b7c97e5071ac6c987c596f67be5bbb563e8b2fd0
[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 // This transformation makes the following changes to each loop with an
15 // identifiable induction variable:
16 //   1. All loops are transformed to have a SINGLE canonical induction variable
17 //      which starts at zero and steps by one.
18 //   2. The canonical induction variable is guaranteed to be the first PHI node
19 //      in the loop header block.
20 //   3. The canonical induction variable is guaranteed to be in a wide enough
21 //      type so that IV expressions need not be (directly) zero-extended or
22 //      sign-extended.
23 //   4. Any pointer arithmetic recurrences are raised to use array subscripts.
24 //
25 // If the trip count of a loop is computable, this pass also makes the following
26 // changes:
27 //   1. The exit condition for the loop is canonicalized to compare the
28 //      induction value against the exit value.  This turns loops like:
29 //        'for (i = 7; i*i < 1000; ++i)' into 'for (i = 0; i != 25; ++i)'
30 //   2. Any use outside of the loop of an expression derived from the indvar
31 //      is changed to compute the derived value outside of the loop, eliminating
32 //      the dependence on the exit value of the induction variable.  If the only
33 //      purpose of the loop is to compute the exit value of some derived
34 //      expression, this transformation will make the loop dead.
35 //
36 // This transformation should be followed by strength reduction after all of the
37 // desired loop transformations have been performed.
38 //
39 //===----------------------------------------------------------------------===//
40
41 #define DEBUG_TYPE "indvars"
42 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
43 #include "llvm/BasicBlock.h"
44 #include "llvm/Constants.h"
45 #include "llvm/Instructions.h"
46 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
47 #include "llvm/LLVMContext.h"
48 #include "llvm/Type.h"
49 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
50 #include "llvm/Analysis/IVUsers.h"
51 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
52 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
53 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
54 #include "llvm/Support/CFG.h"
55 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
56 #include "llvm/Support/Debug.h"
57 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
58 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
59 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
60 #include "llvm/Target/TargetData.h"
61 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
62 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
63 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
64 using namespace llvm;
65
66 STATISTIC(NumRemoved     , "Number of aux indvars removed");
67 STATISTIC(NumWidened     , "Number of indvars widened");
68 STATISTIC(NumInserted    , "Number of canonical indvars added");
69 STATISTIC(NumReplaced    , "Number of exit values replaced");
70 STATISTIC(NumLFTR        , "Number of loop exit tests replaced");
71 STATISTIC(NumElimIdentity, "Number of IV identities eliminated");
72 STATISTIC(NumElimExt     , "Number of IV sign/zero extends eliminated");
73 STATISTIC(NumElimRem     , "Number of IV remainder operations eliminated");
74 STATISTIC(NumElimCmp     , "Number of IV comparisons eliminated");
75
76 static cl::opt<bool> DisableIVRewrite(
77   "disable-iv-rewrite", cl::Hidden,
78   cl::desc("Disable canonical induction variable rewriting"));
79
80 namespace {
81   class IndVarSimplify : public LoopPass {
82     IVUsers         *IU;
83     LoopInfo        *LI;
84     ScalarEvolution *SE;
85     DominatorTree   *DT;
86     TargetData      *TD;
87
88     SmallVector<WeakVH, 16> DeadInsts;
89     bool Changed;
90   public:
91
92     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
93     IndVarSimplify() : LoopPass(ID), IU(0), LI(0), SE(0), DT(0), TD(0),
94                        Changed(false) {
95       initializeIndVarSimplifyPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
96     }
97
98     virtual bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
99
100     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
101       AU.addRequired<DominatorTree>();
102       AU.addRequired<LoopInfo>();
103       AU.addRequired<ScalarEvolution>();
104       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
105       AU.addRequiredID(LCSSAID);
106       if (!DisableIVRewrite)
107         AU.addRequired<IVUsers>();
108       AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
109       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
110       AU.addPreservedID(LCSSAID);
111       if (!DisableIVRewrite)
112         AU.addPreserved<IVUsers>();
113       AU.setPreservesCFG();
114     }
115
116   private:
117     bool isValidRewrite(Value *FromVal, Value *ToVal);
118
119     void SimplifyIVUsers(SCEVExpander &Rewriter);
120     void SimplifyIVUsersNoRewrite(Loop *L, SCEVExpander &Rewriter);
121
122     bool EliminateIVUser(Instruction *UseInst, Instruction *IVOperand);
123     void EliminateIVComparison(ICmpInst *ICmp, Value *IVOperand);
124     void EliminateIVRemainder(BinaryOperator *Rem,
125                               Value *IVOperand,
126                               bool IsSigned);
127     bool isSimpleIVUser(Instruction *I, const Loop *L);
128     void RewriteNonIntegerIVs(Loop *L);
129
130     ICmpInst *LinearFunctionTestReplace(Loop *L, const SCEV *BackedgeTakenCount,
131                                         PHINode *IndVar,
132                                         SCEVExpander &Rewriter);
133
134     void RewriteLoopExitValues(Loop *L, SCEVExpander &Rewriter);
135
136     void RewriteIVExpressions(Loop *L, SCEVExpander &Rewriter);
137
138     void SinkUnusedInvariants(Loop *L);
139
140     void HandleFloatingPointIV(Loop *L, PHINode *PH);
141   };
142 }
143
144 char IndVarSimplify::ID = 0;
145 INITIALIZE_PASS_BEGIN(IndVarSimplify, "indvars",
146                 "Induction Variable Simplification", false, false)
147 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
148 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfo)
149 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolution)
150 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopSimplify)
151 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LCSSA)
152 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(IVUsers)
153 INITIALIZE_PASS_END(IndVarSimplify, "indvars",
154                 "Induction Variable Simplification", false, false)
155
156 Pass *llvm::createIndVarSimplifyPass() {
157   return new IndVarSimplify();
158 }
159
160 /// isValidRewrite - Return true if the SCEV expansion generated by the
161 /// rewriter can replace the original value. SCEV guarantees that it
162 /// produces the same value, but the way it is produced may be illegal IR.
163 /// Ideally, this function will only be called for verification.
164 bool IndVarSimplify::isValidRewrite(Value *FromVal, Value *ToVal) {
165   // If an SCEV expression subsumed multiple pointers, its expansion could
166   // reassociate the GEP changing the base pointer. This is illegal because the
167   // final address produced by a GEP chain must be inbounds relative to its
168   // underlying object. Otherwise basic alias analysis, among other things,
169   // could fail in a dangerous way. Ultimately, SCEV will be improved to avoid
170   // producing an expression involving multiple pointers. Until then, we must
171   // bail out here.
172   //
173   // Retrieve the pointer operand of the GEP. Don't use GetUnderlyingObject
174   // because it understands lcssa phis while SCEV does not.
175   Value *FromPtr = FromVal;
176   Value *ToPtr = ToVal;
177   if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(FromVal)) {
178     FromPtr = GEP->getPointerOperand();
179   }
180   if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(ToVal)) {
181     ToPtr = GEP->getPointerOperand();
182   }
183   if (FromPtr != FromVal || ToPtr != ToVal) {
184     // Quickly check the common case
185     if (FromPtr == ToPtr)
186       return true;
187
188     // SCEV may have rewritten an expression that produces the GEP's pointer
189     // operand. That's ok as long as the pointer operand has the same base
190     // pointer. Unlike GetUnderlyingObject(), getPointerBase() will find the
191     // base of a recurrence. This handles the case in which SCEV expansion
192     // converts a pointer type recurrence into a nonrecurrent pointer base
193     // indexed by an integer recurrence.
194     const SCEV *FromBase = SE->getPointerBase(SE->getSCEV(FromPtr));
195     const SCEV *ToBase = SE->getPointerBase(SE->getSCEV(ToPtr));
196     if (FromBase == ToBase)
197       return true;
198
199     DEBUG(dbgs() << "INDVARS: GEP rewrite bail out "
200           << *FromBase << " != " << *ToBase << "\n");
201
202     return false;
203   }
204   return true;
205 }
206
207 /// canExpandBackedgeTakenCount - Return true if this loop's backedge taken
208 /// count expression can be safely and cheaply expanded into an instruction
209 /// sequence that can be used by LinearFunctionTestReplace.
210 static bool canExpandBackedgeTakenCount(Loop *L, ScalarEvolution *SE) {
211   const SCEV *BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
212   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount) ||
213       BackedgeTakenCount->isZero())
214     return false;
215
216   if (!L->getExitingBlock())
217     return false;
218
219   // Can't rewrite non-branch yet.
220   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(L->getExitingBlock()->getTerminator());
221   if (!BI)
222     return false;
223
224   // Special case: If the backedge-taken count is a UDiv, it's very likely a
225   // UDiv that ScalarEvolution produced in order to compute a precise
226   // expression, rather than a UDiv from the user's code. If we can't find a
227   // UDiv in the code with some simple searching, assume the former and forego
228   // rewriting the loop.
229   if (isa<SCEVUDivExpr>(BackedgeTakenCount)) {
230     ICmpInst *OrigCond = dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
231     if (!OrigCond) return false;
232     const SCEV *R = SE->getSCEV(OrigCond->getOperand(1));
233     R = SE->getMinusSCEV(R, SE->getConstant(R->getType(), 1));
234     if (R != BackedgeTakenCount) {
235       const SCEV *L = SE->getSCEV(OrigCond->getOperand(0));
236       L = SE->getMinusSCEV(L, SE->getConstant(L->getType(), 1));
237       if (L != BackedgeTakenCount)
238         return false;
239     }
240   }
241   return true;
242 }
243
244 /// getBackedgeIVType - Get the widest type used by the loop test after peeking
245 /// through Truncs.
246 ///
247 /// TODO: Unnecessary once LinearFunctionTestReplace is removed.
248 static const Type *getBackedgeIVType(Loop *L) {
249   if (!L->getExitingBlock())
250     return 0;
251
252   // Can't rewrite non-branch yet.
253   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(L->getExitingBlock()->getTerminator());
254   if (!BI)
255     return 0;
256
257   ICmpInst *Cond = dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
258   if (!Cond)
259     return 0;
260
261   const Type *Ty = 0;
262   for(User::op_iterator OI = Cond->op_begin(), OE = Cond->op_end();
263       OI != OE; ++OI) {
264     assert((!Ty || Ty == (*OI)->getType()) && "bad icmp operand types");
265     TruncInst *Trunc = dyn_cast<TruncInst>(*OI);
266     if (!Trunc)
267       continue;
268
269     return Trunc->getSrcTy();
270   }
271   return Ty;
272 }
273
274 /// LinearFunctionTestReplace - This method rewrites the exit condition of the
275 /// loop to be a canonical != comparison against the incremented loop induction
276 /// variable.  This pass is able to rewrite the exit tests of any loop where the
277 /// SCEV analysis can determine a loop-invariant trip count of the loop, which
278 /// is actually a much broader range than just linear tests.
279 ICmpInst *IndVarSimplify::
280 LinearFunctionTestReplace(Loop *L,
281                           const SCEV *BackedgeTakenCount,
282                           PHINode *IndVar,
283                           SCEVExpander &Rewriter) {
284   assert(canExpandBackedgeTakenCount(L, SE) && "precondition");
285   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(L->getExitingBlock()->getTerminator());
286
287   // If the exiting block is not the same as the backedge block, we must compare
288   // against the preincremented value, otherwise we prefer to compare against
289   // the post-incremented value.
290   Value *CmpIndVar;
291   const SCEV *RHS = BackedgeTakenCount;
292   if (L->getExitingBlock() == L->getLoopLatch()) {
293     // Add one to the "backedge-taken" count to get the trip count.
294     // If this addition may overflow, we have to be more pessimistic and
295     // cast the induction variable before doing the add.
296     const SCEV *Zero = SE->getConstant(BackedgeTakenCount->getType(), 0);
297     const SCEV *N =
298       SE->getAddExpr(BackedgeTakenCount,
299                      SE->getConstant(BackedgeTakenCount->getType(), 1));
300     if ((isa<SCEVConstant>(N) && !N->isZero()) ||
301         SE->isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_NE, N, Zero)) {
302       // No overflow. Cast the sum.
303       RHS = SE->getTruncateOrZeroExtend(N, IndVar->getType());
304     } else {
305       // Potential overflow. Cast before doing the add.
306       RHS = SE->getTruncateOrZeroExtend(BackedgeTakenCount,
307                                         IndVar->getType());
308       RHS = SE->getAddExpr(RHS,
309                            SE->getConstant(IndVar->getType(), 1));
310     }
311
312     // The BackedgeTaken expression contains the number of times that the
313     // backedge branches to the loop header.  This is one less than the
314     // number of times the loop executes, so use the incremented indvar.
315     CmpIndVar = IndVar->getIncomingValueForBlock(L->getExitingBlock());
316   } else {
317     // We have to use the preincremented value...
318     RHS = SE->getTruncateOrZeroExtend(BackedgeTakenCount,
319                                       IndVar->getType());
320     CmpIndVar = IndVar;
321   }
322
323   // Expand the code for the iteration count.
324   assert(SE->isLoopInvariant(RHS, L) &&
325          "Computed iteration count is not loop invariant!");
326   Value *ExitCnt = Rewriter.expandCodeFor(RHS, IndVar->getType(), BI);
327
328   // Insert a new icmp_ne or icmp_eq instruction before the branch.
329   ICmpInst::Predicate Opcode;
330   if (L->contains(BI->getSuccessor(0)))
331     Opcode = ICmpInst::ICMP_NE;
332   else
333     Opcode = ICmpInst::ICMP_EQ;
334
335   DEBUG(dbgs() << "INDVARS: Rewriting loop exit condition to:\n"
336                << "      LHS:" << *CmpIndVar << '\n'
337                << "       op:\t"
338                << (Opcode == ICmpInst::ICMP_NE ? "!=" : "==") << "\n"
339                << "      RHS:\t" << *RHS << "\n");
340
341   ICmpInst *Cond = new ICmpInst(BI, Opcode, CmpIndVar, ExitCnt, "exitcond");
342
343   Value *OrigCond = BI->getCondition();
344   // It's tempting to use replaceAllUsesWith here to fully replace the old
345   // comparison, but that's not immediately safe, since users of the old
346   // comparison may not be dominated by the new comparison. Instead, just
347   // update the branch to use the new comparison; in the common case this
348   // will make old comparison dead.
349   BI->setCondition(Cond);
350   DeadInsts.push_back(OrigCond);
351
352   ++NumLFTR;
353   Changed = true;
354   return Cond;
355 }
356
357 /// RewriteLoopExitValues - Check to see if this loop has a computable
358 /// loop-invariant execution count.  If so, this means that we can compute the
359 /// final value of any expressions that are recurrent in the loop, and
360 /// substitute the exit values from the loop into any instructions outside of
361 /// the loop that use the final values of the current expressions.
362 ///
363 /// This is mostly redundant with the regular IndVarSimplify activities that
364 /// happen later, except that it's more powerful in some cases, because it's
365 /// able to brute-force evaluate arbitrary instructions as long as they have
366 /// constant operands at the beginning of the loop.
367 void IndVarSimplify::RewriteLoopExitValues(Loop *L, SCEVExpander &Rewriter) {
368   // Verify the input to the pass in already in LCSSA form.
369   assert(L->isLCSSAForm(*DT));
370
371   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
372   L->getUniqueExitBlocks(ExitBlocks);
373
374   // Find all values that are computed inside the loop, but used outside of it.
375   // Because of LCSSA, these values will only occur in LCSSA PHI Nodes.  Scan
376   // the exit blocks of the loop to find them.
377   for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i) {
378     BasicBlock *ExitBB = ExitBlocks[i];
379
380     // If there are no PHI nodes in this exit block, then no values defined
381     // inside the loop are used on this path, skip it.
382     PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(ExitBB->begin());
383     if (!PN) continue;
384
385     unsigned NumPreds = PN->getNumIncomingValues();
386
387     // Iterate over all of the PHI nodes.
388     BasicBlock::iterator BBI = ExitBB->begin();
389     while ((PN = dyn_cast<PHINode>(BBI++))) {
390       if (PN->use_empty())
391         continue; // dead use, don't replace it
392
393       // SCEV only supports integer expressions for now.
394       if (!PN->getType()->isIntegerTy() && !PN->getType()->isPointerTy())
395         continue;
396
397       // It's necessary to tell ScalarEvolution about this explicitly so that
398       // it can walk the def-use list and forget all SCEVs, as it may not be
399       // watching the PHI itself. Once the new exit value is in place, there
400       // may not be a def-use connection between the loop and every instruction
401       // which got a SCEVAddRecExpr for that loop.
402       SE->forgetValue(PN);
403
404       // Iterate over all of the values in all the PHI nodes.
405       for (unsigned i = 0; i != NumPreds; ++i) {
406         // If the value being merged in is not integer or is not defined
407         // in the loop, skip it.
408         Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
409         if (!isa<Instruction>(InVal))
410           continue;
411
412         // If this pred is for a subloop, not L itself, skip it.
413         if (LI->getLoopFor(PN->getIncomingBlock(i)) != L)
414           continue; // The Block is in a subloop, skip it.
415
416         // Check that InVal is defined in the loop.
417         Instruction *Inst = cast<Instruction>(InVal);
418         if (!L->contains(Inst))
419           continue;
420
421         // Okay, this instruction has a user outside of the current loop
422         // and varies predictably *inside* the loop.  Evaluate the value it
423         // contains when the loop exits, if possible.
424         const SCEV *ExitValue = SE->getSCEVAtScope(Inst, L->getParentLoop());
425         if (!SE->isLoopInvariant(ExitValue, L))
426           continue;
427
428         Value *ExitVal = Rewriter.expandCodeFor(ExitValue, PN->getType(), Inst);
429
430         DEBUG(dbgs() << "INDVARS: RLEV: AfterLoopVal = " << *ExitVal << '\n'
431                      << "  LoopVal = " << *Inst << "\n");
432
433         if (!isValidRewrite(Inst, ExitVal)) {
434           DeadInsts.push_back(ExitVal);
435           continue;
436         }
437         Changed = true;
438         ++NumReplaced;
439
440         PN->setIncomingValue(i, ExitVal);
441
442         // If this instruction is dead now, delete it.
443         RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Inst);
444
445         if (NumPreds == 1) {
446           // Completely replace a single-pred PHI. This is safe, because the
447           // NewVal won't be variant in the loop, so we don't need an LCSSA phi
448           // node anymore.
449           PN->replaceAllUsesWith(ExitVal);
450           RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(PN);
451         }
452       }
453       if (NumPreds != 1) {
454         // Clone the PHI and delete the original one. This lets IVUsers and
455         // any other maps purge the original user from their records.
456         PHINode *NewPN = cast<PHINode>(PN->clone());
457         NewPN->takeName(PN);
458         NewPN->insertBefore(PN);
459         PN->replaceAllUsesWith(NewPN);
460         PN->eraseFromParent();
461       }
462     }
463   }
464
465   // The insertion point instruction may have been deleted; clear it out
466   // so that the rewriter doesn't trip over it later.
467   Rewriter.clearInsertPoint();
468 }
469
470 void IndVarSimplify::RewriteNonIntegerIVs(Loop *L) {
471   // First step.  Check to see if there are any floating-point recurrences.
472   // If there are, change them into integer recurrences, permitting analysis by
473   // the SCEV routines.
474   //
475   BasicBlock *Header = L->getHeader();
476
477   SmallVector<WeakVH, 8> PHIs;
478   for (BasicBlock::iterator I = Header->begin();
479        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I)
480     PHIs.push_back(PN);
481
482   for (unsigned i = 0, e = PHIs.size(); i != e; ++i)
483     if (PHINode *PN = dyn_cast_or_null<PHINode>(&*PHIs[i]))
484       HandleFloatingPointIV(L, PN);
485
486   // If the loop previously had floating-point IV, ScalarEvolution
487   // may not have been able to compute a trip count. Now that we've done some
488   // re-writing, the trip count may be computable.
489   if (Changed)
490     SE->forgetLoop(L);
491 }
492
493 /// SimplifyIVUsers - Iteratively perform simplification on IVUsers within this
494 /// loop. IVUsers is treated as a worklist. Each successive simplification may
495 /// push more users which may themselves be candidates for simplification.
496 ///
497 /// This is the old approach to IV simplification to be replaced by
498 /// SimplifyIVUsersNoRewrite.
499 ///
500 void IndVarSimplify::SimplifyIVUsers(SCEVExpander &Rewriter) {
501   // Each round of simplification involves a round of eliminating operations
502   // followed by a round of widening IVs. A single IVUsers worklist is used
503   // across all rounds. The inner loop advances the user. If widening exposes
504   // more uses, then another pass through the outer loop is triggered.
505   for (IVUsers::iterator I = IU->begin(); I != IU->end(); ++I) {
506     Instruction *UseInst = I->getUser();
507     Value *IVOperand = I->getOperandValToReplace();
508
509     if (ICmpInst *ICmp = dyn_cast<ICmpInst>(UseInst)) {
510       EliminateIVComparison(ICmp, IVOperand);
511       continue;
512     }
513     if (BinaryOperator *Rem = dyn_cast<BinaryOperator>(UseInst)) {
514       bool IsSigned = Rem->getOpcode() == Instruction::SRem;
515       if (IsSigned || Rem->getOpcode() == Instruction::URem) {
516         EliminateIVRemainder(Rem, IVOperand, IsSigned);
517         continue;
518       }
519     }
520   }
521 }
522
523 namespace {
524   // Collect information about induction variables that are used by sign/zero
525   // extend operations. This information is recorded by CollectExtend and
526   // provides the input to WidenIV.
527   struct WideIVInfo {
528     const Type *WidestNativeType; // Widest integer type created [sz]ext
529     bool IsSigned;                // Was an sext user seen before a zext?
530
531     WideIVInfo() : WidestNativeType(0), IsSigned(false) {}
532   };
533 }
534
535 /// CollectExtend - Update information about the induction variable that is
536 /// extended by this sign or zero extend operation. This is used to determine
537 /// the final width of the IV before actually widening it.
538 static void CollectExtend(CastInst *Cast, bool IsSigned, WideIVInfo &WI,
539                           ScalarEvolution *SE, const TargetData *TD) {
540   const Type *Ty = Cast->getType();
541   uint64_t Width = SE->getTypeSizeInBits(Ty);
542   if (TD && !TD->isLegalInteger(Width))
543     return;
544
545   if (!WI.WidestNativeType) {
546     WI.WidestNativeType = SE->getEffectiveSCEVType(Ty);
547     WI.IsSigned = IsSigned;
548     return;
549   }
550
551   // We extend the IV to satisfy the sign of its first user, arbitrarily.
552   if (WI.IsSigned != IsSigned)
553     return;
554
555   if (Width > SE->getTypeSizeInBits(WI.WidestNativeType))
556     WI.WidestNativeType = SE->getEffectiveSCEVType(Ty);
557 }
558
559 namespace {
560 /// WidenIV - The goal of this transform is to remove sign and zero extends
561 /// without creating any new induction variables. To do this, it creates a new
562 /// phi of the wider type and redirects all users, either removing extends or
563 /// inserting truncs whenever we stop propagating the type.
564 ///
565 class WidenIV {
566   // Parameters
567   PHINode *OrigPhi;
568   const Type *WideType;
569   bool IsSigned;
570
571   // Context
572   LoopInfo        *LI;
573   Loop            *L;
574   ScalarEvolution *SE;
575   DominatorTree   *DT;
576
577   // Result
578   PHINode *WidePhi;
579   Instruction *WideInc;
580   const SCEV *WideIncExpr;
581   SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts;
582
583   SmallPtrSet<Instruction*,16> Widened;
584   SmallVector<std::pair<Use *, Instruction *>, 8> NarrowIVUsers;
585
586 public:
587   WidenIV(PHINode *PN, const WideIVInfo &WI, LoopInfo *LInfo,
588           ScalarEvolution *SEv, DominatorTree *DTree,
589           SmallVectorImpl<WeakVH> &DI) :
590     OrigPhi(PN),
591     WideType(WI.WidestNativeType),
592     IsSigned(WI.IsSigned),
593     LI(LInfo),
594     L(LI->getLoopFor(OrigPhi->getParent())),
595     SE(SEv),
596     DT(DTree),
597     WidePhi(0),
598     WideInc(0),
599     WideIncExpr(0),
600     DeadInsts(DI) {
601     assert(L->getHeader() == OrigPhi->getParent() && "Phi must be an IV");
602   }
603
604   PHINode *CreateWideIV(SCEVExpander &Rewriter);
605
606 protected:
607   Instruction *CloneIVUser(Instruction *NarrowUse,
608                            Instruction *NarrowDef,
609                            Instruction *WideDef);
610
611   Instruction *WidenIVUse(Use &NarrowDefUse, Instruction *NarrowDef,
612                           Instruction *WideDef);
613
614   void pushNarrowIVUsers(Instruction *NarrowDef, Instruction *WideDef);
615 };
616 } // anonymous namespace
617
618 static Value *getExtend( Value *NarrowOper, const Type *WideType,
619                                bool IsSigned, IRBuilder<> &Builder) {
620   return IsSigned ? Builder.CreateSExt(NarrowOper, WideType) :
621                     Builder.CreateZExt(NarrowOper, WideType);
622 }
623
624 /// CloneIVUser - Instantiate a wide operation to replace a narrow
625 /// operation. This only needs to handle operations that can evaluation to
626 /// SCEVAddRec. It can safely return 0 for any operation we decide not to clone.
627 Instruction *WidenIV::CloneIVUser(Instruction *NarrowUse,
628                                   Instruction *NarrowDef,
629                                   Instruction *WideDef) {
630   unsigned Opcode = NarrowUse->getOpcode();
631   switch (Opcode) {
632   default:
633     return 0;
634   case Instruction::Add:
635   case Instruction::Mul:
636   case Instruction::UDiv:
637   case Instruction::Sub:
638   case Instruction::And:
639   case Instruction::Or:
640   case Instruction::Xor:
641   case Instruction::Shl:
642   case Instruction::LShr:
643   case Instruction::AShr:
644     DEBUG(dbgs() << "Cloning IVUser: " << *NarrowUse << "\n");
645
646     IRBuilder<> Builder(NarrowUse);
647
648     // Replace NarrowDef operands with WideDef. Otherwise, we don't know
649     // anything about the narrow operand yet so must insert a [sz]ext. It is
650     // probably loop invariant and will be folded or hoisted. If it actually
651     // comes from a widened IV, it should be removed during a future call to
652     // WidenIVUse.
653     Value *LHS = (NarrowUse->getOperand(0) == NarrowDef) ? WideDef :
654       getExtend(NarrowUse->getOperand(0), WideType, IsSigned, Builder);
655     Value *RHS = (NarrowUse->getOperand(1) == NarrowDef) ? WideDef :
656       getExtend(NarrowUse->getOperand(1), WideType, IsSigned, Builder);
657
658     BinaryOperator *NarrowBO = cast<BinaryOperator>(NarrowUse);
659     BinaryOperator *WideBO = BinaryOperator::Create(NarrowBO->getOpcode(),
660                                                     LHS, RHS,
661                                                     NarrowBO->getName());
662     Builder.Insert(WideBO);
663     if (const OverflowingBinaryOperator *OBO =
664         dyn_cast<OverflowingBinaryOperator>(NarrowBO)) {
665       if (OBO->hasNoUnsignedWrap()) WideBO->setHasNoUnsignedWrap();
666       if (OBO->hasNoSignedWrap()) WideBO->setHasNoSignedWrap();
667     }
668     return WideBO;
669   }
670   llvm_unreachable(0);
671 }
672
673 /// HoistStep - Attempt to hoist an IV increment above a potential use.
674 ///
675 /// To successfully hoist, two criteria must be met:
676 /// - IncV operands dominate InsertPos and
677 /// - InsertPos dominates IncV
678 ///
679 /// Meeting the second condition means that we don't need to check all of IncV's
680 /// existing uses (it's moving up in the domtree).
681 ///
682 /// This does not yet recursively hoist the operands, although that would
683 /// not be difficult.
684 static bool HoistStep(Instruction *IncV, Instruction *InsertPos,
685                       const DominatorTree *DT)
686 {
687   if (DT->dominates(IncV, InsertPos))
688     return true;
689
690   if (!DT->dominates(InsertPos->getParent(), IncV->getParent()))
691     return false;
692
693   if (IncV->mayHaveSideEffects())
694     return false;
695
696   // Attempt to hoist IncV
697   for (User::op_iterator OI = IncV->op_begin(), OE = IncV->op_end();
698        OI != OE; ++OI) {
699     Instruction *OInst = dyn_cast<Instruction>(OI);
700     if (OInst && !DT->dominates(OInst, InsertPos))
701       return false;
702   }
703   IncV->moveBefore(InsertPos);
704   return true;
705 }
706
707 /// WidenIVUse - Determine whether an individual user of the narrow IV can be
708 /// widened. If so, return the wide clone of the user.
709 Instruction *WidenIV::WidenIVUse(Use &NarrowDefUse, Instruction *NarrowDef,
710                                  Instruction *WideDef) {
711   Instruction *NarrowUse = cast<Instruction>(NarrowDefUse.getUser());
712
713   // Stop traversing the def-use chain at inner-loop phis or post-loop phis.
714   if (isa<PHINode>(NarrowUse) && LI->getLoopFor(NarrowUse->getParent()) != L)
715     return 0;
716
717   // Our raison d'etre! Eliminate sign and zero extension.
718   if (IsSigned ? isa<SExtInst>(NarrowUse) : isa<ZExtInst>(NarrowUse)) {
719     Value *NewDef = WideDef;
720     if (NarrowUse->getType() != WideType) {
721       unsigned CastWidth = SE->getTypeSizeInBits(NarrowUse->getType());
722       unsigned IVWidth = SE->getTypeSizeInBits(WideType);
723       if (CastWidth < IVWidth) {
724         // The cast isn't as wide as the IV, so insert a Trunc.
725         IRBuilder<> Builder(NarrowDefUse);
726         NewDef = Builder.CreateTrunc(WideDef, NarrowUse->getType());
727       }
728       else {
729         // A wider extend was hidden behind a narrower one. This may induce
730         // another round of IV widening in which the intermediate IV becomes
731         // dead. It should be very rare.
732         DEBUG(dbgs() << "INDVARS: New IV " << *WidePhi
733               << " not wide enough to subsume " << *NarrowUse << "\n");
734         NarrowUse->replaceUsesOfWith(NarrowDef, WideDef);
735         NewDef = NarrowUse;
736       }
737     }
738     if (NewDef != NarrowUse) {
739       DEBUG(dbgs() << "INDVARS: eliminating " << *NarrowUse
740             << " replaced by " << *WideDef << "\n");
741       ++NumElimExt;
742       NarrowUse->replaceAllUsesWith(NewDef);
743       DeadInsts.push_back(NarrowUse);
744     }
745     // Now that the extend is gone, we want to expose it's uses for potential
746     // further simplification. We don't need to directly inform SimplifyIVUsers
747     // of the new users, because their parent IV will be processed later as a
748     // new loop phi. If we preserved IVUsers analysis, we would also want to
749     // push the uses of WideDef here.
750
751     // No further widening is needed. The deceased [sz]ext had done it for us.
752     return 0;
753   }
754
755   // Does this user itself evaluate to a recurrence after widening?
756   const SCEVAddRecExpr *WideAddRec = 0;
757   if (SE->isSCEVable(NarrowUse->getType())) {
758     const SCEV *NarrowExpr = SE->getSCEV(NarrowUse);
759     if (SE->getTypeSizeInBits(NarrowExpr->getType())
760         >= SE->getTypeSizeInBits(WideType)) {
761       // NarrowUse implicitly widens its operand. e.g. a gep with a narrow
762       // index. We have already extended the operand, so we're done.
763       return 0;
764     }
765     const SCEV *WideExpr = IsSigned ?
766       SE->getSignExtendExpr(NarrowExpr, WideType) :
767       SE->getZeroExtendExpr(NarrowExpr, WideType);
768
769     // Only widen past values that evaluate to a recurrence in the same loop.
770     const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(WideExpr);
771     if (AddRec && AddRec->getLoop() == L)
772       WideAddRec = AddRec;
773   }
774   if (!WideAddRec) {
775     // This user does not evaluate to a recurence after widening, so don't
776     // follow it. Instead insert a Trunc to kill off the original use,
777     // eventually isolating the original narrow IV so it can be removed.
778     IRBuilder<> Builder(NarrowDefUse);
779     Value *Trunc = Builder.CreateTrunc(WideDef, NarrowDef->getType());
780     NarrowUse->replaceUsesOfWith(NarrowDef, Trunc);
781     return 0;
782   }
783   // We assume that block terminators are not SCEVable. We wouldn't want to
784   // insert a Trunc after a terminator if there happens to be a critical edge.
785   assert(NarrowUse != NarrowUse->getParent()->getTerminator() &&
786          "SCEV is not expected to evaluate a block terminator");
787
788   // Reuse the IV increment that SCEVExpander created as long as it dominates
789   // NarrowUse.
790   Instruction *WideUse = 0;
791   if (WideAddRec == WideIncExpr && HoistStep(WideInc, NarrowUse, DT)) {
792     WideUse = WideInc;
793   }
794   else {
795     WideUse = CloneIVUser(NarrowUse, NarrowDef, WideDef);
796     if (!WideUse)
797       return 0;
798   }
799   // Evaluation of WideAddRec ensured that the narrow expression could be
800   // extended outside the loop without overflow. This suggests that the wide use
801   // evaluates to the same expression as the extended narrow use, but doesn't
802   // absolutely guarantee it. Hence the following failsafe check. In rare cases
803   // where it fails, we simply throw away the newly created wide use.
804   if (WideAddRec != SE->getSCEV(WideUse)) {
805     DEBUG(dbgs() << "Wide use expression mismatch: " << *WideUse
806           << ": " << *SE->getSCEV(WideUse) << " != " << *WideAddRec << "\n");
807     DeadInsts.push_back(WideUse);
808     return 0;
809   }
810
811   // Returning WideUse pushes it on the worklist.
812   return WideUse;
813 }
814
815 /// pushNarrowIVUsers - Add eligible users of NarrowDef to NarrowIVUsers.
816 ///
817 void WidenIV::pushNarrowIVUsers(Instruction *NarrowDef, Instruction *WideDef) {
818   for (Value::use_iterator UI = NarrowDef->use_begin(),
819          UE = NarrowDef->use_end(); UI != UE; ++UI) {
820     Use &U = UI.getUse();
821
822     // Handle data flow merges and bizarre phi cycles.
823     if (!Widened.insert(cast<Instruction>(U.getUser())))
824       continue;
825
826     NarrowIVUsers.push_back(std::make_pair(&UI.getUse(), WideDef));
827   }
828 }
829
830 /// CreateWideIV - Process a single induction variable. First use the
831 /// SCEVExpander to create a wide induction variable that evaluates to the same
832 /// recurrence as the original narrow IV. Then use a worklist to forward
833 /// traverse the narrow IV's def-use chain. After WidenIVUse has processed all
834 /// interesting IV users, the narrow IV will be isolated for removal by
835 /// DeleteDeadPHIs.
836 ///
837 /// It would be simpler to delete uses as they are processed, but we must avoid
838 /// invalidating SCEV expressions.
839 ///
840 PHINode *WidenIV::CreateWideIV(SCEVExpander &Rewriter) {
841   // Is this phi an induction variable?
842   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE->getSCEV(OrigPhi));
843   if (!AddRec)
844     return NULL;
845
846   // Widen the induction variable expression.
847   const SCEV *WideIVExpr = IsSigned ?
848     SE->getSignExtendExpr(AddRec, WideType) :
849     SE->getZeroExtendExpr(AddRec, WideType);
850
851   assert(SE->getEffectiveSCEVType(WideIVExpr->getType()) == WideType &&
852          "Expect the new IV expression to preserve its type");
853
854   // Can the IV be extended outside the loop without overflow?
855   AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(WideIVExpr);
856   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
857     return NULL;
858
859   // An AddRec must have loop-invariant operands. Since this AddRec is
860   // materialized by a loop header phi, the expression cannot have any post-loop
861   // operands, so they must dominate the loop header.
862   assert(SE->properlyDominates(AddRec->getStart(), L->getHeader()) &&
863          SE->properlyDominates(AddRec->getStepRecurrence(*SE), L->getHeader())
864          && "Loop header phi recurrence inputs do not dominate the loop");
865
866   // The rewriter provides a value for the desired IV expression. This may
867   // either find an existing phi or materialize a new one. Either way, we
868   // expect a well-formed cyclic phi-with-increments. i.e. any operand not part
869   // of the phi-SCC dominates the loop entry.
870   Instruction *InsertPt = L->getHeader()->begin();
871   WidePhi = cast<PHINode>(Rewriter.expandCodeFor(AddRec, WideType, InsertPt));
872
873   // Remembering the WideIV increment generated by SCEVExpander allows
874   // WidenIVUse to reuse it when widening the narrow IV's increment. We don't
875   // employ a general reuse mechanism because the call above is the only call to
876   // SCEVExpander. Henceforth, we produce 1-to-1 narrow to wide uses.
877   if (BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch()) {
878     WideInc =
879       cast<Instruction>(WidePhi->getIncomingValueForBlock(LatchBlock));
880     WideIncExpr = SE->getSCEV(WideInc);
881   }
882
883   DEBUG(dbgs() << "Wide IV: " << *WidePhi << "\n");
884   ++NumWidened;
885
886   // Traverse the def-use chain using a worklist starting at the original IV.
887   assert(Widened.empty() && NarrowIVUsers.empty() && "expect initial state" );
888
889   Widened.insert(OrigPhi);
890   pushNarrowIVUsers(OrigPhi, WidePhi);
891
892   while (!NarrowIVUsers.empty()) {
893     Use *UsePtr;
894     Instruction *WideDef;
895     tie(UsePtr, WideDef) = NarrowIVUsers.pop_back_val();
896     Use &NarrowDefUse = *UsePtr;
897
898     // Process a def-use edge. This may replace the use, so don't hold a
899     // use_iterator across it.
900     Instruction *NarrowDef = cast<Instruction>(NarrowDefUse.get());
901     Instruction *WideUse = WidenIVUse(NarrowDefUse, NarrowDef, WideDef);
902
903     // Follow all def-use edges from the previous narrow use.
904     if (WideUse)
905       pushNarrowIVUsers(cast<Instruction>(NarrowDefUse.getUser()), WideUse);
906
907     // WidenIVUse may have removed the def-use edge.
908     if (NarrowDef->use_empty())
909       DeadInsts.push_back(NarrowDef);
910   }
911   return WidePhi;
912 }
913
914 void IndVarSimplify::EliminateIVComparison(ICmpInst *ICmp, Value *IVOperand) {
915   unsigned IVOperIdx = 0;
916   ICmpInst::Predicate Pred = ICmp->getPredicate();
917   if (IVOperand != ICmp->getOperand(0)) {
918     // Swapped
919     assert(IVOperand == ICmp->getOperand(1) && "Can't find IVOperand");
920     IVOperIdx = 1;
921     Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
922   }
923
924   // Get the SCEVs for the ICmp operands.
925   const SCEV *S = SE->getSCEV(ICmp->getOperand(IVOperIdx));
926   const SCEV *X = SE->getSCEV(ICmp->getOperand(1 - IVOperIdx));
927
928   // Simplify unnecessary loops away.
929   const Loop *ICmpLoop = LI->getLoopFor(ICmp->getParent());
930   S = SE->getSCEVAtScope(S, ICmpLoop);
931   X = SE->getSCEVAtScope(X, ICmpLoop);
932
933   // If the condition is always true or always false, replace it with
934   // a constant value.
935   if (SE->isKnownPredicate(Pred, S, X))
936     ICmp->replaceAllUsesWith(ConstantInt::getTrue(ICmp->getContext()));
937   else if (SE->isKnownPredicate(ICmpInst::getInversePredicate(Pred), S, X))
938     ICmp->replaceAllUsesWith(ConstantInt::getFalse(ICmp->getContext()));
939   else
940     return;
941
942   DEBUG(dbgs() << "INDVARS: Eliminated comparison: " << *ICmp << '\n');
943   ++NumElimCmp;
944   Changed = true;
945   DeadInsts.push_back(ICmp);
946 }
947
948 void IndVarSimplify::EliminateIVRemainder(BinaryOperator *Rem,
949                                           Value *IVOperand,
950                                           bool IsSigned) {
951   // We're only interested in the case where we know something about
952   // the numerator.
953   if (IVOperand != Rem->getOperand(0))
954     return;
955
956   // Get the SCEVs for the ICmp operands.
957   const SCEV *S = SE->getSCEV(Rem->getOperand(0));
958   const SCEV *X = SE->getSCEV(Rem->getOperand(1));
959
960   // Simplify unnecessary loops away.
961   const Loop *ICmpLoop = LI->getLoopFor(Rem->getParent());
962   S = SE->getSCEVAtScope(S, ICmpLoop);
963   X = SE->getSCEVAtScope(X, ICmpLoop);
964
965   // i % n  -->  i  if i is in [0,n).
966   if ((!IsSigned || SE->isKnownNonNegative(S)) &&
967       SE->isKnownPredicate(IsSigned ? ICmpInst::ICMP_SLT : ICmpInst::ICMP_ULT,
968                            S, X))
969     Rem->replaceAllUsesWith(Rem->getOperand(0));
970   else {
971     // (i+1) % n  -->  (i+1)==n?0:(i+1)  if i is in [0,n).
972     const SCEV *LessOne =
973       SE->getMinusSCEV(S, SE->getConstant(S->getType(), 1));
974     if (IsSigned && !SE->isKnownNonNegative(LessOne))
975       return;
976
977     if (!SE->isKnownPredicate(IsSigned ?
978                               ICmpInst::ICMP_SLT : ICmpInst::ICMP_ULT,
979                               LessOne, X))
980       return;
981
982     ICmpInst *ICmp = new ICmpInst(Rem, ICmpInst::ICMP_EQ,
983                                   Rem->getOperand(0), Rem->getOperand(1),
984                                   "tmp");
985     SelectInst *Sel =
986       SelectInst::Create(ICmp,
987                          ConstantInt::get(Rem->getType(), 0),
988                          Rem->getOperand(0), "tmp", Rem);
989     Rem->replaceAllUsesWith(Sel);
990   }
991
992   // Inform IVUsers about the new users.
993   if (IU) {
994     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Rem->getOperand(0)))
995       IU->AddUsersIfInteresting(I);
996   }
997   DEBUG(dbgs() << "INDVARS: Simplified rem: " << *Rem << '\n');
998   ++NumElimRem;
999   Changed = true;
1000   DeadInsts.push_back(Rem);
1001 }
1002
1003 /// EliminateIVUser - Eliminate an operation that consumes a simple IV and has
1004 /// no observable side-effect given the range of IV values.
1005 bool IndVarSimplify::EliminateIVUser(Instruction *UseInst,
1006                                      Instruction *IVOperand) {
1007   if (ICmpInst *ICmp = dyn_cast<ICmpInst>(UseInst)) {
1008     EliminateIVComparison(ICmp, IVOperand);
1009     return true;
1010   }
1011   if (BinaryOperator *Rem = dyn_cast<BinaryOperator>(UseInst)) {
1012     bool IsSigned = Rem->getOpcode() == Instruction::SRem;
1013     if (IsSigned || Rem->getOpcode() == Instruction::URem) {
1014       EliminateIVRemainder(Rem, IVOperand, IsSigned);
1015       return true;
1016     }
1017   }
1018
1019   // Eliminate any operation that SCEV can prove is an identity function.
1020   if (!SE->isSCEVable(UseInst->getType()) ||
1021       (UseInst->getType() != IVOperand->getType()) ||
1022       (SE->getSCEV(UseInst) != SE->getSCEV(IVOperand)))
1023     return false;
1024
1025   DEBUG(dbgs() << "INDVARS: Eliminated identity: " << *UseInst << '\n');
1026
1027   UseInst->replaceAllUsesWith(IVOperand);
1028   ++NumElimIdentity;
1029   Changed = true;
1030   DeadInsts.push_back(UseInst);
1031   return true;
1032 }
1033
1034 /// pushIVUsers - Add all uses of Def to the current IV's worklist.
1035 ///
1036 static void pushIVUsers(
1037   Instruction *Def,
1038   SmallPtrSet<Instruction*,16> &Simplified,
1039   SmallVectorImpl< std::pair<Instruction*,Instruction*> > &SimpleIVUsers) {
1040
1041   for (Value::use_iterator UI = Def->use_begin(), E = Def->use_end();
1042        UI != E; ++UI) {
1043     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1044
1045     // Avoid infinite or exponential worklist processing.
1046     // Also ensure unique worklist users.
1047     // If Def is a LoopPhi, it may not be in the Simplified set, so check for
1048     // self edges first.
1049     if (User != Def && Simplified.insert(User))
1050       SimpleIVUsers.push_back(std::make_pair(User, Def));
1051   }
1052 }
1053
1054 /// isSimpleIVUser - Return true if this instruction generates a simple SCEV
1055 /// expression in terms of that IV.
1056 ///
1057 /// This is similar to IVUsers' isInsteresting() but processes each instruction
1058 /// non-recursively when the operand is already known to be a simpleIVUser.
1059 ///
1060 bool IndVarSimplify::isSimpleIVUser(Instruction *I, const Loop *L) {
1061   if (!SE->isSCEVable(I->getType()))
1062     return false;
1063
1064   // Get the symbolic expression for this instruction.
1065   const SCEV *S = SE->getSCEV(I);
1066
1067   // We assume that terminators are not SCEVable.
1068   assert((!S || I != I->getParent()->getTerminator()) &&
1069          "can't fold terminators");
1070
1071   // Only consider affine recurrences.
1072   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S);
1073   if (AR && AR->getLoop() == L)
1074     return true;
1075
1076   return false;
1077 }
1078
1079 /// SimplifyIVUsersNoRewrite - Iteratively perform simplification on a worklist
1080 /// of IV users. Each successive simplification may push more users which may
1081 /// themselves be candidates for simplification.
1082 ///
1083 /// The "NoRewrite" algorithm does not require IVUsers analysis. Instead, it
1084 /// simplifies instructions in-place during analysis. Rather than rewriting
1085 /// induction variables bottom-up from their users, it transforms a chain of
1086 /// IVUsers top-down, updating the IR only when it encouters a clear
1087 /// optimization opportunitiy. A SCEVExpander "Rewriter" instance is still
1088 /// needed, but only used to generate a new IV (phi) of wider type for sign/zero
1089 /// extend elimination.
1090 ///
1091 /// Once DisableIVRewrite is default, LSR will be the only client of IVUsers.
1092 ///
1093 void IndVarSimplify::SimplifyIVUsersNoRewrite(Loop *L, SCEVExpander &Rewriter) {
1094   std::map<PHINode *, WideIVInfo> WideIVMap;
1095
1096   SmallVector<PHINode*, 8> LoopPhis;
1097   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
1098     LoopPhis.push_back(cast<PHINode>(I));
1099   }
1100   // Each round of simplification iterates through the SimplifyIVUsers worklist
1101   // for all current phis, then determines whether any IVs can be
1102   // widened. Widening adds new phis to LoopPhis, inducing another round of
1103   // simplification on the wide IVs.
1104   while (!LoopPhis.empty()) {
1105     // Evaluate as many IV expressions as possible before widening any IVs. This
1106     // forces SCEV to set no-wrap flags before evaluating sign/zero
1107     // extension. The first time SCEV attempts to normalize sign/zero extension,
1108     // the result becomes final. So for the most predictable results, we delay
1109     // evaluation of sign/zero extend evaluation until needed, and avoid running
1110     // other SCEV based analysis prior to SimplifyIVUsersNoRewrite.
1111     do {
1112       PHINode *CurrIV = LoopPhis.pop_back_val();
1113
1114       // Information about sign/zero extensions of CurrIV.
1115       WideIVInfo WI;
1116
1117       // Instructions processed by SimplifyIVUsers for CurrIV.
1118       SmallPtrSet<Instruction*,16> Simplified;
1119
1120       // Use-def pairs if IVUsers waiting to be processed for CurrIV.
1121       SmallVector<std::pair<Instruction*, Instruction*>, 8> SimpleIVUsers;
1122
1123       // Push users of the current LoopPhi. In rare cases, pushIVUsers may be
1124       // called multiple times for the same LoopPhi. This is the proper thing to
1125       // do for loop header phis that use each other.
1126       pushIVUsers(CurrIV, Simplified, SimpleIVUsers);
1127
1128       while (!SimpleIVUsers.empty()) {
1129         Instruction *UseInst, *Operand;
1130         tie(UseInst, Operand) = SimpleIVUsers.pop_back_val();
1131         // Bypass back edges to avoid extra work.
1132         if (UseInst == CurrIV) continue;
1133
1134         if (EliminateIVUser(UseInst, Operand)) {
1135           pushIVUsers(Operand, Simplified, SimpleIVUsers);
1136           continue;
1137         }
1138         if (CastInst *Cast = dyn_cast<CastInst>(UseInst)) {
1139           bool IsSigned = Cast->getOpcode() == Instruction::SExt;
1140           if (IsSigned || Cast->getOpcode() == Instruction::ZExt) {
1141             CollectExtend(Cast, IsSigned, WI, SE, TD);
1142           }
1143           continue;
1144         }
1145         if (isSimpleIVUser(UseInst, L)) {
1146           pushIVUsers(UseInst, Simplified, SimpleIVUsers);
1147         }
1148       }
1149       if (WI.WidestNativeType) {
1150         WideIVMap[CurrIV] = WI;
1151       }
1152     } while(!LoopPhis.empty());
1153
1154     for (std::map<PHINode *, WideIVInfo>::const_iterator I = WideIVMap.begin(),
1155            E = WideIVMap.end(); I != E; ++I) {
1156       WidenIV Widener(I->first, I->second, LI, SE, DT, DeadInsts);
1157       if (PHINode *WidePhi = Widener.CreateWideIV(Rewriter)) {
1158         Changed = true;
1159         LoopPhis.push_back(WidePhi);
1160       }
1161     }
1162     WideIVMap.clear();
1163   }
1164 }
1165
1166 bool IndVarSimplify::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
1167   // If LoopSimplify form is not available, stay out of trouble. Some notes:
1168   //  - LSR currently only supports LoopSimplify-form loops. Indvars'
1169   //    canonicalization can be a pessimization without LSR to "clean up"
1170   //    afterwards.
1171   //  - We depend on having a preheader; in particular,
1172   //    Loop::getCanonicalInductionVariable only supports loops with preheaders,
1173   //    and we're in trouble if we can't find the induction variable even when
1174   //    we've manually inserted one.
1175   if (!L->isLoopSimplifyForm())
1176     return false;
1177
1178   if (!DisableIVRewrite)
1179     IU = &getAnalysis<IVUsers>();
1180   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
1181   SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
1182   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
1183   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
1184
1185   DeadInsts.clear();
1186   Changed = false;
1187
1188   // If there are any floating-point recurrences, attempt to
1189   // transform them to use integer recurrences.
1190   RewriteNonIntegerIVs(L);
1191
1192   const SCEV *BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
1193
1194   // Create a rewriter object which we'll use to transform the code with.
1195   SCEVExpander Rewriter(*SE, "indvars");
1196
1197   // Eliminate redundant IV users.
1198   //
1199   // Simplification works best when run before other consumers of SCEV. We
1200   // attempt to avoid evaluating SCEVs for sign/zero extend operations until
1201   // other expressions involving loop IVs have been evaluated. This helps SCEV
1202   // set no-wrap flags before normalizing sign/zero extension.
1203   if (DisableIVRewrite) {
1204     Rewriter.disableCanonicalMode();
1205     SimplifyIVUsersNoRewrite(L, Rewriter);
1206   }
1207
1208   // Check to see if this loop has a computable loop-invariant execution count.
1209   // If so, this means that we can compute the final value of any expressions
1210   // that are recurrent in the loop, and substitute the exit values from the
1211   // loop into any instructions outside of the loop that use the final values of
1212   // the current expressions.
1213   //
1214   if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
1215     RewriteLoopExitValues(L, Rewriter);
1216
1217   // Eliminate redundant IV users.
1218   if (!DisableIVRewrite)
1219     SimplifyIVUsers(Rewriter);
1220
1221   // Compute the type of the largest recurrence expression, and decide whether
1222   // a canonical induction variable should be inserted.
1223   const Type *LargestType = 0;
1224   bool NeedCannIV = false;
1225   bool ExpandBECount = canExpandBackedgeTakenCount(L, SE);
1226   if (ExpandBECount) {
1227     // If we have a known trip count and a single exit block, we'll be
1228     // rewriting the loop exit test condition below, which requires a
1229     // canonical induction variable.
1230     NeedCannIV = true;
1231     const Type *Ty = BackedgeTakenCount->getType();
1232     if (DisableIVRewrite) {
1233       // In this mode, SimplifyIVUsers may have already widened the IV used by
1234       // the backedge test and inserted a Trunc on the compare's operand. Get
1235       // the wider type to avoid creating a redundant narrow IV only used by the
1236       // loop test.
1237       LargestType = getBackedgeIVType(L);
1238     }
1239     if (!LargestType ||
1240         SE->getTypeSizeInBits(Ty) >
1241         SE->getTypeSizeInBits(LargestType))
1242       LargestType = SE->getEffectiveSCEVType(Ty);
1243   }
1244   if (!DisableIVRewrite) {
1245     for (IVUsers::const_iterator I = IU->begin(), E = IU->end(); I != E; ++I) {
1246       NeedCannIV = true;
1247       const Type *Ty =
1248         SE->getEffectiveSCEVType(I->getOperandValToReplace()->getType());
1249       if (!LargestType ||
1250           SE->getTypeSizeInBits(Ty) >
1251           SE->getTypeSizeInBits(LargestType))
1252         LargestType = Ty;
1253     }
1254   }
1255
1256   // Now that we know the largest of the induction variable expressions
1257   // in this loop, insert a canonical induction variable of the largest size.
1258   PHINode *IndVar = 0;
1259   if (NeedCannIV) {
1260     // Check to see if the loop already has any canonical-looking induction
1261     // variables. If any are present and wider than the planned canonical
1262     // induction variable, temporarily remove them, so that the Rewriter
1263     // doesn't attempt to reuse them.
1264     SmallVector<PHINode *, 2> OldCannIVs;
1265     while (PHINode *OldCannIV = L->getCanonicalInductionVariable()) {
1266       if (SE->getTypeSizeInBits(OldCannIV->getType()) >
1267           SE->getTypeSizeInBits(LargestType))
1268         OldCannIV->removeFromParent();
1269       else
1270         break;
1271       OldCannIVs.push_back(OldCannIV);
1272     }
1273
1274     IndVar = Rewriter.getOrInsertCanonicalInductionVariable(L, LargestType);
1275
1276     ++NumInserted;
1277     Changed = true;
1278     DEBUG(dbgs() << "INDVARS: New CanIV: " << *IndVar << '\n');
1279
1280     // Now that the official induction variable is established, reinsert
1281     // any old canonical-looking variables after it so that the IR remains
1282     // consistent. They will be deleted as part of the dead-PHI deletion at
1283     // the end of the pass.
1284     while (!OldCannIVs.empty()) {
1285       PHINode *OldCannIV = OldCannIVs.pop_back_val();
1286       OldCannIV->insertBefore(L->getHeader()->getFirstNonPHI());
1287     }
1288   }
1289
1290   // If we have a trip count expression, rewrite the loop's exit condition
1291   // using it.  We can currently only handle loops with a single exit.
1292   ICmpInst *NewICmp = 0;
1293   if (ExpandBECount) {
1294     assert(canExpandBackedgeTakenCount(L, SE) &&
1295            "canonical IV disrupted BackedgeTaken expansion");
1296     assert(NeedCannIV &&
1297            "LinearFunctionTestReplace requires a canonical induction variable");
1298     NewICmp = LinearFunctionTestReplace(L, BackedgeTakenCount, IndVar,
1299                                         Rewriter);
1300   }
1301   // Rewrite IV-derived expressions.
1302   if (!DisableIVRewrite)
1303     RewriteIVExpressions(L, Rewriter);
1304
1305   // Clear the rewriter cache, because values that are in the rewriter's cache
1306   // can be deleted in the loop below, causing the AssertingVH in the cache to
1307   // trigger.
1308   Rewriter.clear();
1309
1310   // Now that we're done iterating through lists, clean up any instructions
1311   // which are now dead.
1312   while (!DeadInsts.empty())
1313     if (Instruction *Inst =
1314           dyn_cast_or_null<Instruction>(&*DeadInsts.pop_back_val()))
1315       RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Inst);
1316
1317   // The Rewriter may not be used from this point on.
1318
1319   // Loop-invariant instructions in the preheader that aren't used in the
1320   // loop may be sunk below the loop to reduce register pressure.
1321   SinkUnusedInvariants(L);
1322
1323   // For completeness, inform IVUsers of the IV use in the newly-created
1324   // loop exit test instruction.
1325   if (NewICmp && IU)
1326     IU->AddUsersIfInteresting(cast<Instruction>(NewICmp->getOperand(0)));
1327
1328   // Clean up dead instructions.
1329   Changed |= DeleteDeadPHIs(L->getHeader());
1330   // Check a post-condition.
1331   assert(L->isLCSSAForm(*DT) && "Indvars did not leave the loop in lcssa form!");
1332   return Changed;
1333 }
1334
1335 // FIXME: It is an extremely bad idea to indvar substitute anything more
1336 // complex than affine induction variables.  Doing so will put expensive
1337 // polynomial evaluations inside of the loop, and the str reduction pass
1338 // currently can only reduce affine polynomials.  For now just disable
1339 // indvar subst on anything more complex than an affine addrec, unless
1340 // it can be expanded to a trivial value.
1341 static bool isSafe(const SCEV *S, const Loop *L, ScalarEvolution *SE) {
1342   // Loop-invariant values are safe.
1343   if (SE->isLoopInvariant(S, L)) return true;
1344
1345   // Affine addrecs are safe. Non-affine are not, because LSR doesn't know how
1346   // to transform them into efficient code.
1347   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S))
1348     return AR->isAffine();
1349
1350   // An add is safe it all its operands are safe.
1351   if (const SCEVCommutativeExpr *Commutative = dyn_cast<SCEVCommutativeExpr>(S)) {
1352     for (SCEVCommutativeExpr::op_iterator I = Commutative->op_begin(),
1353          E = Commutative->op_end(); I != E; ++I)
1354       if (!isSafe(*I, L, SE)) return false;
1355     return true;
1356   }
1357
1358   // A cast is safe if its operand is.
1359   if (const SCEVCastExpr *C = dyn_cast<SCEVCastExpr>(S))
1360     return isSafe(C->getOperand(), L, SE);
1361
1362   // A udiv is safe if its operands are.
1363   if (const SCEVUDivExpr *UD = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S))
1364     return isSafe(UD->getLHS(), L, SE) &&
1365            isSafe(UD->getRHS(), L, SE);
1366
1367   // SCEVUnknown is always safe.
1368   if (isa<SCEVUnknown>(S))
1369     return true;
1370
1371   // Nothing else is safe.
1372   return false;
1373 }
1374
1375 void IndVarSimplify::RewriteIVExpressions(Loop *L, SCEVExpander &Rewriter) {
1376   // Rewrite all induction variable expressions in terms of the canonical
1377   // induction variable.
1378   //
1379   // If there were induction variables of other sizes or offsets, manually
1380   // add the offsets to the primary induction variable and cast, avoiding
1381   // the need for the code evaluation methods to insert induction variables
1382   // of different sizes.
1383   for (IVUsers::iterator UI = IU->begin(), E = IU->end(); UI != E; ++UI) {
1384     Value *Op = UI->getOperandValToReplace();
1385     const Type *UseTy = Op->getType();
1386     Instruction *User = UI->getUser();
1387
1388     // Compute the final addrec to expand into code.
1389     const SCEV *AR = IU->getReplacementExpr(*UI);
1390
1391     // Evaluate the expression out of the loop, if possible.
1392     if (!L->contains(UI->getUser())) {
1393       const SCEV *ExitVal = SE->getSCEVAtScope(AR, L->getParentLoop());
1394       if (SE->isLoopInvariant(ExitVal, L))
1395         AR = ExitVal;
1396     }
1397
1398     // FIXME: It is an extremely bad idea to indvar substitute anything more
1399     // complex than affine induction variables.  Doing so will put expensive
1400     // polynomial evaluations inside of the loop, and the str reduction pass
1401     // currently can only reduce affine polynomials.  For now just disable
1402     // indvar subst on anything more complex than an affine addrec, unless
1403     // it can be expanded to a trivial value.
1404     if (!isSafe(AR, L, SE))
1405       continue;
1406
1407     // Determine the insertion point for this user. By default, insert
1408     // immediately before the user. The SCEVExpander class will automatically
1409     // hoist loop invariants out of the loop. For PHI nodes, there may be
1410     // multiple uses, so compute the nearest common dominator for the
1411     // incoming blocks.
1412     Instruction *InsertPt = User;
1413     if (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(InsertPt))
1414       for (unsigned i = 0, e = PHI->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1415         if (PHI->getIncomingValue(i) == Op) {
1416           if (InsertPt == User)
1417             InsertPt = PHI->getIncomingBlock(i)->getTerminator();
1418           else
1419             InsertPt =
1420               DT->findNearestCommonDominator(InsertPt->getParent(),
1421                                              PHI->getIncomingBlock(i))
1422                     ->getTerminator();
1423         }
1424
1425     // Now expand it into actual Instructions and patch it into place.
1426     Value *NewVal = Rewriter.expandCodeFor(AR, UseTy, InsertPt);
1427
1428     DEBUG(dbgs() << "INDVARS: Rewrote IV '" << *AR << "' " << *Op << '\n'
1429                  << "   into = " << *NewVal << "\n");
1430
1431     if (!isValidRewrite(Op, NewVal)) {
1432       DeadInsts.push_back(NewVal);
1433       continue;
1434     }
1435     // Inform ScalarEvolution that this value is changing. The change doesn't
1436     // affect its value, but it does potentially affect which use lists the
1437     // value will be on after the replacement, which affects ScalarEvolution's
1438     // ability to walk use lists and drop dangling pointers when a value is
1439     // deleted.
1440     SE->forgetValue(User);
1441
1442     // Patch the new value into place.
1443     if (Op->hasName())
1444       NewVal->takeName(Op);
1445     if (Instruction *NewValI = dyn_cast<Instruction>(NewVal))
1446       NewValI->setDebugLoc(User->getDebugLoc());
1447     User->replaceUsesOfWith(Op, NewVal);
1448     UI->setOperandValToReplace(NewVal);
1449
1450     ++NumRemoved;
1451     Changed = true;
1452
1453     // The old value may be dead now.
1454     DeadInsts.push_back(Op);
1455   }
1456 }
1457
1458 /// If there's a single exit block, sink any loop-invariant values that
1459 /// were defined in the preheader but not used inside the loop into the
1460 /// exit block to reduce register pressure in the loop.
1461 void IndVarSimplify::SinkUnusedInvariants(Loop *L) {
1462   BasicBlock *ExitBlock = L->getExitBlock();
1463   if (!ExitBlock) return;
1464
1465   BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
1466   if (!Preheader) return;
1467
1468   Instruction *InsertPt = ExitBlock->getFirstNonPHI();
1469   BasicBlock::iterator I = Preheader->getTerminator();
1470   while (I != Preheader->begin()) {
1471     --I;
1472     // New instructions were inserted at the end of the preheader.
1473     if (isa<PHINode>(I))
1474       break;
1475
1476     // Don't move instructions which might have side effects, since the side
1477     // effects need to complete before instructions inside the loop.  Also don't
1478     // move instructions which might read memory, since the loop may modify
1479     // memory. Note that it's okay if the instruction might have undefined
1480     // behavior: LoopSimplify guarantees that the preheader dominates the exit
1481     // block.
1482     if (I->mayHaveSideEffects() || I->mayReadFromMemory())
1483       continue;
1484
1485     // Skip debug info intrinsics.
1486     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
1487       continue;
1488
1489     // Don't sink static AllocaInsts out of the entry block, which would
1490     // turn them into dynamic allocas!
1491     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
1492       if (AI->isStaticAlloca())
1493         continue;
1494
1495     // Determine if there is a use in or before the loop (direct or
1496     // otherwise).
1497     bool UsedInLoop = false;
1498     for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), UE = I->use_end();
1499          UI != UE; ++UI) {
1500       User *U = *UI;
1501       BasicBlock *UseBB = cast<Instruction>(U)->getParent();
1502       if (PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(U)) {
1503         unsigned i =
1504           PHINode::getIncomingValueNumForOperand(UI.getOperandNo());
1505         UseBB = P->getIncomingBlock(i);
1506       }
1507       if (UseBB == Preheader || L->contains(UseBB)) {
1508         UsedInLoop = true;
1509         break;
1510       }
1511     }
1512
1513     // If there is, the def must remain in the preheader.
1514     if (UsedInLoop)
1515       continue;
1516
1517     // Otherwise, sink it to the exit block.
1518     Instruction *ToMove = I;
1519     bool Done = false;
1520
1521     if (I != Preheader->begin()) {
1522       // Skip debug info intrinsics.
1523       do {
1524         --I;
1525       } while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I) && I != Preheader->begin());
1526
1527       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I) && I == Preheader->begin())
1528         Done = true;
1529     } else {
1530       Done = true;
1531     }
1532
1533     ToMove->moveBefore(InsertPt);
1534     if (Done) break;
1535     InsertPt = ToMove;
1536   }
1537 }
1538
1539 /// ConvertToSInt - Convert APF to an integer, if possible.
1540 static bool ConvertToSInt(const APFloat &APF, int64_t &IntVal) {
1541   bool isExact = false;
1542   if (&APF.getSemantics() == &APFloat::PPCDoubleDouble)
1543     return false;
1544   // See if we can convert this to an int64_t
1545   uint64_t UIntVal;
1546   if (APF.convertToInteger(&UIntVal, 64, true, APFloat::rmTowardZero,
1547                            &isExact) != APFloat::opOK || !isExact)
1548     return false;
1549   IntVal = UIntVal;
1550   return true;
1551 }
1552
1553 /// HandleFloatingPointIV - If the loop has floating induction variable
1554 /// then insert corresponding integer induction variable if possible.
1555 /// For example,
1556 /// for(double i = 0; i < 10000; ++i)
1557 ///   bar(i)
1558 /// is converted into
1559 /// for(int i = 0; i < 10000; ++i)
1560 ///   bar((double)i);
1561 ///
1562 void IndVarSimplify::HandleFloatingPointIV(Loop *L, PHINode *PN) {
1563   unsigned IncomingEdge = L->contains(PN->getIncomingBlock(0));
1564   unsigned BackEdge     = IncomingEdge^1;
1565
1566   // Check incoming value.
1567   ConstantFP *InitValueVal =
1568     dyn_cast<ConstantFP>(PN->getIncomingValue(IncomingEdge));
1569
1570   int64_t InitValue;
1571   if (!InitValueVal || !ConvertToSInt(InitValueVal->getValueAPF(), InitValue))
1572     return;
1573
1574   // Check IV increment. Reject this PN if increment operation is not
1575   // an add or increment value can not be represented by an integer.
1576   BinaryOperator *Incr =
1577     dyn_cast<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(BackEdge));
1578   if (Incr == 0 || Incr->getOpcode() != Instruction::FAdd) return;
1579
1580   // If this is not an add of the PHI with a constantfp, or if the constant fp
1581   // is not an integer, bail out.
1582   ConstantFP *IncValueVal = dyn_cast<ConstantFP>(Incr->getOperand(1));
1583   int64_t IncValue;
1584   if (IncValueVal == 0 || Incr->getOperand(0) != PN ||
1585       !ConvertToSInt(IncValueVal->getValueAPF(), IncValue))
1586     return;
1587
1588   // Check Incr uses. One user is PN and the other user is an exit condition
1589   // used by the conditional terminator.
1590   Value::use_iterator IncrUse = Incr->use_begin();
1591   Instruction *U1 = cast<Instruction>(*IncrUse++);
1592   if (IncrUse == Incr->use_end()) return;
1593   Instruction *U2 = cast<Instruction>(*IncrUse++);
1594   if (IncrUse != Incr->use_end()) return;
1595
1596   // Find exit condition, which is an fcmp.  If it doesn't exist, or if it isn't
1597   // only used by a branch, we can't transform it.
1598   FCmpInst *Compare = dyn_cast<FCmpInst>(U1);
1599   if (!Compare)
1600     Compare = dyn_cast<FCmpInst>(U2);
1601   if (Compare == 0 || !Compare->hasOneUse() ||
1602       !isa<BranchInst>(Compare->use_back()))
1603     return;
1604
1605   BranchInst *TheBr = cast<BranchInst>(Compare->use_back());
1606
1607   // We need to verify that the branch actually controls the iteration count
1608   // of the loop.  If not, the new IV can overflow and no one will notice.
1609   // The branch block must be in the loop and one of the successors must be out
1610   // of the loop.
1611   assert(TheBr->isConditional() && "Can't use fcmp if not conditional");
1612   if (!L->contains(TheBr->getParent()) ||
1613       (L->contains(TheBr->getSuccessor(0)) &&
1614        L->contains(TheBr->getSuccessor(1))))
1615     return;
1616
1617
1618   // If it isn't a comparison with an integer-as-fp (the exit value), we can't
1619   // transform it.
1620   ConstantFP *ExitValueVal = dyn_cast<ConstantFP>(Compare->getOperand(1));
1621   int64_t ExitValue;
1622   if (ExitValueVal == 0 ||
1623       !ConvertToSInt(ExitValueVal->getValueAPF(), ExitValue))
1624     return;
1625
1626   // Find new predicate for integer comparison.
1627   CmpInst::Predicate NewPred = CmpInst::BAD_ICMP_PREDICATE;
1628   switch (Compare->getPredicate()) {
1629   default: return;  // Unknown comparison.
1630   case CmpInst::FCMP_OEQ:
1631   case CmpInst::FCMP_UEQ: NewPred = CmpInst::ICMP_EQ; break;
1632   case CmpInst::FCMP_ONE:
1633   case CmpInst::FCMP_UNE: NewPred = CmpInst::ICMP_NE; break;
1634   case CmpInst::FCMP_OGT:
1635   case CmpInst::FCMP_UGT: NewPred = CmpInst::ICMP_SGT; break;
1636   case CmpInst::FCMP_OGE:
1637   case CmpInst::FCMP_UGE: NewPred = CmpInst::ICMP_SGE; break;
1638   case CmpInst::FCMP_OLT:
1639   case CmpInst::FCMP_ULT: NewPred = CmpInst::ICMP_SLT; break;
1640   case CmpInst::FCMP_OLE:
1641   case CmpInst::FCMP_ULE: NewPred = CmpInst::ICMP_SLE; break;
1642   }
1643
1644   // We convert the floating point induction variable to a signed i32 value if
1645   // we can.  This is only safe if the comparison will not overflow in a way
1646   // that won't be trapped by the integer equivalent operations.  Check for this
1647   // now.
1648   // TODO: We could use i64 if it is native and the range requires it.
1649
1650   // The start/stride/exit values must all fit in signed i32.
1651   if (!isInt<32>(InitValue) || !isInt<32>(IncValue) || !isInt<32>(ExitValue))
1652     return;
1653
1654   // If not actually striding (add x, 0.0), avoid touching the code.
1655   if (IncValue == 0)
1656     return;
1657
1658   // Positive and negative strides have different safety conditions.
1659   if (IncValue > 0) {
1660     // If we have a positive stride, we require the init to be less than the
1661     // exit value and an equality or less than comparison.
1662     if (InitValue >= ExitValue ||
1663         NewPred == CmpInst::ICMP_SGT || NewPred == CmpInst::ICMP_SGE)
1664       return;
1665
1666     uint32_t Range = uint32_t(ExitValue-InitValue);
1667     if (NewPred == CmpInst::ICMP_SLE) {
1668       // Normalize SLE -> SLT, check for infinite loop.
1669       if (++Range == 0) return;  // Range overflows.
1670     }
1671
1672     unsigned Leftover = Range % uint32_t(IncValue);
1673
1674     // If this is an equality comparison, we require that the strided value
1675     // exactly land on the exit value, otherwise the IV condition will wrap
1676     // around and do things the fp IV wouldn't.
1677     if ((NewPred == CmpInst::ICMP_EQ || NewPred == CmpInst::ICMP_NE) &&
1678         Leftover != 0)
1679       return;
1680
1681     // If the stride would wrap around the i32 before exiting, we can't
1682     // transform the IV.
1683     if (Leftover != 0 && int32_t(ExitValue+IncValue) < ExitValue)
1684       return;
1685
1686   } else {
1687     // If we have a negative stride, we require the init to be greater than the
1688     // exit value and an equality or greater than comparison.
1689     if (InitValue >= ExitValue ||
1690         NewPred == CmpInst::ICMP_SLT || NewPred == CmpInst::ICMP_SLE)
1691       return;
1692
1693     uint32_t Range = uint32_t(InitValue-ExitValue);
1694     if (NewPred == CmpInst::ICMP_SGE) {
1695       // Normalize SGE -> SGT, check for infinite loop.
1696       if (++Range == 0) return;  // Range overflows.
1697     }
1698
1699     unsigned Leftover = Range % uint32_t(-IncValue);
1700
1701     // If this is an equality comparison, we require that the strided value
1702     // exactly land on the exit value, otherwise the IV condition will wrap
1703     // around and do things the fp IV wouldn't.
1704     if ((NewPred == CmpInst::ICMP_EQ || NewPred == CmpInst::ICMP_NE) &&
1705         Leftover != 0)
1706       return;
1707
1708     // If the stride would wrap around the i32 before exiting, we can't
1709     // transform the IV.
1710     if (Leftover != 0 && int32_t(ExitValue+IncValue) > ExitValue)
1711       return;
1712   }
1713
1714   const IntegerType *Int32Ty = Type::getInt32Ty(PN->getContext());
1715
1716   // Insert new integer induction variable.
1717   PHINode *NewPHI = PHINode::Create(Int32Ty, 2, PN->getName()+".int", PN);
1718   NewPHI->addIncoming(ConstantInt::get(Int32Ty, InitValue),
1719                       PN->getIncomingBlock(IncomingEdge));
1720
1721   Value *NewAdd =
1722     BinaryOperator::CreateAdd(NewPHI, ConstantInt::get(Int32Ty, IncValue),
1723                               Incr->getName()+".int", Incr);
1724   NewPHI->addIncoming(NewAdd, PN->getIncomingBlock(BackEdge));
1725
1726   ICmpInst *NewCompare = new ICmpInst(TheBr, NewPred, NewAdd,
1727                                       ConstantInt::get(Int32Ty, ExitValue),
1728                                       Compare->getName());
1729
1730   // In the following deletions, PN may become dead and may be deleted.
1731   // Use a WeakVH to observe whether this happens.
1732   WeakVH WeakPH = PN;
1733
1734   // Delete the old floating point exit comparison.  The branch starts using the
1735   // new comparison.
1736   NewCompare->takeName(Compare);
1737   Compare->replaceAllUsesWith(NewCompare);
1738   RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Compare);
1739
1740   // Delete the old floating point increment.
1741   Incr->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(Incr->getType()));
1742   RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Incr);
1743
1744   // If the FP induction variable still has uses, this is because something else
1745   // in the loop uses its value.  In order to canonicalize the induction
1746   // variable, we chose to eliminate the IV and rewrite it in terms of an
1747   // int->fp cast.
1748   //
1749   // We give preference to sitofp over uitofp because it is faster on most
1750   // platforms.
1751   if (WeakPH) {
1752     Value *Conv = new SIToFPInst(NewPHI, PN->getType(), "indvar.conv",
1753                                  PN->getParent()->getFirstNonPHI());
1754     PN->replaceAllUsesWith(Conv);
1755     RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(PN);
1756   }
1757
1758   // Add a new IVUsers entry for the newly-created integer PHI.
1759   if (IU)
1760     IU->AddUsersIfInteresting(NewPHI);
1761 }