15b1506700cf0564f993dcf2ffbea28608be8d49
[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/IVUsers.h"
24 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
25 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
26 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
27 #include "llvm/Transforms/Utils/AddrModeMatcher.h"
28 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
29 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.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   /// IVInfo - This structure keeps track of one IV expression inserted during
57   /// StrengthReduceStridedIVUsers. It contains the stride, the common base, as
58   /// well as the PHI node and increment value created for rewrite.
59   struct VISIBILITY_HIDDEN IVExpr {
60     SCEVHandle  Stride;
61     SCEVHandle  Base;
62     PHINode    *PHI;
63
64     IVExpr(const SCEVHandle &stride, const SCEVHandle &base, PHINode *phi)
65       : Stride(stride), Base(base), PHI(phi) {}
66   };
67
68   /// IVsOfOneStride - This structure keeps track of all IV expression inserted
69   /// during StrengthReduceStridedIVUsers for a particular stride of the IV.
70   struct VISIBILITY_HIDDEN IVsOfOneStride {
71     std::vector<IVExpr> IVs;
72
73     void addIV(const SCEVHandle &Stride, const SCEVHandle &Base, PHINode *PHI) {
74       IVs.push_back(IVExpr(Stride, Base, PHI));
75     }
76   };
77
78   class VISIBILITY_HIDDEN LoopStrengthReduce : public LoopPass {
79     IVUsers *IU;
80     LoopInfo *LI;
81     DominatorTree *DT;
82     ScalarEvolution *SE;
83     bool Changed;
84
85     /// IVsByStride - Keep track of all IVs that have been inserted for a
86     /// particular stride.
87     std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride> IVsByStride;
88
89     /// StrideNoReuse - Keep track of all the strides whose ivs cannot be
90     /// reused (nor should they be rewritten to reuse other strides).
91     SmallSet<SCEVHandle, 4> StrideNoReuse;
92
93     /// DeadInsts - Keep track of instructions we may have made dead, so that
94     /// we can remove them after we are done working.
95     SmallVector<WeakVH, 16> DeadInsts;
96
97     /// TLI - Keep a pointer of a TargetLowering to consult for determining
98     /// transformation profitability.
99     const TargetLowering *TLI;
100
101   public:
102     static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
103     explicit LoopStrengthReduce(const TargetLowering *tli = NULL) : 
104       LoopPass(&ID), TLI(tli) {
105     }
106
107     bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
108
109     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
110       // We split critical edges, so we change the CFG.  However, we do update
111       // many analyses if they are around.
112       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
113       AU.addPreserved<LoopInfo>();
114       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
115       AU.addPreserved<DominatorTree>();
116
117       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
118       AU.addRequired<LoopInfo>();
119       AU.addRequired<DominatorTree>();
120       AU.addRequired<ScalarEvolution>();
121       AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
122       AU.addRequired<IVUsers>();
123       AU.addPreserved<IVUsers>();
124     }
125
126   private:
127     ICmpInst *ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
128                                   IVStrideUse* &CondUse,
129                                   const SCEVHandle* &CondStride);
130
131     void OptimizeIndvars(Loop *L);
132     void OptimizeLoopCountIV(Loop *L);
133     void OptimizeLoopTermCond(Loop *L);
134
135     /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
136     /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
137     void OptimizeShadowIV(Loop *L);
138
139     /// OptimizeSMax - Rewrite the loop's terminating condition
140     /// if it uses an smax computation.
141     ICmpInst *OptimizeSMax(Loop *L, ICmpInst *Cond,
142                            IVStrideUse* &CondUse);
143
144     bool FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
145                            const SCEVHandle *&CondStride);
146     bool RequiresTypeConversion(const Type *Ty, const Type *NewTy);
147     SCEVHandle CheckForIVReuse(bool, bool, bool, const SCEVHandle&,
148                              IVExpr&, const Type*,
149                              const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
150     bool ValidScale(bool, int64_t,
151                     const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
152     bool ValidOffset(bool, int64_t, int64_t,
153                      const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
154     SCEVHandle CollectIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
155                               IVUsersOfOneStride &Uses,
156                               Loop *L,
157                               bool &AllUsesAreAddresses,
158                               bool &AllUsesAreOutsideLoop,
159                               std::vector<BasedUser> &UsersToProcess);
160     bool ShouldUseFullStrengthReductionMode(
161                                 const std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
162                                 const Loop *L,
163                                 bool AllUsesAreAddresses,
164                                 SCEVHandle Stride);
165     void PrepareToStrengthReduceFully(
166                              std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
167                              SCEVHandle Stride,
168                              SCEVHandle CommonExprs,
169                              const Loop *L,
170                              SCEVExpander &PreheaderRewriter);
171     void PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(
172                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
173                                          Value *CommonBaseV,
174                                          const IVExpr &ReuseIV,
175                                          Instruction *PreInsertPt);
176     void PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(
177                                   std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
178                                   SCEVHandle Stride,
179                                   SCEVHandle CommonExprs,
180                                   Value *CommonBaseV,
181                                   Instruction *IVIncInsertPt,
182                                   const Loop *L,
183                                   SCEVExpander &PreheaderRewriter);
184     void StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
185                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
186                                       Loop *L);
187     void DeleteTriviallyDeadInstructions();
188   };
189 }
190
191 char LoopStrengthReduce::ID = 0;
192 static RegisterPass<LoopStrengthReduce>
193 X("loop-reduce", "Loop Strength Reduction");
194
195 Pass *llvm::createLoopStrengthReducePass(const TargetLowering *TLI) {
196   return new LoopStrengthReduce(TLI);
197 }
198
199 /// DeleteTriviallyDeadInstructions - If any of the instructions is the
200 /// specified set are trivially dead, delete them and see if this makes any of
201 /// their operands subsequently dead.
202 void LoopStrengthReduce::DeleteTriviallyDeadInstructions() {
203   if (DeadInsts.empty()) return;
204   
205   while (!DeadInsts.empty()) {
206     Instruction *I = dyn_cast_or_null<Instruction>(DeadInsts.back());
207     DeadInsts.pop_back();
208     
209     if (I == 0 || !isInstructionTriviallyDead(I))
210       continue;
211
212     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI) {
213       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
214         *OI = 0;
215         if (U->use_empty())
216           DeadInsts.push_back(U);
217       }
218     }
219     
220     I->eraseFromParent();
221     Changed = true;
222   }
223 }
224
225 /// containsAddRecFromDifferentLoop - Determine whether expression S involves a 
226 /// subexpression that is an AddRec from a loop other than L.  An outer loop 
227 /// of L is OK, but not an inner loop nor a disjoint loop.
228 static bool containsAddRecFromDifferentLoop(SCEVHandle S, Loop *L) {
229   // This is very common, put it first.
230   if (isa<SCEVConstant>(S))
231     return false;
232   if (const SCEVCommutativeExpr *AE = dyn_cast<SCEVCommutativeExpr>(S)) {
233     for (unsigned int i=0; i< AE->getNumOperands(); i++)
234       if (containsAddRecFromDifferentLoop(AE->getOperand(i), L))
235         return true;
236     return false;
237   }
238   if (const SCEVAddRecExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
239     if (const Loop *newLoop = AE->getLoop()) {
240       if (newLoop == L)
241         return false;
242       // if newLoop is an outer loop of L, this is OK.
243       if (!LoopInfoBase<BasicBlock>::isNotAlreadyContainedIn(L, newLoop))
244         return false;
245     }
246     return true;
247   }
248   if (const SCEVUDivExpr *DE = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S))
249     return containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getLHS(), L) ||
250            containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getRHS(), L);
251 #if 0
252   // SCEVSDivExpr has been backed out temporarily, but will be back; we'll 
253   // need this when it is.
254   if (const SCEVSDivExpr *DE = dyn_cast<SCEVSDivExpr>(S))
255     return containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getLHS(), L) ||
256            containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getRHS(), L);
257 #endif
258   if (const SCEVCastExpr *CE = dyn_cast<SCEVCastExpr>(S))
259     return containsAddRecFromDifferentLoop(CE->getOperand(), L);
260   return false;
261 }
262
263 /// isAddressUse - Returns true if the specified instruction is using the
264 /// specified value as an address.
265 static bool isAddressUse(Instruction *Inst, Value *OperandVal) {
266   bool isAddress = isa<LoadInst>(Inst);
267   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
268     if (SI->getOperand(1) == OperandVal)
269       isAddress = true;
270   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
271     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
272     // of intrinsics.
273     switch (II->getIntrinsicID()) {
274       default: break;
275       case Intrinsic::prefetch:
276       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_dq:
277       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_pd:
278       case Intrinsic::x86_sse_loadu_ps:
279       case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
280       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
281       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
282       case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
283         if (II->getOperand(1) == OperandVal)
284           isAddress = true;
285         break;
286     }
287   }
288   return isAddress;
289 }
290
291 /// getAccessType - Return the type of the memory being accessed.
292 static const Type *getAccessType(const Instruction *Inst) {
293   const Type *AccessTy = Inst->getType();
294   if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
295     AccessTy = SI->getOperand(0)->getType();
296   else if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
297     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
298     // of intrinsics.
299     switch (II->getIntrinsicID()) {
300     default: break;
301     case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
302     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
303     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
304     case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
305       AccessTy = II->getOperand(1)->getType();
306       break;
307     }
308   }
309   return AccessTy;
310 }
311
312 namespace {
313   /// BasedUser - For a particular base value, keep information about how we've
314   /// partitioned the expression so far.
315   struct BasedUser {
316     /// SE - The current ScalarEvolution object.
317     ScalarEvolution *SE;
318
319     /// Base - The Base value for the PHI node that needs to be inserted for
320     /// this use.  As the use is processed, information gets moved from this
321     /// field to the Imm field (below).  BasedUser values are sorted by this
322     /// field.
323     SCEVHandle Base;
324     
325     /// Inst - The instruction using the induction variable.
326     Instruction *Inst;
327
328     /// OperandValToReplace - The operand value of Inst to replace with the
329     /// EmittedBase.
330     Value *OperandValToReplace;
331
332     /// isSigned - The stride (and thus also the Base) of this use may be in
333     /// a narrower type than the use itself (OperandValToReplace->getType()).
334     /// When this is the case, the isSigned field indicates whether the
335     /// IV expression should be signed-extended instead of zero-extended to
336     /// fit the type of the use.
337     bool isSigned;
338
339     /// Imm - The immediate value that should be added to the base immediately
340     /// before Inst, because it will be folded into the imm field of the
341     /// instruction.  This is also sometimes used for loop-variant values that
342     /// must be added inside the loop.
343     SCEVHandle Imm;
344
345     /// Phi - The induction variable that performs the striding that
346     /// should be used for this user.
347     PHINode *Phi;
348
349     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
350     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
351     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
352     // instruction for a loop and uses outside the loop that are dominated by
353     // the loop.
354     bool isUseOfPostIncrementedValue;
355     
356     BasedUser(IVStrideUse &IVSU, ScalarEvolution *se)
357       : SE(se), Base(IVSU.getOffset()), Inst(IVSU.getUser()),
358         OperandValToReplace(IVSU.getOperandValToReplace()),
359         isSigned(IVSU.isSigned()),
360         Imm(SE->getIntegerSCEV(0, Base->getType())), 
361         isUseOfPostIncrementedValue(IVSU.isUseOfPostIncrementedValue()) {}
362
363     // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
364     // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
365     // to it.
366     void RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
367                                         Instruction *InsertPt,
368                                        SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
369                                         LoopInfo &LI,
370                                         SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts);
371     
372     Value *InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
373                                        const Type *Ty,
374                                        SCEVExpander &Rewriter,
375                                        Instruction *IP, Loop *L,
376                                        LoopInfo &LI);
377     void dump() const;
378   };
379 }
380
381 void BasedUser::dump() const {
382   cerr << " Base=" << *Base;
383   cerr << " Imm=" << *Imm;
384   cerr << "   Inst: " << *Inst;
385 }
386
387 Value *BasedUser::InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
388                                               const Type *Ty,
389                                               SCEVExpander &Rewriter,
390                                               Instruction *IP, Loop *L,
391                                               LoopInfo &LI) {
392   // Figure out where we *really* want to insert this code.  In particular, if
393   // the user is inside of a loop that is nested inside of L, we really don't
394   // want to insert this expression before the user, we'd rather pull it out as
395   // many loops as possible.
396   Instruction *BaseInsertPt = IP;
397   
398   // Figure out the most-nested loop that IP is in.
399   Loop *InsertLoop = LI.getLoopFor(IP->getParent());
400   
401   // If InsertLoop is not L, and InsertLoop is nested inside of L, figure out
402   // the preheader of the outer-most loop where NewBase is not loop invariant.
403   if (L->contains(IP->getParent()))
404     while (InsertLoop && NewBase->isLoopInvariant(InsertLoop)) {
405       BaseInsertPt = InsertLoop->getLoopPreheader()->getTerminator();
406       InsertLoop = InsertLoop->getParentLoop();
407     }
408   
409   Value *Base = Rewriter.expandCodeFor(NewBase, 0, BaseInsertPt);
410
411   SCEVHandle NewValSCEV = SE->getUnknown(Base);
412
413   // If there is no immediate value, skip the next part.
414   if (!Imm->isZero()) {
415     // If we are inserting the base and imm values in the same block, make sure
416     // to adjust the IP position if insertion reused a result.
417     if (IP == BaseInsertPt)
418       IP = Rewriter.getInsertionPoint();
419
420     // Always emit the immediate (if non-zero) into the same block as the user.
421     NewValSCEV = SE->getAddExpr(NewValSCEV, Imm);
422   }
423
424   if (isSigned)
425     NewValSCEV = SE->getTruncateOrSignExtend(NewValSCEV, Ty);
426   else
427     NewValSCEV = SE->getTruncateOrZeroExtend(NewValSCEV, Ty);
428
429   return Rewriter.expandCodeFor(NewValSCEV, Ty, IP);
430 }
431
432
433 // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
434 // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
435 // to it. NewBasePt is the last instruction which contributes to the
436 // value of NewBase in the case that it's a diffferent instruction from
437 // the PHI that NewBase is computed from, or null otherwise.
438 //
439 void BasedUser::RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
440                                                Instruction *NewBasePt,
441                                       SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
442                                       LoopInfo &LI,
443                                       SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) {
444   if (!isa<PHINode>(Inst)) {
445     // By default, insert code at the user instruction.
446     BasicBlock::iterator InsertPt = Inst;
447     
448     // However, if the Operand is itself an instruction, the (potentially
449     // complex) inserted code may be shared by many users.  Because of this, we
450     // want to emit code for the computation of the operand right before its old
451     // computation.  This is usually safe, because we obviously used to use the
452     // computation when it was computed in its current block.  However, in some
453     // cases (e.g. use of a post-incremented induction variable) the NewBase
454     // value will be pinned to live somewhere after the original computation.
455     // In this case, we have to back off.
456     //
457     // If this is a use outside the loop (which means after, since it is based
458     // on a loop indvar) we use the post-incremented value, so that we don't
459     // artificially make the preinc value live out the bottom of the loop. 
460     if (!isUseOfPostIncrementedValue && L->contains(Inst->getParent())) {
461       if (NewBasePt && isa<PHINode>(OperandValToReplace)) {
462         InsertPt = NewBasePt;
463         ++InsertPt;
464       } else if (Instruction *OpInst
465                  = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace)) {
466         InsertPt = OpInst;
467         while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
468       }
469     }
470     Value *NewVal = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase,
471                                                 OperandValToReplace->getType(),
472                                                 Rewriter, InsertPt, L, LI);
473     // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
474     Inst->replaceUsesOfWith(OperandValToReplace, NewVal);
475
476     DOUT << "      Replacing with ";
477     DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, NewVal, /*PrintType=*/false));
478     DOUT << ", which has value " << *NewBase << " plus IMM " << *Imm << "\n";
479     return;
480   }
481
482   // PHI nodes are more complex.  We have to insert one copy of the NewBase+Imm
483   // expression into each operand block that uses it.  Note that PHI nodes can
484   // have multiple entries for the same predecessor.  We use a map to make sure
485   // that a PHI node only has a single Value* for each predecessor (which also
486   // prevents us from inserting duplicate code in some blocks).
487   DenseMap<BasicBlock*, Value*> InsertedCode;
488   PHINode *PN = cast<PHINode>(Inst);
489   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
490     if (PN->getIncomingValue(i) == OperandValToReplace) {
491       // If the original expression is outside the loop, put the replacement
492       // code in the same place as the original expression,
493       // which need not be an immediate predecessor of this PHI.  This way we 
494       // need only one copy of it even if it is referenced multiple times in
495       // the PHI.  We don't do this when the original expression is inside the
496       // loop because multiple copies sometimes do useful sinking of code in
497       // that case(?).
498       Instruction *OldLoc = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace);
499       if (L->contains(OldLoc->getParent())) {
500         // If this is a critical edge, split the edge so that we do not insert
501         // the code on all predecessor/successor paths.  We do this unless this
502         // is the canonical backedge for this loop, as this can make some
503         // inserted code be in an illegal position.
504         BasicBlock *PHIPred = PN->getIncomingBlock(i);
505         if (e != 1 && PHIPred->getTerminator()->getNumSuccessors() > 1 &&
506             (PN->getParent() != L->getHeader() || !L->contains(PHIPred))) {
507
508           // First step, split the critical edge.
509           SplitCriticalEdge(PHIPred, PN->getParent(), P, false);
510
511           // Next step: move the basic block.  In particular, if the PHI node
512           // is outside of the loop, and PredTI is in the loop, we want to
513           // move the block to be immediately before the PHI block, not
514           // immediately after PredTI.
515           if (L->contains(PHIPred) && !L->contains(PN->getParent())) {
516             BasicBlock *NewBB = PN->getIncomingBlock(i);
517             NewBB->moveBefore(PN->getParent());
518           }
519
520           // Splitting the edge can reduce the number of PHI entries we have.
521           e = PN->getNumIncomingValues();
522         }
523       }
524       Value *&Code = InsertedCode[PN->getIncomingBlock(i)];
525       if (!Code) {
526         // Insert the code into the end of the predecessor block.
527         Instruction *InsertPt = (L->contains(OldLoc->getParent())) ?
528                                 PN->getIncomingBlock(i)->getTerminator() :
529                                 OldLoc->getParent()->getTerminator();
530         Code = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, PN->getType(),
531                                            Rewriter, InsertPt, L, LI);
532
533         DOUT << "      Changing PHI use to ";
534         DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, Code, /*PrintType=*/false));
535         DOUT << ", which has value " << *NewBase << " plus IMM " << *Imm << "\n";
536       }
537
538       // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
539       PN->setIncomingValue(i, Code);
540       Rewriter.clear();
541     }
542   }
543
544   // PHI node might have become a constant value after SplitCriticalEdge.
545   DeadInsts.push_back(Inst);
546 }
547
548
549 /// fitsInAddressMode - Return true if V can be subsumed within an addressing
550 /// mode, and does not need to be put in a register first.
551 static bool fitsInAddressMode(const SCEVHandle &V, const Type *AccessTy,
552                              const TargetLowering *TLI, bool HasBaseReg) {
553   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
554     int64_t VC = SC->getValue()->getSExtValue();
555     if (TLI) {
556       TargetLowering::AddrMode AM;
557       AM.BaseOffs = VC;
558       AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
559       return TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy);
560     } else {
561       // Defaults to PPC. PPC allows a sign-extended 16-bit immediate field.
562       return (VC > -(1 << 16) && VC < (1 << 16)-1);
563     }
564   }
565
566   if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V))
567     if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(SU->getValue())) {
568       if (TLI) {
569         TargetLowering::AddrMode AM;
570         AM.BaseGV = GV;
571         AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
572         return TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy);
573       } else {
574         // Default: assume global addresses are not legal.
575       }
576     }
577
578   return false;
579 }
580
581 /// MoveLoopVariantsToImmediateField - Move any subexpressions from Val that are
582 /// loop varying to the Imm operand.
583 static void MoveLoopVariantsToImmediateField(SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
584                                              Loop *L, ScalarEvolution *SE) {
585   if (Val->isLoopInvariant(L)) return;  // Nothing to do.
586   
587   if (const SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
588     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
589     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
590     
591     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i)
592       if (!SAE->getOperand(i)->isLoopInvariant(L)) {
593         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
594         // field of the expression.
595         Imm = SE->getAddExpr(Imm, SAE->getOperand(i));
596       } else {
597         NewOps.push_back(SAE->getOperand(i));
598       }
599
600     if (NewOps.empty())
601       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
602     else
603       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
604   } else if (const SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
605     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
606     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
607     MoveLoopVariantsToImmediateField(Start, Imm, L, SE);
608     
609     std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
610     Ops[0] = Start;
611     Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
612   } else {
613     // Otherwise, all of Val is variant, move the whole thing over.
614     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
615     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
616   }
617 }
618
619
620 /// MoveImmediateValues - Look at Val, and pull out any additions of constants
621 /// that can fit into the immediate field of instructions in the target.
622 /// Accumulate these immediate values into the Imm value.
623 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
624                                 const Type *AccessTy,
625                                 SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
626                                 bool isAddress, Loop *L,
627                                 ScalarEvolution *SE) {
628   if (const SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
629     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
630     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
631     
632     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i) {
633       SCEVHandle NewOp = SAE->getOperand(i);
634       MoveImmediateValues(TLI, AccessTy, NewOp, Imm, isAddress, L, SE);
635       
636       if (!NewOp->isLoopInvariant(L)) {
637         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
638         // field of the expression.
639         Imm = SE->getAddExpr(Imm, NewOp);
640       } else {
641         NewOps.push_back(NewOp);
642       }
643     }
644
645     if (NewOps.empty())
646       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
647     else
648       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
649     return;
650   } else if (const SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
651     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
652     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
653     MoveImmediateValues(TLI, AccessTy, Start, Imm, isAddress, L, SE);
654     
655     if (Start != SARE->getStart()) {
656       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
657       Ops[0] = Start;
658       Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
659     }
660     return;
661   } else if (const SCEVMulExpr *SME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Val)) {
662     // Transform "8 * (4 + v)" -> "32 + 8*V" if "32" fits in the immed field.
663     if (isAddress &&
664         fitsInAddressMode(SME->getOperand(0), AccessTy, TLI, false) &&
665         SME->getNumOperands() == 2 && SME->isLoopInvariant(L)) {
666
667       SCEVHandle SubImm = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
668       SCEVHandle NewOp = SME->getOperand(1);
669       MoveImmediateValues(TLI, AccessTy, NewOp, SubImm, isAddress, L, SE);
670       
671       // If we extracted something out of the subexpressions, see if we can 
672       // simplify this!
673       if (NewOp != SME->getOperand(1)) {
674         // Scale SubImm up by "8".  If the result is a target constant, we are
675         // good.
676         SubImm = SE->getMulExpr(SubImm, SME->getOperand(0));
677         if (fitsInAddressMode(SubImm, AccessTy, TLI, false)) {
678           // Accumulate the immediate.
679           Imm = SE->getAddExpr(Imm, SubImm);
680           
681           // Update what is left of 'Val'.
682           Val = SE->getMulExpr(SME->getOperand(0), NewOp);
683           return;
684         }
685       }
686     }
687   }
688
689   // Loop-variant expressions must stay in the immediate field of the
690   // expression.
691   if ((isAddress && fitsInAddressMode(Val, AccessTy, TLI, false)) ||
692       !Val->isLoopInvariant(L)) {
693     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
694     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
695     return;
696   }
697
698   // Otherwise, no immediates to move.
699 }
700
701 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
702                                 Instruction *User,
703                                 SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
704                                 bool isAddress, Loop *L,
705                                 ScalarEvolution *SE) {
706   const Type *AccessTy = getAccessType(User);
707   MoveImmediateValues(TLI, AccessTy, Val, Imm, isAddress, L, SE);
708 }
709
710 /// SeparateSubExprs - Decompose Expr into all of the subexpressions that are
711 /// added together.  This is used to reassociate common addition subexprs
712 /// together for maximal sharing when rewriting bases.
713 static void SeparateSubExprs(std::vector<SCEVHandle> &SubExprs,
714                              SCEVHandle Expr,
715                              ScalarEvolution *SE) {
716   if (const SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Expr)) {
717     for (unsigned j = 0, e = AE->getNumOperands(); j != e; ++j)
718       SeparateSubExprs(SubExprs, AE->getOperand(j), SE);
719   } else if (const SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Expr)) {
720     SCEVHandle Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Expr->getType());
721     if (SARE->getOperand(0) == Zero) {
722       SubExprs.push_back(Expr);
723     } else {
724       // Compute the addrec with zero as its base.
725       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
726       Ops[0] = Zero;   // Start with zero base.
727       SubExprs.push_back(SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop()));
728       
729
730       SeparateSubExprs(SubExprs, SARE->getOperand(0), SE);
731     }
732   } else if (!Expr->isZero()) {
733     // Do not add zero.
734     SubExprs.push_back(Expr);
735   }
736 }
737
738 // This is logically local to the following function, but C++ says we have 
739 // to make it file scope.
740 struct SubExprUseData { unsigned Count; bool notAllUsesAreFree; };
741
742 /// RemoveCommonExpressionsFromUseBases - Look through all of the Bases of all
743 /// the Uses, removing any common subexpressions, except that if all such
744 /// subexpressions can be folded into an addressing mode for all uses inside
745 /// the loop (this case is referred to as "free" in comments herein) we do
746 /// not remove anything.  This looks for things like (a+b+c) and
747 /// (a+c+d) and computes the common (a+c) subexpression.  The common expression
748 /// is *removed* from the Bases and returned.
749 static SCEVHandle 
750 RemoveCommonExpressionsFromUseBases(std::vector<BasedUser> &Uses,
751                                     ScalarEvolution *SE, Loop *L,
752                                     const TargetLowering *TLI) {
753   unsigned NumUses = Uses.size();
754
755   // Only one use?  This is a very common case, so we handle it specially and
756   // cheaply.
757   SCEVHandle Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Uses[0].Base->getType());
758   SCEVHandle Result = Zero;
759   SCEVHandle FreeResult = Zero;
760   if (NumUses == 1) {
761     // If the use is inside the loop, use its base, regardless of what it is:
762     // it is clearly shared across all the IV's.  If the use is outside the loop
763     // (which means after it) we don't want to factor anything *into* the loop,
764     // so just use 0 as the base.
765     if (L->contains(Uses[0].Inst->getParent()))
766       std::swap(Result, Uses[0].Base);
767     return Result;
768   }
769
770   // To find common subexpressions, count how many of Uses use each expression.
771   // If any subexpressions are used Uses.size() times, they are common.
772   // Also track whether all uses of each expression can be moved into an
773   // an addressing mode "for free"; such expressions are left within the loop.
774   // struct SubExprUseData { unsigned Count; bool notAllUsesAreFree; };
775   std::map<SCEVHandle, SubExprUseData> SubExpressionUseData;
776   
777   // UniqueSubExprs - Keep track of all of the subexpressions we see in the
778   // order we see them.
779   std::vector<SCEVHandle> UniqueSubExprs;
780
781   std::vector<SCEVHandle> SubExprs;
782   unsigned NumUsesInsideLoop = 0;
783   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
784     // If the user is outside the loop, just ignore it for base computation.
785     // Since the user is outside the loop, it must be *after* the loop (if it
786     // were before, it could not be based on the loop IV).  We don't want users
787     // after the loop to affect base computation of values *inside* the loop,
788     // because we can always add their offsets to the result IV after the loop
789     // is done, ensuring we get good code inside the loop.
790     if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent()))
791       continue;
792     NumUsesInsideLoop++;
793     
794     // If the base is zero (which is common), return zero now, there are no
795     // CSEs we can find.
796     if (Uses[i].Base == Zero) return Zero;
797
798     // If this use is as an address we may be able to put CSEs in the addressing
799     // mode rather than hoisting them.
800     bool isAddrUse = isAddressUse(Uses[i].Inst, Uses[i].OperandValToReplace);
801     // We may need the AccessTy below, but only when isAddrUse, so compute it
802     // only in that case.
803     const Type *AccessTy = 0;
804     if (isAddrUse)
805       AccessTy = getAccessType(Uses[i].Inst);
806
807     // Split the expression into subexprs.
808     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
809     // Add one to SubExpressionUseData.Count for each subexpr present, and
810     // if the subexpr is not a valid immediate within an addressing mode use,
811     // set SubExpressionUseData.notAllUsesAreFree.  We definitely want to
812     // hoist these out of the loop (if they are common to all uses).
813     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j) {
814       if (++SubExpressionUseData[SubExprs[j]].Count == 1)
815         UniqueSubExprs.push_back(SubExprs[j]);
816       if (!isAddrUse || !fitsInAddressMode(SubExprs[j], AccessTy, TLI, false))
817         SubExpressionUseData[SubExprs[j]].notAllUsesAreFree = true;
818     }
819     SubExprs.clear();
820   }
821
822   // Now that we know how many times each is used, build Result.  Iterate over
823   // UniqueSubexprs so that we have a stable ordering.
824   for (unsigned i = 0, e = UniqueSubExprs.size(); i != e; ++i) {
825     std::map<SCEVHandle, SubExprUseData>::iterator I = 
826        SubExpressionUseData.find(UniqueSubExprs[i]);
827     assert(I != SubExpressionUseData.end() && "Entry not found?");
828     if (I->second.Count == NumUsesInsideLoop) { // Found CSE! 
829       if (I->second.notAllUsesAreFree)
830         Result = SE->getAddExpr(Result, I->first);
831       else 
832         FreeResult = SE->getAddExpr(FreeResult, I->first);
833     } else
834       // Remove non-cse's from SubExpressionUseData.
835       SubExpressionUseData.erase(I);
836   }
837
838   if (FreeResult != Zero) {
839     // We have some subexpressions that can be subsumed into addressing
840     // modes in every use inside the loop.  However, it's possible that
841     // there are so many of them that the combined FreeResult cannot
842     // be subsumed, or that the target cannot handle both a FreeResult
843     // and a Result in the same instruction (for example because it would
844     // require too many registers).  Check this.
845     for (unsigned i=0; i<NumUses; ++i) {
846       if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent()))
847         continue;
848       // We know this is an addressing mode use; if there are any uses that
849       // are not, FreeResult would be Zero.
850       const Type *AccessTy = getAccessType(Uses[i].Inst);
851       if (!fitsInAddressMode(FreeResult, AccessTy, TLI, Result!=Zero)) {
852         // FIXME:  could split up FreeResult into pieces here, some hoisted
853         // and some not.  There is no obvious advantage to this.
854         Result = SE->getAddExpr(Result, FreeResult);
855         FreeResult = Zero;
856         break;
857       }
858     }
859   }
860
861   // If we found no CSE's, return now.
862   if (Result == Zero) return Result;
863   
864   // If we still have a FreeResult, remove its subexpressions from
865   // SubExpressionUseData.  This means they will remain in the use Bases.
866   if (FreeResult != Zero) {
867     SeparateSubExprs(SubExprs, FreeResult, SE);
868     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j) {
869       std::map<SCEVHandle, SubExprUseData>::iterator I = 
870          SubExpressionUseData.find(SubExprs[j]);
871       SubExpressionUseData.erase(I);
872     }
873     SubExprs.clear();
874   }
875
876   // Otherwise, remove all of the CSE's we found from each of the base values.
877   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
878     // Uses outside the loop don't necessarily include the common base, but
879     // the final IV value coming into those uses does.  Instead of trying to
880     // remove the pieces of the common base, which might not be there,
881     // subtract off the base to compensate for this.
882     if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent())) {
883       Uses[i].Base = SE->getMinusSCEV(Uses[i].Base, Result);
884       continue;
885     }
886
887     // Split the expression into subexprs.
888     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
889
890     // Remove any common subexpressions.
891     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
892       if (SubExpressionUseData.count(SubExprs[j])) {
893         SubExprs.erase(SubExprs.begin()+j);
894         --j; --e;
895       }
896     
897     // Finally, add the non-shared expressions together.
898     if (SubExprs.empty())
899       Uses[i].Base = Zero;
900     else
901       Uses[i].Base = SE->getAddExpr(SubExprs);
902     SubExprs.clear();
903   }
904  
905   return Result;
906 }
907
908 /// ValidScale - Check whether the given Scale is valid for all loads and 
909 /// stores in UsersToProcess.
910 ///
911 bool LoopStrengthReduce::ValidScale(bool HasBaseReg, int64_t Scale,
912                                const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
913   if (!TLI)
914     return true;
915
916   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i!=e; ++i) {
917     // If this is a load or other access, pass the type of the access in.
918     const Type *AccessTy = Type::VoidTy;
919     if (isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
920                      UsersToProcess[i].OperandValToReplace))
921       AccessTy = getAccessType(UsersToProcess[i].Inst);
922     else if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst))
923       continue;
924     
925     TargetLowering::AddrMode AM;
926     if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(UsersToProcess[i].Imm))
927       AM.BaseOffs = SC->getValue()->getSExtValue();
928     AM.HasBaseReg = HasBaseReg || !UsersToProcess[i].Base->isZero();
929     AM.Scale = Scale;
930
931     // If load[imm+r*scale] is illegal, bail out.
932     if (!TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
933       return false;
934   }
935   return true;
936 }
937
938 /// ValidOffset - Check whether the given Offset is valid for all loads and
939 /// stores in UsersToProcess.
940 ///
941 bool LoopStrengthReduce::ValidOffset(bool HasBaseReg,
942                                int64_t Offset,
943                                int64_t Scale,
944                                const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
945   if (!TLI)
946     return true;
947
948   for (unsigned i=0, e = UsersToProcess.size(); i!=e; ++i) {
949     // If this is a load or other access, pass the type of the access in.
950     const Type *AccessTy = Type::VoidTy;
951     if (isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
952                      UsersToProcess[i].OperandValToReplace))
953       AccessTy = getAccessType(UsersToProcess[i].Inst);
954     else if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst))
955       continue;
956
957     TargetLowering::AddrMode AM;
958     if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(UsersToProcess[i].Imm))
959       AM.BaseOffs = SC->getValue()->getSExtValue();
960     AM.BaseOffs = (uint64_t)AM.BaseOffs + (uint64_t)Offset;
961     AM.HasBaseReg = HasBaseReg || !UsersToProcess[i].Base->isZero();
962     AM.Scale = Scale;
963
964     // If load[imm+r*scale] is illegal, bail out.
965     if (!TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
966       return false;
967   }
968   return true;
969 }
970
971 /// RequiresTypeConversion - Returns true if converting Ty1 to Ty2 is not
972 /// a nop.
973 bool LoopStrengthReduce::RequiresTypeConversion(const Type *Ty1,
974                                                 const Type *Ty2) {
975   if (Ty1 == Ty2)
976     return false;
977   Ty1 = SE->getEffectiveSCEVType(Ty1);
978   Ty2 = SE->getEffectiveSCEVType(Ty2);
979   if (Ty1 == Ty2)
980     return false;
981   if (Ty1->canLosslesslyBitCastTo(Ty2))
982     return false;
983   if (TLI && TLI->isTruncateFree(Ty1, Ty2))
984     return false;
985   return true;
986 }
987
988 /// CheckForIVReuse - Returns the multiple if the stride is the multiple
989 /// of a previous stride and it is a legal value for the target addressing
990 /// mode scale component and optional base reg. This allows the users of
991 /// this stride to be rewritten as prev iv * factor. It returns 0 if no
992 /// reuse is possible.  Factors can be negative on same targets, e.g. ARM.
993 ///
994 /// If all uses are outside the loop, we don't require that all multiplies
995 /// be folded into the addressing mode, nor even that the factor be constant; 
996 /// a multiply (executed once) outside the loop is better than another IV 
997 /// within.  Well, usually.
998 SCEVHandle LoopStrengthReduce::CheckForIVReuse(bool HasBaseReg,
999                                 bool AllUsesAreAddresses,
1000                                 bool AllUsesAreOutsideLoop,
1001                                 const SCEVHandle &Stride, 
1002                                 IVExpr &IV, const Type *Ty,
1003                                 const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
1004   if (StrideNoReuse.count(Stride))
1005     return SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1006
1007   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Stride)) {
1008     int64_t SInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1009     for (unsigned NewStride = 0, e = IU->StrideOrder.size();
1010          NewStride != e; ++NewStride) {
1011       std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1012                 IVsByStride.find(IU->StrideOrder[NewStride]);
1013       if (SI == IVsByStride.end() || !isa<SCEVConstant>(SI->first) ||
1014           StrideNoReuse.count(SI->first))
1015         continue;
1016       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1017       if (SI->first != Stride &&
1018           (unsigned(abs64(SInt)) < SSInt || (SInt % SSInt) != 0))
1019         continue;
1020       int64_t Scale = SInt / SSInt;
1021       // Check that this stride is valid for all the types used for loads and
1022       // stores; if it can be used for some and not others, we might as well use
1023       // the original stride everywhere, since we have to create the IV for it
1024       // anyway. If the scale is 1, then we don't need to worry about folding
1025       // multiplications.
1026       if (Scale == 1 ||
1027           (AllUsesAreAddresses &&
1028            ValidScale(HasBaseReg, Scale, UsersToProcess))) {
1029         // Prefer to reuse an IV with a base of zero.
1030         for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1031                IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1032           // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion
1033           // and if the base difference can be folded.
1034           if (II->Base->isZero() &&
1035               !RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1036             IV = *II;
1037             return SE->getIntegerSCEV(Scale, Stride->getType());
1038           }
1039         // Otherwise, settle for an IV with a foldable base.
1040         if (AllUsesAreAddresses)
1041           for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1042                  IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1043             // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion
1044             // and if the base difference can be folded.
1045             if (SE->getEffectiveSCEVType(II->Base->getType()) ==
1046                 SE->getEffectiveSCEVType(Ty) &&
1047                 isa<SCEVConstant>(II->Base)) {
1048               int64_t Base =
1049                 cast<SCEVConstant>(II->Base)->getValue()->getSExtValue();
1050               if (Base > INT32_MIN && Base <= INT32_MAX &&
1051                   ValidOffset(HasBaseReg, -Base * Scale,
1052                               Scale, UsersToProcess)) {
1053                 IV = *II;
1054                 return SE->getIntegerSCEV(Scale, Stride->getType());
1055               }
1056             }
1057       }
1058     }
1059   } else if (AllUsesAreOutsideLoop) {
1060     // Accept nonconstant strides here; it is really really right to substitute
1061     // an existing IV if we can.
1062     for (unsigned NewStride = 0, e = IU->StrideOrder.size();
1063          NewStride != e; ++NewStride) {
1064       std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1065                 IVsByStride.find(IU->StrideOrder[NewStride]);
1066       if (SI == IVsByStride.end() || !isa<SCEVConstant>(SI->first))
1067         continue;
1068       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1069       if (SI->first != Stride && SSInt != 1)
1070         continue;
1071       for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1072              IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1073         // Accept nonzero base here.
1074         // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion.
1075         if (!RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1076           IV = *II;
1077           return Stride;
1078         }
1079     }
1080     // Special case, old IV is -1*x and this one is x.  Can treat this one as
1081     // -1*old.
1082     for (unsigned NewStride = 0, e = IU->StrideOrder.size();
1083          NewStride != e; ++NewStride) {
1084       std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1085                 IVsByStride.find(IU->StrideOrder[NewStride]);
1086       if (SI == IVsByStride.end()) 
1087         continue;
1088       if (const SCEVMulExpr *ME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(SI->first))
1089         if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(ME->getOperand(0)))
1090           if (Stride == ME->getOperand(1) &&
1091               SC->getValue()->getSExtValue() == -1LL)
1092             for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1093                    IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1094               // Accept nonzero base here.
1095               // Only reuse previous IV if it would not require type conversion.
1096               if (!RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1097                 IV = *II;
1098                 return SE->getIntegerSCEV(-1LL, Stride->getType());
1099               }
1100     }
1101   }
1102   return SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1103 }
1104
1105 /// PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue - Simple boolean predicate that
1106 /// returns true if Val's isUseOfPostIncrementedValue is true.
1107 static bool PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue(const BasedUser &Val) {
1108   return Val.isUseOfPostIncrementedValue;
1109 }
1110
1111 /// isNonConstantNegative - Return true if the specified scev is negated, but
1112 /// not a constant.
1113 static bool isNonConstantNegative(const SCEVHandle &Expr) {
1114   const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Expr);
1115   if (!Mul) return false;
1116   
1117   // If there is a constant factor, it will be first.
1118   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0));
1119   if (!SC) return false;
1120   
1121   // Return true if the value is negative, this matches things like (-42 * V).
1122   return SC->getValue()->getValue().isNegative();
1123 }
1124
1125 // CollectIVUsers - Transform our list of users and offsets to a bit more
1126 // complex table. In this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base', the base
1127 // of the strided accesses, as well as the old information from Uses. We
1128 // progressively move information from the Base field to the Imm field, until
1129 // we eventually have the full access expression to rewrite the use.
1130 SCEVHandle LoopStrengthReduce::CollectIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
1131                                               IVUsersOfOneStride &Uses,
1132                                               Loop *L,
1133                                               bool &AllUsesAreAddresses,
1134                                               bool &AllUsesAreOutsideLoop,
1135                                        std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
1136   // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
1137   if (!Stride->isLoopInvariant(L))
1138     return SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1139
1140   UsersToProcess.reserve(Uses.Users.size());
1141   for (ilist<IVStrideUse>::iterator I = Uses.Users.begin(),
1142        E = Uses.Users.end(); I != E; ++I) {
1143     UsersToProcess.push_back(BasedUser(*I, SE));
1144
1145     // Move any loop variant operands from the offset field to the immediate
1146     // field of the use, so that we don't try to use something before it is
1147     // computed.
1148     MoveLoopVariantsToImmediateField(UsersToProcess.back().Base,
1149                                      UsersToProcess.back().Imm, L, SE);
1150     assert(UsersToProcess.back().Base->isLoopInvariant(L) &&
1151            "Base value is not loop invariant!");
1152   }
1153
1154   // We now have a whole bunch of uses of like-strided induction variables, but
1155   // they might all have different bases.  We want to emit one PHI node for this
1156   // stride which we fold as many common expressions (between the IVs) into as
1157   // possible.  Start by identifying the common expressions in the base values 
1158   // for the strides (e.g. if we have "A+C+B" and "A+B+D" as our bases, find
1159   // "A+B"), emit it to the preheader, then remove the expression from the
1160   // UsersToProcess base values.
1161   SCEVHandle CommonExprs =
1162     RemoveCommonExpressionsFromUseBases(UsersToProcess, SE, L, TLI);
1163
1164   // Next, figure out what we can represent in the immediate fields of
1165   // instructions.  If we can represent anything there, move it to the imm
1166   // fields of the BasedUsers.  We do this so that it increases the commonality
1167   // of the remaining uses.
1168   unsigned NumPHI = 0;
1169   bool HasAddress = false;
1170   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1171     // If the user is not in the current loop, this means it is using the exit
1172     // value of the IV.  Do not put anything in the base, make sure it's all in
1173     // the immediate field to allow as much factoring as possible.
1174     if (!L->contains(UsersToProcess[i].Inst->getParent())) {
1175       UsersToProcess[i].Imm = SE->getAddExpr(UsersToProcess[i].Imm,
1176                                              UsersToProcess[i].Base);
1177       UsersToProcess[i].Base = 
1178         SE->getIntegerSCEV(0, UsersToProcess[i].Base->getType());
1179     } else {
1180       // Not all uses are outside the loop.
1181       AllUsesAreOutsideLoop = false; 
1182
1183       // Addressing modes can be folded into loads and stores.  Be careful that
1184       // the store is through the expression, not of the expression though.
1185       bool isPHI = false;
1186       bool isAddress = isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
1187                                     UsersToProcess[i].OperandValToReplace);
1188       if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst)) {
1189         isPHI = true;
1190         ++NumPHI;
1191       }
1192
1193       if (isAddress)
1194         HasAddress = true;
1195      
1196       // If this use isn't an address, then not all uses are addresses.
1197       if (!isAddress && !isPHI)
1198         AllUsesAreAddresses = false;
1199       
1200       MoveImmediateValues(TLI, UsersToProcess[i].Inst, UsersToProcess[i].Base,
1201                           UsersToProcess[i].Imm, isAddress, L, SE);
1202     }
1203   }
1204
1205   // If one of the use is a PHI node and all other uses are addresses, still
1206   // allow iv reuse. Essentially we are trading one constant multiplication
1207   // for one fewer iv.
1208   if (NumPHI > 1)
1209     AllUsesAreAddresses = false;
1210     
1211   // There are no in-loop address uses.
1212   if (AllUsesAreAddresses && (!HasAddress && !AllUsesAreOutsideLoop))
1213     AllUsesAreAddresses = false;
1214
1215   return CommonExprs;
1216 }
1217
1218 /// ShouldUseFullStrengthReductionMode - Test whether full strength-reduction
1219 /// is valid and profitable for the given set of users of a stride. In
1220 /// full strength-reduction mode, all addresses at the current stride are
1221 /// strength-reduced all the way down to pointer arithmetic.
1222 ///
1223 bool LoopStrengthReduce::ShouldUseFullStrengthReductionMode(
1224                                    const std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1225                                    const Loop *L,
1226                                    bool AllUsesAreAddresses,
1227                                    SCEVHandle Stride) {
1228   if (!EnableFullLSRMode)
1229     return false;
1230
1231   // The heuristics below aim to avoid increasing register pressure, but
1232   // fully strength-reducing all the addresses increases the number of
1233   // add instructions, so don't do this when optimizing for size.
1234   // TODO: If the loop is large, the savings due to simpler addresses
1235   // may oughtweight the costs of the extra increment instructions.
1236   if (L->getHeader()->getParent()->hasFnAttr(Attribute::OptimizeForSize))
1237     return false;
1238
1239   // TODO: For now, don't do full strength reduction if there could
1240   // potentially be greater-stride multiples of the current stride
1241   // which could reuse the current stride IV.
1242   if (IU->StrideOrder.back() != Stride)
1243     return false;
1244
1245   // Iterate through the uses to find conditions that automatically rule out
1246   // full-lsr mode.
1247   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ) {
1248     const SCEV *Base = UsersToProcess[i].Base;
1249     const SCEV *Imm = UsersToProcess[i].Imm;
1250     // If any users have a loop-variant component, they can't be fully
1251     // strength-reduced.
1252     if (Imm && !Imm->isLoopInvariant(L))
1253       return false;
1254     // If there are to users with the same base and the difference between
1255     // the two Imm values can't be folded into the address, full
1256     // strength reduction would increase register pressure.
1257     do {
1258       const SCEV *CurImm = UsersToProcess[i].Imm;
1259       if ((CurImm || Imm) && CurImm != Imm) {
1260         if (!CurImm) CurImm = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1261         if (!Imm)       Imm = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1262         const Instruction *Inst = UsersToProcess[i].Inst;
1263         const Type *AccessTy = getAccessType(Inst);
1264         SCEVHandle Diff = SE->getMinusSCEV(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1265         if (!Diff->isZero() &&
1266             (!AllUsesAreAddresses ||
1267              !fitsInAddressMode(Diff, AccessTy, TLI, /*HasBaseReg=*/true)))
1268           return false;
1269       }
1270     } while (++i != e && Base == UsersToProcess[i].Base);
1271   }
1272
1273   // If there's exactly one user in this stride, fully strength-reducing it
1274   // won't increase register pressure. If it's starting from a non-zero base,
1275   // it'll be simpler this way.
1276   if (UsersToProcess.size() == 1 && !UsersToProcess[0].Base->isZero())
1277     return true;
1278
1279   // Otherwise, if there are any users in this stride that don't require
1280   // a register for their base, full strength-reduction will increase
1281   // register pressure.
1282   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1283     if (UsersToProcess[i].Base->isZero())
1284       return false;
1285
1286   // Otherwise, go for it.
1287   return true;
1288 }
1289
1290 /// InsertAffinePhi Create and insert a PHI node for an induction variable
1291 /// with the specified start and step values in the specified loop.
1292 ///
1293 /// If NegateStride is true, the stride should be negated by using a
1294 /// subtract instead of an add.
1295 ///
1296 /// Return the created phi node.
1297 ///
1298 static PHINode *InsertAffinePhi(SCEVHandle Start, SCEVHandle Step,
1299                                 Instruction *IVIncInsertPt,
1300                                 const Loop *L,
1301                                 SCEVExpander &Rewriter) {
1302   assert(Start->isLoopInvariant(L) && "New PHI start is not loop invariant!");
1303   assert(Step->isLoopInvariant(L) && "New PHI stride is not loop invariant!");
1304
1305   BasicBlock *Header = L->getHeader();
1306   BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
1307   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1308   const Type *Ty = Start->getType();
1309   Ty = Rewriter.SE.getEffectiveSCEVType(Ty);
1310
1311   PHINode *PN = PHINode::Create(Ty, "lsr.iv", Header->begin());
1312   PN->addIncoming(Rewriter.expandCodeFor(Start, Ty, Preheader->getTerminator()),
1313                   Preheader);
1314
1315   // If the stride is negative, insert a sub instead of an add for the
1316   // increment.
1317   bool isNegative = isNonConstantNegative(Step);
1318   SCEVHandle IncAmount = Step;
1319   if (isNegative)
1320     IncAmount = Rewriter.SE.getNegativeSCEV(Step);
1321
1322   // Insert an add instruction right before the terminator corresponding
1323   // to the back-edge or just before the only use. The location is determined
1324   // by the caller and passed in as IVIncInsertPt.
1325   Value *StepV = Rewriter.expandCodeFor(IncAmount, Ty,
1326                                         Preheader->getTerminator());
1327   Instruction *IncV;
1328   if (isNegative) {
1329     IncV = BinaryOperator::CreateSub(PN, StepV, "lsr.iv.next",
1330                                      IVIncInsertPt);
1331   } else {
1332     IncV = BinaryOperator::CreateAdd(PN, StepV, "lsr.iv.next",
1333                                      IVIncInsertPt);
1334   }
1335   if (!isa<ConstantInt>(StepV)) ++NumVariable;
1336
1337   PN->addIncoming(IncV, LatchBlock);
1338
1339   ++NumInserted;
1340   return PN;
1341 }
1342
1343 static void SortUsersToProcess(std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
1344   // We want to emit code for users inside the loop first.  To do this, we
1345   // rearrange BasedUser so that the entries at the end have
1346   // isUseOfPostIncrementedValue = false, because we pop off the end of the
1347   // vector (so we handle them first).
1348   std::partition(UsersToProcess.begin(), UsersToProcess.end(),
1349                  PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue);
1350
1351   // Sort this by base, so that things with the same base are handled
1352   // together.  By partitioning first and stable-sorting later, we are
1353   // guaranteed that within each base we will pop off users from within the
1354   // loop before users outside of the loop with a particular base.
1355   //
1356   // We would like to use stable_sort here, but we can't.  The problem is that
1357   // SCEVHandle's don't have a deterministic ordering w.r.t to each other, so
1358   // we don't have anything to do a '<' comparison on.  Because we think the
1359   // number of uses is small, do a horrible bubble sort which just relies on
1360   // ==.
1361   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1362     // Get a base value.
1363     SCEVHandle Base = UsersToProcess[i].Base;
1364
1365     // Compact everything with this base to be consecutive with this one.
1366     for (unsigned j = i+1; j != e; ++j) {
1367       if (UsersToProcess[j].Base == Base) {
1368         std::swap(UsersToProcess[i+1], UsersToProcess[j]);
1369         ++i;
1370       }
1371     }
1372   }
1373 }
1374
1375 /// PrepareToStrengthReduceFully - Prepare to fully strength-reduce
1376 /// UsersToProcess, meaning lowering addresses all the way down to direct
1377 /// pointer arithmetic.
1378 ///
1379 void
1380 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceFully(
1381                                         std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1382                                         SCEVHandle Stride,
1383                                         SCEVHandle CommonExprs,
1384                                         const Loop *L,
1385                                         SCEVExpander &PreheaderRewriter) {
1386   DOUT << "  Fully reducing all users\n";
1387
1388   // Rewrite the UsersToProcess records, creating a separate PHI for each
1389   // unique Base value.
1390   Instruction *IVIncInsertPt = L->getLoopLatch()->getTerminator();
1391   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ) {
1392     // TODO: The uses are grouped by base, but not sorted. We arbitrarily
1393     // pick the first Imm value here to start with, and adjust it for the
1394     // other uses.
1395     SCEVHandle Imm = UsersToProcess[i].Imm;
1396     SCEVHandle Base = UsersToProcess[i].Base;
1397     SCEVHandle Start = SE->getAddExpr(CommonExprs, Base, Imm);
1398     PHINode *Phi = InsertAffinePhi(Start, Stride, IVIncInsertPt, L,
1399                                    PreheaderRewriter);
1400     // Loop over all the users with the same base.
1401     do {
1402       UsersToProcess[i].Base = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1403       UsersToProcess[i].Imm = SE->getMinusSCEV(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1404       UsersToProcess[i].Phi = Phi;
1405       assert(UsersToProcess[i].Imm->isLoopInvariant(L) &&
1406              "ShouldUseFullStrengthReductionMode should reject this!");
1407     } while (++i != e && Base == UsersToProcess[i].Base);
1408   }
1409 }
1410
1411 /// FindIVIncInsertPt - Return the location to insert the increment instruction.
1412 /// If the only use if a use of postinc value, (must be the loop termination
1413 /// condition), then insert it just before the use.
1414 static Instruction *FindIVIncInsertPt(std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1415                                       const Loop *L) {
1416   if (UsersToProcess.size() == 1 &&
1417       UsersToProcess[0].isUseOfPostIncrementedValue &&
1418       L->contains(UsersToProcess[0].Inst->getParent()))
1419     return UsersToProcess[0].Inst;
1420   return L->getLoopLatch()->getTerminator();
1421 }
1422
1423 /// PrepareToStrengthReduceWithNewPhi - Insert a new induction variable for the
1424 /// given users to share.
1425 ///
1426 void
1427 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(
1428                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1429                                          SCEVHandle Stride,
1430                                          SCEVHandle CommonExprs,
1431                                          Value *CommonBaseV,
1432                                          Instruction *IVIncInsertPt,
1433                                          const Loop *L,
1434                                          SCEVExpander &PreheaderRewriter) {
1435   DOUT << "  Inserting new PHI:\n";
1436
1437   PHINode *Phi = InsertAffinePhi(SE->getUnknown(CommonBaseV),
1438                                  Stride, IVIncInsertPt, L,
1439                                  PreheaderRewriter);
1440
1441   // Remember this in case a later stride is multiple of this.
1442   IVsByStride[Stride].addIV(Stride, CommonExprs, Phi);
1443
1444   // All the users will share this new IV.
1445   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1446     UsersToProcess[i].Phi = Phi;
1447
1448   DOUT << "    IV=";
1449   DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, Phi, /*PrintType=*/false));
1450   DOUT << "\n";
1451 }
1452
1453 /// PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride - Prepare for the given users to
1454 /// reuse an induction variable with a stride that is a factor of the current
1455 /// induction variable.
1456 ///
1457 void
1458 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(
1459                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1460                                          Value *CommonBaseV,
1461                                          const IVExpr &ReuseIV,
1462                                          Instruction *PreInsertPt) {
1463   DOUT << "  Rewriting in terms of existing IV of STRIDE " << *ReuseIV.Stride
1464        << " and BASE " << *ReuseIV.Base << "\n";
1465
1466   // All the users will share the reused IV.
1467   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1468     UsersToProcess[i].Phi = ReuseIV.PHI;
1469
1470   Constant *C = dyn_cast<Constant>(CommonBaseV);
1471   if (C &&
1472       (!C->isNullValue() &&
1473        !fitsInAddressMode(SE->getUnknown(CommonBaseV), CommonBaseV->getType(),
1474                          TLI, false)))
1475     // We want the common base emitted into the preheader! This is just
1476     // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1477     CommonBaseV = new BitCastInst(CommonBaseV, CommonBaseV->getType(),
1478                                   "commonbase", PreInsertPt);
1479 }
1480
1481 static bool IsImmFoldedIntoAddrMode(GlobalValue *GV, int64_t Offset,
1482                                     const Type *AccessTy,
1483                                    std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1484                                    const TargetLowering *TLI) {
1485   SmallVector<Instruction*, 16> AddrModeInsts;
1486   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1487     if (UsersToProcess[i].isUseOfPostIncrementedValue)
1488       continue;
1489     ExtAddrMode AddrMode =
1490       AddressingModeMatcher::Match(UsersToProcess[i].OperandValToReplace,
1491                                    AccessTy, UsersToProcess[i].Inst,
1492                                    AddrModeInsts, *TLI);
1493     if (GV && GV != AddrMode.BaseGV)
1494       return false;
1495     if (Offset && !AddrMode.BaseOffs)
1496       // FIXME: How to accurate check it's immediate offset is folded.
1497       return false;
1498     AddrModeInsts.clear();
1499   }
1500   return true;
1501 }
1502
1503 /// StrengthReduceStridedIVUsers - Strength reduce all of the users of a single
1504 /// stride of IV.  All of the users may have different starting values, and this
1505 /// may not be the only stride.
1506 void LoopStrengthReduce::StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
1507                                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
1508                                                       Loop *L) {
1509   // If all the users are moved to another stride, then there is nothing to do.
1510   if (Uses.Users.empty())
1511     return;
1512
1513   // Keep track if every use in UsersToProcess is an address. If they all are,
1514   // we may be able to rewrite the entire collection of them in terms of a
1515   // smaller-stride IV.
1516   bool AllUsesAreAddresses = true;
1517
1518   // Keep track if every use of a single stride is outside the loop.  If so,
1519   // we want to be more aggressive about reusing a smaller-stride IV; a
1520   // multiply outside the loop is better than another IV inside.  Well, usually.
1521   bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
1522
1523   // Transform our list of users and offsets to a bit more complex table.  In
1524   // this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base' the base of the
1525   // strided accessas well as the old information from Uses.  We progressively
1526   // move information from the Base field to the Imm field, until we eventually
1527   // have the full access expression to rewrite the use.
1528   std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
1529   SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(Stride, Uses, L, AllUsesAreAddresses,
1530                                           AllUsesAreOutsideLoop,
1531                                           UsersToProcess);
1532
1533   // Sort the UsersToProcess array so that users with common bases are
1534   // next to each other.
1535   SortUsersToProcess(UsersToProcess);
1536
1537   // If we managed to find some expressions in common, we'll need to carry
1538   // their value in a register and add it in for each use. This will take up
1539   // a register operand, which potentially restricts what stride values are
1540   // valid.
1541   bool HaveCommonExprs = !CommonExprs->isZero();
1542   const Type *ReplacedTy = CommonExprs->getType();
1543
1544   // If all uses are addresses, consider sinking the immediate part of the
1545   // common expression back into uses if they can fit in the immediate fields.
1546   if (TLI && HaveCommonExprs && AllUsesAreAddresses) {
1547     SCEVHandle NewCommon = CommonExprs;
1548     SCEVHandle Imm = SE->getIntegerSCEV(0, ReplacedTy);
1549     MoveImmediateValues(TLI, Type::VoidTy, NewCommon, Imm, true, L, SE);
1550     if (!Imm->isZero()) {
1551       bool DoSink = true;
1552
1553       // If the immediate part of the common expression is a GV, check if it's
1554       // possible to fold it into the target addressing mode.
1555       GlobalValue *GV = 0;
1556       if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(Imm))
1557         GV = dyn_cast<GlobalValue>(SU->getValue());
1558       int64_t Offset = 0;
1559       if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Imm))
1560         Offset = SC->getValue()->getSExtValue();
1561       if (GV || Offset)
1562         // Pass VoidTy as the AccessTy to be conservative, because
1563         // there could be multiple access types among all the uses.
1564         DoSink = IsImmFoldedIntoAddrMode(GV, Offset, Type::VoidTy,
1565                                          UsersToProcess, TLI);
1566
1567       if (DoSink) {
1568         DOUT << "  Sinking " << *Imm << " back down into uses\n";
1569         for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1570           UsersToProcess[i].Imm = SE->getAddExpr(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1571         CommonExprs = NewCommon;
1572         HaveCommonExprs = !CommonExprs->isZero();
1573         ++NumImmSunk;
1574       }
1575     }
1576   }
1577
1578   // Now that we know what we need to do, insert the PHI node itself.
1579   //
1580   DOUT << "LSR: Examining IVs of TYPE " << *ReplacedTy << " of STRIDE "
1581        << *Stride << ":\n"
1582        << "  Common base: " << *CommonExprs << "\n";
1583
1584   SCEVExpander Rewriter(*SE);
1585   SCEVExpander PreheaderRewriter(*SE);
1586
1587   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
1588   Instruction *PreInsertPt = Preheader->getTerminator();
1589   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1590   Instruction *IVIncInsertPt = LatchBlock->getTerminator();
1591
1592   Value *CommonBaseV = Constant::getNullValue(ReplacedTy);
1593
1594   SCEVHandle RewriteFactor = SE->getIntegerSCEV(0, ReplacedTy);
1595   IVExpr   ReuseIV(SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1596                    SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1597                    0);
1598
1599   /// Choose a strength-reduction strategy and prepare for it by creating
1600   /// the necessary PHIs and adjusting the bookkeeping.
1601   if (ShouldUseFullStrengthReductionMode(UsersToProcess, L,
1602                                          AllUsesAreAddresses, Stride)) {
1603     PrepareToStrengthReduceFully(UsersToProcess, Stride, CommonExprs, L,
1604                                  PreheaderRewriter);
1605   } else {
1606     // Emit the initial base value into the loop preheader.
1607     CommonBaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(CommonExprs, ReplacedTy,
1608                                                   PreInsertPt);
1609
1610     // If all uses are addresses, check if it is possible to reuse an IV.  The
1611     // new IV must have a stride that is a multiple of the old stride; the
1612     // multiple must be a number that can be encoded in the scale field of the
1613     // target addressing mode; and we must have a valid instruction after this 
1614     // substitution, including the immediate field, if any.
1615     RewriteFactor = CheckForIVReuse(HaveCommonExprs, AllUsesAreAddresses,
1616                                     AllUsesAreOutsideLoop,
1617                                     Stride, ReuseIV, ReplacedTy,
1618                                     UsersToProcess);
1619     if (!RewriteFactor->isZero())
1620       PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(UsersToProcess, CommonBaseV,
1621                                                ReuseIV, PreInsertPt);
1622     else {
1623       IVIncInsertPt = FindIVIncInsertPt(UsersToProcess, L);
1624       PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(UsersToProcess, Stride, CommonExprs,
1625                                         CommonBaseV, IVIncInsertPt,
1626                                         L, PreheaderRewriter);
1627     }
1628   }
1629
1630   // Process all the users now, replacing their strided uses with
1631   // strength-reduced forms.  This outer loop handles all bases, the inner
1632   // loop handles all users of a particular base.
1633   while (!UsersToProcess.empty()) {
1634     SCEVHandle Base = UsersToProcess.back().Base;
1635     Instruction *Inst = UsersToProcess.back().Inst;
1636
1637     // Emit the code for Base into the preheader.
1638     Value *BaseV = 0;
1639     if (!Base->isZero()) {
1640       BaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(Base, 0, PreInsertPt);
1641
1642       DOUT << "  INSERTING code for BASE = " << *Base << ":";
1643       if (BaseV->hasName())
1644         DOUT << " Result value name = %" << BaseV->getNameStr();
1645       DOUT << "\n";
1646
1647       // If BaseV is a non-zero constant, make sure that it gets inserted into
1648       // the preheader, instead of being forward substituted into the uses.  We
1649       // do this by forcing a BitCast (noop cast) to be inserted into the
1650       // preheader in this case.
1651       if (!fitsInAddressMode(Base, getAccessType(Inst), TLI, false)) {
1652         // We want this constant emitted into the preheader! This is just
1653         // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1654         BaseV = new BitCastInst(BaseV, BaseV->getType(), "preheaderinsert",
1655                                 PreInsertPt);       
1656       }
1657     }
1658
1659     // Emit the code to add the immediate offset to the Phi value, just before
1660     // the instructions that we identified as using this stride and base.
1661     do {
1662       // FIXME: Use emitted users to emit other users.
1663       BasedUser &User = UsersToProcess.back();
1664
1665       DOUT << "    Examining ";
1666       if (User.isUseOfPostIncrementedValue)
1667         DOUT << "postinc";
1668       else
1669         DOUT << "preinc";
1670       DOUT << " use ";
1671       DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, UsersToProcess.back().OperandValToReplace,
1672                            /*PrintType=*/false));
1673       DOUT << " in Inst: " << *(User.Inst);
1674
1675       // If this instruction wants to use the post-incremented value, move it
1676       // after the post-inc and use its value instead of the PHI.
1677       Value *RewriteOp = User.Phi;
1678       if (User.isUseOfPostIncrementedValue) {
1679         RewriteOp = User.Phi->getIncomingValueForBlock(LatchBlock);
1680         // If this user is in the loop, make sure it is the last thing in the
1681         // loop to ensure it is dominated by the increment. In case it's the
1682         // only use of the iv, the increment instruction is already before the
1683         // use.
1684         if (L->contains(User.Inst->getParent()) && User.Inst != IVIncInsertPt)
1685           User.Inst->moveBefore(IVIncInsertPt);
1686       }
1687
1688       SCEVHandle RewriteExpr = SE->getUnknown(RewriteOp);
1689
1690       if (SE->getEffectiveSCEVType(RewriteOp->getType()) !=
1691           SE->getEffectiveSCEVType(ReplacedTy)) {
1692         assert(SE->getTypeSizeInBits(RewriteOp->getType()) >
1693                SE->getTypeSizeInBits(ReplacedTy) &&
1694                "Unexpected widening cast!");
1695         RewriteExpr = SE->getTruncateExpr(RewriteExpr, ReplacedTy);
1696       }
1697
1698       // If we had to insert new instructions for RewriteOp, we have to
1699       // consider that they may not have been able to end up immediately
1700       // next to RewriteOp, because non-PHI instructions may never precede
1701       // PHI instructions in a block. In this case, remember where the last
1702       // instruction was inserted so that if we're replacing a different
1703       // PHI node, we can use the later point to expand the final
1704       // RewriteExpr.
1705       Instruction *NewBasePt = dyn_cast<Instruction>(RewriteOp);
1706       if (RewriteOp == User.Phi) NewBasePt = 0;
1707
1708       // Clear the SCEVExpander's expression map so that we are guaranteed
1709       // to have the code emitted where we expect it.
1710       Rewriter.clear();
1711
1712       // If we are reusing the iv, then it must be multiplied by a constant
1713       // factor to take advantage of the addressing mode scale component.
1714       if (!RewriteFactor->isZero()) {
1715         // If we're reusing an IV with a nonzero base (currently this happens
1716         // only when all reuses are outside the loop) subtract that base here.
1717         // The base has been used to initialize the PHI node but we don't want
1718         // it here.
1719         if (!ReuseIV.Base->isZero()) {
1720           SCEVHandle typedBase = ReuseIV.Base;
1721           if (SE->getEffectiveSCEVType(RewriteExpr->getType()) !=
1722               SE->getEffectiveSCEVType(ReuseIV.Base->getType())) {
1723             // It's possible the original IV is a larger type than the new IV,
1724             // in which case we have to truncate the Base.  We checked in
1725             // RequiresTypeConversion that this is valid.
1726             assert(SE->getTypeSizeInBits(RewriteExpr->getType()) <
1727                    SE->getTypeSizeInBits(ReuseIV.Base->getType()) &&
1728                    "Unexpected lengthening conversion!");
1729             typedBase = SE->getTruncateExpr(ReuseIV.Base, 
1730                                             RewriteExpr->getType());
1731           }
1732           RewriteExpr = SE->getMinusSCEV(RewriteExpr, typedBase);
1733         }
1734
1735         // Multiply old variable, with base removed, by new scale factor.
1736         RewriteExpr = SE->getMulExpr(RewriteFactor,
1737                                      RewriteExpr);
1738
1739         // The common base is emitted in the loop preheader. But since we
1740         // are reusing an IV, it has not been used to initialize the PHI node.
1741         // Add it to the expression used to rewrite the uses.
1742         // When this use is outside the loop, we earlier subtracted the
1743         // common base, and are adding it back here.  Use the same expression
1744         // as before, rather than CommonBaseV, so DAGCombiner will zap it.
1745         if (!CommonExprs->isZero()) {
1746           if (L->contains(User.Inst->getParent()))
1747             RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr,
1748                                        SE->getUnknown(CommonBaseV));
1749           else
1750             RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, CommonExprs);
1751         }
1752       }
1753
1754       // Now that we know what we need to do, insert code before User for the
1755       // immediate and any loop-variant expressions.
1756       if (BaseV)
1757         // Add BaseV to the PHI value if needed.
1758         RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, SE->getUnknown(BaseV));
1759
1760       User.RewriteInstructionToUseNewBase(RewriteExpr, NewBasePt,
1761                                           Rewriter, L, this, *LI,
1762                                           DeadInsts);
1763
1764       // Mark old value we replaced as possibly dead, so that it is eliminated
1765       // if we just replaced the last use of that value.
1766       DeadInsts.push_back(User.OperandValToReplace);
1767
1768       UsersToProcess.pop_back();
1769       ++NumReduced;
1770
1771       // If there are any more users to process with the same base, process them
1772       // now.  We sorted by base above, so we just have to check the last elt.
1773     } while (!UsersToProcess.empty() && UsersToProcess.back().Base == Base);
1774     // TODO: Next, find out which base index is the most common, pull it out.
1775   }
1776
1777   // IMPORTANT TODO: Figure out how to partition the IV's with this stride, but
1778   // different starting values, into different PHIs.
1779 }
1780
1781 /// FindIVUserForCond - If Cond has an operand that is an expression of an IV,
1782 /// set the IV user and stride information and return true, otherwise return
1783 /// false.
1784 bool LoopStrengthReduce::FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
1785                                        const SCEVHandle *&CondStride) {
1786   for (unsigned Stride = 0, e = IU->StrideOrder.size();
1787        Stride != e && !CondUse; ++Stride) {
1788     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
1789       IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[Stride]);
1790     assert(SI != IU->IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1791
1792     for (ilist<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second->Users.begin(),
1793          E = SI->second->Users.end(); UI != E; ++UI)
1794       if (UI->getUser() == Cond) {
1795         // NOTE: we could handle setcc instructions with multiple uses here, but
1796         // InstCombine does it as well for simple uses, it's not clear that it
1797         // occurs enough in real life to handle.
1798         CondUse = UI;
1799         CondStride = &SI->first;
1800         return true;
1801       }
1802   }
1803   return false;
1804 }    
1805
1806 namespace {
1807   // Constant strides come first which in turns are sorted by their absolute
1808   // values. If absolute values are the same, then positive strides comes first.
1809   // e.g.
1810   // 4, -1, X, 1, 2 ==> 1, -1, 2, 4, X
1811   struct StrideCompare {
1812     const ScalarEvolution *SE;
1813     explicit StrideCompare(const ScalarEvolution *se) : SE(se) {}
1814
1815     bool operator()(const SCEVHandle &LHS, const SCEVHandle &RHS) {
1816       const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS);
1817       const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS);
1818       if (LHSC && RHSC) {
1819         int64_t  LV = LHSC->getValue()->getSExtValue();
1820         int64_t  RV = RHSC->getValue()->getSExtValue();
1821         uint64_t ALV = (LV < 0) ? -LV : LV;
1822         uint64_t ARV = (RV < 0) ? -RV : RV;
1823         if (ALV == ARV) {
1824           if (LV != RV)
1825             return LV > RV;
1826         } else {
1827           return ALV < ARV;
1828         }
1829
1830         // If it's the same value but different type, sort by bit width so
1831         // that we emit larger induction variables before smaller
1832         // ones, letting the smaller be re-written in terms of larger ones.
1833         return SE->getTypeSizeInBits(RHS->getType()) <
1834                SE->getTypeSizeInBits(LHS->getType());
1835       }
1836       return LHSC && !RHSC;
1837     }
1838   };
1839 }
1840
1841 /// ChangeCompareStride - If a loop termination compare instruction is the
1842 /// only use of its stride, and the compaison is against a constant value,
1843 /// try eliminate the stride by moving the compare instruction to another
1844 /// stride and change its constant operand accordingly. e.g.
1845 ///
1846 /// loop:
1847 /// ...
1848 /// v1 = v1 + 3
1849 /// v2 = v2 + 1
1850 /// if (v2 < 10) goto loop
1851 /// =>
1852 /// loop:
1853 /// ...
1854 /// v1 = v1 + 3
1855 /// if (v1 < 30) goto loop
1856 ICmpInst *LoopStrengthReduce::ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
1857                                                 IVStrideUse* &CondUse,
1858                                                 const SCEVHandle* &CondStride) {
1859   // If there's only one stride in the loop, there's nothing to do here.
1860   if (IU->StrideOrder.size() < 2)
1861     return Cond;
1862   // If there are other users of the condition's stride, don't bother
1863   // trying to change the condition because the stride will still
1864   // remain.
1865   std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride *>::iterator I =
1866     IU->IVUsesByStride.find(*CondStride);
1867   if (I == IU->IVUsesByStride.end() ||
1868       I->second->Users.size() != 1)
1869     return Cond;
1870   // Only handle constant strides for now.
1871   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(*CondStride);
1872   if (!SC) return Cond;
1873
1874   ICmpInst::Predicate Predicate = Cond->getPredicate();
1875   int64_t CmpSSInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1876   unsigned BitWidth = SE->getTypeSizeInBits((*CondStride)->getType());
1877   uint64_t SignBit = 1ULL << (BitWidth-1);
1878   const Type *CmpTy = Cond->getOperand(0)->getType();
1879   const Type *NewCmpTy = NULL;
1880   unsigned TyBits = SE->getTypeSizeInBits(CmpTy);
1881   unsigned NewTyBits = 0;
1882   SCEVHandle *NewStride = NULL;
1883   Value *NewCmpLHS = NULL;
1884   Value *NewCmpRHS = NULL;
1885   int64_t Scale = 1;
1886   SCEVHandle NewOffset = SE->getIntegerSCEV(0, CmpTy);
1887
1888   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Cond->getOperand(1))) {
1889     int64_t CmpVal = C->getValue().getSExtValue();
1890
1891     // Check stride constant and the comparision constant signs to detect
1892     // overflow.
1893     if ((CmpVal & SignBit) != (CmpSSInt & SignBit))
1894       return Cond;
1895
1896     // Look for a suitable stride / iv as replacement.
1897     for (unsigned i = 0, e = IU->StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
1898       std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
1899         IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[i]);
1900       if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
1901         continue;
1902       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1903       if (SSInt == CmpSSInt ||
1904           abs64(SSInt) < abs64(CmpSSInt) ||
1905           (SSInt % CmpSSInt) != 0)
1906         continue;
1907
1908       Scale = SSInt / CmpSSInt;
1909       int64_t NewCmpVal = CmpVal * Scale;
1910       APInt Mul = APInt(BitWidth*2, CmpVal, true);
1911       Mul = Mul * APInt(BitWidth*2, Scale, true);
1912       // Check for overflow.
1913       if (!Mul.isSignedIntN(BitWidth))
1914         continue;
1915       // Check for overflow in the stride's type too.
1916       if (!Mul.isSignedIntN(SE->getTypeSizeInBits(SI->first->getType())))
1917         continue;
1918
1919       // Watch out for overflow.
1920       if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate) &&
1921           (CmpVal & SignBit) != (NewCmpVal & SignBit))
1922         continue;
1923
1924       if (NewCmpVal == CmpVal)
1925         continue;
1926       // Pick the best iv to use trying to avoid a cast.
1927       NewCmpLHS = NULL;
1928       for (ilist<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second->Users.begin(),
1929              E = SI->second->Users.end(); UI != E; ++UI) {
1930         Value *Op = UI->getOperandValToReplace();
1931
1932         // If the IVStrideUse implies a cast, check for an actual cast which
1933         // can be used to find the original IV expression.
1934         if (SE->getEffectiveSCEVType(Op->getType()) !=
1935             SE->getEffectiveSCEVType(SI->first->getType())) {
1936           CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(Op);
1937           // If it's not a simple cast, it's complicated.
1938           if (!CI)
1939             continue;
1940           // If it's a cast from a type other than the stride type,
1941           // it's complicated.
1942           if (CI->getOperand(0)->getType() != SI->first->getType())
1943             continue;
1944           // Ok, we found the IV expression in the stride's type.
1945           Op = CI->getOperand(0);
1946         }
1947
1948         NewCmpLHS = Op;
1949         if (NewCmpLHS->getType() == CmpTy)
1950           break;
1951       }
1952       if (!NewCmpLHS)
1953         continue;
1954
1955       NewCmpTy = NewCmpLHS->getType();
1956       NewTyBits = SE->getTypeSizeInBits(NewCmpTy);
1957       const Type *NewCmpIntTy = IntegerType::get(NewTyBits);
1958       if (RequiresTypeConversion(NewCmpTy, CmpTy)) {
1959         // Check if it is possible to rewrite it using
1960         // an iv / stride of a smaller integer type.
1961         unsigned Bits = NewTyBits;
1962         if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate))
1963           --Bits;
1964         uint64_t Mask = (1ULL << Bits) - 1;
1965         if (((uint64_t)NewCmpVal & Mask) != (uint64_t)NewCmpVal)
1966           continue;
1967       }
1968
1969       // Don't rewrite if use offset is non-constant and the new type is
1970       // of a different type.
1971       // FIXME: too conservative?
1972       if (NewTyBits != TyBits && !isa<SCEVConstant>(CondUse->getOffset()))
1973         continue;
1974
1975       bool AllUsesAreAddresses = true;
1976       bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
1977       std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
1978       SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(SI->first, *SI->second, L,
1979                                               AllUsesAreAddresses,
1980                                               AllUsesAreOutsideLoop,
1981                                               UsersToProcess);
1982       // Avoid rewriting the compare instruction with an iv of new stride
1983       // if it's likely the new stride uses will be rewritten using the
1984       // stride of the compare instruction.
1985       if (AllUsesAreAddresses &&
1986           ValidScale(!CommonExprs->isZero(), Scale, UsersToProcess))
1987         continue;
1988
1989       // If scale is negative, use swapped predicate unless it's testing
1990       // for equality.
1991       if (Scale < 0 && !Cond->isEquality())
1992         Predicate = ICmpInst::getSwappedPredicate(Predicate);
1993
1994       NewStride = &IU->StrideOrder[i];
1995       if (!isa<PointerType>(NewCmpTy))
1996         NewCmpRHS = ConstantInt::get(NewCmpTy, NewCmpVal);
1997       else {
1998         ConstantInt *CI = ConstantInt::get(NewCmpIntTy, NewCmpVal);
1999         NewCmpRHS = ConstantExpr::getIntToPtr(CI, NewCmpTy);
2000       }
2001       NewOffset = TyBits == NewTyBits
2002         ? SE->getMulExpr(CondUse->getOffset(),
2003                          SE->getConstant(ConstantInt::get(CmpTy, Scale)))
2004         : SE->getConstant(ConstantInt::get(NewCmpIntTy,
2005           cast<SCEVConstant>(CondUse->getOffset())->getValue()
2006             ->getSExtValue()*Scale));
2007       break;
2008     }
2009   }
2010
2011   // Forgo this transformation if it the increment happens to be
2012   // unfortunately positioned after the condition, and the condition
2013   // has multiple uses which prevent it from being moved immediately
2014   // before the branch. See
2015   // test/Transforms/LoopStrengthReduce/change-compare-stride-trickiness-*.ll
2016   // for an example of this situation.
2017   if (!Cond->hasOneUse()) {
2018     for (BasicBlock::iterator I = Cond, E = Cond->getParent()->end();
2019          I != E; ++I)
2020       if (I == NewCmpLHS)
2021         return Cond;
2022   }
2023
2024   if (NewCmpRHS) {
2025     // Create a new compare instruction using new stride / iv.
2026     ICmpInst *OldCond = Cond;
2027     // Insert new compare instruction.
2028     Cond = new ICmpInst(Predicate, NewCmpLHS, NewCmpRHS,
2029                         L->getHeader()->getName() + ".termcond",
2030                         OldCond);
2031
2032     // Remove the old compare instruction. The old indvar is probably dead too.
2033     DeadInsts.push_back(CondUse->getOperandValToReplace());
2034     OldCond->replaceAllUsesWith(Cond);
2035     OldCond->eraseFromParent();
2036
2037     IU->IVUsesByStride[*NewStride]->addUser(NewOffset, Cond, NewCmpLHS, false);
2038     CondUse = &IU->IVUsesByStride[*NewStride]->Users.back();
2039     CondStride = NewStride;
2040     ++NumEliminated;
2041     Changed = true;
2042   }
2043
2044   return Cond;
2045 }
2046
2047 /// OptimizeSMax - Rewrite the loop's terminating condition if it uses
2048 /// an smax computation.
2049 ///
2050 /// This is a narrow solution to a specific, but acute, problem. For loops
2051 /// like this:
2052 ///
2053 ///   i = 0;
2054 ///   do {
2055 ///     p[i] = 0.0;
2056 ///   } while (++i < n);
2057 ///
2058 /// where the comparison is signed, the trip count isn't just 'n', because
2059 /// 'n' could be negative. And unfortunately this can come up even for loops
2060 /// where the user didn't use a C do-while loop. For example, seemingly
2061 /// well-behaved top-test loops will commonly be lowered like this:
2062 //
2063 ///   if (n > 0) {
2064 ///     i = 0;
2065 ///     do {
2066 ///       p[i] = 0.0;
2067 ///     } while (++i < n);
2068 ///   }
2069 ///
2070 /// and then it's possible for subsequent optimization to obscure the if
2071 /// test in such a way that indvars can't find it.
2072 ///
2073 /// When indvars can't find the if test in loops like this, it creates a
2074 /// signed-max expression, which allows it to give the loop a canonical
2075 /// induction variable:
2076 ///
2077 ///   i = 0;
2078 ///   smax = n < 1 ? 1 : n;
2079 ///   do {
2080 ///     p[i] = 0.0;
2081 ///   } while (++i != smax);
2082 ///
2083 /// Canonical induction variables are necessary because the loop passes
2084 /// are designed around them. The most obvious example of this is the
2085 /// LoopInfo analysis, which doesn't remember trip count values. It
2086 /// expects to be able to rediscover the trip count each time it is
2087 /// needed, and it does this using a simple analyis that only succeeds if
2088 /// the loop has a canonical induction variable.
2089 ///
2090 /// However, when it comes time to generate code, the maximum operation
2091 /// can be quite costly, especially if it's inside of an outer loop.
2092 ///
2093 /// This function solves this problem by detecting this type of loop and
2094 /// rewriting their conditions from ICMP_NE back to ICMP_SLT, and deleting
2095 /// the instructions for the maximum computation.
2096 ///
2097 ICmpInst *LoopStrengthReduce::OptimizeSMax(Loop *L, ICmpInst *Cond,
2098                                            IVStrideUse* &CondUse) {
2099   // Check that the loop matches the pattern we're looking for.
2100   if (Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_EQ &&
2101       Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_NE)
2102     return Cond;
2103
2104   SelectInst *Sel = dyn_cast<SelectInst>(Cond->getOperand(1));
2105   if (!Sel || !Sel->hasOneUse()) return Cond;
2106
2107   SCEVHandle BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
2108   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
2109     return Cond;
2110   SCEVHandle One = SE->getIntegerSCEV(1, BackedgeTakenCount->getType());
2111
2112   // Add one to the backedge-taken count to get the trip count.
2113   SCEVHandle IterationCount = SE->getAddExpr(BackedgeTakenCount, One);
2114
2115   // Check for a max calculation that matches the pattern.
2116   const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(IterationCount);
2117   if (!SMax || SMax != SE->getSCEV(Sel)) return Cond;
2118
2119   SCEVHandle SMaxLHS = SMax->getOperand(0);
2120   SCEVHandle SMaxRHS = SMax->getOperand(1);
2121   if (!SMaxLHS || SMaxLHS != One) return Cond;
2122
2123   // Check the relevant induction variable for conformance to
2124   // the pattern.
2125   SCEVHandle IV = SE->getSCEV(Cond->getOperand(0));
2126   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
2127   if (!AR || !AR->isAffine() ||
2128       AR->getStart() != One ||
2129       AR->getStepRecurrence(*SE) != One)
2130     return Cond;
2131
2132   assert(AR->getLoop() == L &&
2133          "Loop condition operand is an addrec in a different loop!");
2134
2135   // Check the right operand of the select, and remember it, as it will
2136   // be used in the new comparison instruction.
2137   Value *NewRHS = 0;
2138   if (SE->getSCEV(Sel->getOperand(1)) == SMaxRHS)
2139     NewRHS = Sel->getOperand(1);
2140   else if (SE->getSCEV(Sel->getOperand(2)) == SMaxRHS)
2141     NewRHS = Sel->getOperand(2);
2142   if (!NewRHS) return Cond;
2143
2144   // Ok, everything looks ok to change the condition into an SLT or SGE and
2145   // delete the max calculation.
2146   ICmpInst *NewCond =
2147     new ICmpInst(Cond->getPredicate() == CmpInst::ICMP_NE ?
2148                    CmpInst::ICMP_SLT :
2149                    CmpInst::ICMP_SGE,
2150                  Cond->getOperand(0), NewRHS, "scmp", Cond);
2151
2152   // Delete the max calculation instructions.
2153   Cond->replaceAllUsesWith(NewCond);
2154   CondUse->setUser(NewCond);
2155   Instruction *Cmp = cast<Instruction>(Sel->getOperand(0));
2156   Cond->eraseFromParent();
2157   Sel->eraseFromParent();
2158   if (Cmp->use_empty())
2159     Cmp->eraseFromParent();
2160   return NewCond;
2161 }
2162
2163 /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
2164 /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
2165 void LoopStrengthReduce::OptimizeShadowIV(Loop *L) {
2166
2167   SCEVHandle BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
2168   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
2169     return;
2170
2171   for (unsigned Stride = 0, e = IU->StrideOrder.size(); Stride != e;
2172        ++Stride) {
2173     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
2174       IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[Stride]);
2175     assert(SI != IU->IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2176     if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
2177       continue;
2178
2179     for (ilist<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second->Users.begin(),
2180            E = SI->second->Users.end(); UI != E; /* empty */) {
2181       ilist<IVStrideUse>::iterator CandidateUI = UI;
2182       ++UI;
2183       Instruction *ShadowUse = CandidateUI->getUser();
2184       const Type *DestTy = NULL;
2185
2186       /* If shadow use is a int->float cast then insert a second IV
2187          to eliminate this cast.
2188
2189            for (unsigned i = 0; i < n; ++i) 
2190              foo((double)i);
2191
2192          is transformed into
2193
2194            double d = 0.0;
2195            for (unsigned i = 0; i < n; ++i, ++d) 
2196              foo(d);
2197       */
2198       if (UIToFPInst *UCast = dyn_cast<UIToFPInst>(CandidateUI->getUser()))
2199         DestTy = UCast->getDestTy();
2200       else if (SIToFPInst *SCast = dyn_cast<SIToFPInst>(CandidateUI->getUser()))
2201         DestTy = SCast->getDestTy();
2202       if (!DestTy) continue;
2203
2204       if (TLI) {
2205         // If target does not support DestTy natively then do not apply
2206         // this transformation.
2207         MVT DVT = TLI->getValueType(DestTy);
2208         if (!TLI->isTypeLegal(DVT)) continue;
2209       }
2210
2211       PHINode *PH = dyn_cast<PHINode>(ShadowUse->getOperand(0));
2212       if (!PH) continue;
2213       if (PH->getNumIncomingValues() != 2) continue;
2214
2215       const Type *SrcTy = PH->getType();
2216       int Mantissa = DestTy->getFPMantissaWidth();
2217       if (Mantissa == -1) continue; 
2218       if ((int)SE->getTypeSizeInBits(SrcTy) > Mantissa)
2219         continue;
2220
2221       unsigned Entry, Latch;
2222       if (PH->getIncomingBlock(0) == L->getLoopPreheader()) {
2223         Entry = 0;
2224         Latch = 1;
2225       } else {
2226         Entry = 1;
2227         Latch = 0;
2228       }
2229         
2230       ConstantInt *Init = dyn_cast<ConstantInt>(PH->getIncomingValue(Entry));
2231       if (!Init) continue;
2232       ConstantFP *NewInit = ConstantFP::get(DestTy, Init->getZExtValue());
2233
2234       BinaryOperator *Incr = 
2235         dyn_cast<BinaryOperator>(PH->getIncomingValue(Latch));
2236       if (!Incr) continue;
2237       if (Incr->getOpcode() != Instruction::Add
2238           && Incr->getOpcode() != Instruction::Sub)
2239         continue;
2240
2241       /* Initialize new IV, double d = 0.0 in above example. */
2242       ConstantInt *C = NULL;
2243       if (Incr->getOperand(0) == PH)
2244         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(1));
2245       else if (Incr->getOperand(1) == PH)
2246         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(0));
2247       else
2248         continue;
2249
2250       if (!C) continue;
2251
2252       /* Add new PHINode. */
2253       PHINode *NewPH = PHINode::Create(DestTy, "IV.S.", PH);
2254
2255       /* create new increment. '++d' in above example. */
2256       ConstantFP *CFP = ConstantFP::get(DestTy, C->getZExtValue());
2257       BinaryOperator *NewIncr = 
2258         BinaryOperator::Create(Incr->getOpcode(),
2259                                NewPH, CFP, "IV.S.next.", Incr);
2260
2261       NewPH->addIncoming(NewInit, PH->getIncomingBlock(Entry));
2262       NewPH->addIncoming(NewIncr, PH->getIncomingBlock(Latch));
2263
2264       /* Remove cast operation */
2265       ShadowUse->replaceAllUsesWith(NewPH);
2266       ShadowUse->eraseFromParent();
2267       NumShadow++;
2268       break;
2269     }
2270   }
2271 }
2272
2273 // OptimizeIndvars - Now that IVUsesByStride is set up with all of the indvar
2274 // uses in the loop, look to see if we can eliminate some, in favor of using
2275 // common indvars for the different uses.
2276 void LoopStrengthReduce::OptimizeIndvars(Loop *L) {
2277   // TODO: implement optzns here.
2278
2279   OptimizeShadowIV(L);
2280 }
2281
2282 /// OptimizeLoopTermCond - Change loop terminating condition to use the 
2283 /// postinc iv when possible.
2284 void LoopStrengthReduce::OptimizeLoopTermCond(Loop *L) {
2285   // Finally, get the terminating condition for the loop if possible.  If we
2286   // can, we want to change it to use a post-incremented version of its
2287   // induction variable, to allow coalescing the live ranges for the IV into
2288   // one register value.
2289   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
2290   BasicBlock *ExitBlock = L->getExitingBlock();
2291   if (!ExitBlock)
2292     // Multiple exits, just look at the exit in the latch block if there is one.
2293     ExitBlock = LatchBlock;
2294   BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(ExitBlock->getTerminator());
2295   if (!TermBr)
2296     return;
2297   if (TermBr->isUnconditional() || !isa<ICmpInst>(TermBr->getCondition()))
2298     return;
2299
2300   // Search IVUsesByStride to find Cond's IVUse if there is one.
2301   IVStrideUse *CondUse = 0;
2302   const SCEVHandle *CondStride = 0;
2303   ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(TermBr->getCondition());
2304   if (!FindIVUserForCond(Cond, CondUse, CondStride))
2305     return; // setcc doesn't use the IV.
2306
2307   if (ExitBlock != LatchBlock) {
2308     if (!Cond->hasOneUse())
2309       // See below, we don't want the condition to be cloned.
2310       return;
2311
2312     // If exiting block is the latch block, we know it's safe and profitable to
2313     // transform the icmp to use post-inc iv. Otherwise do so only if it would
2314     // not reuse another iv and its iv would be reused by other uses. We are
2315     // optimizing for the case where the icmp is the only use of the iv.
2316     IVUsersOfOneStride &StrideUses = *IU->IVUsesByStride[*CondStride];
2317     for (ilist<IVStrideUse>::iterator I = StrideUses.Users.begin(),
2318          E = StrideUses.Users.end(); I != E; ++I) {
2319       if (I->getUser() == Cond)
2320         continue;
2321       if (!I->isUseOfPostIncrementedValue())
2322         return;
2323     }
2324
2325     // FIXME: This is expensive, and worse still ChangeCompareStride does a
2326     // similar check. Can we perform all the icmp related transformations after
2327     // StrengthReduceStridedIVUsers?
2328     if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(*CondStride)) {
2329       int64_t SInt = SC->getValue()->getSExtValue();
2330       for (unsigned NewStride = 0, ee = IU->StrideOrder.size(); NewStride != ee;
2331            ++NewStride) {
2332         std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
2333           IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[NewStride]);
2334         if (!isa<SCEVConstant>(SI->first) || SI->first == *CondStride)
2335           continue;
2336         int64_t SSInt =
2337           cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
2338         if (SSInt == SInt)
2339           return; // This can definitely be reused.
2340         if (unsigned(abs64(SSInt)) < SInt || (SSInt % SInt) != 0)
2341           continue;
2342         int64_t Scale = SSInt / SInt;
2343         bool AllUsesAreAddresses = true;
2344         bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
2345         std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
2346         SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(SI->first, *SI->second, L,
2347                                                 AllUsesAreAddresses,
2348                                                 AllUsesAreOutsideLoop,
2349                                                 UsersToProcess);
2350         // Avoid rewriting the compare instruction with an iv of new stride
2351         // if it's likely the new stride uses will be rewritten using the
2352         // stride of the compare instruction.
2353         if (AllUsesAreAddresses &&
2354             ValidScale(!CommonExprs->isZero(), Scale, UsersToProcess))
2355           return;
2356       }
2357     }
2358
2359     StrideNoReuse.insert(*CondStride);
2360   }
2361
2362   // If the trip count is computed in terms of an smax (due to ScalarEvolution
2363   // being unable to find a sufficient guard, for example), change the loop
2364   // comparison to use SLT instead of NE.
2365   Cond = OptimizeSMax(L, Cond, CondUse);
2366
2367   // If possible, change stride and operands of the compare instruction to
2368   // eliminate one stride.
2369   if (ExitBlock == LatchBlock)
2370     Cond = ChangeCompareStride(L, Cond, CondUse, CondStride);
2371
2372   // It's possible for the setcc instruction to be anywhere in the loop, and
2373   // possible for it to have multiple users.  If it is not immediately before
2374   // the latch block branch, move it.
2375   if (&*++BasicBlock::iterator(Cond) != (Instruction*)TermBr) {
2376     if (Cond->hasOneUse()) {   // Condition has a single use, just move it.
2377       Cond->moveBefore(TermBr);
2378     } else {
2379       // Otherwise, clone the terminating condition and insert into the loopend.
2380       Cond = cast<ICmpInst>(Cond->clone());
2381       Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
2382       LatchBlock->getInstList().insert(TermBr, Cond);
2383       
2384       // Clone the IVUse, as the old use still exists!
2385       IU->IVUsesByStride[*CondStride]->addUser(CondUse->getOffset(), Cond,
2386                                               CondUse->getOperandValToReplace(),
2387                                                false);
2388       CondUse = &IU->IVUsesByStride[*CondStride]->Users.back();
2389     }
2390   }
2391
2392   // If we get to here, we know that we can transform the setcc instruction to
2393   // use the post-incremented version of the IV, allowing us to coalesce the
2394   // live ranges for the IV correctly.
2395   CondUse->setOffset(SE->getMinusSCEV(CondUse->getOffset(), *CondStride));
2396   CondUse->setIsUseOfPostIncrementedValue(true);
2397   Changed = true;
2398
2399   ++NumLoopCond;
2400 }
2401
2402 // OptimizeLoopCountIV - If, after all sharing of IVs, the IV used for deciding
2403 // when to exit the loop is used only for that purpose, try to rearrange things
2404 // so it counts down to a test against zero.
2405 void LoopStrengthReduce::OptimizeLoopCountIV(Loop *L) {
2406
2407   // If the number of times the loop is executed isn't computable, give up.
2408   SCEVHandle BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
2409   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
2410     return;
2411
2412   // Get the terminating condition for the loop if possible (this isn't
2413   // necessarily in the latch, or a block that's a predecessor of the header).
2414   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
2415   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
2416   if (ExitBlocks.size() != 1) return;
2417
2418   // Okay, there is one exit block.  Try to find the condition that causes the
2419   // loop to be exited.
2420   BasicBlock *ExitBlock = ExitBlocks[0];
2421
2422   BasicBlock *ExitingBlock = 0;
2423   for (pred_iterator PI = pred_begin(ExitBlock), E = pred_end(ExitBlock);
2424        PI != E; ++PI)
2425     if (L->contains(*PI)) {
2426       if (ExitingBlock == 0)
2427         ExitingBlock = *PI;
2428       else
2429         return; // More than one block exiting!
2430     }
2431   assert(ExitingBlock && "No exits from loop, something is broken!");
2432
2433   // Okay, we've computed the exiting block.  See what condition causes us to
2434   // exit.
2435   //
2436   // FIXME: we should be able to handle switch instructions (with a single exit)
2437   BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
2438   if (TermBr == 0) return;
2439   assert(TermBr->isConditional() && "If unconditional, it can't be in loop!");
2440   if (!isa<ICmpInst>(TermBr->getCondition()))
2441     return;
2442   ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(TermBr->getCondition());
2443
2444   // Handle only tests for equality for the moment, and only stride 1.
2445   if (Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_EQ)
2446     return;
2447   SCEVHandle IV = SE->getSCEV(Cond->getOperand(0));
2448   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
2449   SCEVHandle One = SE->getIntegerSCEV(1, BackedgeTakenCount->getType());
2450   if (!AR || !AR->isAffine() || AR->getStepRecurrence(*SE) != One)
2451     return;
2452
2453   // Make sure the IV is only used for counting.  Value may be preinc or
2454   // postinc; 2 uses in either case.
2455   if (!Cond->getOperand(0)->hasNUses(2))
2456     return;
2457   PHINode *phi = dyn_cast<PHINode>(Cond->getOperand(0));
2458   Instruction *incr;
2459   if (phi && phi->getParent()==L->getHeader()) {
2460     // value tested is preinc.  Find the increment.
2461     // A CmpInst is not a BinaryOperator; we depend on this.
2462     Instruction::use_iterator UI = phi->use_begin();
2463     incr = dyn_cast<BinaryOperator>(UI);
2464     if (!incr)
2465       incr = dyn_cast<BinaryOperator>(++UI);
2466     // 1 use for postinc value, the phi.  Unnecessarily conservative?
2467     if (!incr || !incr->hasOneUse() || incr->getOpcode()!=Instruction::Add)
2468       return;
2469   } else {
2470     // Value tested is postinc.  Find the phi node.
2471     incr = dyn_cast<BinaryOperator>(Cond->getOperand(0));
2472     if (!incr || incr->getOpcode()!=Instruction::Add)
2473       return;
2474
2475     Instruction::use_iterator UI = Cond->getOperand(0)->use_begin();
2476     phi = dyn_cast<PHINode>(UI);
2477     if (!phi)
2478       phi = dyn_cast<PHINode>(++UI);
2479     // 1 use for preinc value, the increment.
2480     if (!phi || phi->getParent()!=L->getHeader() || !phi->hasOneUse())
2481       return;
2482   }
2483
2484   // Replace the increment with a decrement.
2485   BinaryOperator *decr = 
2486     BinaryOperator::Create(Instruction::Sub, incr->getOperand(0),
2487                            incr->getOperand(1), "tmp", incr);
2488   incr->replaceAllUsesWith(decr);
2489   incr->eraseFromParent();
2490
2491   // Substitute endval-startval for the original startval, and 0 for the
2492   // original endval.  Since we're only testing for equality this is OK even 
2493   // if the computation wraps around.
2494   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
2495   Instruction *PreInsertPt = Preheader->getTerminator();
2496   int inBlock = L->contains(phi->getIncomingBlock(0)) ? 1 : 0;
2497   Value *startVal = phi->getIncomingValue(inBlock);
2498   Value *endVal = Cond->getOperand(1);
2499   // FIXME check for case where both are constant
2500   ConstantInt* Zero = ConstantInt::get(Cond->getOperand(1)->getType(), 0);
2501   BinaryOperator *NewStartVal = 
2502     BinaryOperator::Create(Instruction::Sub, endVal, startVal,
2503                            "tmp", PreInsertPt);
2504   phi->setIncomingValue(inBlock, NewStartVal);
2505   Cond->setOperand(1, Zero);
2506
2507   Changed = true;
2508 }
2509
2510 bool LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
2511
2512   IU = &getAnalysis<IVUsers>();
2513   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
2514   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
2515   SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
2516   Changed = false;
2517
2518   if (!IU->IVUsesByStride.empty()) {
2519 #ifndef NDEBUG
2520     DOUT << "\nLSR on \"" << L->getHeader()->getParent()->getNameStart()
2521          << "\" ";
2522     DEBUG(L->dump());
2523 #endif
2524
2525     // Sort the StrideOrder so we process larger strides first.
2526     std::stable_sort(IU->StrideOrder.begin(), IU->StrideOrder.end(),
2527                      StrideCompare(SE));
2528
2529     // Optimize induction variables.  Some indvar uses can be transformed to use
2530     // strides that will be needed for other purposes.  A common example of this
2531     // is the exit test for the loop, which can often be rewritten to use the
2532     // computation of some other indvar to decide when to terminate the loop.
2533     OptimizeIndvars(L);
2534
2535     // Change loop terminating condition to use the postinc iv when possible
2536     // and optimize loop terminating compare. FIXME: Move this after
2537     // StrengthReduceStridedIVUsers?
2538     OptimizeLoopTermCond(L);
2539
2540     // FIXME: We can shrink overlarge IV's here.  e.g. if the code has
2541     // computation in i64 values and the target doesn't support i64, demote
2542     // the computation to 32-bit if safe.
2543
2544     // FIXME: Attempt to reuse values across multiple IV's.  In particular, we
2545     // could have something like "for(i) { foo(i*8); bar(i*16) }", which should
2546     // be codegened as "for (j = 0;; j+=8) { foo(j); bar(j+j); }" on X86/PPC.
2547     // Need to be careful that IV's are all the same type.  Only works for
2548     // intptr_t indvars.
2549
2550     // IVsByStride keeps IVs for one particular loop.
2551     assert(IVsByStride.empty() && "Stale entries in IVsByStride?");
2552
2553     // Note: this processes each stride/type pair individually.  All users
2554     // passed into StrengthReduceStridedIVUsers have the same type AND stride.
2555     // Also, note that we iterate over IVUsesByStride indirectly by using
2556     // StrideOrder. This extra layer of indirection makes the ordering of
2557     // strides deterministic - not dependent on map order.
2558     for (unsigned Stride = 0, e = IU->StrideOrder.size();
2559          Stride != e; ++Stride) {
2560       std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
2561         IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[Stride]);
2562       assert(SI != IU->IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2563       // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
2564       if (!SI->first->isLoopInvariant(L))
2565         continue;
2566       StrengthReduceStridedIVUsers(SI->first, *SI->second, L);
2567     }
2568   }
2569
2570   // After all sharing is done, see if we can adjust the loop to test against
2571   // zero instead of counting up to a maximum.  This is usually faster.
2572   OptimizeLoopCountIV(L);
2573
2574   // We're done analyzing this loop; release all the state we built up for it.
2575   IVsByStride.clear();
2576   StrideNoReuse.clear();
2577
2578   // Clean up after ourselves
2579   if (!DeadInsts.empty())
2580     DeleteTriviallyDeadInstructions();
2581
2582   // At this point, it is worth checking to see if any recurrence PHIs are also
2583   // dead, so that we can remove them as well.
2584   DeleteDeadPHIs(L->getHeader());
2585
2586   return Changed;
2587 }