Teach LSR to optimize more loop exit compares, i.e. change them to use postinc iv...
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / LoopStrengthReduce.cpp
1 //===- LoopStrengthReduce.cpp - Strength Reduce IVs in Loops --------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass performs a strength reduction on array references inside loops that
11 // have as one or more of their components the loop induction variable.
12 //
13 //===----------------------------------------------------------------------===//
14
15 #define DEBUG_TYPE "loop-reduce"
16 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
17 #include "llvm/Constants.h"
18 #include "llvm/Instructions.h"
19 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
20 #include "llvm/Type.h"
21 #include "llvm/DerivedTypes.h"
22 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
23 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
24 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
25 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
26 #include "llvm/Transforms/Utils/AddrModeMatcher.h"
27 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
28 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
29 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
30 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
31 #include "llvm/Support/CFG.h"
32 #include "llvm/Support/Debug.h"
33 #include "llvm/Support/Compiler.h"
34 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
35 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
36 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
37 #include <algorithm>
38 using namespace llvm;
39
40 STATISTIC(NumReduced ,    "Number of IV uses strength reduced");
41 STATISTIC(NumInserted,    "Number of PHIs inserted");
42 STATISTIC(NumVariable,    "Number of PHIs with variable strides");
43 STATISTIC(NumEliminated,  "Number of strides eliminated");
44 STATISTIC(NumShadow,      "Number of Shadow IVs optimized");
45 STATISTIC(NumImmSunk,     "Number of common expr immediates sunk into uses");
46 STATISTIC(NumLoopCond,    "Number of loop terminating conds optimized");
47
48 static cl::opt<bool> EnableFullLSRMode("enable-full-lsr",
49                                        cl::init(false),
50                                        cl::Hidden);
51
52 namespace {
53
54   struct BasedUser;
55
56   /// IVStrideUse - Keep track of one use of a strided induction variable, where
57   /// the stride is stored externally.  The Offset member keeps track of the 
58   /// offset from the IV, User is the actual user of the operand, and
59   /// 'OperandValToReplace' is the operand of the User that is the use.
60   struct VISIBILITY_HIDDEN IVStrideUse {
61     SCEVHandle Offset;
62     Instruction *User;
63     Value *OperandValToReplace;
64
65     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
66     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
67     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
68     // instruction for a loop or uses dominated by the loop.
69     bool isUseOfPostIncrementedValue;
70     
71     IVStrideUse(const SCEVHandle &Offs, Instruction *U, Value *O)
72       : Offset(Offs), User(U), OperandValToReplace(O),
73         isUseOfPostIncrementedValue(false) {}
74   };
75   
76   /// IVUsersOfOneStride - This structure keeps track of all instructions that
77   /// have an operand that is based on the trip count multiplied by some stride.
78   /// The stride for all of these users is common and kept external to this
79   /// structure.
80   struct VISIBILITY_HIDDEN IVUsersOfOneStride {
81     /// Users - Keep track of all of the users of this stride as well as the
82     /// initial value and the operand that uses the IV.
83     std::vector<IVStrideUse> Users;
84     
85     void addUser(const SCEVHandle &Offset,Instruction *User, Value *Operand) {
86       Users.push_back(IVStrideUse(Offset, User, Operand));
87     }
88   };
89
90   /// IVInfo - This structure keeps track of one IV expression inserted during
91   /// StrengthReduceStridedIVUsers. It contains the stride, the common base, as
92   /// well as the PHI node and increment value created for rewrite.
93   struct VISIBILITY_HIDDEN IVExpr {
94     SCEVHandle  Stride;
95     SCEVHandle  Base;
96     PHINode    *PHI;
97
98     IVExpr(const SCEVHandle &stride, const SCEVHandle &base, PHINode *phi)
99       : Stride(stride), Base(base), PHI(phi) {}
100   };
101
102   /// IVsOfOneStride - This structure keeps track of all IV expression inserted
103   /// during StrengthReduceStridedIVUsers for a particular stride of the IV.
104   struct VISIBILITY_HIDDEN IVsOfOneStride {
105     std::vector<IVExpr> IVs;
106
107     void addIV(const SCEVHandle &Stride, const SCEVHandle &Base, PHINode *PHI) {
108       IVs.push_back(IVExpr(Stride, Base, PHI));
109     }
110   };
111
112   class VISIBILITY_HIDDEN LoopStrengthReduce : public LoopPass {
113     LoopInfo *LI;
114     DominatorTree *DT;
115     ScalarEvolution *SE;
116     bool Changed;
117
118     /// IVUsesByStride - Keep track of all uses of induction variables that we
119     /// are interested in.  The key of the map is the stride of the access.
120     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride> IVUsesByStride;
121
122     /// IVsByStride - Keep track of all IVs that have been inserted for a
123     /// particular stride.
124     std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride> IVsByStride;
125
126     /// StrideNoReuse - Keep track of all the strides whose ivs cannot be
127     /// reused (nor should they be rewritten to reuse other strides).
128     SmallSet<SCEVHandle, 4> StrideNoReuse;
129
130     /// StrideOrder - An ordering of the keys in IVUsesByStride that is stable:
131     /// We use this to iterate over the IVUsesByStride collection without being
132     /// dependent on random ordering of pointers in the process.
133     SmallVector<SCEVHandle, 16> StrideOrder;
134
135     /// DeadInsts - Keep track of instructions we may have made dead, so that
136     /// we can remove them after we are done working.
137     SmallVector<Instruction*, 16> DeadInsts;
138
139     /// TLI - Keep a pointer of a TargetLowering to consult for determining
140     /// transformation profitability.
141     const TargetLowering *TLI;
142
143   public:
144     static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
145     explicit LoopStrengthReduce(const TargetLowering *tli = NULL) : 
146       LoopPass(&ID), TLI(tli) {
147     }
148
149     bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
150
151     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
152       // We split critical edges, so we change the CFG.  However, we do update
153       // many analyses if they are around.
154       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
155       AU.addPreserved<LoopInfo>();
156       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
157       AU.addPreserved<DominatorTree>();
158
159       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
160       AU.addRequired<LoopInfo>();
161       AU.addRequired<DominatorTree>();
162       AU.addRequired<ScalarEvolution>();
163       AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
164     }
165
166   private:
167     bool AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
168                                SmallPtrSet<Instruction*,16> &Processed);
169     ICmpInst *ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
170                                   IVStrideUse* &CondUse,
171                                   const SCEVHandle* &CondStride);
172
173     void OptimizeIndvars(Loop *L);
174     void OptimizeLoopCountIV(Loop *L);
175     void OptimizeLoopTermCond(Loop *L);
176
177     /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
178     /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
179     void OptimizeShadowIV(Loop *L);
180
181     /// OptimizeSMax - Rewrite the loop's terminating condition
182     /// if it uses an smax computation.
183     ICmpInst *OptimizeSMax(Loop *L, ICmpInst *Cond,
184                            IVStrideUse* &CondUse);
185
186     bool FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
187                            const SCEVHandle *&CondStride);
188     bool RequiresTypeConversion(const Type *Ty, const Type *NewTy);
189     SCEVHandle CheckForIVReuse(bool, bool, bool, const SCEVHandle&,
190                              IVExpr&, const Type*,
191                              const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
192     bool ValidScale(bool, int64_t,
193                     const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
194     SCEVHandle CollectIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
195                               IVUsersOfOneStride &Uses,
196                               Loop *L,
197                               bool &AllUsesAreAddresses,
198                               bool &AllUsesAreOutsideLoop,
199                               std::vector<BasedUser> &UsersToProcess);
200     bool ShouldUseFullStrengthReductionMode(
201                                 const std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
202                                 const Loop *L,
203                                 bool AllUsesAreAddresses,
204                                 SCEVHandle Stride);
205     void PrepareToStrengthReduceFully(
206                              std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
207                              SCEVHandle Stride,
208                              SCEVHandle CommonExprs,
209                              const Loop *L,
210                              SCEVExpander &PreheaderRewriter);
211     void PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(
212                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
213                                          Value *CommonBaseV,
214                                          const IVExpr &ReuseIV,
215                                          Instruction *PreInsertPt);
216     void PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(
217                                   std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
218                                   SCEVHandle Stride,
219                                   SCEVHandle CommonExprs,
220                                   Value *CommonBaseV,
221                                   Instruction *IVIncInsertPt,
222                                   const Loop *L,
223                                   SCEVExpander &PreheaderRewriter);
224     void StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
225                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
226                                       Loop *L);
227     void DeleteTriviallyDeadInstructions();
228   };
229 }
230
231 char LoopStrengthReduce::ID = 0;
232 static RegisterPass<LoopStrengthReduce>
233 X("loop-reduce", "Loop Strength Reduction");
234
235 Pass *llvm::createLoopStrengthReducePass(const TargetLowering *TLI) {
236   return new LoopStrengthReduce(TLI);
237 }
238
239 /// DeleteTriviallyDeadInstructions - If any of the instructions is the
240 /// specified set are trivially dead, delete them and see if this makes any of
241 /// their operands subsequently dead.
242 void LoopStrengthReduce::DeleteTriviallyDeadInstructions() {
243   if (DeadInsts.empty()) return;
244   
245   // Sort the deadinsts list so that we can trivially eliminate duplicates as we
246   // go.  The code below never adds a non-dead instruction to the worklist, but
247   // callers may not be so careful.
248   array_pod_sort(DeadInsts.begin(), DeadInsts.end());
249
250   // Drop duplicate instructions and those with uses.
251   for (unsigned i = 0, e = DeadInsts.size()-1; i < e; ++i) {
252     Instruction *I = DeadInsts[i];
253     if (!I->use_empty()) DeadInsts[i] = 0;
254     while (i != e && DeadInsts[i+1] == I)
255       DeadInsts[++i] = 0;
256   }
257   
258   while (!DeadInsts.empty()) {
259     Instruction *I = DeadInsts.back();
260     DeadInsts.pop_back();
261     
262     if (I == 0 || !isInstructionTriviallyDead(I))
263       continue;
264
265     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI) {
266       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
267         *OI = 0;
268         if (U->use_empty())
269           DeadInsts.push_back(U);
270       }
271     }
272     
273     I->eraseFromParent();
274     Changed = true;
275   }
276 }
277
278 /// containsAddRecFromDifferentLoop - Determine whether expression S involves a 
279 /// subexpression that is an AddRec from a loop other than L.  An outer loop 
280 /// of L is OK, but not an inner loop nor a disjoint loop.
281 static bool containsAddRecFromDifferentLoop(SCEVHandle S, Loop *L) {
282   // This is very common, put it first.
283   if (isa<SCEVConstant>(S))
284     return false;
285   if (const SCEVCommutativeExpr *AE = dyn_cast<SCEVCommutativeExpr>(S)) {
286     for (unsigned int i=0; i< AE->getNumOperands(); i++)
287       if (containsAddRecFromDifferentLoop(AE->getOperand(i), L))
288         return true;
289     return false;
290   }
291   if (const SCEVAddRecExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
292     if (const Loop *newLoop = AE->getLoop()) {
293       if (newLoop == L)
294         return false;
295       // if newLoop is an outer loop of L, this is OK.
296       if (!LoopInfoBase<BasicBlock>::isNotAlreadyContainedIn(L, newLoop))
297         return false;
298     }
299     return true;
300   }
301   if (const SCEVUDivExpr *DE = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S))
302     return containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getLHS(), L) ||
303            containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getRHS(), L);
304 #if 0
305   // SCEVSDivExpr has been backed out temporarily, but will be back; we'll 
306   // need this when it is.
307   if (const SCEVSDivExpr *DE = dyn_cast<SCEVSDivExpr>(S))
308     return containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getLHS(), L) ||
309            containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getRHS(), L);
310 #endif
311   if (const SCEVCastExpr *CE = dyn_cast<SCEVCastExpr>(S))
312     return containsAddRecFromDifferentLoop(CE->getOperand(), L);
313   return false;
314 }
315
316 /// getSCEVStartAndStride - Compute the start and stride of this expression,
317 /// returning false if the expression is not a start/stride pair, or true if it
318 /// is.  The stride must be a loop invariant expression, but the start may be
319 /// a mix of loop invariant and loop variant expressions.  The start cannot,
320 /// however, contain an AddRec from a different loop, unless that loop is an
321 /// outer loop of the current loop.
322 static bool getSCEVStartAndStride(const SCEVHandle &SH, Loop *L,
323                                   SCEVHandle &Start, SCEVHandle &Stride,
324                                   ScalarEvolution *SE, DominatorTree *DT) {
325   SCEVHandle TheAddRec = Start;   // Initialize to zero.
326
327   // If the outer level is an AddExpr, the operands are all start values except
328   // for a nested AddRecExpr.
329   if (const SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(SH)) {
330     for (unsigned i = 0, e = AE->getNumOperands(); i != e; ++i)
331       if (const SCEVAddRecExpr *AddRec =
332              dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(AE->getOperand(i))) {
333         if (AddRec->getLoop() == L)
334           TheAddRec = SE->getAddExpr(AddRec, TheAddRec);
335         else
336           return false;  // Nested IV of some sort?
337       } else {
338         Start = SE->getAddExpr(Start, AE->getOperand(i));
339       }
340         
341   } else if (isa<SCEVAddRecExpr>(SH)) {
342     TheAddRec = SH;
343   } else {
344     return false;  // not analyzable.
345   }
346   
347   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(TheAddRec);
348   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L) return false;
349   
350   // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
351   if (!AddRec->isAffine()) return false;
352
353   // If Start contains an SCEVAddRecExpr from a different loop, other than an
354   // outer loop of the current loop, reject it.  SCEV has no concept of 
355   // operating on more than one loop at a time so don't confuse it with such
356   // expressions.
357   if (containsAddRecFromDifferentLoop(AddRec->getOperand(0), L))
358     return false;
359
360   Start = SE->getAddExpr(Start, AddRec->getOperand(0));
361   
362   if (!isa<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1))) {
363     // If stride is an instruction, make sure it dominates the loop preheader.
364     // Otherwise we could end up with a use before def situation.
365     BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
366     if (!AddRec->getOperand(1)->dominates(Preheader, DT))
367       return false;
368
369     DOUT << "[" << L->getHeader()->getName()
370          << "] Variable stride: " << *AddRec << "\n";
371   }
372
373   Stride = AddRec->getOperand(1);
374   return true;
375 }
376
377 /// IVUseShouldUsePostIncValue - We have discovered a "User" of an IV expression
378 /// and now we need to decide whether the user should use the preinc or post-inc
379 /// value.  If this user should use the post-inc version of the IV, return true.
380 ///
381 /// Choosing wrong here can break dominance properties (if we choose to use the
382 /// post-inc value when we cannot) or it can end up adding extra live-ranges to
383 /// the loop, resulting in reg-reg copies (if we use the pre-inc value when we
384 /// should use the post-inc value).
385 static bool IVUseShouldUsePostIncValue(Instruction *User, Instruction *IV,
386                                        Loop *L, DominatorTree *DT, Pass *P,
387                                       SmallVectorImpl<Instruction*> &DeadInsts){
388   // If the user is in the loop, use the preinc value.
389   if (L->contains(User->getParent())) return false;
390   
391   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
392   
393   // Ok, the user is outside of the loop.  If it is dominated by the latch
394   // block, use the post-inc value.
395   if (DT->dominates(LatchBlock, User->getParent()))
396     return true;
397
398   // There is one case we have to be careful of: PHI nodes.  These little guys
399   // can live in blocks that do not dominate the latch block, but (since their
400   // uses occur in the predecessor block, not the block the PHI lives in) should
401   // still use the post-inc value.  Check for this case now.
402   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User);
403   if (!PN) return false;  // not a phi, not dominated by latch block.
404   
405   // Look at all of the uses of IV by the PHI node.  If any use corresponds to
406   // a block that is not dominated by the latch block, give up and use the
407   // preincremented value.
408   unsigned NumUses = 0;
409   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
410     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
411       ++NumUses;
412       if (!DT->dominates(LatchBlock, PN->getIncomingBlock(i)))
413         return false;
414     }
415
416   // Okay, all uses of IV by PN are in predecessor blocks that really are
417   // dominated by the latch block.  Use the post-incremented value.
418   return true;
419 }
420
421 /// isAddressUse - Returns true if the specified instruction is using the
422 /// specified value as an address.
423 static bool isAddressUse(Instruction *Inst, Value *OperandVal) {
424   bool isAddress = isa<LoadInst>(Inst);
425   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
426     if (SI->getOperand(1) == OperandVal)
427       isAddress = true;
428   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
429     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
430     // of intrinsics.
431     switch (II->getIntrinsicID()) {
432       default: break;
433       case Intrinsic::prefetch:
434       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_dq:
435       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_pd:
436       case Intrinsic::x86_sse_loadu_ps:
437       case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
438       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
439       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
440       case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
441         if (II->getOperand(1) == OperandVal)
442           isAddress = true;
443         break;
444     }
445   }
446   return isAddress;
447 }
448
449 /// getAccessType - Return the type of the memory being accessed.
450 static const Type *getAccessType(const Instruction *Inst) {
451   const Type *UseTy = Inst->getType();
452   if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
453     UseTy = SI->getOperand(0)->getType();
454   else if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
455     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
456     // of intrinsics.
457     switch (II->getIntrinsicID()) {
458     default: break;
459     case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
460     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
461     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
462     case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
463       UseTy = II->getOperand(1)->getType();
464       break;
465     }
466   }
467   return UseTy;
468 }
469
470 /// AddUsersIfInteresting - Inspect the specified instruction.  If it is a
471 /// reducible SCEV, recursively add its users to the IVUsesByStride set and
472 /// return true.  Otherwise, return false.
473 bool LoopStrengthReduce::AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
474                                       SmallPtrSet<Instruction*,16> &Processed) {
475   if (!SE->isSCEVable(I->getType()))
476     return false;   // Void and FP expressions cannot be reduced.
477
478   // LSR is not APInt clean, do not touch integers bigger than 64-bits.
479   if (SE->getTypeSizeInBits(I->getType()) > 64)
480     return false;
481   
482   if (!Processed.insert(I))
483     return true;    // Instruction already handled.
484   
485   // Get the symbolic expression for this instruction.
486   SCEVHandle ISE = SE->getSCEV(I);
487   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(ISE)) return false;
488   
489   // Get the start and stride for this expression.
490   SCEVHandle Start = SE->getIntegerSCEV(0, ISE->getType());
491   SCEVHandle Stride = Start;
492   if (!getSCEVStartAndStride(ISE, L, Start, Stride, SE, DT))
493     return false;  // Non-reducible symbolic expression, bail out.
494
495   std::vector<Instruction *> IUsers;
496   // Collect all I uses now because IVUseShouldUsePostIncValue may 
497   // invalidate use_iterator.
498   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E; ++UI)
499     IUsers.push_back(cast<Instruction>(*UI));
500
501   for (unsigned iused_index = 0, iused_size = IUsers.size(); 
502        iused_index != iused_size; ++iused_index) {
503
504     Instruction *User = IUsers[iused_index];
505
506     // Do not infinitely recurse on PHI nodes.
507     if (isa<PHINode>(User) && Processed.count(User))
508       continue;
509
510     // Descend recursively, but not into PHI nodes outside the current loop.
511     // It's important to see the entire expression outside the loop to get
512     // choices that depend on addressing mode use right, although we won't
513     // consider references ouside the loop in all cases.
514     // If User is already in Processed, we don't want to recurse into it again,
515     // but do want to record a second reference in the same instruction.
516     bool AddUserToIVUsers = false;
517     if (LI->getLoopFor(User->getParent()) != L) {
518       if (isa<PHINode>(User) || Processed.count(User) ||
519           !AddUsersIfInteresting(User, L, Processed)) {
520         DOUT << "FOUND USER in other loop: " << *User
521              << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
522         AddUserToIVUsers = true;
523       }
524     } else if (Processed.count(User) || 
525                !AddUsersIfInteresting(User, L, Processed)) {
526       DOUT << "FOUND USER: " << *User
527            << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
528       AddUserToIVUsers = true;
529     }
530
531     if (AddUserToIVUsers) {
532       IVUsersOfOneStride &StrideUses = IVUsesByStride[Stride];
533       if (StrideUses.Users.empty())     // First occurrence of this stride?
534         StrideOrder.push_back(Stride);
535       
536       // Okay, we found a user that we cannot reduce.  Analyze the instruction
537       // and decide what to do with it.  If we are a use inside of the loop, use
538       // the value before incrementation, otherwise use it after incrementation.
539       if (IVUseShouldUsePostIncValue(User, I, L, DT, this, DeadInsts)) {
540         // The value used will be incremented by the stride more than we are
541         // expecting, so subtract this off.
542         SCEVHandle NewStart = SE->getMinusSCEV(Start, Stride);
543         StrideUses.addUser(NewStart, User, I);
544         StrideUses.Users.back().isUseOfPostIncrementedValue = true;
545         DOUT << "   USING POSTINC SCEV, START=" << *NewStart<< "\n";
546       } else {        
547         StrideUses.addUser(Start, User, I);
548       }
549     }
550   }
551   return true;
552 }
553
554 namespace {
555   /// BasedUser - For a particular base value, keep information about how we've
556   /// partitioned the expression so far.
557   struct BasedUser {
558     /// SE - The current ScalarEvolution object.
559     ScalarEvolution *SE;
560
561     /// Base - The Base value for the PHI node that needs to be inserted for
562     /// this use.  As the use is processed, information gets moved from this
563     /// field to the Imm field (below).  BasedUser values are sorted by this
564     /// field.
565     SCEVHandle Base;
566     
567     /// Inst - The instruction using the induction variable.
568     Instruction *Inst;
569
570     /// OperandValToReplace - The operand value of Inst to replace with the
571     /// EmittedBase.
572     Value *OperandValToReplace;
573
574     /// Imm - The immediate value that should be added to the base immediately
575     /// before Inst, because it will be folded into the imm field of the
576     /// instruction.  This is also sometimes used for loop-variant values that
577     /// must be added inside the loop.
578     SCEVHandle Imm;
579
580     /// Phi - The induction variable that performs the striding that
581     /// should be used for this user.
582     PHINode *Phi;
583
584     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
585     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
586     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
587     // instruction for a loop and uses outside the loop that are dominated by
588     // the loop.
589     bool isUseOfPostIncrementedValue;
590     
591     BasedUser(IVStrideUse &IVSU, ScalarEvolution *se)
592       : SE(se), Base(IVSU.Offset), Inst(IVSU.User), 
593         OperandValToReplace(IVSU.OperandValToReplace), 
594         Imm(SE->getIntegerSCEV(0, Base->getType())), 
595         isUseOfPostIncrementedValue(IVSU.isUseOfPostIncrementedValue) {}
596
597     // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
598     // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
599     // to it.
600     void RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
601                                         Instruction *InsertPt,
602                                        SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
603                                       SmallVectorImpl<Instruction*> &DeadInsts);
604     
605     Value *InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
606                                        const Type *Ty,
607                                        SCEVExpander &Rewriter,
608                                        Instruction *IP, Loop *L);
609     void dump() const;
610   };
611 }
612
613 void BasedUser::dump() const {
614   cerr << " Base=" << *Base;
615   cerr << " Imm=" << *Imm;
616   cerr << "   Inst: " << *Inst;
617 }
618
619 Value *BasedUser::InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
620                                               const Type *Ty,
621                                               SCEVExpander &Rewriter,
622                                               Instruction *IP, Loop *L) {
623   // Figure out where we *really* want to insert this code.  In particular, if
624   // the user is inside of a loop that is nested inside of L, we really don't
625   // want to insert this expression before the user, we'd rather pull it out as
626   // many loops as possible.
627   LoopInfo &LI = Rewriter.getLoopInfo();
628   Instruction *BaseInsertPt = IP;
629   
630   // Figure out the most-nested loop that IP is in.
631   Loop *InsertLoop = LI.getLoopFor(IP->getParent());
632   
633   // If InsertLoop is not L, and InsertLoop is nested inside of L, figure out
634   // the preheader of the outer-most loop where NewBase is not loop invariant.
635   if (L->contains(IP->getParent()))
636     while (InsertLoop && NewBase->isLoopInvariant(InsertLoop)) {
637       BaseInsertPt = InsertLoop->getLoopPreheader()->getTerminator();
638       InsertLoop = InsertLoop->getParentLoop();
639     }
640   
641   Value *Base = Rewriter.expandCodeFor(NewBase, Ty, BaseInsertPt);
642
643   // If there is no immediate value, skip the next part.
644   if (Imm->isZero())
645     return Base;
646
647   // If we are inserting the base and imm values in the same block, make sure to
648   // adjust the IP position if insertion reused a result.
649   if (IP == BaseInsertPt)
650     IP = Rewriter.getInsertionPoint();
651   
652   // Always emit the immediate (if non-zero) into the same block as the user.
653   SCEVHandle NewValSCEV = SE->getAddExpr(SE->getUnknown(Base), Imm);
654   return Rewriter.expandCodeFor(NewValSCEV, Ty, IP);
655 }
656
657
658 // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
659 // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
660 // to it. NewBasePt is the last instruction which contributes to the
661 // value of NewBase in the case that it's a diffferent instruction from
662 // the PHI that NewBase is computed from, or null otherwise.
663 //
664 void BasedUser::RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
665                                                Instruction *NewBasePt,
666                                       SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
667                                       SmallVectorImpl<Instruction*> &DeadInsts){
668   if (!isa<PHINode>(Inst)) {
669     // By default, insert code at the user instruction.
670     BasicBlock::iterator InsertPt = Inst;
671     
672     // However, if the Operand is itself an instruction, the (potentially
673     // complex) inserted code may be shared by many users.  Because of this, we
674     // want to emit code for the computation of the operand right before its old
675     // computation.  This is usually safe, because we obviously used to use the
676     // computation when it was computed in its current block.  However, in some
677     // cases (e.g. use of a post-incremented induction variable) the NewBase
678     // value will be pinned to live somewhere after the original computation.
679     // In this case, we have to back off.
680     //
681     // If this is a use outside the loop (which means after, since it is based
682     // on a loop indvar) we use the post-incremented value, so that we don't
683     // artificially make the preinc value live out the bottom of the loop. 
684     if (!isUseOfPostIncrementedValue && L->contains(Inst->getParent())) {
685       if (NewBasePt && isa<PHINode>(OperandValToReplace)) {
686         InsertPt = NewBasePt;
687         ++InsertPt;
688       } else if (Instruction *OpInst
689                  = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace)) {
690         InsertPt = OpInst;
691         while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
692       }
693     }
694     Value *NewVal = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase,
695                                                 OperandValToReplace->getType(),
696                                                 Rewriter, InsertPt, L);
697     // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
698     Inst->replaceUsesOfWith(OperandValToReplace, NewVal);
699
700     DOUT << "      Replacing with ";
701     DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, NewVal, /*PrintType=*/false));
702     DOUT << ", which has value " << *NewBase << " plus IMM " << *Imm << "\n";
703     return;
704   }
705
706   // PHI nodes are more complex.  We have to insert one copy of the NewBase+Imm
707   // expression into each operand block that uses it.  Note that PHI nodes can
708   // have multiple entries for the same predecessor.  We use a map to make sure
709   // that a PHI node only has a single Value* for each predecessor (which also
710   // prevents us from inserting duplicate code in some blocks).
711   DenseMap<BasicBlock*, Value*> InsertedCode;
712   PHINode *PN = cast<PHINode>(Inst);
713   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
714     if (PN->getIncomingValue(i) == OperandValToReplace) {
715       // If the original expression is outside the loop, put the replacement
716       // code in the same place as the original expression,
717       // which need not be an immediate predecessor of this PHI.  This way we 
718       // need only one copy of it even if it is referenced multiple times in
719       // the PHI.  We don't do this when the original expression is inside the
720       // loop because multiple copies sometimes do useful sinking of code in
721       // that case(?).
722       Instruction *OldLoc = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace);
723       if (L->contains(OldLoc->getParent())) {
724         // If this is a critical edge, split the edge so that we do not insert
725         // the code on all predecessor/successor paths.  We do this unless this
726         // is the canonical backedge for this loop, as this can make some
727         // inserted code be in an illegal position.
728         BasicBlock *PHIPred = PN->getIncomingBlock(i);
729         if (e != 1 && PHIPred->getTerminator()->getNumSuccessors() > 1 &&
730             (PN->getParent() != L->getHeader() || !L->contains(PHIPred))) {
731
732           // First step, split the critical edge.
733           SplitCriticalEdge(PHIPred, PN->getParent(), P, false);
734
735           // Next step: move the basic block.  In particular, if the PHI node
736           // is outside of the loop, and PredTI is in the loop, we want to
737           // move the block to be immediately before the PHI block, not
738           // immediately after PredTI.
739           if (L->contains(PHIPred) && !L->contains(PN->getParent())) {
740             BasicBlock *NewBB = PN->getIncomingBlock(i);
741             NewBB->moveBefore(PN->getParent());
742           }
743
744           // Splitting the edge can reduce the number of PHI entries we have.
745           e = PN->getNumIncomingValues();
746         }
747       }
748       Value *&Code = InsertedCode[PN->getIncomingBlock(i)];
749       if (!Code) {
750         // Insert the code into the end of the predecessor block.
751         Instruction *InsertPt = (L->contains(OldLoc->getParent())) ?
752                                 PN->getIncomingBlock(i)->getTerminator() :
753                                 OldLoc->getParent()->getTerminator();
754         Code = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, PN->getType(),
755                                            Rewriter, InsertPt, L);
756
757         DOUT << "      Changing PHI use to ";
758         DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, Code, /*PrintType=*/false));
759         DOUT << ", which has value " << *NewBase << " plus IMM " << *Imm << "\n";
760       }
761
762       // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
763       PN->setIncomingValue(i, Code);
764       Rewriter.clear();
765     }
766   }
767
768   // PHI node might have become a constant value after SplitCriticalEdge.
769   DeadInsts.push_back(Inst);
770 }
771
772
773 /// fitsInAddressMode - Return true if V can be subsumed within an addressing
774 /// mode, and does not need to be put in a register first.
775 static bool fitsInAddressMode(const SCEVHandle &V, const Type *UseTy,
776                              const TargetLowering *TLI, bool HasBaseReg) {
777   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
778     int64_t VC = SC->getValue()->getSExtValue();
779     if (TLI) {
780       TargetLowering::AddrMode AM;
781       AM.BaseOffs = VC;
782       AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
783       return TLI->isLegalAddressingMode(AM, UseTy);
784     } else {
785       // Defaults to PPC. PPC allows a sign-extended 16-bit immediate field.
786       return (VC > -(1 << 16) && VC < (1 << 16)-1);
787     }
788   }
789
790   if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V))
791     if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(SU->getValue())) {
792       if (TLI) {
793         TargetLowering::AddrMode AM;
794         AM.BaseGV = GV;
795         AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
796         return TLI->isLegalAddressingMode(AM, UseTy);
797       } else {
798         // Default: assume global addresses are not legal.
799       }
800     }
801
802   return false;
803 }
804
805 /// MoveLoopVariantsToImmediateField - Move any subexpressions from Val that are
806 /// loop varying to the Imm operand.
807 static void MoveLoopVariantsToImmediateField(SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
808                                              Loop *L, ScalarEvolution *SE) {
809   if (Val->isLoopInvariant(L)) return;  // Nothing to do.
810   
811   if (const SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
812     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
813     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
814     
815     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i)
816       if (!SAE->getOperand(i)->isLoopInvariant(L)) {
817         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
818         // field of the expression.
819         Imm = SE->getAddExpr(Imm, SAE->getOperand(i));
820       } else {
821         NewOps.push_back(SAE->getOperand(i));
822       }
823
824     if (NewOps.empty())
825       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
826     else
827       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
828   } else if (const SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
829     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
830     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
831     MoveLoopVariantsToImmediateField(Start, Imm, L, SE);
832     
833     std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
834     Ops[0] = Start;
835     Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
836   } else {
837     // Otherwise, all of Val is variant, move the whole thing over.
838     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
839     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
840   }
841 }
842
843
844 /// MoveImmediateValues - Look at Val, and pull out any additions of constants
845 /// that can fit into the immediate field of instructions in the target.
846 /// Accumulate these immediate values into the Imm value.
847 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
848                                 const Type *UseTy,
849                                 SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
850                                 bool isAddress, Loop *L,
851                                 ScalarEvolution *SE) {
852   if (const SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
853     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
854     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
855     
856     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i) {
857       SCEVHandle NewOp = SAE->getOperand(i);
858       MoveImmediateValues(TLI, UseTy, NewOp, Imm, isAddress, L, SE);
859       
860       if (!NewOp->isLoopInvariant(L)) {
861         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
862         // field of the expression.
863         Imm = SE->getAddExpr(Imm, NewOp);
864       } else {
865         NewOps.push_back(NewOp);
866       }
867     }
868
869     if (NewOps.empty())
870       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
871     else
872       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
873     return;
874   } else if (const SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
875     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
876     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
877     MoveImmediateValues(TLI, UseTy, Start, Imm, isAddress, L, SE);
878     
879     if (Start != SARE->getStart()) {
880       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
881       Ops[0] = Start;
882       Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
883     }
884     return;
885   } else if (const SCEVMulExpr *SME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Val)) {
886     // Transform "8 * (4 + v)" -> "32 + 8*V" if "32" fits in the immed field.
887     if (isAddress && fitsInAddressMode(SME->getOperand(0), UseTy, TLI, false) &&
888         SME->getNumOperands() == 2 && SME->isLoopInvariant(L)) {
889
890       SCEVHandle SubImm = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
891       SCEVHandle NewOp = SME->getOperand(1);
892       MoveImmediateValues(TLI, UseTy, NewOp, SubImm, isAddress, L, SE);
893       
894       // If we extracted something out of the subexpressions, see if we can 
895       // simplify this!
896       if (NewOp != SME->getOperand(1)) {
897         // Scale SubImm up by "8".  If the result is a target constant, we are
898         // good.
899         SubImm = SE->getMulExpr(SubImm, SME->getOperand(0));
900         if (fitsInAddressMode(SubImm, UseTy, TLI, false)) {
901           // Accumulate the immediate.
902           Imm = SE->getAddExpr(Imm, SubImm);
903           
904           // Update what is left of 'Val'.
905           Val = SE->getMulExpr(SME->getOperand(0), NewOp);
906           return;
907         }
908       }
909     }
910   }
911
912   // Loop-variant expressions must stay in the immediate field of the
913   // expression.
914   if ((isAddress && fitsInAddressMode(Val, UseTy, TLI, false)) ||
915       !Val->isLoopInvariant(L)) {
916     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
917     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
918     return;
919   }
920
921   // Otherwise, no immediates to move.
922 }
923
924 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
925                                 Instruction *User,
926                                 SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
927                                 bool isAddress, Loop *L,
928                                 ScalarEvolution *SE) {
929   const Type *UseTy = getAccessType(User);
930   MoveImmediateValues(TLI, UseTy, Val, Imm, isAddress, L, SE);
931 }
932
933 /// SeparateSubExprs - Decompose Expr into all of the subexpressions that are
934 /// added together.  This is used to reassociate common addition subexprs
935 /// together for maximal sharing when rewriting bases.
936 static void SeparateSubExprs(std::vector<SCEVHandle> &SubExprs,
937                              SCEVHandle Expr,
938                              ScalarEvolution *SE) {
939   if (const SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Expr)) {
940     for (unsigned j = 0, e = AE->getNumOperands(); j != e; ++j)
941       SeparateSubExprs(SubExprs, AE->getOperand(j), SE);
942   } else if (const SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Expr)) {
943     SCEVHandle Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Expr->getType());
944     if (SARE->getOperand(0) == Zero) {
945       SubExprs.push_back(Expr);
946     } else {
947       // Compute the addrec with zero as its base.
948       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
949       Ops[0] = Zero;   // Start with zero base.
950       SubExprs.push_back(SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop()));
951       
952
953       SeparateSubExprs(SubExprs, SARE->getOperand(0), SE);
954     }
955   } else if (!Expr->isZero()) {
956     // Do not add zero.
957     SubExprs.push_back(Expr);
958   }
959 }
960
961 // This is logically local to the following function, but C++ says we have 
962 // to make it file scope.
963 struct SubExprUseData { unsigned Count; bool notAllUsesAreFree; };
964
965 /// RemoveCommonExpressionsFromUseBases - Look through all of the Bases of all
966 /// the Uses, removing any common subexpressions, except that if all such
967 /// subexpressions can be folded into an addressing mode for all uses inside
968 /// the loop (this case is referred to as "free" in comments herein) we do
969 /// not remove anything.  This looks for things like (a+b+c) and
970 /// (a+c+d) and computes the common (a+c) subexpression.  The common expression
971 /// is *removed* from the Bases and returned.
972 static SCEVHandle 
973 RemoveCommonExpressionsFromUseBases(std::vector<BasedUser> &Uses,
974                                     ScalarEvolution *SE, Loop *L,
975                                     const TargetLowering *TLI) {
976   unsigned NumUses = Uses.size();
977
978   // Only one use?  This is a very common case, so we handle it specially and
979   // cheaply.
980   SCEVHandle Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Uses[0].Base->getType());
981   SCEVHandle Result = Zero;
982   SCEVHandle FreeResult = Zero;
983   if (NumUses == 1) {
984     // If the use is inside the loop, use its base, regardless of what it is:
985     // it is clearly shared across all the IV's.  If the use is outside the loop
986     // (which means after it) we don't want to factor anything *into* the loop,
987     // so just use 0 as the base.
988     if (L->contains(Uses[0].Inst->getParent()))
989       std::swap(Result, Uses[0].Base);
990     return Result;
991   }
992
993   // To find common subexpressions, count how many of Uses use each expression.
994   // If any subexpressions are used Uses.size() times, they are common.
995   // Also track whether all uses of each expression can be moved into an
996   // an addressing mode "for free"; such expressions are left within the loop.
997   // struct SubExprUseData { unsigned Count; bool notAllUsesAreFree; };
998   std::map<SCEVHandle, SubExprUseData> SubExpressionUseData;
999   
1000   // UniqueSubExprs - Keep track of all of the subexpressions we see in the
1001   // order we see them.
1002   std::vector<SCEVHandle> UniqueSubExprs;
1003
1004   std::vector<SCEVHandle> SubExprs;
1005   unsigned NumUsesInsideLoop = 0;
1006   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
1007     // If the user is outside the loop, just ignore it for base computation.
1008     // Since the user is outside the loop, it must be *after* the loop (if it
1009     // were before, it could not be based on the loop IV).  We don't want users
1010     // after the loop to affect base computation of values *inside* the loop,
1011     // because we can always add their offsets to the result IV after the loop
1012     // is done, ensuring we get good code inside the loop.
1013     if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent()))
1014       continue;
1015     NumUsesInsideLoop++;
1016     
1017     // If the base is zero (which is common), return zero now, there are no
1018     // CSEs we can find.
1019     if (Uses[i].Base == Zero) return Zero;
1020
1021     // If this use is as an address we may be able to put CSEs in the addressing
1022     // mode rather than hoisting them.
1023     bool isAddrUse = isAddressUse(Uses[i].Inst, Uses[i].OperandValToReplace);
1024     // We may need the UseTy below, but only when isAddrUse, so compute it
1025     // only in that case.
1026     const Type *UseTy = 0;
1027     if (isAddrUse)
1028       UseTy = getAccessType(Uses[i].Inst);
1029
1030     // Split the expression into subexprs.
1031     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
1032     // Add one to SubExpressionUseData.Count for each subexpr present, and
1033     // if the subexpr is not a valid immediate within an addressing mode use,
1034     // set SubExpressionUseData.notAllUsesAreFree.  We definitely want to
1035     // hoist these out of the loop (if they are common to all uses).
1036     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j) {
1037       if (++SubExpressionUseData[SubExprs[j]].Count == 1)
1038         UniqueSubExprs.push_back(SubExprs[j]);
1039       if (!isAddrUse || !fitsInAddressMode(SubExprs[j], UseTy, TLI, false))
1040         SubExpressionUseData[SubExprs[j]].notAllUsesAreFree = true;
1041     }
1042     SubExprs.clear();
1043   }
1044
1045   // Now that we know how many times each is used, build Result.  Iterate over
1046   // UniqueSubexprs so that we have a stable ordering.
1047   for (unsigned i = 0, e = UniqueSubExprs.size(); i != e; ++i) {
1048     std::map<SCEVHandle, SubExprUseData>::iterator I = 
1049        SubExpressionUseData.find(UniqueSubExprs[i]);
1050     assert(I != SubExpressionUseData.end() && "Entry not found?");
1051     if (I->second.Count == NumUsesInsideLoop) { // Found CSE! 
1052       if (I->second.notAllUsesAreFree)
1053         Result = SE->getAddExpr(Result, I->first);
1054       else 
1055         FreeResult = SE->getAddExpr(FreeResult, I->first);
1056     } else
1057       // Remove non-cse's from SubExpressionUseData.
1058       SubExpressionUseData.erase(I);
1059   }
1060
1061   if (FreeResult != Zero) {
1062     // We have some subexpressions that can be subsumed into addressing
1063     // modes in every use inside the loop.  However, it's possible that
1064     // there are so many of them that the combined FreeResult cannot
1065     // be subsumed, or that the target cannot handle both a FreeResult
1066     // and a Result in the same instruction (for example because it would
1067     // require too many registers).  Check this.
1068     for (unsigned i=0; i<NumUses; ++i) {
1069       if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent()))
1070         continue;
1071       // We know this is an addressing mode use; if there are any uses that
1072       // are not, FreeResult would be Zero.
1073       const Type *UseTy = getAccessType(Uses[i].Inst);
1074       if (!fitsInAddressMode(FreeResult, UseTy, TLI, Result!=Zero)) {
1075         // FIXME:  could split up FreeResult into pieces here, some hoisted
1076         // and some not.  There is no obvious advantage to this.
1077         Result = SE->getAddExpr(Result, FreeResult);
1078         FreeResult = Zero;
1079         break;
1080       }
1081     }
1082   }
1083
1084   // If we found no CSE's, return now.
1085   if (Result == Zero) return Result;
1086   
1087   // If we still have a FreeResult, remove its subexpressions from
1088   // SubExpressionUseData.  This means they will remain in the use Bases.
1089   if (FreeResult != Zero) {
1090     SeparateSubExprs(SubExprs, FreeResult, SE);
1091     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j) {
1092       std::map<SCEVHandle, SubExprUseData>::iterator I = 
1093          SubExpressionUseData.find(SubExprs[j]);
1094       SubExpressionUseData.erase(I);
1095     }
1096     SubExprs.clear();
1097   }
1098
1099   // Otherwise, remove all of the CSE's we found from each of the base values.
1100   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
1101     // Uses outside the loop don't necessarily include the common base, but
1102     // the final IV value coming into those uses does.  Instead of trying to
1103     // remove the pieces of the common base, which might not be there,
1104     // subtract off the base to compensate for this.
1105     if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent())) {
1106       Uses[i].Base = SE->getMinusSCEV(Uses[i].Base, Result);
1107       continue;
1108     }
1109
1110     // Split the expression into subexprs.
1111     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
1112
1113     // Remove any common subexpressions.
1114     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
1115       if (SubExpressionUseData.count(SubExprs[j])) {
1116         SubExprs.erase(SubExprs.begin()+j);
1117         --j; --e;
1118       }
1119     
1120     // Finally, add the non-shared expressions together.
1121     if (SubExprs.empty())
1122       Uses[i].Base = Zero;
1123     else
1124       Uses[i].Base = SE->getAddExpr(SubExprs);
1125     SubExprs.clear();
1126   }
1127  
1128   return Result;
1129 }
1130
1131 /// ValidScale - Check whether the given Scale is valid for all loads and 
1132 /// stores in UsersToProcess.
1133 ///
1134 bool LoopStrengthReduce::ValidScale(bool HasBaseReg, int64_t Scale,
1135                                const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
1136   if (!TLI)
1137     return true;
1138
1139   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i!=e; ++i) {
1140     // If this is a load or other access, pass the type of the access in.
1141     const Type *AccessTy = Type::VoidTy;
1142     if (isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
1143                      UsersToProcess[i].OperandValToReplace))
1144       AccessTy = getAccessType(UsersToProcess[i].Inst);
1145     else if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst))
1146       continue;
1147     
1148     TargetLowering::AddrMode AM;
1149     if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(UsersToProcess[i].Imm))
1150       AM.BaseOffs = SC->getValue()->getSExtValue();
1151     AM.HasBaseReg = HasBaseReg || !UsersToProcess[i].Base->isZero();
1152     AM.Scale = Scale;
1153
1154     // If load[imm+r*scale] is illegal, bail out.
1155     if (!TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
1156       return false;
1157   }
1158   return true;
1159 }
1160
1161 /// RequiresTypeConversion - Returns true if converting Ty1 to Ty2 is not
1162 /// a nop.
1163 bool LoopStrengthReduce::RequiresTypeConversion(const Type *Ty1,
1164                                                 const Type *Ty2) {
1165   if (Ty1 == Ty2)
1166     return false;
1167   Ty1 = SE->getEffectiveSCEVType(Ty1);
1168   Ty2 = SE->getEffectiveSCEVType(Ty2);
1169   if (Ty1 == Ty2)
1170     return false;
1171   if (Ty1->canLosslesslyBitCastTo(Ty2))
1172     return false;
1173   if (TLI && TLI->isTruncateFree(Ty1, Ty2))
1174     return false;
1175   return true;
1176 }
1177
1178 /// CheckForIVReuse - Returns the multiple if the stride is the multiple
1179 /// of a previous stride and it is a legal value for the target addressing
1180 /// mode scale component and optional base reg. This allows the users of
1181 /// this stride to be rewritten as prev iv * factor. It returns 0 if no
1182 /// reuse is possible.  Factors can be negative on same targets, e.g. ARM.
1183 ///
1184 /// If all uses are outside the loop, we don't require that all multiplies
1185 /// be folded into the addressing mode, nor even that the factor be constant; 
1186 /// a multiply (executed once) outside the loop is better than another IV 
1187 /// within.  Well, usually.
1188 SCEVHandle LoopStrengthReduce::CheckForIVReuse(bool HasBaseReg,
1189                                 bool AllUsesAreAddresses,
1190                                 bool AllUsesAreOutsideLoop,
1191                                 const SCEVHandle &Stride, 
1192                                 IVExpr &IV, const Type *Ty,
1193                                 const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
1194   if (StrideNoReuse.count(Stride))
1195     return SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1196
1197   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Stride)) {
1198     int64_t SInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1199     for (unsigned NewStride = 0, e = StrideOrder.size(); NewStride != e;
1200          ++NewStride) {
1201       std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1202                 IVsByStride.find(StrideOrder[NewStride]);
1203       if (SI == IVsByStride.end() || !isa<SCEVConstant>(SI->first) ||
1204           StrideNoReuse.count(SI->first))
1205         continue;
1206       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1207       if (SI->first != Stride &&
1208           (unsigned(abs(SInt)) < SSInt || (SInt % SSInt) != 0))
1209         continue;
1210       int64_t Scale = SInt / SSInt;
1211       // Check that this stride is valid for all the types used for loads and
1212       // stores; if it can be used for some and not others, we might as well use
1213       // the original stride everywhere, since we have to create the IV for it
1214       // anyway. If the scale is 1, then we don't need to worry about folding
1215       // multiplications.
1216       if (Scale == 1 ||
1217           (AllUsesAreAddresses &&
1218            ValidScale(HasBaseReg, Scale, UsersToProcess)))
1219         for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1220                IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1221           // FIXME: Only handle base == 0 for now.
1222           // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion.
1223           if (II->Base->isZero() &&
1224               !RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1225             IV = *II;
1226             return SE->getIntegerSCEV(Scale, Stride->getType());
1227           }
1228     }
1229   } else if (AllUsesAreOutsideLoop) {
1230     // Accept nonconstant strides here; it is really really right to substitute
1231     // an existing IV if we can.
1232     for (unsigned NewStride = 0, e = StrideOrder.size(); NewStride != e;
1233          ++NewStride) {
1234       std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1235                 IVsByStride.find(StrideOrder[NewStride]);
1236       if (SI == IVsByStride.end() || !isa<SCEVConstant>(SI->first))
1237         continue;
1238       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1239       if (SI->first != Stride && SSInt != 1)
1240         continue;
1241       for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1242              IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1243         // Accept nonzero base here.
1244         // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion.
1245         if (!RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1246           IV = *II;
1247           return Stride;
1248         }
1249     }
1250     // Special case, old IV is -1*x and this one is x.  Can treat this one as
1251     // -1*old.
1252     for (unsigned NewStride = 0, e = StrideOrder.size(); NewStride != e;
1253          ++NewStride) {
1254       std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1255                 IVsByStride.find(StrideOrder[NewStride]);
1256       if (SI == IVsByStride.end()) 
1257         continue;
1258       if (const SCEVMulExpr *ME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(SI->first))
1259         if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(ME->getOperand(0)))
1260           if (Stride == ME->getOperand(1) &&
1261               SC->getValue()->getSExtValue() == -1LL)
1262             for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1263                    IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1264               // Accept nonzero base here.
1265               // Only reuse previous IV if it would not require type conversion.
1266               if (!RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1267                 IV = *II;
1268                 return SE->getIntegerSCEV(-1LL, Stride->getType());
1269               }
1270     }
1271   }
1272   return SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1273 }
1274
1275 /// PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue - Simple boolean predicate that
1276 /// returns true if Val's isUseOfPostIncrementedValue is true.
1277 static bool PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue(const BasedUser &Val) {
1278   return Val.isUseOfPostIncrementedValue;
1279 }
1280
1281 /// isNonConstantNegative - Return true if the specified scev is negated, but
1282 /// not a constant.
1283 static bool isNonConstantNegative(const SCEVHandle &Expr) {
1284   const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Expr);
1285   if (!Mul) return false;
1286   
1287   // If there is a constant factor, it will be first.
1288   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0));
1289   if (!SC) return false;
1290   
1291   // Return true if the value is negative, this matches things like (-42 * V).
1292   return SC->getValue()->getValue().isNegative();
1293 }
1294
1295 // CollectIVUsers - Transform our list of users and offsets to a bit more
1296 // complex table. In this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base', the base
1297 // of the strided accesses, as well as the old information from Uses. We
1298 // progressively move information from the Base field to the Imm field, until
1299 // we eventually have the full access expression to rewrite the use.
1300 SCEVHandle LoopStrengthReduce::CollectIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
1301                                               IVUsersOfOneStride &Uses,
1302                                               Loop *L,
1303                                               bool &AllUsesAreAddresses,
1304                                               bool &AllUsesAreOutsideLoop,
1305                                        std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
1306   UsersToProcess.reserve(Uses.Users.size());
1307   for (unsigned i = 0, e = Uses.Users.size(); i != e; ++i) {
1308     UsersToProcess.push_back(BasedUser(Uses.Users[i], SE));
1309     
1310     // Move any loop variant operands from the offset field to the immediate
1311     // field of the use, so that we don't try to use something before it is
1312     // computed.
1313     MoveLoopVariantsToImmediateField(UsersToProcess.back().Base,
1314                                      UsersToProcess.back().Imm, L, SE);
1315     assert(UsersToProcess.back().Base->isLoopInvariant(L) &&
1316            "Base value is not loop invariant!");
1317   }
1318
1319   // We now have a whole bunch of uses of like-strided induction variables, but
1320   // they might all have different bases.  We want to emit one PHI node for this
1321   // stride which we fold as many common expressions (between the IVs) into as
1322   // possible.  Start by identifying the common expressions in the base values 
1323   // for the strides (e.g. if we have "A+C+B" and "A+B+D" as our bases, find
1324   // "A+B"), emit it to the preheader, then remove the expression from the
1325   // UsersToProcess base values.
1326   SCEVHandle CommonExprs =
1327     RemoveCommonExpressionsFromUseBases(UsersToProcess, SE, L, TLI);
1328
1329   // Next, figure out what we can represent in the immediate fields of
1330   // instructions.  If we can represent anything there, move it to the imm
1331   // fields of the BasedUsers.  We do this so that it increases the commonality
1332   // of the remaining uses.
1333   unsigned NumPHI = 0;
1334   bool HasAddress = false;
1335   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1336     // If the user is not in the current loop, this means it is using the exit
1337     // value of the IV.  Do not put anything in the base, make sure it's all in
1338     // the immediate field to allow as much factoring as possible.
1339     if (!L->contains(UsersToProcess[i].Inst->getParent())) {
1340       UsersToProcess[i].Imm = SE->getAddExpr(UsersToProcess[i].Imm,
1341                                              UsersToProcess[i].Base);
1342       UsersToProcess[i].Base = 
1343         SE->getIntegerSCEV(0, UsersToProcess[i].Base->getType());
1344     } else {
1345       // Not all uses are outside the loop.
1346       AllUsesAreOutsideLoop = false; 
1347
1348       // Addressing modes can be folded into loads and stores.  Be careful that
1349       // the store is through the expression, not of the expression though.
1350       bool isPHI = false;
1351       bool isAddress = isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
1352                                     UsersToProcess[i].OperandValToReplace);
1353       if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst)) {
1354         isPHI = true;
1355         ++NumPHI;
1356       }
1357
1358       if (isAddress)
1359         HasAddress = true;
1360      
1361       // If this use isn't an address, then not all uses are addresses.
1362       if (!isAddress && !isPHI)
1363         AllUsesAreAddresses = false;
1364       
1365       MoveImmediateValues(TLI, UsersToProcess[i].Inst, UsersToProcess[i].Base,
1366                           UsersToProcess[i].Imm, isAddress, L, SE);
1367     }
1368   }
1369
1370   // If one of the use is a PHI node and all other uses are addresses, still
1371   // allow iv reuse. Essentially we are trading one constant multiplication
1372   // for one fewer iv.
1373   if (NumPHI > 1)
1374     AllUsesAreAddresses = false;
1375     
1376   // There are no in-loop address uses.
1377   if (AllUsesAreAddresses && (!HasAddress && !AllUsesAreOutsideLoop))
1378     AllUsesAreAddresses = false;
1379
1380   return CommonExprs;
1381 }
1382
1383 /// ShouldUseFullStrengthReductionMode - Test whether full strength-reduction
1384 /// is valid and profitable for the given set of users of a stride. In
1385 /// full strength-reduction mode, all addresses at the current stride are
1386 /// strength-reduced all the way down to pointer arithmetic.
1387 ///
1388 bool LoopStrengthReduce::ShouldUseFullStrengthReductionMode(
1389                                    const std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1390                                    const Loop *L,
1391                                    bool AllUsesAreAddresses,
1392                                    SCEVHandle Stride) {
1393   if (!EnableFullLSRMode)
1394     return false;
1395
1396   // The heuristics below aim to avoid increasing register pressure, but
1397   // fully strength-reducing all the addresses increases the number of
1398   // add instructions, so don't do this when optimizing for size.
1399   // TODO: If the loop is large, the savings due to simpler addresses
1400   // may oughtweight the costs of the extra increment instructions.
1401   if (L->getHeader()->getParent()->hasFnAttr(Attribute::OptimizeForSize))
1402     return false;
1403
1404   // TODO: For now, don't do full strength reduction if there could
1405   // potentially be greater-stride multiples of the current stride
1406   // which could reuse the current stride IV.
1407   if (StrideOrder.back() != Stride)
1408     return false;
1409
1410   // Iterate through the uses to find conditions that automatically rule out
1411   // full-lsr mode.
1412   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ) {
1413     const SCEV *Base = UsersToProcess[i].Base;
1414     const SCEV *Imm = UsersToProcess[i].Imm;
1415     // If any users have a loop-variant component, they can't be fully
1416     // strength-reduced.
1417     if (Imm && !Imm->isLoopInvariant(L))
1418       return false;
1419     // If there are to users with the same base and the difference between
1420     // the two Imm values can't be folded into the address, full
1421     // strength reduction would increase register pressure.
1422     do {
1423       const SCEV *CurImm = UsersToProcess[i].Imm;
1424       if ((CurImm || Imm) && CurImm != Imm) {
1425         if (!CurImm) CurImm = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1426         if (!Imm)       Imm = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1427         const Instruction *Inst = UsersToProcess[i].Inst;
1428         const Type *UseTy = getAccessType(Inst);
1429         SCEVHandle Diff = SE->getMinusSCEV(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1430         if (!Diff->isZero() &&
1431             (!AllUsesAreAddresses ||
1432              !fitsInAddressMode(Diff, UseTy, TLI, /*HasBaseReg=*/true)))
1433           return false;
1434       }
1435     } while (++i != e && Base == UsersToProcess[i].Base);
1436   }
1437
1438   // If there's exactly one user in this stride, fully strength-reducing it
1439   // won't increase register pressure. If it's starting from a non-zero base,
1440   // it'll be simpler this way.
1441   if (UsersToProcess.size() == 1 && !UsersToProcess[0].Base->isZero())
1442     return true;
1443
1444   // Otherwise, if there are any users in this stride that don't require
1445   // a register for their base, full strength-reduction will increase
1446   // register pressure.
1447   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1448     if (UsersToProcess[i].Base->isZero())
1449       return false;
1450
1451   // Otherwise, go for it.
1452   return true;
1453 }
1454
1455 /// InsertAffinePhi Create and insert a PHI node for an induction variable
1456 /// with the specified start and step values in the specified loop.
1457 ///
1458 /// If NegateStride is true, the stride should be negated by using a
1459 /// subtract instead of an add.
1460 ///
1461 /// Return the created phi node.
1462 ///
1463 static PHINode *InsertAffinePhi(SCEVHandle Start, SCEVHandle Step,
1464                                 Instruction *IVIncInsertPt,
1465                                 const Loop *L,
1466                                 SCEVExpander &Rewriter) {
1467   assert(Start->isLoopInvariant(L) && "New PHI start is not loop invariant!");
1468   assert(Step->isLoopInvariant(L) && "New PHI stride is not loop invariant!");
1469
1470   BasicBlock *Header = L->getHeader();
1471   BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
1472   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1473   const Type *Ty = Start->getType();
1474   Ty = Rewriter.SE.getEffectiveSCEVType(Ty);
1475
1476   PHINode *PN = PHINode::Create(Ty, "lsr.iv", Header->begin());
1477   PN->addIncoming(Rewriter.expandCodeFor(Start, Ty, Preheader->getTerminator()),
1478                   Preheader);
1479
1480   // If the stride is negative, insert a sub instead of an add for the
1481   // increment.
1482   bool isNegative = isNonConstantNegative(Step);
1483   SCEVHandle IncAmount = Step;
1484   if (isNegative)
1485     IncAmount = Rewriter.SE.getNegativeSCEV(Step);
1486
1487   // Insert an add instruction right before the terminator corresponding
1488   // to the back-edge or just before the only use. The location is determined
1489   // by the caller and passed in as IVIncInsertPt.
1490   Value *StepV = Rewriter.expandCodeFor(IncAmount, Ty,
1491                                         Preheader->getTerminator());
1492   Instruction *IncV;
1493   if (isNegative) {
1494     IncV = BinaryOperator::CreateSub(PN, StepV, "lsr.iv.next",
1495                                      IVIncInsertPt);
1496   } else {
1497     IncV = BinaryOperator::CreateAdd(PN, StepV, "lsr.iv.next",
1498                                      IVIncInsertPt);
1499   }
1500   if (!isa<ConstantInt>(StepV)) ++NumVariable;
1501
1502   PN->addIncoming(IncV, LatchBlock);
1503
1504   ++NumInserted;
1505   return PN;
1506 }
1507
1508 static void SortUsersToProcess(std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
1509   // We want to emit code for users inside the loop first.  To do this, we
1510   // rearrange BasedUser so that the entries at the end have
1511   // isUseOfPostIncrementedValue = false, because we pop off the end of the
1512   // vector (so we handle them first).
1513   std::partition(UsersToProcess.begin(), UsersToProcess.end(),
1514                  PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue);
1515
1516   // Sort this by base, so that things with the same base are handled
1517   // together.  By partitioning first and stable-sorting later, we are
1518   // guaranteed that within each base we will pop off users from within the
1519   // loop before users outside of the loop with a particular base.
1520   //
1521   // We would like to use stable_sort here, but we can't.  The problem is that
1522   // SCEVHandle's don't have a deterministic ordering w.r.t to each other, so
1523   // we don't have anything to do a '<' comparison on.  Because we think the
1524   // number of uses is small, do a horrible bubble sort which just relies on
1525   // ==.
1526   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1527     // Get a base value.
1528     SCEVHandle Base = UsersToProcess[i].Base;
1529
1530     // Compact everything with this base to be consecutive with this one.
1531     for (unsigned j = i+1; j != e; ++j) {
1532       if (UsersToProcess[j].Base == Base) {
1533         std::swap(UsersToProcess[i+1], UsersToProcess[j]);
1534         ++i;
1535       }
1536     }
1537   }
1538 }
1539
1540 /// PrepareToStrengthReduceFully - Prepare to fully strength-reduce
1541 /// UsersToProcess, meaning lowering addresses all the way down to direct
1542 /// pointer arithmetic.
1543 ///
1544 void
1545 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceFully(
1546                                         std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1547                                         SCEVHandle Stride,
1548                                         SCEVHandle CommonExprs,
1549                                         const Loop *L,
1550                                         SCEVExpander &PreheaderRewriter) {
1551   DOUT << "  Fully reducing all users\n";
1552
1553   // Rewrite the UsersToProcess records, creating a separate PHI for each
1554   // unique Base value.
1555   Instruction *IVIncInsertPt = L->getLoopLatch()->getTerminator();
1556   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ) {
1557     // TODO: The uses are grouped by base, but not sorted. We arbitrarily
1558     // pick the first Imm value here to start with, and adjust it for the
1559     // other uses.
1560     SCEVHandle Imm = UsersToProcess[i].Imm;
1561     SCEVHandle Base = UsersToProcess[i].Base;
1562     SCEVHandle Start = SE->getAddExpr(CommonExprs, Base, Imm);
1563     PHINode *Phi = InsertAffinePhi(Start, Stride, IVIncInsertPt, L,
1564                                    PreheaderRewriter);
1565     // Loop over all the users with the same base.
1566     do {
1567       UsersToProcess[i].Base = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1568       UsersToProcess[i].Imm = SE->getMinusSCEV(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1569       UsersToProcess[i].Phi = Phi;
1570       assert(UsersToProcess[i].Imm->isLoopInvariant(L) &&
1571              "ShouldUseFullStrengthReductionMode should reject this!");
1572     } while (++i != e && Base == UsersToProcess[i].Base);
1573   }
1574 }
1575
1576 /// FindIVIncInsertPt - Return the location to insert the increment instruction.
1577 /// If the only use if a use of postinc value, (must be the loop termination
1578 /// condition), then insert it just before the use.
1579 static Instruction *FindIVIncInsertPt(std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1580                                       const Loop *L) {
1581   if (UsersToProcess.size() == 1 &&
1582       UsersToProcess[0].isUseOfPostIncrementedValue &&
1583       L->contains(UsersToProcess[0].Inst->getParent()))
1584     return UsersToProcess[0].Inst;
1585   return L->getLoopLatch()->getTerminator();
1586 }
1587
1588 /// PrepareToStrengthReduceWithNewPhi - Insert a new induction variable for the
1589 /// given users to share.
1590 ///
1591 void
1592 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(
1593                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1594                                          SCEVHandle Stride,
1595                                          SCEVHandle CommonExprs,
1596                                          Value *CommonBaseV,
1597                                          Instruction *IVIncInsertPt,
1598                                          const Loop *L,
1599                                          SCEVExpander &PreheaderRewriter) {
1600   DOUT << "  Inserting new PHI:\n";
1601
1602   PHINode *Phi = InsertAffinePhi(SE->getUnknown(CommonBaseV),
1603                                  Stride, IVIncInsertPt, L,
1604                                  PreheaderRewriter);
1605
1606   // Remember this in case a later stride is multiple of this.
1607   IVsByStride[Stride].addIV(Stride, CommonExprs, Phi);
1608
1609   // All the users will share this new IV.
1610   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1611     UsersToProcess[i].Phi = Phi;
1612
1613   DOUT << "    IV=";
1614   DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, Phi, /*PrintType=*/false));
1615   DOUT << "\n";
1616 }
1617
1618 /// PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride - Prepare for the given users to
1619 /// reuse an induction variable with a stride that is a factor of the current
1620 /// induction variable.
1621 ///
1622 void
1623 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(
1624                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1625                                          Value *CommonBaseV,
1626                                          const IVExpr &ReuseIV,
1627                                          Instruction *PreInsertPt) {
1628   DOUT << "  Rewriting in terms of existing IV of STRIDE " << *ReuseIV.Stride
1629        << " and BASE " << *ReuseIV.Base << "\n";
1630
1631   // All the users will share the reused IV.
1632   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1633     UsersToProcess[i].Phi = ReuseIV.PHI;
1634
1635   Constant *C = dyn_cast<Constant>(CommonBaseV);
1636   if (C &&
1637       (!C->isNullValue() &&
1638        !fitsInAddressMode(SE->getUnknown(CommonBaseV), CommonBaseV->getType(),
1639                          TLI, false)))
1640     // We want the common base emitted into the preheader! This is just
1641     // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1642     CommonBaseV = new BitCastInst(CommonBaseV, CommonBaseV->getType(),
1643                                   "commonbase", PreInsertPt);
1644 }
1645
1646 static bool IsImmFoldedIntoAddrMode(GlobalValue *GV, int64_t Offset,
1647                                     const Type *AccessTy,
1648                                    std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1649                                    const TargetLowering *TLI) {
1650   SmallVector<Instruction*, 16> AddrModeInsts;
1651   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1652     if (UsersToProcess[i].isUseOfPostIncrementedValue)
1653       continue;
1654     ExtAddrMode AddrMode =
1655       AddressingModeMatcher::Match(UsersToProcess[i].OperandValToReplace,
1656                                    AccessTy, UsersToProcess[i].Inst,
1657                                    AddrModeInsts, *TLI);
1658     if (GV && GV != AddrMode.BaseGV)
1659       return false;
1660     if (Offset && !AddrMode.BaseOffs)
1661       // FIXME: How to accurate check it's immediate offset is folded.
1662       return false;
1663     AddrModeInsts.clear();
1664   }
1665   return true;
1666 }
1667
1668 /// StrengthReduceStridedIVUsers - Strength reduce all of the users of a single
1669 /// stride of IV.  All of the users may have different starting values, and this
1670 /// may not be the only stride.
1671 void LoopStrengthReduce::StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
1672                                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
1673                                                       Loop *L) {
1674   // If all the users are moved to another stride, then there is nothing to do.
1675   if (Uses.Users.empty())
1676     return;
1677
1678   // Keep track if every use in UsersToProcess is an address. If they all are,
1679   // we may be able to rewrite the entire collection of them in terms of a
1680   // smaller-stride IV.
1681   bool AllUsesAreAddresses = true;
1682
1683   // Keep track if every use of a single stride is outside the loop.  If so,
1684   // we want to be more aggressive about reusing a smaller-stride IV; a
1685   // multiply outside the loop is better than another IV inside.  Well, usually.
1686   bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
1687
1688   // Transform our list of users and offsets to a bit more complex table.  In
1689   // this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base' the base of the
1690   // strided accessas well as the old information from Uses.  We progressively
1691   // move information from the Base field to the Imm field, until we eventually
1692   // have the full access expression to rewrite the use.
1693   std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
1694   SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(Stride, Uses, L, AllUsesAreAddresses,
1695                                           AllUsesAreOutsideLoop,
1696                                           UsersToProcess);
1697
1698   // Sort the UsersToProcess array so that users with common bases are
1699   // next to each other.
1700   SortUsersToProcess(UsersToProcess);
1701
1702   // If we managed to find some expressions in common, we'll need to carry
1703   // their value in a register and add it in for each use. This will take up
1704   // a register operand, which potentially restricts what stride values are
1705   // valid.
1706   bool HaveCommonExprs = !CommonExprs->isZero();
1707   const Type *ReplacedTy = CommonExprs->getType();
1708
1709   // If all uses are addresses, consider sinking the immediate part of the
1710   // common expression back into uses if they can fit in the immediate fields.
1711   if (TLI && HaveCommonExprs && AllUsesAreAddresses) {
1712     SCEVHandle NewCommon = CommonExprs;
1713     SCEVHandle Imm = SE->getIntegerSCEV(0, ReplacedTy);
1714     MoveImmediateValues(TLI, Type::VoidTy, NewCommon, Imm, true, L, SE);
1715     if (!Imm->isZero()) {
1716       bool DoSink = true;
1717
1718       // If the immediate part of the common expression is a GV, check if it's
1719       // possible to fold it into the target addressing mode.
1720       GlobalValue *GV = 0;
1721       if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(Imm))
1722         GV = dyn_cast<GlobalValue>(SU->getValue());
1723       int64_t Offset = 0;
1724       if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Imm))
1725         Offset = SC->getValue()->getSExtValue();
1726       if (GV || Offset)
1727         // Pass VoidTy as the AccessTy to be conservative, because
1728         // there could be multiple access types among all the uses.
1729         DoSink = IsImmFoldedIntoAddrMode(GV, Offset, Type::VoidTy,
1730                                          UsersToProcess, TLI);
1731
1732       if (DoSink) {
1733         DOUT << "  Sinking " << *Imm << " back down into uses\n";
1734         for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1735           UsersToProcess[i].Imm = SE->getAddExpr(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1736         CommonExprs = NewCommon;
1737         HaveCommonExprs = !CommonExprs->isZero();
1738         ++NumImmSunk;
1739       }
1740     }
1741   }
1742
1743   // Now that we know what we need to do, insert the PHI node itself.
1744   //
1745   DOUT << "LSR: Examining IVs of TYPE " << *ReplacedTy << " of STRIDE "
1746        << *Stride << ":\n"
1747        << "  Common base: " << *CommonExprs << "\n";
1748
1749   SCEVExpander Rewriter(*SE, *LI);
1750   SCEVExpander PreheaderRewriter(*SE, *LI);
1751
1752   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
1753   Instruction *PreInsertPt = Preheader->getTerminator();
1754   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1755   Instruction *IVIncInsertPt = LatchBlock->getTerminator();
1756
1757   Value *CommonBaseV = Constant::getNullValue(ReplacedTy);
1758
1759   SCEVHandle RewriteFactor = SE->getIntegerSCEV(0, ReplacedTy);
1760   IVExpr   ReuseIV(SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1761                    SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1762                    0);
1763
1764   /// Choose a strength-reduction strategy and prepare for it by creating
1765   /// the necessary PHIs and adjusting the bookkeeping.
1766   if (ShouldUseFullStrengthReductionMode(UsersToProcess, L,
1767                                          AllUsesAreAddresses, Stride)) {
1768     PrepareToStrengthReduceFully(UsersToProcess, Stride, CommonExprs, L,
1769                                  PreheaderRewriter);
1770   } else {
1771     // Emit the initial base value into the loop preheader.
1772     CommonBaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(CommonExprs, ReplacedTy,
1773                                                   PreInsertPt);
1774
1775     // If all uses are addresses, check if it is possible to reuse an IV.  The
1776     // new IV must have a stride that is a multiple of the old stride; the
1777     // multiple must be a number that can be encoded in the scale field of the
1778     // target addressing mode; and we must have a valid instruction after this 
1779     // substitution, including the immediate field, if any.
1780     RewriteFactor = CheckForIVReuse(HaveCommonExprs, AllUsesAreAddresses,
1781                                     AllUsesAreOutsideLoop,
1782                                     Stride, ReuseIV, ReplacedTy,
1783                                     UsersToProcess);
1784     if (!RewriteFactor->isZero())
1785       PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(UsersToProcess, CommonBaseV,
1786                                                ReuseIV, PreInsertPt);
1787     else {
1788       IVIncInsertPt = FindIVIncInsertPt(UsersToProcess, L);
1789       PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(UsersToProcess, Stride, CommonExprs,
1790                                         CommonBaseV, IVIncInsertPt,
1791                                         L, PreheaderRewriter);
1792     }
1793   }
1794
1795   // Process all the users now, replacing their strided uses with
1796   // strength-reduced forms.  This outer loop handles all bases, the inner
1797   // loop handles all users of a particular base.
1798   while (!UsersToProcess.empty()) {
1799     SCEVHandle Base = UsersToProcess.back().Base;
1800     Instruction *Inst = UsersToProcess.back().Inst;
1801
1802     // Emit the code for Base into the preheader.
1803     Value *BaseV = 0;
1804     if (!Base->isZero()) {
1805       BaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(Base, Base->getType(),
1806                                               PreInsertPt);
1807
1808       DOUT << "  INSERTING code for BASE = " << *Base << ":";
1809       if (BaseV->hasName())
1810         DOUT << " Result value name = %" << BaseV->getNameStr();
1811       DOUT << "\n";
1812
1813       // If BaseV is a non-zero constant, make sure that it gets inserted into
1814       // the preheader, instead of being forward substituted into the uses.  We
1815       // do this by forcing a BitCast (noop cast) to be inserted into the
1816       // preheader in this case.
1817       if (!fitsInAddressMode(Base, getAccessType(Inst), TLI, false)) {
1818         // We want this constant emitted into the preheader! This is just
1819         // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1820         BaseV = new BitCastInst(BaseV, BaseV->getType(), "preheaderinsert",
1821                                 PreInsertPt);       
1822       }
1823     }
1824
1825     // Emit the code to add the immediate offset to the Phi value, just before
1826     // the instructions that we identified as using this stride and base.
1827     do {
1828       // FIXME: Use emitted users to emit other users.
1829       BasedUser &User = UsersToProcess.back();
1830
1831       DOUT << "    Examining ";
1832       if (User.isUseOfPostIncrementedValue)
1833         DOUT << "postinc";
1834       else
1835         DOUT << "preinc";
1836       DOUT << " use ";
1837       DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, UsersToProcess.back().OperandValToReplace,
1838                            /*PrintType=*/false));
1839       DOUT << " in Inst: " << *(User.Inst);
1840
1841       // If this instruction wants to use the post-incremented value, move it
1842       // after the post-inc and use its value instead of the PHI.
1843       Value *RewriteOp = User.Phi;
1844       if (User.isUseOfPostIncrementedValue) {
1845         RewriteOp = User.Phi->getIncomingValueForBlock(LatchBlock);
1846         // If this user is in the loop, make sure it is the last thing in the
1847         // loop to ensure it is dominated by the increment. In case it's the
1848         // only use of the iv, the increment instruction is already before the
1849         // use.
1850         if (L->contains(User.Inst->getParent()) && User.Inst != IVIncInsertPt)
1851           User.Inst->moveBefore(IVIncInsertPt);
1852       }
1853
1854       SCEVHandle RewriteExpr = SE->getUnknown(RewriteOp);
1855
1856       if (SE->getTypeSizeInBits(RewriteOp->getType()) !=
1857           SE->getTypeSizeInBits(ReplacedTy)) {
1858         assert(SE->getTypeSizeInBits(RewriteOp->getType()) >
1859                SE->getTypeSizeInBits(ReplacedTy) &&
1860                "Unexpected widening cast!");
1861         RewriteExpr = SE->getTruncateExpr(RewriteExpr, ReplacedTy);
1862       }
1863
1864       // If we had to insert new instructions for RewriteOp, we have to
1865       // consider that they may not have been able to end up immediately
1866       // next to RewriteOp, because non-PHI instructions may never precede
1867       // PHI instructions in a block. In this case, remember where the last
1868       // instruction was inserted so that if we're replacing a different
1869       // PHI node, we can use the later point to expand the final
1870       // RewriteExpr.
1871       Instruction *NewBasePt = dyn_cast<Instruction>(RewriteOp);
1872       if (RewriteOp == User.Phi) NewBasePt = 0;
1873
1874       // Clear the SCEVExpander's expression map so that we are guaranteed
1875       // to have the code emitted where we expect it.
1876       Rewriter.clear();
1877
1878       // If we are reusing the iv, then it must be multiplied by a constant
1879       // factor to take advantage of the addressing mode scale component.
1880       if (!RewriteFactor->isZero()) {
1881         // If we're reusing an IV with a nonzero base (currently this happens
1882         // only when all reuses are outside the loop) subtract that base here.
1883         // The base has been used to initialize the PHI node but we don't want
1884         // it here.
1885         if (!ReuseIV.Base->isZero()) {
1886           SCEVHandle typedBase = ReuseIV.Base;
1887           if (SE->getTypeSizeInBits(RewriteExpr->getType()) !=
1888               SE->getTypeSizeInBits(ReuseIV.Base->getType())) {
1889             // It's possible the original IV is a larger type than the new IV,
1890             // in which case we have to truncate the Base.  We checked in
1891             // RequiresTypeConversion that this is valid.
1892             assert(SE->getTypeSizeInBits(RewriteExpr->getType()) <
1893                    SE->getTypeSizeInBits(ReuseIV.Base->getType()) &&
1894                    "Unexpected lengthening conversion!");
1895             typedBase = SE->getTruncateExpr(ReuseIV.Base, 
1896                                             RewriteExpr->getType());
1897           }
1898           RewriteExpr = SE->getMinusSCEV(RewriteExpr, typedBase);
1899         }
1900
1901         // Multiply old variable, with base removed, by new scale factor.
1902         RewriteExpr = SE->getMulExpr(RewriteFactor,
1903                                      RewriteExpr);
1904
1905         // The common base is emitted in the loop preheader. But since we
1906         // are reusing an IV, it has not been used to initialize the PHI node.
1907         // Add it to the expression used to rewrite the uses.
1908         // When this use is outside the loop, we earlier subtracted the
1909         // common base, and are adding it back here.  Use the same expression
1910         // as before, rather than CommonBaseV, so DAGCombiner will zap it.
1911         if (!CommonExprs->isZero()) {
1912           if (L->contains(User.Inst->getParent()))
1913             RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr,
1914                                        SE->getUnknown(CommonBaseV));
1915           else
1916             RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, CommonExprs);
1917         }
1918       }
1919
1920       // Now that we know what we need to do, insert code before User for the
1921       // immediate and any loop-variant expressions.
1922       if (BaseV)
1923         // Add BaseV to the PHI value if needed.
1924         RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, SE->getUnknown(BaseV));
1925
1926       User.RewriteInstructionToUseNewBase(RewriteExpr, NewBasePt,
1927                                           Rewriter, L, this,
1928                                           DeadInsts);
1929
1930       // Mark old value we replaced as possibly dead, so that it is eliminated
1931       // if we just replaced the last use of that value.
1932       DeadInsts.push_back(cast<Instruction>(User.OperandValToReplace));
1933
1934       UsersToProcess.pop_back();
1935       ++NumReduced;
1936
1937       // If there are any more users to process with the same base, process them
1938       // now.  We sorted by base above, so we just have to check the last elt.
1939     } while (!UsersToProcess.empty() && UsersToProcess.back().Base == Base);
1940     // TODO: Next, find out which base index is the most common, pull it out.
1941   }
1942
1943   // IMPORTANT TODO: Figure out how to partition the IV's with this stride, but
1944   // different starting values, into different PHIs.
1945 }
1946
1947 /// FindIVUserForCond - If Cond has an operand that is an expression of an IV,
1948 /// set the IV user and stride information and return true, otherwise return
1949 /// false.
1950 bool LoopStrengthReduce::FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
1951                                        const SCEVHandle *&CondStride) {
1952   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e && !CondUse;
1953        ++Stride) {
1954     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1955     IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
1956     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1957     
1958     for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
1959          E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI)
1960       if (UI->User == Cond) {
1961         // NOTE: we could handle setcc instructions with multiple uses here, but
1962         // InstCombine does it as well for simple uses, it's not clear that it
1963         // occurs enough in real life to handle.
1964         CondUse = &*UI;
1965         CondStride = &SI->first;
1966         return true;
1967       }
1968   }
1969   return false;
1970 }    
1971
1972 namespace {
1973   // Constant strides come first which in turns are sorted by their absolute
1974   // values. If absolute values are the same, then positive strides comes first.
1975   // e.g.
1976   // 4, -1, X, 1, 2 ==> 1, -1, 2, 4, X
1977   struct StrideCompare {
1978     const ScalarEvolution *SE;
1979     explicit StrideCompare(const ScalarEvolution *se) : SE(se) {}
1980
1981     bool operator()(const SCEVHandle &LHS, const SCEVHandle &RHS) {
1982       const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS);
1983       const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS);
1984       if (LHSC && RHSC) {
1985         int64_t  LV = LHSC->getValue()->getSExtValue();
1986         int64_t  RV = RHSC->getValue()->getSExtValue();
1987         uint64_t ALV = (LV < 0) ? -LV : LV;
1988         uint64_t ARV = (RV < 0) ? -RV : RV;
1989         if (ALV == ARV) {
1990           if (LV != RV)
1991             return LV > RV;
1992         } else {
1993           return ALV < ARV;
1994         }
1995
1996         // If it's the same value but different type, sort by bit width so
1997         // that we emit larger induction variables before smaller
1998         // ones, letting the smaller be re-written in terms of larger ones.
1999         return SE->getTypeSizeInBits(RHS->getType()) <
2000                SE->getTypeSizeInBits(LHS->getType());
2001       }
2002       return LHSC && !RHSC;
2003     }
2004   };
2005 }
2006
2007 /// ChangeCompareStride - If a loop termination compare instruction is the
2008 /// only use of its stride, and the compaison is against a constant value,
2009 /// try eliminate the stride by moving the compare instruction to another
2010 /// stride and change its constant operand accordingly. e.g.
2011 ///
2012 /// loop:
2013 /// ...
2014 /// v1 = v1 + 3
2015 /// v2 = v2 + 1
2016 /// if (v2 < 10) goto loop
2017 /// =>
2018 /// loop:
2019 /// ...
2020 /// v1 = v1 + 3
2021 /// if (v1 < 30) goto loop
2022 ICmpInst *LoopStrengthReduce::ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
2023                                                 IVStrideUse* &CondUse,
2024                                                 const SCEVHandle* &CondStride) {
2025   if (StrideOrder.size() < 2 ||
2026       IVUsesByStride[*CondStride].Users.size() != 1)
2027     return Cond;
2028   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(*CondStride);
2029   if (!SC) return Cond;
2030
2031   ICmpInst::Predicate Predicate = Cond->getPredicate();
2032   int64_t CmpSSInt = SC->getValue()->getSExtValue();
2033   unsigned BitWidth = SE->getTypeSizeInBits((*CondStride)->getType());
2034   uint64_t SignBit = 1ULL << (BitWidth-1);
2035   const Type *CmpTy = Cond->getOperand(0)->getType();
2036   const Type *NewCmpTy = NULL;
2037   unsigned TyBits = SE->getTypeSizeInBits(CmpTy);
2038   unsigned NewTyBits = 0;
2039   SCEVHandle *NewStride = NULL;
2040   Value *NewCmpLHS = NULL;
2041   Value *NewCmpRHS = NULL;
2042   int64_t Scale = 1;
2043   SCEVHandle NewOffset = SE->getIntegerSCEV(0, CmpTy);
2044
2045   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Cond->getOperand(1))) {
2046     int64_t CmpVal = C->getValue().getSExtValue();
2047
2048     // Check stride constant and the comparision constant signs to detect
2049     // overflow.
2050     if ((CmpVal & SignBit) != (CmpSSInt & SignBit))
2051       return Cond;
2052
2053     // Look for a suitable stride / iv as replacement.
2054     for (unsigned i = 0, e = StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
2055       std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
2056         IVUsesByStride.find(StrideOrder[i]);
2057       if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
2058         continue;
2059       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
2060       if (SSInt == CmpSSInt ||
2061           abs(SSInt) < abs(CmpSSInt) ||
2062           (SSInt % CmpSSInt) != 0)
2063         continue;
2064
2065       Scale = SSInt / CmpSSInt;
2066       int64_t NewCmpVal = CmpVal * Scale;
2067       APInt Mul = APInt(BitWidth*2, CmpVal, true);
2068       Mul = Mul * APInt(BitWidth*2, Scale, true);
2069       // Check for overflow.
2070       if (!Mul.isSignedIntN(BitWidth))
2071         continue;
2072
2073       // Watch out for overflow.
2074       if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate) &&
2075           (CmpVal & SignBit) != (NewCmpVal & SignBit))
2076         continue;
2077
2078       if (NewCmpVal == CmpVal)
2079         continue;
2080       // Pick the best iv to use trying to avoid a cast.
2081       NewCmpLHS = NULL;
2082       for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
2083              E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI) {
2084         NewCmpLHS = UI->OperandValToReplace;
2085         if (NewCmpLHS->getType() == CmpTy)
2086           break;
2087       }
2088       if (!NewCmpLHS)
2089         continue;
2090
2091       NewCmpTy = NewCmpLHS->getType();
2092       NewTyBits = SE->getTypeSizeInBits(NewCmpTy);
2093       const Type *NewCmpIntTy = IntegerType::get(NewTyBits);
2094       if (RequiresTypeConversion(NewCmpTy, CmpTy)) {
2095         // Check if it is possible to rewrite it using
2096         // an iv / stride of a smaller integer type.
2097         unsigned Bits = NewTyBits;
2098         if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate))
2099           --Bits;
2100         uint64_t Mask = (1ULL << Bits) - 1;
2101         if (((uint64_t)NewCmpVal & Mask) != (uint64_t)NewCmpVal)
2102           continue;
2103       }
2104
2105       // Don't rewrite if use offset is non-constant and the new type is
2106       // of a different type.
2107       // FIXME: too conservative?
2108       if (NewTyBits != TyBits && !isa<SCEVConstant>(CondUse->Offset))
2109         continue;
2110
2111       bool AllUsesAreAddresses = true;
2112       bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
2113       std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
2114       SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(SI->first, SI->second, L,
2115                                               AllUsesAreAddresses,
2116                                               AllUsesAreOutsideLoop,
2117                                               UsersToProcess);
2118       // Avoid rewriting the compare instruction with an iv of new stride
2119       // if it's likely the new stride uses will be rewritten using the
2120       // stride of the compare instruction.
2121       if (AllUsesAreAddresses &&
2122           ValidScale(!CommonExprs->isZero(), Scale, UsersToProcess))
2123         continue;
2124
2125       // If scale is negative, use swapped predicate unless it's testing
2126       // for equality.
2127       if (Scale < 0 && !Cond->isEquality())
2128         Predicate = ICmpInst::getSwappedPredicate(Predicate);
2129
2130       NewStride = &StrideOrder[i];
2131       if (!isa<PointerType>(NewCmpTy))
2132         NewCmpRHS = ConstantInt::get(NewCmpTy, NewCmpVal);
2133       else {
2134         ConstantInt *CI = ConstantInt::get(NewCmpIntTy, NewCmpVal);
2135         NewCmpRHS = ConstantExpr::getIntToPtr(CI, NewCmpTy);
2136       }
2137       NewOffset = TyBits == NewTyBits
2138         ? SE->getMulExpr(CondUse->Offset,
2139                          SE->getConstant(ConstantInt::get(CmpTy, Scale)))
2140         : SE->getConstant(ConstantInt::get(NewCmpIntTy,
2141           cast<SCEVConstant>(CondUse->Offset)->getValue()->getSExtValue()*Scale));
2142       break;
2143     }
2144   }
2145
2146   // Forgo this transformation if it the increment happens to be
2147   // unfortunately positioned after the condition, and the condition
2148   // has multiple uses which prevent it from being moved immediately
2149   // before the branch. See
2150   // test/Transforms/LoopStrengthReduce/change-compare-stride-trickiness-*.ll
2151   // for an example of this situation.
2152   if (!Cond->hasOneUse()) {
2153     for (BasicBlock::iterator I = Cond, E = Cond->getParent()->end();
2154          I != E; ++I)
2155       if (I == NewCmpLHS)
2156         return Cond;
2157   }
2158
2159   if (NewCmpRHS) {
2160     // Create a new compare instruction using new stride / iv.
2161     ICmpInst *OldCond = Cond;
2162     // Insert new compare instruction.
2163     Cond = new ICmpInst(Predicate, NewCmpLHS, NewCmpRHS,
2164                         L->getHeader()->getName() + ".termcond",
2165                         OldCond);
2166
2167     // Remove the old compare instruction. The old indvar is probably dead too.
2168     DeadInsts.push_back(cast<Instruction>(CondUse->OperandValToReplace));
2169     OldCond->replaceAllUsesWith(Cond);
2170     OldCond->eraseFromParent();
2171
2172     IVUsesByStride[*CondStride].Users.pop_back();
2173     IVUsesByStride[*NewStride].addUser(NewOffset, Cond, NewCmpLHS);
2174     CondUse = &IVUsesByStride[*NewStride].Users.back();
2175     CondStride = NewStride;
2176     ++NumEliminated;
2177     Changed = true;
2178   }
2179
2180   return Cond;
2181 }
2182
2183 /// OptimizeSMax - Rewrite the loop's terminating condition if it uses
2184 /// an smax computation.
2185 ///
2186 /// This is a narrow solution to a specific, but acute, problem. For loops
2187 /// like this:
2188 ///
2189 ///   i = 0;
2190 ///   do {
2191 ///     p[i] = 0.0;
2192 ///   } while (++i < n);
2193 ///
2194 /// where the comparison is signed, the trip count isn't just 'n', because
2195 /// 'n' could be negative. And unfortunately this can come up even for loops
2196 /// where the user didn't use a C do-while loop. For example, seemingly
2197 /// well-behaved top-test loops will commonly be lowered like this:
2198 //
2199 ///   if (n > 0) {
2200 ///     i = 0;
2201 ///     do {
2202 ///       p[i] = 0.0;
2203 ///     } while (++i < n);
2204 ///   }
2205 ///
2206 /// and then it's possible for subsequent optimization to obscure the if
2207 /// test in such a way that indvars can't find it.
2208 ///
2209 /// When indvars can't find the if test in loops like this, it creates a
2210 /// signed-max expression, which allows it to give the loop a canonical
2211 /// induction variable:
2212 ///
2213 ///   i = 0;
2214 ///   smax = n < 1 ? 1 : n;
2215 ///   do {
2216 ///     p[i] = 0.0;
2217 ///   } while (++i != smax);
2218 ///
2219 /// Canonical induction variables are necessary because the loop passes
2220 /// are designed around them. The most obvious example of this is the
2221 /// LoopInfo analysis, which doesn't remember trip count values. It
2222 /// expects to be able to rediscover the trip count each time it is
2223 /// needed, and it does this using a simple analyis that only succeeds if
2224 /// the loop has a canonical induction variable.
2225 ///
2226 /// However, when it comes time to generate code, the maximum operation
2227 /// can be quite costly, especially if it's inside of an outer loop.
2228 ///
2229 /// This function solves this problem by detecting this type of loop and
2230 /// rewriting their conditions from ICMP_NE back to ICMP_SLT, and deleting
2231 /// the instructions for the maximum computation.
2232 ///
2233 ICmpInst *LoopStrengthReduce::OptimizeSMax(Loop *L, ICmpInst *Cond,
2234                                            IVStrideUse* &CondUse) {
2235   // Check that the loop matches the pattern we're looking for.
2236   if (Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_EQ &&
2237       Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_NE)
2238     return Cond;
2239
2240   SelectInst *Sel = dyn_cast<SelectInst>(Cond->getOperand(1));
2241   if (!Sel || !Sel->hasOneUse()) return Cond;
2242
2243   SCEVHandle BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
2244   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
2245     return Cond;
2246   SCEVHandle One = SE->getIntegerSCEV(1, BackedgeTakenCount->getType());
2247
2248   // Add one to the backedge-taken count to get the trip count.
2249   SCEVHandle IterationCount = SE->getAddExpr(BackedgeTakenCount, One);
2250
2251   // Check for a max calculation that matches the pattern.
2252   const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(IterationCount);
2253   if (!SMax || SMax != SE->getSCEV(Sel)) return Cond;
2254
2255   SCEVHandle SMaxLHS = SMax->getOperand(0);
2256   SCEVHandle SMaxRHS = SMax->getOperand(1);
2257   if (!SMaxLHS || SMaxLHS != One) return Cond;
2258
2259   // Check the relevant induction variable for conformance to
2260   // the pattern.
2261   SCEVHandle IV = SE->getSCEV(Cond->getOperand(0));
2262   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
2263   if (!AR || !AR->isAffine() ||
2264       AR->getStart() != One ||
2265       AR->getStepRecurrence(*SE) != One)
2266     return Cond;
2267
2268   assert(AR->getLoop() == L &&
2269          "Loop condition operand is an addrec in a different loop!");
2270
2271   // Check the right operand of the select, and remember it, as it will
2272   // be used in the new comparison instruction.
2273   Value *NewRHS = 0;
2274   if (SE->getSCEV(Sel->getOperand(1)) == SMaxRHS)
2275     NewRHS = Sel->getOperand(1);
2276   else if (SE->getSCEV(Sel->getOperand(2)) == SMaxRHS)
2277     NewRHS = Sel->getOperand(2);
2278   if (!NewRHS) return Cond;
2279
2280   // Ok, everything looks ok to change the condition into an SLT or SGE and
2281   // delete the max calculation.
2282   ICmpInst *NewCond =
2283     new ICmpInst(Cond->getPredicate() == CmpInst::ICMP_NE ?
2284                    CmpInst::ICMP_SLT :
2285                    CmpInst::ICMP_SGE,
2286                  Cond->getOperand(0), NewRHS, "scmp", Cond);
2287
2288   // Delete the max calculation instructions.
2289   Cond->replaceAllUsesWith(NewCond);
2290   Cond->eraseFromParent();
2291   Instruction *Cmp = cast<Instruction>(Sel->getOperand(0));
2292   Sel->eraseFromParent();
2293   if (Cmp->use_empty())
2294     Cmp->eraseFromParent();
2295   CondUse->User = NewCond;
2296   return NewCond;
2297 }
2298
2299 /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
2300 /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
2301 void LoopStrengthReduce::OptimizeShadowIV(Loop *L) {
2302
2303   SCEVHandle BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
2304   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
2305     return;
2306
2307   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e;
2308        ++Stride) {
2309     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
2310       IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
2311     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2312     if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
2313       continue;
2314
2315     for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
2316            E = SI->second.Users.end(); UI != E; /* empty */) {
2317       std::vector<IVStrideUse>::iterator CandidateUI = UI;
2318       ++UI;
2319       Instruction *ShadowUse = CandidateUI->User;
2320       const Type *DestTy = NULL;
2321
2322       /* If shadow use is a int->float cast then insert a second IV
2323          to eliminate this cast.
2324
2325            for (unsigned i = 0; i < n; ++i) 
2326              foo((double)i);
2327
2328          is transformed into
2329
2330            double d = 0.0;
2331            for (unsigned i = 0; i < n; ++i, ++d) 
2332              foo(d);
2333       */
2334       if (UIToFPInst *UCast = dyn_cast<UIToFPInst>(CandidateUI->User))
2335         DestTy = UCast->getDestTy();
2336       else if (SIToFPInst *SCast = dyn_cast<SIToFPInst>(CandidateUI->User))
2337         DestTy = SCast->getDestTy();
2338       if (!DestTy) continue;
2339
2340       if (TLI) {
2341         // If target does not support DestTy natively then do not apply
2342         // this transformation.
2343         MVT DVT = TLI->getValueType(DestTy);
2344         if (!TLI->isTypeLegal(DVT)) continue;
2345       }
2346
2347       PHINode *PH = dyn_cast<PHINode>(ShadowUse->getOperand(0));
2348       if (!PH) continue;
2349       if (PH->getNumIncomingValues() != 2) continue;
2350
2351       const Type *SrcTy = PH->getType();
2352       int Mantissa = DestTy->getFPMantissaWidth();
2353       if (Mantissa == -1) continue; 
2354       if ((int)SE->getTypeSizeInBits(SrcTy) > Mantissa)
2355         continue;
2356
2357       unsigned Entry, Latch;
2358       if (PH->getIncomingBlock(0) == L->getLoopPreheader()) {
2359         Entry = 0;
2360         Latch = 1;
2361       } else {
2362         Entry = 1;
2363         Latch = 0;
2364       }
2365         
2366       ConstantInt *Init = dyn_cast<ConstantInt>(PH->getIncomingValue(Entry));
2367       if (!Init) continue;
2368       ConstantFP *NewInit = ConstantFP::get(DestTy, Init->getZExtValue());
2369
2370       BinaryOperator *Incr = 
2371         dyn_cast<BinaryOperator>(PH->getIncomingValue(Latch));
2372       if (!Incr) continue;
2373       if (Incr->getOpcode() != Instruction::Add
2374           && Incr->getOpcode() != Instruction::Sub)
2375         continue;
2376
2377       /* Initialize new IV, double d = 0.0 in above example. */
2378       ConstantInt *C = NULL;
2379       if (Incr->getOperand(0) == PH)
2380         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(1));
2381       else if (Incr->getOperand(1) == PH)
2382         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(0));
2383       else
2384         continue;
2385
2386       if (!C) continue;
2387
2388       /* Add new PHINode. */
2389       PHINode *NewPH = PHINode::Create(DestTy, "IV.S.", PH);
2390
2391       /* create new increment. '++d' in above example. */
2392       ConstantFP *CFP = ConstantFP::get(DestTy, C->getZExtValue());
2393       BinaryOperator *NewIncr = 
2394         BinaryOperator::Create(Incr->getOpcode(),
2395                                NewPH, CFP, "IV.S.next.", Incr);
2396
2397       NewPH->addIncoming(NewInit, PH->getIncomingBlock(Entry));
2398       NewPH->addIncoming(NewIncr, PH->getIncomingBlock(Latch));
2399
2400       /* Remove cast operation */
2401       ShadowUse->replaceAllUsesWith(NewPH);
2402       ShadowUse->eraseFromParent();
2403       SI->second.Users.erase(CandidateUI);
2404       NumShadow++;
2405       break;
2406     }
2407   }
2408 }
2409
2410 // OptimizeIndvars - Now that IVUsesByStride is set up with all of the indvar
2411 // uses in the loop, look to see if we can eliminate some, in favor of using
2412 // common indvars for the different uses.
2413 void LoopStrengthReduce::OptimizeIndvars(Loop *L) {
2414   // TODO: implement optzns here.
2415
2416   OptimizeShadowIV(L);
2417 }
2418
2419 /// OptimizeLoopTermCond - Change loop terminating condition to use the 
2420 /// postinc iv when possible.
2421 void LoopStrengthReduce::OptimizeLoopTermCond(Loop *L) {
2422   // Finally, get the terminating condition for the loop if possible.  If we
2423   // can, we want to change it to use a post-incremented version of its
2424   // induction variable, to allow coalescing the live ranges for the IV into
2425   // one register value.
2426   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
2427   BasicBlock *ExitBlock = L->getExitingBlock();
2428   if (!ExitBlock)
2429     // Multiple exits, just look at the exit in the latch block if there is one.
2430     ExitBlock = LatchBlock;
2431   BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(ExitBlock->getTerminator());
2432   if (!TermBr)
2433     return;
2434   if (TermBr->isUnconditional() || !isa<ICmpInst>(TermBr->getCondition()))
2435     return;
2436
2437   // Search IVUsesByStride to find Cond's IVUse if there is one.
2438   IVStrideUse *CondUse = 0;
2439   const SCEVHandle *CondStride = 0;
2440   ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(TermBr->getCondition());
2441   if (!FindIVUserForCond(Cond, CondUse, CondStride))
2442     return; // setcc doesn't use the IV.
2443
2444   if (ExitBlock != LatchBlock) {
2445     if (!Cond->hasOneUse())
2446       // See below, we don't want the condition to be cloned.
2447       return;
2448
2449     // If exiting block is the latch block, we know it's safe and profitable to
2450     // transform the icmp to use post-inc iv. Otherwise do so only if it would
2451     // not reuse another iv and its iv would be reused by other uses. We are
2452     // optimizing for the case where the icmp is the only use of the iv.
2453     IVUsersOfOneStride &StrideUses = IVUsesByStride[*CondStride];
2454     for (unsigned i = 0, e = StrideUses.Users.size(); i != e; ++i) {
2455       if (StrideUses.Users[i].User == Cond)
2456         continue;
2457       if (!StrideUses.Users[i].isUseOfPostIncrementedValue)
2458         return;
2459     }
2460
2461     // FIXME: This is expensive, and worse still ChangeCompareStride does a
2462     // similar check. Can we perform all the icmp related transformations after
2463     // StrengthReduceStridedIVUsers?
2464     if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(*CondStride)) {
2465       int64_t SInt = SC->getValue()->getSExtValue();
2466       for (unsigned NewStride = 0, ee = StrideOrder.size(); NewStride != ee;
2467            ++NewStride) {
2468         std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
2469           IVUsesByStride.find(StrideOrder[NewStride]);
2470         if (!isa<SCEVConstant>(SI->first) || SI->first == *CondStride)
2471           continue;
2472         int64_t SSInt =
2473           cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
2474         if (SSInt == SInt)
2475           return; // This can definitely be reused.
2476         if (unsigned(abs(SSInt)) < SInt || (SSInt % SInt) != 0)
2477           continue;
2478         int64_t Scale = SSInt / SInt;
2479         bool AllUsesAreAddresses = true;
2480         bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
2481         std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
2482         SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(SI->first, SI->second, L,
2483                                                 AllUsesAreAddresses,
2484                                                 AllUsesAreOutsideLoop,
2485                                                 UsersToProcess);
2486         // Avoid rewriting the compare instruction with an iv of new stride
2487         // if it's likely the new stride uses will be rewritten using the
2488         // stride of the compare instruction.
2489         if (AllUsesAreAddresses &&
2490             ValidScale(!CommonExprs->isZero(), Scale, UsersToProcess))
2491           return;
2492       }
2493     }
2494
2495     StrideNoReuse.insert(*CondStride);
2496   }
2497
2498   // If the trip count is computed in terms of an smax (due to ScalarEvolution
2499   // being unable to find a sufficient guard, for example), change the loop
2500   // comparison to use SLT instead of NE.
2501   Cond = OptimizeSMax(L, Cond, CondUse);
2502
2503   // If possible, change stride and operands of the compare instruction to
2504   // eliminate one stride.
2505   if (ExitBlock == LatchBlock)
2506     Cond = ChangeCompareStride(L, Cond, CondUse, CondStride);
2507
2508   // It's possible for the setcc instruction to be anywhere in the loop, and
2509   // possible for it to have multiple users.  If it is not immediately before
2510   // the latch block branch, move it.
2511   if (&*++BasicBlock::iterator(Cond) != (Instruction*)TermBr) {
2512     if (Cond->hasOneUse()) {   // Condition has a single use, just move it.
2513       Cond->moveBefore(TermBr);
2514     } else {
2515       // Otherwise, clone the terminating condition and insert into the loopend.
2516       Cond = cast<ICmpInst>(Cond->clone());
2517       Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
2518       LatchBlock->getInstList().insert(TermBr, Cond);
2519       
2520       // Clone the IVUse, as the old use still exists!
2521       IVUsesByStride[*CondStride].addUser(CondUse->Offset, Cond,
2522                                           CondUse->OperandValToReplace);
2523       CondUse = &IVUsesByStride[*CondStride].Users.back();
2524     }
2525   }
2526
2527   // If we get to here, we know that we can transform the setcc instruction to
2528   // use the post-incremented version of the IV, allowing us to coalesce the
2529   // live ranges for the IV correctly.
2530   CondUse->Offset = SE->getMinusSCEV(CondUse->Offset, *CondStride);
2531   CondUse->isUseOfPostIncrementedValue = true;
2532   Changed = true;
2533
2534   ++NumLoopCond;
2535 }
2536
2537 // OptimizeLoopCountIV - If, after all sharing of IVs, the IV used for deciding
2538 // when to exit the loop is used only for that purpose, try to rearrange things
2539 // so it counts down to a test against zero.
2540 void LoopStrengthReduce::OptimizeLoopCountIV(Loop *L) {
2541
2542   // If the number of times the loop is executed isn't computable, give up.
2543   SCEVHandle BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
2544   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
2545     return;
2546
2547   // Get the terminating condition for the loop if possible (this isn't
2548   // necessarily in the latch, or a block that's a predecessor of the header).
2549   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
2550   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
2551   if (ExitBlocks.size() != 1) return;
2552
2553   // Okay, there is one exit block.  Try to find the condition that causes the
2554   // loop to be exited.
2555   BasicBlock *ExitBlock = ExitBlocks[0];
2556
2557   BasicBlock *ExitingBlock = 0;
2558   for (pred_iterator PI = pred_begin(ExitBlock), E = pred_end(ExitBlock);
2559        PI != E; ++PI)
2560     if (L->contains(*PI)) {
2561       if (ExitingBlock == 0)
2562         ExitingBlock = *PI;
2563       else
2564         return; // More than one block exiting!
2565     }
2566   assert(ExitingBlock && "No exits from loop, something is broken!");
2567
2568   // Okay, we've computed the exiting block.  See what condition causes us to
2569   // exit.
2570   //
2571   // FIXME: we should be able to handle switch instructions (with a single exit)
2572   BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
2573   if (TermBr == 0) return;
2574   assert(TermBr->isConditional() && "If unconditional, it can't be in loop!");
2575   if (!isa<ICmpInst>(TermBr->getCondition()))
2576     return;
2577   ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(TermBr->getCondition());
2578
2579   // Handle only tests for equality for the moment, and only stride 1.
2580   if (Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_EQ)
2581     return;
2582   SCEVHandle IV = SE->getSCEV(Cond->getOperand(0));
2583   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
2584   SCEVHandle One = SE->getIntegerSCEV(1, BackedgeTakenCount->getType());
2585   if (!AR || !AR->isAffine() || AR->getStepRecurrence(*SE) != One)
2586     return;
2587
2588   // Make sure the IV is only used for counting.  Value may be preinc or
2589   // postinc; 2 uses in either case.
2590   if (!Cond->getOperand(0)->hasNUses(2))
2591     return;
2592   PHINode *phi = dyn_cast<PHINode>(Cond->getOperand(0));
2593   Instruction *incr;
2594   if (phi && phi->getParent()==L->getHeader()) {
2595     // value tested is preinc.  Find the increment.
2596     // A CmpInst is not a BinaryOperator; we depend on this.
2597     Instruction::use_iterator UI = phi->use_begin();
2598     incr = dyn_cast<BinaryOperator>(UI);
2599     if (!incr)
2600       incr = dyn_cast<BinaryOperator>(++UI);
2601     // 1 use for postinc value, the phi.  Unnecessarily conservative?
2602     if (!incr || !incr->hasOneUse() || incr->getOpcode()!=Instruction::Add)
2603       return;
2604   } else {
2605     // Value tested is postinc.  Find the phi node.
2606     incr = dyn_cast<BinaryOperator>(Cond->getOperand(0));
2607     if (!incr || incr->getOpcode()!=Instruction::Add)
2608       return;
2609
2610     Instruction::use_iterator UI = Cond->getOperand(0)->use_begin();
2611     phi = dyn_cast<PHINode>(UI);
2612     if (!phi)
2613       phi = dyn_cast<PHINode>(++UI);
2614     // 1 use for preinc value, the increment.
2615     if (!phi || phi->getParent()!=L->getHeader() || !phi->hasOneUse())
2616       return;
2617   }
2618
2619   // Replace the increment with a decrement.
2620   BinaryOperator *decr = 
2621     BinaryOperator::Create(Instruction::Sub, incr->getOperand(0),
2622                            incr->getOperand(1), "tmp", incr);
2623   incr->replaceAllUsesWith(decr);
2624   incr->eraseFromParent();
2625
2626   // Substitute endval-startval for the original startval, and 0 for the
2627   // original endval.  Since we're only testing for equality this is OK even 
2628   // if the computation wraps around.
2629   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
2630   Instruction *PreInsertPt = Preheader->getTerminator();
2631   int inBlock = L->contains(phi->getIncomingBlock(0)) ? 1 : 0;
2632   Value *startVal = phi->getIncomingValue(inBlock);
2633   Value *endVal = Cond->getOperand(1);
2634   // FIXME check for case where both are constant
2635   ConstantInt* Zero = ConstantInt::get(Cond->getOperand(1)->getType(), 0);
2636   BinaryOperator *NewStartVal = 
2637     BinaryOperator::Create(Instruction::Sub, endVal, startVal,
2638                            "tmp", PreInsertPt);
2639   phi->setIncomingValue(inBlock, NewStartVal);
2640   Cond->setOperand(1, Zero);
2641
2642   Changed = true;
2643 }
2644
2645 bool LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
2646
2647   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
2648   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
2649   SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
2650   Changed = false;
2651
2652   // Find all uses of induction variables in this loop, and categorize
2653   // them by stride.  Start by finding all of the PHI nodes in the header for
2654   // this loop.  If they are induction variables, inspect their uses.
2655   SmallPtrSet<Instruction*,16> Processed;   // Don't reprocess instructions.
2656   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ++I)
2657     AddUsersIfInteresting(I, L, Processed);
2658
2659   if (!IVUsesByStride.empty()) {
2660 #ifndef NDEBUG
2661     DOUT << "\nLSR on \"" << L->getHeader()->getParent()->getNameStart()
2662          << "\" ";
2663     DEBUG(L->dump());
2664 #endif
2665
2666     // Sort the StrideOrder so we process larger strides first.
2667     std::stable_sort(StrideOrder.begin(), StrideOrder.end(), StrideCompare(SE));
2668
2669     // Optimize induction variables.  Some indvar uses can be transformed to use
2670     // strides that will be needed for other purposes.  A common example of this
2671     // is the exit test for the loop, which can often be rewritten to use the
2672     // computation of some other indvar to decide when to terminate the loop.
2673     OptimizeIndvars(L);
2674
2675     // Change loop terminating condition to use the postinc iv when possible
2676     // and optimize loop terminating compare. FIXME: Move this after
2677     // StrengthReduceStridedIVUsers?
2678     OptimizeLoopTermCond(L);
2679
2680     // FIXME: We can shrink overlarge IV's here.  e.g. if the code has
2681     // computation in i64 values and the target doesn't support i64, demote
2682     // the computation to 32-bit if safe.
2683
2684     // FIXME: Attempt to reuse values across multiple IV's.  In particular, we
2685     // could have something like "for(i) { foo(i*8); bar(i*16) }", which should
2686     // be codegened as "for (j = 0;; j+=8) { foo(j); bar(j+j); }" on X86/PPC.
2687     // Need to be careful that IV's are all the same type.  Only works for
2688     // intptr_t indvars.
2689
2690     // IVsByStride keeps IVs for one particular loop.
2691     assert(IVsByStride.empty() && "Stale entries in IVsByStride?");
2692
2693     // Note: this processes each stride/type pair individually.  All users
2694     // passed into StrengthReduceStridedIVUsers have the same type AND stride.
2695     // Also, note that we iterate over IVUsesByStride indirectly by using
2696     // StrideOrder. This extra layer of indirection makes the ordering of
2697     // strides deterministic - not dependent on map order.
2698     for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e; ++Stride) {
2699       std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
2700         IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
2701       assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2702       StrengthReduceStridedIVUsers(SI->first, SI->second, L);
2703     }
2704   }
2705
2706   // After all sharing is done, see if we can adjust the loop to test against
2707   // zero instead of counting up to a maximum.  This is usually faster.
2708   OptimizeLoopCountIV(L);
2709
2710   // We're done analyzing this loop; release all the state we built up for it.
2711   IVUsesByStride.clear();
2712   IVsByStride.clear();
2713   StrideOrder.clear();
2714   StrideNoReuse.clear();
2715
2716   // Clean up after ourselves
2717   if (!DeadInsts.empty())
2718     DeleteTriviallyDeadInstructions();
2719
2720   // At this point, it is worth checking to see if any recurrence PHIs are also
2721   // dead, so that we can remove them as well.
2722   DeleteDeadPHIs(L->getHeader());
2723
2724   return Changed;
2725 }