIVVisitor::visitCast(CastInst *Cast) {
616   bool IsSigned = Cast->getOpcode() == Instruction::SExt;
617   if (!IsSigned && Cast->getOpcode() != Instruction::ZExt)
618     return;
619
620   Type *Ty = Cast->getType();
621   uint64_t Width = SE->getTypeSizeInBits(Ty);
622   if (TD && !TD->isLegalInteger(Width))
623     return;
624
625   if (!WI.WidestNativeType) {
626     WI.WidestNativeType = SE->getEffectiveSCEVType(Ty);
627     WI.IsSigned = IsSigned;
628     return;
629   }
630
631   // We extend the IV to satisfy the sign of its first user, arbitrarily.
632   if (WI.IsSigned != IsSigned)
633     return;
634
635   if (Width > SE->getTypeSizeInBits(WI.WidestNativeType))
636     WI.WidestNativeType = SE->getEffectiveSCEVType(Ty);
637 }
638
639 namespace {
640
641 /// NarrowIVDefUse - Record a link in the Narrow IV def-use chain along with the
642 /// WideIV that computes the same value as the Narrow IV def.  This avoids
643 /// caching Use* pointers.
644 struct NarrowIVDefUse {
645   Instruction *NarrowDef;
646   Instruction *NarrowUse;
647   Instruction *WideDef;
648
649   NarrowIVDefUse(): NarrowDef(0), NarrowUse(0), WideDef(0) {}
650
651   NarrowIVDefUse(Instruction *ND, Instruction *NU, Instruction *WD):
652     NarrowDef(ND), NarrowUse(NU), WideDef(WD) {}
653 };
654
655 /// WidenIV - The goal of this transform is to remove sign and zero extends
656 /// without creating any new induction variables. To do this, it creates a new
657 /// phi of the wider type and redirects all users, either removing extends or
658 /// inserting truncs whenever we stop propagating the type.
659 ///
660 class WidenIV {
661   // Parameters
662   PHINode *OrigPhi;
663   Type *WideType;
664   bool IsSigned;
665
666   // Context
667   LoopInfo        *LI;
668   Loop            *L;
669   ScalarEvolution *SE;
670   DominatorTree   *DT;
671
672   // Result
673   PHINode *WidePhi;
674   Instruction *WideInc;
675   const SCEV *WideIncExpr;
676   SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts;
677
678   SmallPtrSet<Instruction*,16> Widened;
679   SmallVector<NarrowIVDefUse, 8> NarrowIVUsers;
680
681 public:
682   WidenIV(const WideIVInfo &WI, LoopInfo *LInfo,
683           ScalarEvolution *SEv, DominatorTree *DTree,
684           SmallVectorImpl<WeakVH> &DI) :
685     OrigPhi(WI.NarrowIV),
686     WideType(WI.WidestNativeType),
687     IsSigned(WI.IsSigned),
688     LI(LInfo),
689     L(LI->getLoopFor(OrigPhi->getParent())),
690     SE(SEv),
691     DT(DTree),
692     WidePhi(0),
693     WideInc(0),
694     WideIncExpr(0),
695     DeadInsts(DI) {
696     assert(L->getHeader() == OrigPhi->getParent() && "Phi must be an IV");
697   }
698
699   PHINode *CreateWideIV(SCEVExpander &Rewriter);
700
701 protected:
702   Value *getExtend(Value *NarrowOper, Type *WideType, bool IsSigned,
703                    Instruction *Use);
704
705   Instruction *CloneIVUser(NarrowIVDefUse DU);
706
707   const SCEVAddRecExpr *GetWideRecurrence(Instruction *NarrowUse);
708
709   const SCEVAddRecExpr* GetExtendedOperandRecurrence(NarrowIVDefUse DU);
710
711   Instruction *WidenIVUse(NarrowIVDefUse DU, SCEVExpander &Rewriter);
712
713   void pushNarrowIVUsers(Instruction *NarrowDef, Instruction *WideDef);
714 };
715 } // anonymous namespace
716
717 /// isLoopInvariant - Perform a quick domtree based check for loop invariance
718 /// assuming that V is used within the loop. LoopInfo::isLoopInvariant() seems
719 /// gratuitous for this purpose.
720 static bool isLoopInvariant(Value *V, const Loop *L, const DominatorTree *DT) {
721   Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(V);
722   if (!Inst)
723     return true;
724
725   return DT->properlyDominates(Inst->getParent(), L->getHeader());
726 }
727
728 Value *WidenIV::getExtend(Value *NarrowOper, Type *WideType, bool IsSigned,
729                           Instruction *Use) {
730   // Set the debug location and conservative insertion point.
731   IRBuilder<> Builder(Use);
732   // Hoist the insertion point into loop preheaders as far as possible.
733   for (const Loop *L = LI->getLoopFor(Use->getParent());
734        L && L->getLoopPreheader() && isLoopInvariant(NarrowOper, L, DT);
735        L = L->getParentLoop())
736     Builder.SetInsertPoint(L->getLoopPreheader()->getTerminator());
737
738   return IsSigned ? Builder.CreateSExt(NarrowOper, WideType) :
739                     Builder.CreateZExt(NarrowOper, WideType);
740 }
741
742 /// CloneIVUser - Instantiate a wide operation to replace a narrow
743 /// operation. This only needs to handle operations that can evaluation to
744 /// SCEVAddRec. It can safely return 0 for any operation we decide not to clone.
745 Instruction *WidenIV::CloneIVUser(NarrowIVDefUse DU) {
746   unsigned Opcode = DU.NarrowUse->getOpcode();
747   switch (Opcode) {
748   default:
749     return 0;
750   case Instruction::Add:
751   case Instruction::Mul:
752   case Instruction::UDiv:
753   case Instruction::Sub:
754   case Instruction::And:
755   case Instruction::Or:
756   case Instruction::Xor:
757   case Instruction::Shl:
758   case Instruction::LShr:
759   case Instruction::AShr:
760     DEBUG(dbgs() << "Cloning IVUser: " << *DU.NarrowUse << "\n");
761
762     // Replace NarrowDef operands with WideDef. Otherwise, we don't know
763     // anything about the narrow operand yet so must insert a [sz]ext. It is
764     // probably loop invariant and will be folded or hoisted. If it actually
765     // comes from a widened IV, it should be removed during a future call to
766     // WidenIVUse.
767     Value *LHS = (DU.NarrowUse->getOperand(0) == DU.NarrowDef) ? DU.WideDef :
768       getExtend(DU.NarrowUse->getOperand(0), WideType, IsSigned, DU.NarrowUse);
769     Value *RHS = (DU.NarrowUse->getOperand(1) == DU.NarrowDef) ? DU.WideDef :
770       getExtend(DU.NarrowUse->getOperand(1), WideType, IsSigned, DU.NarrowUse);
771
772     BinaryOperator *NarrowBO = cast<BinaryOperator>(DU.NarrowUse);
773     BinaryOperator *WideBO = BinaryOperator::Create(NarrowBO->getOpcode(),
774                                                     LHS, RHS,
775                                                     NarrowBO->getName());
776     IRBuilder<> Builder(DU.NarrowUse);
777     Builder.Insert(WideBO);
778     if (const OverflowingBinaryOperator *OBO =
779         dyn_cast<OverflowingBinaryOperator>(NarrowBO)) {
780       if (OBO->hasNoUnsignedWrap()) WideBO->setHasNoUnsignedWrap();
781       if (OBO->hasNoSignedWrap()) WideBO->setHasNoSignedWrap();
782     }
783     return WideBO;
784   }
785 }
786
787 /// No-wrap operations can transfer sign extension of their result to their
788 /// operands. Generate the SCEV value for the widened operation without
789 /// actually modifying the IR yet. If the expression after extending the
790 /// operands is an AddRec for this loop, return it.
791 const SCEVAddRecExpr* WidenIV::GetExtendedOperandRecurrence(NarrowIVDefUse DU) {
792   // Handle the common case of add<nsw/nuw>
793   if (DU.NarrowUse->getOpcode() != Instruction::Add)
794     return 0;
795
796   // One operand (NarrowDef) has already been extended to WideDef. Now determine
797   // if extending the other will lead to a recurrence.
798   unsigned ExtendOperIdx = DU.NarrowUse->getOperand(0) == DU.NarrowDef ? 1 : 0;
799   assert(DU.NarrowUse->getOperand(1-ExtendOperIdx) == DU.NarrowDef && "bad DU");
800
801   const SCEV *ExtendOperExpr = 0;
802   const OverflowingBinaryOperator *OBO =
803     cast<OverflowingBinaryOperator>(DU.NarrowUse);
804   if (IsSigned && OBO->hasNoSignedWrap())
805     ExtendOperExpr = SE->getSignExtendExpr(
806       SE->getSCEV(DU.NarrowUse->getOperand(ExtendOperIdx)), WideType);
807   else if(!IsSigned && OBO->hasNoUnsignedWrap())
808     ExtendOperExpr = SE->getZeroExtendExpr(
809       SE->getSCEV(DU.NarrowUse->getOperand(ExtendOperIdx)), WideType);
810   else
811     return 0;
812
813   // When creating this AddExpr, don't apply the current operations NSW or NUW
814   // flags. This instruction may be guarded by control flow that the no-wrap
815   // behavior depends on. Non-control-equivalent instructions can be mapped to
816   // the same SCEV expression, and it would be incorrect to transfer NSW/NUW
817   // semantics to those operations.
818   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(
819     SE->getAddExpr(SE->getSCEV(DU.WideDef), ExtendOperExpr));
820
821   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
822     return 0;
823   return AddRec;
824 }
825
826 /// GetWideRecurrence - Is this instruction potentially interesting from
827 /// IVUsers' perspective after widening it's type? In other words, can the
828 /// extend be safely hoisted out of the loop with SCEV reducing the value to a
829 /// recurrence on the same loop. If so, return the sign or zero extended
830 /// recurrence. Otherwise return NULL.
831 const SCEVAddRecExpr *WidenIV::GetWideRecurrence(Instruction *NarrowUse) {
832   if (!SE->isSCEVable(NarrowUse->getType()))
833     return 0;
834
835   const SCEV *NarrowExpr = SE->getSCEV(NarrowUse);
836   if (SE->getTypeSizeInBits(NarrowExpr->getType())
837       >= SE->getTypeSizeInBits(WideType)) {
838     // NarrowUse implicitly widens its operand. e.g. a gep with a narrow
839     // index. So don't follow this use.
840     return 0;
841   }
842
843   const SCEV *WideExpr = IsSigned ?
844     SE->getSignExtendExpr(NarrowExpr, WideType) :
845     SE->getZeroExtendExpr(NarrowExpr, WideType);
846   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(WideExpr);
847   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
848     return 0;
849   return AddRec;
850 }
851
852 /// WidenIVUse - Determine whether an individual user of the narrow IV can be
853 /// widened. If so, return the wide clone of the user.
854 Instruction *WidenIV::WidenIVUse(NarrowIVDefUse DU, SCEVExpander &Rewriter) {
855
856   // Stop traversing the def-use chain at inner-loop phis or post-loop phis.
857   if (isa<PHINode>(DU.NarrowUse) &&
858       LI->getLoopFor(DU.NarrowUse->getParent()) != L)
859     return 0;
860
861   // Our raison d'etre! Eliminate sign and zero extension.
862   if (IsSigned ? isa<SExtInst>(DU.NarrowUse) : isa<ZExtInst>(DU.NarrowUse)) {
863     Value *NewDef = DU.WideDef;
864     if (DU.NarrowUse->getType() != WideType) {
865       unsigned CastWidth = SE->getTypeSizeInBits(DU.NarrowUse->getType());
866       unsigned IVWidth = SE->getTypeSizeInBits(WideType);
867       if (CastWidth < IVWidth) {
868         // The cast isn't as wide as the IV, so insert a Trunc.
869         IRBuilder<> Builder(DU.NarrowUse);
870         NewDef = Builder.CreateTrunc(DU.WideDef, DU.NarrowUse->getType());
871       }
872       else {
873         // A wider extend was hidden behind a narrower one. This may induce
874         // another round of IV widening in which the intermediate IV becomes
875         // dead. It should be very rare.
876         DEBUG(dbgs() << "INDVARS: New IV " << *WidePhi
877               << " not wide enough to subsume " << *DU.NarrowUse << "\n");
878         DU.NarrowUse->replaceUsesOfWith(DU.NarrowDef, DU.WideDef);
879         NewDef = DU.NarrowUse;
880       }
881     }
882     if (NewDef != DU.NarrowUse) {
883       DEBUG(dbgs() << "INDVARS: eliminating " << *DU.NarrowUse
884             << " replaced by " << *DU.WideDef << "\n");
885       ++NumElimExt;
886       DU.NarrowUse->replaceAllUsesWith(NewDef);
887       DeadInsts.push_back(DU.NarrowUse);
888     }
889     // Now that the extend is gone, we want to expose it's uses for potential
890     // further simplification. We don't need to directly inform SimplifyIVUsers
891     // of the new users, because their parent IV will be processed later as a
892     // new loop phi. If we preserved IVUsers analysis, we would also want to
893     // push the uses of WideDef here.
894
895     // No further widening is needed. The deceased [sz]ext had done it for us.
896     return 0;
897   }
898
899   // Does this user itself evaluate to a recurrence after widening?
900   const SCEVAddRecExpr *WideAddRec = GetWideRecurrence(DU.NarrowUse);
901   if (!WideAddRec) {
902       WideAddRec = GetExtendedOperandRecurrence(DU);
903   }
904   if (!WideAddRec) {
905     // This user does not evaluate to a recurence after widening, so don't
906     // follow it. Instead insert a Trunc to kill off the original use,
907     // eventually isolating the original narrow IV so it can be removed.
908     IRBuilder<> Builder(getInsertPointForUses(DU.NarrowUse, DU.NarrowDef, DT));
909     Value *Trunc = Builder.CreateTrunc(DU.WideDef, DU.NarrowDef->getType());
910     DU.NarrowUse->replaceUsesOfWith(DU.NarrowDef, Trunc);
911     return 0;
912   }
913   // Assume block terminators cannot evaluate to a recurrence. We can't to
914   // insert a Trunc after a terminator if there happens to be a critical edge.
915   assert(DU.NarrowUse != DU.NarrowUse->getParent()->getTerminator() &&
916          "SCEV is not expected to evaluate a block terminator");
917
918   // Reuse the IV increment that SCEVExpander created as long as it dominates
919   // NarrowUse.
920   Instruction *WideUse = 0;
921   if (WideAddRec == WideIncExpr
922       && Rewriter.hoistIVInc(WideInc, DU.NarrowUse))
923     WideUse = WideInc;
924   else {
925     WideUse = CloneIVUser(DU);
926     if (!WideUse)
927       return 0;
928   }
929   // Evaluation of WideAddRec ensured that the narrow expression could be
930   // extended outside the loop without overflow. This suggests that the wide use
931   // evaluates to the same expression as the extended narrow use, but doesn't
932   // absolutely guarantee it. Hence the following failsafe check. In rare cases
933   // where it fails, we simply throw away the newly created wide use.
934   if (WideAddRec != SE->getSCEV(WideUse)) {
935     DEBUG(dbgs() << "Wide use expression mismatch: " << *WideUse
936           << ": " << *SE->getSCEV(WideUse) << " != " << *WideAddRec << "\n");
937     DeadInsts.push_back(WideUse);
938     return 0;
939   }
940
941   // Returning WideUse pushes it on the worklist.
942   return WideUse;
943 }
944
945 /// pushNarrowIVUsers - Add eligible users of NarrowDef to NarrowIVUsers.
946 ///
947 void WidenIV::pushNarrowIVUsers(Instruction *NarrowDef, Instruction *WideDef) {
948   for (Value::use_iterator UI = NarrowDef->use_begin(),
949          UE = NarrowDef->use_end(); UI != UE; ++UI) {
950     Instruction *NarrowUse = cast<Instruction>(*UI);
951
952     // Handle data flow merges and bizarre phi cycles.
953     if (!Widened.insert(NarrowUse))
954       continue;
955
956     NarrowIVUsers.push_back(NarrowIVDefUse(NarrowDef, NarrowUse, WideDef));
957   }
958 }
959
960 /// CreateWideIV - Process a single induction variable. First use the
961 /// SCEVExpander to create a wide induction variable that evaluates to the same
962 /// recurrence as the original narrow IV. Then use a worklist to forward
963 /// traverse the narrow IV's def-use chain. After WidenIVUse has processed all
964 /// interesting IV users, the narrow IV will be isolated for removal by
965 /// DeleteDeadPHIs.
966 ///
967 /// It would be simpler to delete uses as they are processed, but we must avoid
968 /// invalidating SCEV expressions.
969 ///
970 PHINode *WidenIV::CreateWideIV(SCEVExpander &Rewriter) {
971   // Is this phi an induction variable?
972   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE->getSCEV(OrigPhi));
973   if (!AddRec)
974     return NULL;
975
976   // Widen the induction variable expression.
977   const SCEV *WideIVExpr = IsSigned ?
978     SE->getSignExtendExpr(AddRec, WideType) :
979     SE->getZeroExtendExpr(AddRec, WideType);
980
981   assert(SE->getEffectiveSCEVType(WideIVExpr->getType()) == WideType &&
982          "Expect the new IV expression to preserve its type");
983
984   // Can the IV be extended outside the loop without overflow?
985   AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(WideIVExpr);
986   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
987     return NULL;
988
989   // An AddRec must have loop-invariant operands. Since this AddRec is
990   // materialized by a loop header phi, the expression cannot have any post-loop
991   // operands, so they must dominate the loop header.
992   assert(SE->properlyDominates(AddRec->getStart(), L->getHeader()) &&
993          SE->properlyDominates(AddRec->getStepRecurrence(*SE), L->getHeader())
994          && "Loop header phi recurrence inputs do not dominate the loop");
995
996   // The rewriter provides a value for the desired IV expression. This may
997   // either find an existing phi or materialize a new one. Either way, we
998   // expect a well-formed cyclic phi-with-increments. i.e. any operand not part
999   // of the phi-SCC dominates the loop entry.
1000   Instruction *InsertPt = L->getHeader()->begin();
1001   WidePhi = cast<PHINode>(Rewriter.expandCodeFor(AddRec, WideType, InsertPt));
1002
1003   // Remembering the WideIV increment generated by SCEVExpander allows
1004   // WidenIVUse to reuse it when widening the narrow IV's increment. We don't
1005   // employ a general reuse mechanism because the call above is the only call to
1006   // SCEVExpander. Henceforth, we produce 1-to-1 narrow to wide uses.
1007   if (BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch()) {
1008     WideInc =
1009       cast<Instruction>(WidePhi->getIncomingValueForBlock(LatchBlock));
1010     WideIncExpr = SE->getSCEV(WideInc);
1011   }
1012
1013   DEBUG(dbgs() << "Wide IV: " << *WidePhi << "\n");
1014   ++NumWidened;
1015
1016   // Traverse the def-use chain using a worklist starting at the original IV.
1017   assert(Widened.empty() && NarrowIVUsers.empty() && "expect initial state" );
1018
1019   Widened.insert(OrigPhi);
1020   pushNarrowIVUsers(OrigPhi, WidePhi);
1021
1022   while (!NarrowIVUsers.empty()) {
1023     NarrowIVDefUse DU = NarrowIVUsers.pop_back_val();
1024
1025     // Process a def-use edge. This may replace the use, so don't hold a
1026     // use_iterator across it.
1027     Instruction *WideUse = WidenIVUse(DU, Rewriter);
1028
1029     // Follow all def-use edges from the previous narrow use.
1030     if (WideUse)
1031       pushNarrowIVUsers(DU.NarrowUse, WideUse);
1032
1033     // WidenIVUse may have removed the def-use edge.
1034     if (DU.NarrowDef->use_empty())
1035       DeadInsts.push_back(DU.NarrowDef);
1036   }
1037   return WidePhi;
1038 }
1039
1040 //===----------------------------------------------------------------------===//
1041 //  Simplification of IV users based on SCEV evaluation.
1042 //===----------------------------------------------------------------------===//
1043
1044
1045 /// SimplifyAndExtend - Iteratively perform simplification on a worklist of IV
1046 /// users. Each successive simplification may push more users which may
1047 /// themselves be candidates for simplification.
1048 ///
1049 /// Sign/Zero extend elimination is interleaved with IV simplification.
1050 ///
1051 void IndVarSimplify::SimplifyAndExtend(Loop *L,
1052                                        SCEVExpander &Rewriter,
1053                                        LPPassManager &LPM) {
1054   SmallVector<WideIVInfo, 8> WideIVs;
1055
1056   SmallVector<PHINode*, 8> LoopPhis;
1057   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
1058     LoopPhis.push_back(cast<PHINode>(I));
1059   }
1060   // Each round of simplification iterates through the SimplifyIVUsers worklist
1061   // for all current phis, then determines whether any IVs can be
1062   // widened. Widening adds new phis to LoopPhis, inducing another round of
1063   // simplification on the wide IVs.
1064   while (!LoopPhis.empty()) {
1065     // Evaluate as many IV expressions as possible before widening any IVs. This
1066     // forces SCEV to set no-wrap flags before evaluating sign/zero
1067     // extension. The first time SCEV attempts to normalize sign/zero extension,
1068     // the result becomes final. So for the most predictable results, we delay
1069     // evaluation of sign/zero extend evaluation until needed, and avoid running
1070     // other SCEV based analysis prior to SimplifyAndExtend.
1071     do {
1072       PHINode *CurrIV = LoopPhis.pop_back_val();
1073
1074       // Information about sign/zero extensions of CurrIV.
1075       WideIVVisitor WIV(CurrIV, SE, TD);
1076
1077       Changed |= simplifyUsersOfIV(CurrIV, SE, &LPM, DeadInsts, &WIV);
1078
1079       if (WIV.WI.WidestNativeType) {
1080         WideIVs.push_back(WIV.WI);
1081       }
1082     } while(!LoopPhis.empty());
1083
1084     for (; !WideIVs.empty(); WideIVs.pop_back()) {
1085       WidenIV Widener(WideIVs.back(), LI, SE, DT, DeadInsts);
1086       if (PHINode *WidePhi = Widener.CreateWideIV(Rewriter)) {
1087         Changed = true;
1088         LoopPhis.push_back(WidePhi);
1089       }
1090     }
1091   }
1092 }
1093
1094 //===----------------------------------------------------------------------===//
1095 //  LinearFunctionTestReplace and its kin. Rewrite the loop exit condition.
1096 //===----------------------------------------------------------------------===//
1097
1098 /// Check for expressions that ScalarEvolution generates to compute
1099 /// BackedgeTakenInfo. If these expressions have not been reduced, then
1100 /// expanding them may incur additional cost (albeit in the loop preheader).
1101 static bool isHighCostExpansion(const SCEV *S, BranchInst *BI,
1102                                 SmallPtrSet<const SCEV*, 8> &Processed,
1103                                 ScalarEvolution *SE) {
1104   if (!Processed.insert(S))
1105     return false;
1106
1107   // If the backedge-taken count is a UDiv, it's very likely a UDiv that
1108   // ScalarEvolution's HowFarToZero or HowManyLessThans produced to compute a
1109   // precise expression, rather than a UDiv from the user's code. If we can't
1110   // find a UDiv in the code with some simple searching, assume the former and
1111   // forego rewriting the loop.
1112   if (isa<SCEVUDivExpr>(S)) {
1113     ICmpInst *OrigCond = dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
1114     if (!OrigCond) return true;
1115     const SCEV *R = SE->getSCEV(OrigCond->getOperand(1));
1116     R = SE->getMinusSCEV(R, SE->getConstant(R->getType(), 1));
1117     if (R != S) {
1118       const SCEV *L = SE->getSCEV(OrigCond->getOperand(0));
1119       L = SE->getMinusSCEV(L, SE->getConstant(L->getType(), 1));
1120       if (L != S)
1121         return true;
1122     }
1123   }
1124
1125   // Recurse past add expressions, which commonly occur in the
1126   // BackedgeTakenCount. They may already exist in program code, and if not,
1127   // they are not too expensive rematerialize.
1128   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
1129     for (SCEVAddExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
1130          I != E; ++I) {
1131       if (isHighCostExpansion(*I, BI, Processed, SE))
1132         return true;
1133     }
1134     return false;
1135   }
1136
1137   // HowManyLessThans uses a Max expression whenever the loop is not guarded by
1138   // the exit condition.
1139   if (isa<SCEVSMaxExpr>(S) || isa<SCEVUMaxExpr>(S))
1140     return true;
1141
1142   // If we haven't recognized an expensive SCEV pattern, assume it's an
1143   // expression produced by program code.
1144   return false;
1145 }
1146
1147 /// canExpandBackedgeTakenCount - Return true if this loop's backedge taken
1148 /// count expression can be safely and cheaply expanded into an instruction
1149 /// sequence that can be used by LinearFunctionTestReplace.
1150 ///
1151 /// TODO: This fails for pointer-type loop counters with greater than one byte
1152 /// strides, consequently preventing LFTR from running. For the purpose of LFTR
1153 /// we could skip this check in the case that the LFTR loop counter (chosen by
1154 /// FindLoopCounter) is also pointer type. Instead, we could directly convert
1155 /// the loop test to an inequality test by checking the target data's alignment
1156 /// of element types (given that the initial pointer value originates from or is
1157 /// used by ABI constrained operation, as opposed to inttoptr/ptrtoint).
1158 /// However, we don't yet have a strong motivation for converting loop tests
1159 /// into inequality tests.
1160 static bool canExpandBackedgeTakenCount(Loop *L, ScalarEvolution *SE) {
1161   const SCEV *BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
1162   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount) ||
1163       BackedgeTakenCount->isZero())
1164     return false;
1165
1166   if (!L->getExitingBlock())
1167     return false;
1168
1169   // Can't rewrite non-branch yet.
1170   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(L->getExitingBlock()->getTerminator());
1171   if (!BI)
1172     return false;
1173
1174   SmallPtrSet<const SCEV*, 8> Processed;
1175   if (isHighCostExpansion(BackedgeTakenCount, BI, Processed, SE))
1176     return false;
1177
1178   return true;
1179 }
1180
1181 /// getLoopPhiForCounter - Return the loop header phi IFF IncV adds a loop
1182 /// invariant value to the phi.
1183 static PHINode *getLoopPhiForCounter(Value *IncV, Loop *L, DominatorTree *DT) {
1184   Instruction *IncI = dyn_cast<Instruction>(IncV);
1185   if (!IncI)
1186     return 0;
1187
1188   switch (IncI->getOpcode()) {
1189   case Instruction::Add:
1190   case Instruction::Sub:
1191     break;
1192   case Instruction::GetElementPtr:
1193     // An IV counter must preserve its type.
1194     if (IncI->getNumOperands() == 2)
1195       break;
1196   default:
1197     return 0;
1198   }
1199
1200   PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(IncI->getOperand(0));
1201   if (Phi && Phi->getParent() == L->getHeader()) {
1202     if (isLoopInvariant(IncI->getOperand(1), L, DT))
1203       return Phi;
1204     return 0;
1205   }
1206   if (IncI->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
1207     return 0;
1208
1209   // Allow add/sub to be commuted.
1210   Phi = dyn_cast<PHINode>(IncI->getOperand(1));
1211   if (Phi && Phi->getParent() == L->getHeader()) {
1212     if (isLoopInvariant(IncI->getOperand(0), L, DT))
1213       return Phi;
1214   }
1215   return 0;
1216 }
1217
1218 /// needsLFTR - LinearFunctionTestReplace policy. Return true unless we can show
1219 /// that the current exit test is already sufficiently canonical.
1220 static bool needsLFTR(Loop *L, DominatorTree *DT) {
1221   assert(L->getExitingBlock() && "expected loop exit");
1222
1223   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1224   // Don't bother with LFTR if the loop is not properly simplified.
1225   if (!LatchBlock)
1226     return false;
1227
1228   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(L->getExitingBlock()->getTerminator());
1229   assert(BI && "expected exit branch");
1230
1231   // Do LFTR to simplify the exit condition to an ICMP.
1232   ICmpInst *Cond = dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
1233   if (!Cond)
1234     return true;
1235
1236   // Do LFTR to simplify the exit ICMP to EQ/NE
1237   ICmpInst::Predicate Pred = Cond->getPredicate();
1238   if (Pred != ICmpInst::ICMP_NE && Pred != ICmpInst::ICMP_EQ)
1239     return true;
1240
1241   // Look for a loop invariant RHS
1242   Value *LHS = Cond->getOperand(0);
1243   Value *RHS = Cond->getOperand(1);
1244   if (!isLoopInvariant(RHS, L, DT)) {
1245     if (!isLoopInvariant(LHS, L, DT))
1246       return true;
1247     std::swap(LHS, RHS);
1248   }
1249   // Look for a simple IV counter LHS
1250   PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(LHS);
1251   if (!Phi)
1252     Phi = getLoopPhiForCounter(LHS, L, DT);
1253
1254   if (!Phi)
1255     return true;
1256
1257   // Do LFTR if the exit condition's IV is *not* a simple counter.
1258   Value *IncV = Phi->getIncomingValueForBlock(L->getLoopLatch());
1259   return Phi != getLoopPhiForCounter(IncV, L, DT);
1260 }
1261
1262 /// AlmostDeadIV - Return true if this IV has any uses other than the (soon to
1263 /// be rewritten) loop exit test.
1264 static bool AlmostDeadIV(PHINode *Phi, BasicBlock *LatchBlock, Value *Cond) {
1265   int LatchIdx = Phi->getBasicBlockIndex(LatchBlock);
1266   Value *IncV = Phi->getIncomingValue(LatchIdx);
1267
1268   for (Value::use_iterator UI = Phi->use_begin(), UE = Phi->use_end();
1269        UI != UE; ++UI) {
1270     if (*UI != Cond && *UI != IncV) return false;
1271   }
1272
1273   for (Value::use_iterator UI = IncV->use_begin(), UE = IncV->use_end();
1274        UI != UE; ++UI) {
1275     if (*UI != Cond && *UI != Phi) return false;
1276   }
1277   return true;
1278 }
1279
1280 /// FindLoopCounter - Find an affine IV in canonical form.
1281 ///
1282 /// BECount may be an i8* pointer type. The pointer difference is already
1283 /// valid count without scaling the address stride, so it remains a pointer
1284 /// expression as far as SCEV is concerned.
1285 ///
1286 /// FIXME: Accept -1 stride and set IVLimit = IVInit - BECount
1287 ///
1288 /// FIXME: Accept non-unit stride as long as SCEV can reduce BECount * Stride.
1289 /// This is difficult in general for SCEV because of potential overflow. But we
1290 /// could at least handle constant BECounts.
1291 static PHINode *
1292 FindLoopCounter(Loop *L, const SCEV *BECount,
1293                 ScalarEvolution *SE, DominatorTree *DT, const TargetData *TD) {
1294   uint64_t BCWidth = SE->getTypeSizeInBits(BECount->getType());
1295
1296   Value *Cond =
1297     cast<BranchInst>(L->getExitingBlock()->getTerminator())->getCondition();
1298
1299   // Loop over all of the PHI nodes, looking for a simple counter.
1300   PHINode *BestPhi = 0;
1301   const SCEV *BestInit = 0;
1302   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1303   assert(LatchBlock && "needsLFTR should guarantee a loop latch");
1304
1305   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
1306     PHINode *Phi = cast<PHINode>(I);
1307     if (!SE->isSCEVable(Phi->getType()))
1308       continue;
1309
1310     // Avoid comparing an integer IV against a pointer Limit.
1311     if (BECount->getType()->isPointerTy() && !Phi->getType()->isPointerTy())
1312       continue;
1313
1314     const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE->getSCEV(Phi));
1315     if (!AR || AR->getLoop() != L || !AR->isAffine())
1316       continue;
1317
1318     // AR may be a pointer type, while BECount is an integer type.
1319     // AR may be wider than BECount. With eq/ne tests overflow is immaterial.
1320     // AR may not be a narrower type, or we may never exit.
1321     uint64_t PhiWidth = SE->getTypeSizeInBits(AR->getType());
1322     if (PhiWidth < BCWidth || (TD && !TD->isLegalInteger(PhiWidth)))
1323       continue;
1324
1325     const SCEV *Step = dyn_cast<SCEVConstant>(AR->getStepRecurrence(*SE));
1326     if (!Step || !Step->isOne())
1327       continue;
1328
1329     int LatchIdx = Phi->getBasicBlockIndex(LatchBlock);
1330     Value *IncV = Phi->getIncomingValue(LatchIdx);
1331     if (getLoopPhiForCounter(IncV, L, DT) != Phi)
1332       continue;
1333
1334     const SCEV *Init = AR->getStart();
1335
1336     if (BestPhi && !AlmostDeadIV(BestPhi, LatchBlock, Cond)) {
1337       // Don't force a live loop counter if another IV can be used.
1338       if (AlmostDeadIV(Phi, LatchBlock, Cond))
1339         continue;
1340
1341       // Prefer to count-from-zero. This is a more "canonical" counter form. It
1342       // also prefers integer to pointer IVs.
1343       if (BestInit->isZero() != Init->isZero()) {
1344         if (BestInit->isZero())
1345           continue;
1346       }
1347       // If two IVs both count from zero or both count from nonzero then the
1348       // narrower is likely a dead phi that has been widened. Use the wider phi
1349       // to allow the other to be eliminated.
1350       if (PhiWidth <= SE->getTypeSizeInBits(BestPhi->getType()))
1351         continue;
1352     }
1353     BestPhi = Phi;
1354     BestInit = Init;
1355   }
1356   return BestPhi;
1357 }
1358
1359 /// genLoopLimit - Help LinearFunctionTestReplace by generating a value that
1360 /// holds the RHS of the new loop test.
1361 static Value *genLoopLimit(PHINode *IndVar, const SCEV *IVCount, Loop *L,
1362                            SCEVExpander &Rewriter, ScalarEvolution *SE) {
1363   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE->getSCEV(IndVar));
1364   assert(AR && AR->getLoop() == L && AR->isAffine() && "bad loop counter");
1365   const SCEV *IVInit = AR->getStart();
1366
1367   // IVInit may be a pointer while IVCount is an integer when FindLoopCounter
1368   // finds a valid pointer IV. Sign extend BECount in order to materialize a
1369   // GEP. Avoid running SCEVExpander on a new pointer value, instead reusing
1370   // the existing GEPs whenever possible.
1371   if (IndVar->getType()->isPointerTy()
1372       && !IVCount->getType()->isPointerTy()) {
1373
1374     Type *OfsTy = SE->getEffectiveSCEVType(IVInit->getType());
1375     const SCEV *IVOffset = SE->getTruncateOrSignExtend(IVCount, OfsTy);
1376
1377     // Expand the code for the iteration count.
1378     assert(SE->isLoopInvariant(IVOffset, L) &&
1379            "Computed iteration count is not loop invariant!");
1380     BranchInst *BI = cast<BranchInst>(L->getExitingBlock()->getTerminator());
1381     Value *GEPOffset = Rewriter.expandCodeFor(IVOffset, OfsTy, BI);
1382
1383     Value *GEPBase = IndVar->getIncomingValueForBlock(L->getLoopPreheader());
1384     assert(AR->getStart() == SE->getSCEV(GEPBase) && "bad loop counter");
1385     // We could handle pointer IVs other than i8*, but we need to compensate for
1386     // gep index scaling. See canExpandBackedgeTakenCount comments.
1387     assert(SE->getSizeOfExpr(
1388              cast<PointerType>(GEPBase->getType())->getElementType())->isOne()
1389            && "unit stride pointer IV must be i8*");
1390
1391     IRBuilder<> Builder(L->getLoopPreheader()->getTerminator());
1392     return Builder.CreateGEP(GEPBase, GEPOffset, "lftr.limit");
1393   }
1394   else {
1395     // In any other case, convert both IVInit and IVCount to integers before
1396     // comparing. This may result in SCEV expension of pointers, but in practice
1397     // SCEV will fold the pointer arithmetic away as such:
1398     // BECount = (IVEnd - IVInit - 1) => IVLimit = IVInit (postinc).
1399     //
1400     // Valid Cases: (1) both integers is most common; (2) both may be pointers
1401     // for simple memset-style loops; (3) IVInit is an integer and IVCount is a
1402     // pointer may occur when enable-iv-rewrite generates a canonical IV on top
1403     // of case #2.
1404
1405     const SCEV *IVLimit = 0;
1406     // For unit stride, IVCount = Start + BECount with 2's complement overflow.
1407     // For non-zero Start, compute IVCount here.
1408     if (AR->getStart()->isZero())
1409       IVLimit = IVCount;
1410     else {
1411       assert(AR->getStepRecurrence(*SE)->isOne() && "only handles unit stride");
1412       const SCEV *IVInit = AR->getStart();
1413
1414       // For integer IVs, truncate the IV before computing IVInit + BECount.
1415       if (SE->getTypeSizeInBits(IVInit->getType())
1416           > SE->getTypeSizeInBits(IVCount->getType()))
1417         IVInit = SE->getTruncateExpr(IVInit, IVCount->getType());
1418
1419       IVLimit = SE->getAddExpr(IVInit, IVCount);
1420     }
1421     // Expand the code for the iteration count.
1422     BranchInst *BI = cast<BranchInst>(L->getExitingBlock()->getTerminator());
1423     IRBuilder<> Builder(BI);
1424     assert(SE->isLoopInvariant(IVLimit, L) &&
1425            "Computed iteration count is not loop invariant!");
1426     // Ensure that we generate the same type as IndVar, or a smaller integer
1427     // type. In the presence of null pointer values, we have an integer type
1428     // SCEV expression (IVInit) for a pointer type IV value (IndVar).
1429     Type *LimitTy = IVCount->getType()->isPointerTy() ?
1430       IndVar->getType() : IVCount->getType();
1431     return Rewriter.expandCodeFor(IVLimit, LimitTy, BI);
1432   }
1433 }
1434
1435 /// LinearFunctionTestReplace - This method rewrites the exit condition of the
1436 /// loop to be a canonical != comparison against the incremented loop induction
1437 /// variable.  This pass is able to rewrite the exit tests of any loop where the
1438 /// SCEV analysis can determine a loop-invariant trip count of the loop, which
1439 /// is actually a much broader range than just linear tests.
1440 Value *IndVarSimplify::
1441 LinearFunctionTestReplace(Loop *L,
1442                           const SCEV *BackedgeTakenCount,
1443                           PHINode *IndVar,
1444                           SCEVExpander &Rewriter) {
1445   assert(canExpandBackedgeTakenCount(L, SE) && "precondition");
1446
1447   // LFTR can ignore IV overflow and truncate to the width of
1448   // BECount. This avoids materializing the add(zext(add)) expression.
1449   Type *CntTy = BackedgeTakenCount->getType();
1450
1451   const SCEV *IVCount = BackedgeTakenCount;
1452
1453   // If the exiting block is the same as the backedge block, we prefer to
1454   // compare against the post-incremented value, otherwise we must compare
1455   // against the preincremented value.
1456   Value *CmpIndVar;
1457   if (L->getExitingBlock() == L->getLoopLatch()) {
1458     // Add one to the "backedge-taken" count to get the trip count.
1459     // If this addition may overflow, we have to be more pessimistic and
1460     // cast the induction variable before doing the add.
1461     const SCEV *N =
1462       SE->getAddExpr(IVCount, SE->getConstant(IVCount->getType(), 1));
1463     if (CntTy == IVCount->getType())
1464       IVCount = N;
1465     else {
1466       const SCEV *Zero = SE->getConstant(IVCount->getType(), 0);
1467       if ((isa<SCEVConstant>(N) && !N->isZero()) ||
1468           SE->isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_NE, N, Zero)) {
1469         // No overflow. Cast the sum.
1470         IVCount = SE->getTruncateOrZeroExtend(N, CntTy);
1471       } else {
1472         // Potential overflow. Cast before doing the add.
1473         IVCount = SE->getTruncateOrZeroExtend(IVCount, CntTy);
1474         IVCount = SE->getAddExpr(IVCount, SE->getConstant(CntTy, 1));
1475       }
1476     }
1477     // The BackedgeTaken expression contains the number of times that the
1478     // backedge branches to the loop header.  This is one less than the
1479     // number of times the loop executes, so use the incremented indvar.
1480     CmpIndVar = IndVar->getIncomingValueForBlock(L->getExitingBlock());
1481   } else {
1482     // We must use the preincremented value...
1483     IVCount = SE->getTruncateOrZeroExtend(IVCount, CntTy);
1484     CmpIndVar = IndVar;
1485   }
1486
1487   Value *ExitCnt = genLoopLimit(IndVar, IVCount, L, Rewriter, SE);
1488   assert(ExitCnt->getType()->isPointerTy() == IndVar->getType()->isPointerTy()
1489          && "genLoopLimit missed a cast");
1490
1491   // Insert a new icmp_ne or icmp_eq instruction before the branch.
1492   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(L->getExitingBlock()->getTerminator());
1493   ICmpInst::Predicate P;
1494   if (L->contains(BI->getSuccessor(0)))
1495     P = ICmpInst::ICMP_NE;
1496   else
1497     P = ICmpInst::ICMP_EQ;
1498
1499   DEBUG(dbgs() << "INDVARS: Rewriting loop exit condition to:\n"
1500                << "      LHS:" << *CmpIndVar << '\n'
1501                << "       op:\t"
1502                << (P == ICmpInst::ICMP_NE ? "!=" : "==") << "\n"
1503                << "      RHS:\t" << *ExitCnt << "\n"
1504                << "  IVCount:\t" << *IVCount << "\n");
1505
1506   IRBuilder<> Builder(BI);
1507   if (SE->getTypeSizeInBits(CmpIndVar->getType())
1508       > SE->getTypeSizeInBits(ExitCnt->getType())) {
1509     CmpIndVar = Builder.CreateTrunc(CmpIndVar, ExitCnt->getType(),
1510                                     "lftr.wideiv");
1511   }
1512
1513   Value *Cond = Builder.CreateICmp(P, CmpIndVar, ExitCnt, "exitcond");
1514   Value *OrigCond = BI->getCondition();
1515   // It's tempting to use replaceAllUsesWith here to fully replace the old
1516   // comparison, but that's not immediately safe, since users of the old
1517   // comparison may not be dominated by the new comparison. Instead, just
1518   // update the branch to use the new comparison; in the common case this
1519   // will make old comparison dead.
1520   BI->setCondition(Cond);
1521   DeadInsts.push_back(OrigCond);
1522
1523   ++NumLFTR;
1524   Changed = true;
1525   return Cond;
1526 }
1527
1528 //===----------------------------------------------------------------------===//
1529 //  SinkUnusedInvariants. A late subpass to cleanup loop preheaders.
1530 //===----------------------------------------------------------------------===//
1531
1532 /// If there's a single exit block, sink any loop-invariant values that
1533 /// were defined in the preheader but not used inside the loop into the
1534 /// exit block to reduce register pressure in the loop.
1535 void IndVarSimplify::SinkUnusedInvariants(Loop *L) {
1536   BasicBlock *ExitBlock = L->getExitBlock();
1537   if (!ExitBlock) return;
1538
1539   BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
1540   if (!Preheader) return;
1541
1542   Instruction *InsertPt = ExitBlock->getFirstInsertionPt();
1543   BasicBlock::iterator I = Preheader->getTerminator();
1544   while (I != Preheader->begin()) {
1545     --I;
1546     // New instructions were inserted at the end of the preheader.
1547     if (isa<PHINode>(I))
1548       break;
1549
1550     // Don't move instructions which might have side effects, since the side
1551     // effects need to complete before instructions inside the loop.  Also don't
1552     // move instructions which might read memory, since the loop may modify
1553     // memory. Note that it's okay if the instruction might have undefined
1554     // behavior: LoopSimplify guarantees that the preheader dominates the exit
1555     // block.
1556     if (I->mayHaveSideEffects() || I->mayReadFromMemory())
1557       continue;
1558
1559     // Skip debug info intrinsics.
1560     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
1561       continue;
1562
1563     // Skip landingpad instructions.
1564     if (isa<LandingPadInst>(I))
1565       continue;
1566
1567     // Don't sink alloca: we never want to sink static alloca's out of the
1568     // entry block, and correctly sinking dynamic alloca's requires
1569     // checks for stacksave/stackrestore intrinsics.
1570     // FIXME: Refactor this check somehow?
1571     if (isa<AllocaInst>(I))
1572       continue;
1573
1574     // Determine if there is a use in or before the loop (direct or
1575     // otherwise).
1576     bool UsedInLoop = false;
1577     for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), UE = I->use_end();
1578          UI != UE; ++UI) {
1579       User *U = *UI;
1580       BasicBlock *UseBB = cast<Instruction>(U)->getParent();
1581       if (PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(U)) {
1582         unsigned i =
1583           PHINode::getIncomingValueNumForOperand(UI.getOperandNo());
1584         UseBB = P->getIncomingBlock(i);
1585       }
1586       if (UseBB == Preheader || L->contains(UseBB)) {
1587         UsedInLoop = true;
1588         break;
1589       }
1590     }
1591
1592     // If there is, the def must remain in the preheader.
1593     if (UsedInLoop)
1594       continue;
1595
1596     // Otherwise, sink it to the exit block.
1597     Instruction *ToMove = I;
1598     bool Done = false;
1599
1600     if (I != Preheader->begin()) {
1601       // Skip debug info intrinsics.
1602       do {
1603         --I;
1604       } while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I) && I != Preheader->begin());
1605
1606       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I) && I == Preheader->begin())
1607         Done = true;
1608     } else {
1609       Done = true;
1610     }
1611
1612     ToMove->moveBefore(InsertPt);
1613     if (Done) break;
1614     InsertPt = ToMove;
1615   }
1616 }
1617
1618 //===----------------------------------------------------------------------===//
1619 //  IndVarSimplify driver. Manage several subpasses of IV simplification.
1620 //===----------------------------------------------------------------------===//
1621
1622 bool IndVarSimplify::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
1623   // If LoopSimplify form is not available, stay out of trouble. Some notes:
1624   //  - LSR currently only supports LoopSimplify-form loops. Indvars'
1625   //    canonicalization can be a pessimization without LSR to "clean up"
1626   //    afterwards.
1627   //  - We depend on having a preheader; in particular,
1628   //    Loop::getCanonicalInductionVariable only supports loops with preheaders,
1629   //    and we're in trouble if we can't find the induction variable even when
1630   //    we've manually inserted one.
1631   if (!L->isLoopSimplifyForm())
1632     return false;
1633
1634   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
1635   SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
1636   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
1637   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
1638
1639   DeadInsts.clear();
1640   Changed = false;
1641
1642   // If there are any floating-point recurrences, attempt to
1643   // transform them to use integer recurrences.
1644   RewriteNonIntegerIVs(L);
1645
1646   const SCEV *BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
1647
1648   // Create a rewriter object which we'll use to transform the code with.
1649   SCEVExpander Rewriter(*SE, "indvars");
1650 #ifndef NDEBUG
1651   Rewriter.setDebugType(DEBUG_TYPE);
1652 #endif
1653
1654   // Eliminate redundant IV users.
1655   //
1656   // Simplification works best when run before other consumers of SCEV. We
1657   // attempt to avoid evaluating SCEVs for sign/zero extend operations until
1658   // other expressions involving loop IVs have been evaluated. This helps SCEV
1659   // set no-wrap flags before normalizing sign/zero extension.
1660   Rewriter.disableCanonicalMode();
1661   SimplifyAndExtend(L, Rewriter, LPM);
1662
1663   // Check to see if this loop has a computable loop-invariant execution count.
1664   // If so, this means that we can compute the final value of any expressions
1665   // that are recurrent in the loop, and substitute the exit values from the
1666   // loop into any instructions outside of the loop that use the final values of
1667   // the current expressions.
1668   //
1669   if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
1670     RewriteLoopExitValues(L, Rewriter);
1671
1672   // Eliminate redundant IV cycles.
1673   NumElimIV += Rewriter.replaceCongruentIVs(L, DT, DeadInsts);
1674
1675   // Compute the type of the largest recurrence expression, and decide whether
1676   // a canonical induction variable should be inserted.
1677   bool ExpandBECount = canExpandBackedgeTakenCount(L, SE);
1678
1679   // Now that we know the largest of the induction variable expressions
1680   // in this loop, insert a canonical induction variable of the largest size.
1681   PHINode *IndVar = 0;
1682   if (ExpandBECount && needsLFTR(L, DT)) {
1683     IndVar = FindLoopCounter(L, BackedgeTakenCount, SE, DT, TD);
1684   }
1685   // If we have a trip count expression, rewrite the loop's exit condition
1686   // using it.  We can currently only handle loops with a single exit.
1687   Value *NewICmp = 0;
1688   if (ExpandBECount && IndVar) {
1689     // Check preconditions for proper SCEVExpander operation. SCEV does not
1690     // express SCEVExpander's dependencies, such as LoopSimplify. Instead any
1691     // pass that uses the SCEVExpander must do it. This does not work well for
1692     // loop passes because SCEVExpander makes assumptions about all loops, while
1693     // LoopPassManager only forces the current loop to be simplified.
1694     //
1695     // FIXME: SCEV expansion has no way to bail out, so the caller must
1696     // explicitly check any assumptions made by SCEV. Brittle.
1697     const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(BackedgeTakenCount);
1698     if (!AR || AR->getLoop()->getLoopPreheader())
1699       NewICmp =
1700         LinearFunctionTestReplace(L, BackedgeTakenCount, IndVar, Rewriter);
1701   }
1702
1703   // Clear the rewriter cache, because values that are in the rewriter's cache
1704   // can be deleted in the loop below, causing the AssertingVH in the cache to
1705   // trigger.
1706   Rewriter.clear();
1707
1708   // Now that we're done iterating through lists, clean up any instructions
1709   // which are now dead.
1710   while (!DeadInsts.empty())
1711     if (Instruction *Inst =
1712           dyn_cast_or_null<Instruction>(&*DeadInsts.pop_back_val()))
1713       RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Inst);
1714
1715   // The Rewriter may not be used from this point on.
1716
1717   // Loop-invariant instructions in the preheader that aren't used in the
1718   // loop may be sunk below the loop to reduce register pressure.
1719   SinkUnusedInvariants(L);
1720
1721   // Clean up dead instructions.
1722   Changed |= DeleteDeadPHIs(L->getHeader());
1723   // Check a post-condition.
1724   assert(L->isLCSSAForm(*DT) &&
1725          "Indvars did not leave the loop in lcssa form!");
1726
1727   // Verify that LFTR, and any other change have not interfered with SCEV's
1728   // ability to compute trip count.
1729 #ifndef NDEBUG
1730   if (VerifyIndvars && !isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount)) {
1731     SE->forgetLoop(L);
1732     const SCEV *NewBECount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
1733     if (SE->getTypeSizeInBits(BackedgeTakenCount->getType()) <
1734         SE->getTypeSizeInBits(NewBECount->getType()))
1735       NewBECount = SE->getTruncateOrNoop(NewBECount,
1736                                          BackedgeTakenCount->getType());
1737     else
1738       BackedgeTakenCount = SE->getTruncateOrNoop(BackedgeTakenCount,
1739                                                  NewBECount->getType());
1740     assert(BackedgeTakenCount == NewBECount && "indvars must preserve SCEV");
1741   }
1742 #endif
1743
1744   return Changed;
1745 }