Remove GCSE, ValueNumbering, and LoadValueNumbering. These have been deprecated...
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / LoopStrengthReduce.cpp
1 //===- LoopStrengthReduce.cpp - Strength Reduce GEPs 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.  This is
12 // accomplished by creating a new Value to hold the initial value of the array
13 // access for the first iteration, and then creating a new GEP instruction in
14 // the loop to increment the value by the appropriate amount.
15 //
16 //===----------------------------------------------------------------------===//
17
18 #define DEBUG_TYPE "loop-reduce"
19 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
20 #include "llvm/Constants.h"
21 #include "llvm/Instructions.h"
22 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
23 #include "llvm/Type.h"
24 #include "llvm/DerivedTypes.h"
25 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
26 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
27 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
28 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
29 #include "llvm/Support/CFG.h"
30 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
31 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
32 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
33 #include "llvm/Target/TargetData.h"
34 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
35 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
36 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
37 #include "llvm/Support/Debug.h"
38 #include "llvm/Support/Compiler.h"
39 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
40 #include <algorithm>
41 #include <set>
42 using namespace llvm;
43
44 STATISTIC(NumReduced ,    "Number of GEPs strength reduced");
45 STATISTIC(NumInserted,    "Number of PHIs inserted");
46 STATISTIC(NumVariable,    "Number of PHIs with variable strides");
47 STATISTIC(NumEliminated , "Number of strides eliminated");
48 STATISTIC(NumShadow , "Number of Shadow IVs optimized");
49
50 namespace {
51
52   struct BasedUser;
53
54   /// IVStrideUse - Keep track of one use of a strided induction variable, where
55   /// the stride is stored externally.  The Offset member keeps track of the 
56   /// offset from the IV, User is the actual user of the operand, and
57   /// 'OperandValToReplace' is the operand of the User that is the use.
58   struct VISIBILITY_HIDDEN IVStrideUse {
59     SCEVHandle Offset;
60     Instruction *User;
61     Value *OperandValToReplace;
62
63     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
64     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
65     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
66     // instruction for a loop or uses dominated by the loop.
67     bool isUseOfPostIncrementedValue;
68     
69     IVStrideUse(const SCEVHandle &Offs, Instruction *U, Value *O)
70       : Offset(Offs), User(U), OperandValToReplace(O),
71         isUseOfPostIncrementedValue(false) {}
72   };
73   
74   /// IVUsersOfOneStride - This structure keeps track of all instructions that
75   /// have an operand that is based on the trip count multiplied by some stride.
76   /// The stride for all of these users is common and kept external to this
77   /// structure.
78   struct VISIBILITY_HIDDEN IVUsersOfOneStride {
79     /// Users - Keep track of all of the users of this stride as well as the
80     /// initial value and the operand that uses the IV.
81     std::vector<IVStrideUse> Users;
82     
83     void addUser(const SCEVHandle &Offset,Instruction *User, Value *Operand) {
84       Users.push_back(IVStrideUse(Offset, User, Operand));
85     }
86   };
87
88   /// IVInfo - This structure keeps track of one IV expression inserted during
89   /// StrengthReduceStridedIVUsers. It contains the stride, the common base, as
90   /// well as the PHI node and increment value created for rewrite.
91   struct VISIBILITY_HIDDEN IVExpr {
92     SCEVHandle  Stride;
93     SCEVHandle  Base;
94     PHINode    *PHI;
95     Value      *IncV;
96
97     IVExpr(const SCEVHandle &stride, const SCEVHandle &base, PHINode *phi,
98            Value *incv)
99       : Stride(stride), Base(base), PHI(phi), IncV(incv) {}
100   };
101
102   /// IVsOfOneStride - This structure keeps track of all IV expression inserted
103   /// during StrengthReduceStridedIVUsers for a particular stride of the IV.
104   struct VISIBILITY_HIDDEN IVsOfOneStride {
105     std::vector<IVExpr> IVs;
106
107     void addIV(const SCEVHandle &Stride, const SCEVHandle &Base, PHINode *PHI,
108                Value *IncV) {
109       IVs.push_back(IVExpr(Stride, Base, PHI, IncV));
110     }
111   };
112
113   class VISIBILITY_HIDDEN LoopStrengthReduce : public LoopPass {
114     LoopInfo *LI;
115     DominatorTree *DT;
116     ScalarEvolution *SE;
117     const TargetData *TD;
118     const Type *UIntPtrTy;
119     bool Changed;
120
121     /// IVUsesByStride - Keep track of all uses of induction variables that we
122     /// are interested in.  The key of the map is the stride of the access.
123     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride> IVUsesByStride;
124
125     /// IVsByStride - Keep track of all IVs that have been inserted for a
126     /// particular stride.
127     std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride> IVsByStride;
128
129     /// StrideOrder - An ordering of the keys in IVUsesByStride that is stable:
130     /// We use this to iterate over the IVUsesByStride collection without being
131     /// dependent on random ordering of pointers in the process.
132     SmallVector<SCEVHandle, 16> StrideOrder;
133
134     /// CastedValues - As we need to cast values to uintptr_t, this keeps track
135     /// of the casted version of each value.  This is accessed by
136     /// getCastedVersionOf.
137     DenseMap<Value*, Value*> CastedPointers;
138
139     /// DeadInsts - Keep track of instructions we may have made dead, so that
140     /// we can remove them after we are done working.
141     SetVector<Instruction*> DeadInsts;
142
143     /// TLI - Keep a pointer of a TargetLowering to consult for determining
144     /// transformation profitability.
145     const TargetLowering *TLI;
146
147   public:
148     static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
149     explicit LoopStrengthReduce(const TargetLowering *tli = NULL) : 
150       LoopPass((intptr_t)&ID), TLI(tli) {
151     }
152
153     bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
154
155     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
156       // We split critical edges, so we change the CFG.  However, we do update
157       // many analyses if they are around.
158       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
159       AU.addPreserved<LoopInfo>();
160       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
161       AU.addPreserved<DominatorTree>();
162
163       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
164       AU.addRequired<LoopInfo>();
165       AU.addRequired<DominatorTree>();
166       AU.addRequired<TargetData>();
167       AU.addRequired<ScalarEvolution>();
168     }
169     
170     /// getCastedVersionOf - Return the specified value casted to uintptr_t.
171     ///
172     Value *getCastedVersionOf(Instruction::CastOps opcode, Value *V);
173 private:
174     bool AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
175                                SmallPtrSet<Instruction*,16> &Processed);
176     SCEVHandle GetExpressionSCEV(Instruction *E);
177     ICmpInst *ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
178                                   IVStrideUse* &CondUse,
179                                   const SCEVHandle* &CondStride);
180     void OptimizeIndvars(Loop *L);
181
182     /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
183     /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
184     void OptimizeShadowIV(Loop *L, ICmpInst *Cond,
185                           const SCEVHandle *&CondStride);
186     bool FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
187                            const SCEVHandle *&CondStride);
188     bool RequiresTypeConversion(const Type *Ty, const Type *NewTy);
189     unsigned CheckForIVReuse(bool, bool, const SCEVHandle&,
190                              IVExpr&, const Type*,
191                              const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
192     bool ValidStride(bool, int64_t,
193                      const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
194     SCEVHandle CollectIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
195                               IVUsersOfOneStride &Uses,
196                               Loop *L,
197                               bool &AllUsesAreAddresses,
198                               std::vector<BasedUser> &UsersToProcess);
199     void StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
200                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
201                                       Loop *L, bool isOnlyStride);
202     void DeleteTriviallyDeadInstructions(SetVector<Instruction*> &Insts);
203   };
204 }
205
206 char LoopStrengthReduce::ID = 0;
207 static RegisterPass<LoopStrengthReduce>
208 X("loop-reduce", "Loop Strength Reduction");
209
210 LoopPass *llvm::createLoopStrengthReducePass(const TargetLowering *TLI) {
211   return new LoopStrengthReduce(TLI);
212 }
213
214 /// getCastedVersionOf - Return the specified value casted to uintptr_t. This
215 /// assumes that the Value* V is of integer or pointer type only.
216 ///
217 Value *LoopStrengthReduce::getCastedVersionOf(Instruction::CastOps opcode, 
218                                               Value *V) {
219   if (V->getType() == UIntPtrTy) return V;
220   if (Constant *CB = dyn_cast<Constant>(V))
221     return ConstantExpr::getCast(opcode, CB, UIntPtrTy);
222
223   Value *&New = CastedPointers[V];
224   if (New) return New;
225   
226   New = SCEVExpander::InsertCastOfTo(opcode, V, UIntPtrTy);
227   DeadInsts.insert(cast<Instruction>(New));
228   return New;
229 }
230
231
232 /// DeleteTriviallyDeadInstructions - If any of the instructions is the
233 /// specified set are trivially dead, delete them and see if this makes any of
234 /// their operands subsequently dead.
235 void LoopStrengthReduce::
236 DeleteTriviallyDeadInstructions(SetVector<Instruction*> &Insts) {
237   while (!Insts.empty()) {
238     Instruction *I = Insts.back();
239     Insts.pop_back();
240
241     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
242       // If all incoming values to the Phi are the same, we can replace the Phi
243       // with that value.
244       if (Value *PNV = PN->hasConstantValue()) {
245         if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(PNV))
246           Insts.insert(U);
247         SE->deleteValueFromRecords(PN);
248         PN->replaceAllUsesWith(PNV);
249         PN->eraseFromParent();
250         Changed = true;
251         continue;
252       }
253     }
254
255     if (isInstructionTriviallyDead(I)) {
256       for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end(); i != e; ++i)
257         if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*i))
258           Insts.insert(U);
259       SE->deleteValueFromRecords(I);
260       I->eraseFromParent();
261       Changed = true;
262     }
263   }
264 }
265
266
267 /// GetExpressionSCEV - Compute and return the SCEV for the specified
268 /// instruction.
269 SCEVHandle LoopStrengthReduce::GetExpressionSCEV(Instruction *Exp) {
270   // Pointer to pointer bitcast instructions return the same value as their
271   // operand.
272   if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(Exp)) {
273     if (SE->hasSCEV(BCI) || !isa<Instruction>(BCI->getOperand(0)))
274       return SE->getSCEV(BCI);
275     SCEVHandle R = GetExpressionSCEV(cast<Instruction>(BCI->getOperand(0)));
276     SE->setSCEV(BCI, R);
277     return R;
278   }
279
280   // Scalar Evolutions doesn't know how to compute SCEV's for GEP instructions.
281   // If this is a GEP that SE doesn't know about, compute it now and insert it.
282   // If this is not a GEP, or if we have already done this computation, just let
283   // SE figure it out.
284   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Exp);
285   if (!GEP || SE->hasSCEV(GEP))
286     return SE->getSCEV(Exp);
287     
288   // Analyze all of the subscripts of this getelementptr instruction, looking
289   // for uses that are determined by the trip count of the loop.  First, skip
290   // all operands the are not dependent on the IV.
291
292   // Build up the base expression.  Insert an LLVM cast of the pointer to
293   // uintptr_t first.
294   SCEVHandle GEPVal = SE->getUnknown(
295       getCastedVersionOf(Instruction::PtrToInt, GEP->getOperand(0)));
296
297   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
298   
299   for (User::op_iterator i = GEP->op_begin() + 1, e = GEP->op_end();
300        i != e; ++i, ++GTI) {
301     // If this is a use of a recurrence that we can analyze, and it comes before
302     // Op does in the GEP operand list, we will handle this when we process this
303     // operand.
304     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
305       const StructLayout *SL = TD->getStructLayout(STy);
306       unsigned Idx = cast<ConstantInt>(*i)->getZExtValue();
307       uint64_t Offset = SL->getElementOffset(Idx);
308       GEPVal = SE->getAddExpr(GEPVal,
309                              SE->getIntegerSCEV(Offset, UIntPtrTy));
310     } else {
311       unsigned GEPOpiBits = 
312         (*i)->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
313       unsigned IntPtrBits = UIntPtrTy->getPrimitiveSizeInBits();
314       Instruction::CastOps opcode = (GEPOpiBits < IntPtrBits ? 
315           Instruction::SExt : (GEPOpiBits > IntPtrBits ? Instruction::Trunc :
316             Instruction::BitCast));
317       Value *OpVal = getCastedVersionOf(opcode, *i);
318       SCEVHandle Idx = SE->getSCEV(OpVal);
319
320       uint64_t TypeSize = TD->getABITypeSize(GTI.getIndexedType());
321       if (TypeSize != 1)
322         Idx = SE->getMulExpr(Idx,
323                             SE->getConstant(ConstantInt::get(UIntPtrTy,
324                                                              TypeSize)));
325       GEPVal = SE->getAddExpr(GEPVal, Idx);
326     }
327   }
328
329   SE->setSCEV(GEP, GEPVal);
330   return GEPVal;
331 }
332
333 /// getSCEVStartAndStride - Compute the start and stride of this expression,
334 /// returning false if the expression is not a start/stride pair, or true if it
335 /// is.  The stride must be a loop invariant expression, but the start may be
336 /// a mix of loop invariant and loop variant expressions.
337 static bool getSCEVStartAndStride(const SCEVHandle &SH, Loop *L,
338                                   SCEVHandle &Start, SCEVHandle &Stride,
339                                   ScalarEvolution *SE) {
340   SCEVHandle TheAddRec = Start;   // Initialize to zero.
341
342   // If the outer level is an AddExpr, the operands are all start values except
343   // for a nested AddRecExpr.
344   if (SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(SH)) {
345     for (unsigned i = 0, e = AE->getNumOperands(); i != e; ++i)
346       if (SCEVAddRecExpr *AddRec =
347              dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(AE->getOperand(i))) {
348         if (AddRec->getLoop() == L)
349           TheAddRec = SE->getAddExpr(AddRec, TheAddRec);
350         else
351           return false;  // Nested IV of some sort?
352       } else {
353         Start = SE->getAddExpr(Start, AE->getOperand(i));
354       }
355         
356   } else if (isa<SCEVAddRecExpr>(SH)) {
357     TheAddRec = SH;
358   } else {
359     return false;  // not analyzable.
360   }
361   
362   SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(TheAddRec);
363   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L) return false;
364   
365   // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
366   if (!AddRec->isAffine()) return false;
367
368   Start = SE->getAddExpr(Start, AddRec->getOperand(0));
369   
370   if (!isa<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1)))
371     DOUT << "[" << L->getHeader()->getName()
372          << "] Variable stride: " << *AddRec << "\n";
373
374   Stride = AddRec->getOperand(1);
375   return true;
376 }
377
378 /// IVUseShouldUsePostIncValue - We have discovered a "User" of an IV expression
379 /// and now we need to decide whether the user should use the preinc or post-inc
380 /// value.  If this user should use the post-inc version of the IV, return true.
381 ///
382 /// Choosing wrong here can break dominance properties (if we choose to use the
383 /// post-inc value when we cannot) or it can end up adding extra live-ranges to
384 /// the loop, resulting in reg-reg copies (if we use the pre-inc value when we
385 /// should use the post-inc value).
386 static bool IVUseShouldUsePostIncValue(Instruction *User, Instruction *IV,
387                                        Loop *L, DominatorTree *DT, Pass *P,
388                                        SetVector<Instruction*> &DeadInsts){
389   // If the user is in the loop, use the preinc value.
390   if (L->contains(User->getParent())) return false;
391   
392   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
393   
394   // Ok, the user is outside of the loop.  If it is dominated by the latch
395   // block, use the post-inc value.
396   if (DT->dominates(LatchBlock, User->getParent()))
397     return true;
398
399   // There is one case we have to be careful of: PHI nodes.  These little guys
400   // can live in blocks that do not dominate the latch block, but (since their
401   // uses occur in the predecessor block, not the block the PHI lives in) should
402   // still use the post-inc value.  Check for this case now.
403   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User);
404   if (!PN) return false;  // not a phi, not dominated by latch block.
405   
406   // Look at all of the uses of IV by the PHI node.  If any use corresponds to
407   // a block that is not dominated by the latch block, give up and use the
408   // preincremented value.
409   unsigned NumUses = 0;
410   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
411     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
412       ++NumUses;
413       if (!DT->dominates(LatchBlock, PN->getIncomingBlock(i)))
414         return false;
415     }
416
417   // Okay, all uses of IV by PN are in predecessor blocks that really are
418   // dominated by the latch block.  Split the critical edges and use the
419   // post-incremented value.
420   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
421     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
422       SplitCriticalEdge(PN->getIncomingBlock(i), PN->getParent(), P, false);
423       // Splitting the critical edge can reduce the number of entries in this
424       // PHI.
425       e = PN->getNumIncomingValues();
426       if (--NumUses == 0) break;
427     }
428
429   // PHI node might have become a constant value after SplitCriticalEdge.
430   DeadInsts.insert(User);
431   
432   return true;
433 }
434
435   
436
437 /// AddUsersIfInteresting - Inspect the specified instruction.  If it is a
438 /// reducible SCEV, recursively add its users to the IVUsesByStride set and
439 /// return true.  Otherwise, return false.
440 bool LoopStrengthReduce::AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
441                                       SmallPtrSet<Instruction*,16> &Processed) {
442   if (!I->getType()->isInteger() && !isa<PointerType>(I->getType()))
443     return false;   // Void and FP expressions cannot be reduced.
444   if (!Processed.insert(I))
445     return true;    // Instruction already handled.
446   
447   // Get the symbolic expression for this instruction.
448   SCEVHandle ISE = GetExpressionSCEV(I);
449   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(ISE)) return false;
450   
451   // Get the start and stride for this expression.
452   SCEVHandle Start = SE->getIntegerSCEV(0, ISE->getType());
453   SCEVHandle Stride = Start;
454   if (!getSCEVStartAndStride(ISE, L, Start, Stride, SE))
455     return false;  // Non-reducible symbolic expression, bail out.
456
457   std::vector<Instruction *> IUsers;
458   // Collect all I uses now because IVUseShouldUsePostIncValue may 
459   // invalidate use_iterator.
460   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E; ++UI)
461     IUsers.push_back(cast<Instruction>(*UI));
462
463   for (unsigned iused_index = 0, iused_size = IUsers.size(); 
464        iused_index != iused_size; ++iused_index) {
465
466     Instruction *User = IUsers[iused_index];
467
468     // Do not infinitely recurse on PHI nodes.
469     if (isa<PHINode>(User) && Processed.count(User))
470       continue;
471
472     // If this is an instruction defined in a nested loop, or outside this loop,
473     // don't recurse into it.
474     bool AddUserToIVUsers = false;
475     if (LI->getLoopFor(User->getParent()) != L) {
476       DOUT << "FOUND USER in other loop: " << *User
477            << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
478       AddUserToIVUsers = true;
479     } else if (!AddUsersIfInteresting(User, L, Processed)) {
480       DOUT << "FOUND USER: " << *User
481            << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
482       AddUserToIVUsers = true;
483     }
484
485     if (AddUserToIVUsers) {
486       IVUsersOfOneStride &StrideUses = IVUsesByStride[Stride];
487       if (StrideUses.Users.empty())     // First occurance of this stride?
488         StrideOrder.push_back(Stride);
489       
490       // Okay, we found a user that we cannot reduce.  Analyze the instruction
491       // and decide what to do with it.  If we are a use inside of the loop, use
492       // the value before incrementation, otherwise use it after incrementation.
493       if (IVUseShouldUsePostIncValue(User, I, L, DT, this, DeadInsts)) {
494         // The value used will be incremented by the stride more than we are
495         // expecting, so subtract this off.
496         SCEVHandle NewStart = SE->getMinusSCEV(Start, Stride);
497         StrideUses.addUser(NewStart, User, I);
498         StrideUses.Users.back().isUseOfPostIncrementedValue = true;
499         DOUT << "   USING POSTINC SCEV, START=" << *NewStart<< "\n";
500       } else {        
501         StrideUses.addUser(Start, User, I);
502       }
503     }
504   }
505   return true;
506 }
507
508 namespace {
509   /// BasedUser - For a particular base value, keep information about how we've
510   /// partitioned the expression so far.
511   struct BasedUser {
512     /// SE - The current ScalarEvolution object.
513     ScalarEvolution *SE;
514
515     /// Base - The Base value for the PHI node that needs to be inserted for
516     /// this use.  As the use is processed, information gets moved from this
517     /// field to the Imm field (below).  BasedUser values are sorted by this
518     /// field.
519     SCEVHandle Base;
520     
521     /// Inst - The instruction using the induction variable.
522     Instruction *Inst;
523
524     /// OperandValToReplace - The operand value of Inst to replace with the
525     /// EmittedBase.
526     Value *OperandValToReplace;
527
528     /// Imm - The immediate value that should be added to the base immediately
529     /// before Inst, because it will be folded into the imm field of the
530     /// instruction.
531     SCEVHandle Imm;
532
533     /// EmittedBase - The actual value* to use for the base value of this
534     /// operation.  This is null if we should just use zero so far.
535     Value *EmittedBase;
536
537     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
538     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
539     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
540     // instruction for a loop and uses outside the loop that are dominated by
541     // the loop.
542     bool isUseOfPostIncrementedValue;
543     
544     BasedUser(IVStrideUse &IVSU, ScalarEvolution *se)
545       : SE(se), Base(IVSU.Offset), Inst(IVSU.User), 
546         OperandValToReplace(IVSU.OperandValToReplace), 
547         Imm(SE->getIntegerSCEV(0, Base->getType())), EmittedBase(0),
548         isUseOfPostIncrementedValue(IVSU.isUseOfPostIncrementedValue) {}
549
550     // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
551     // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
552     // to it.
553     void RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
554                                         Instruction *InsertPt,
555                                        SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
556                                        SetVector<Instruction*> &DeadInsts);
557     
558     Value *InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
559                                        SCEVExpander &Rewriter,
560                                        Instruction *IP, Loop *L);
561     void dump() const;
562   };
563 }
564
565 void BasedUser::dump() const {
566   cerr << " Base=" << *Base;
567   cerr << " Imm=" << *Imm;
568   if (EmittedBase)
569     cerr << "  EB=" << *EmittedBase;
570
571   cerr << "   Inst: " << *Inst;
572 }
573
574 Value *BasedUser::InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
575                                               SCEVExpander &Rewriter,
576                                               Instruction *IP, Loop *L) {
577   // Figure out where we *really* want to insert this code.  In particular, if
578   // the user is inside of a loop that is nested inside of L, we really don't
579   // want to insert this expression before the user, we'd rather pull it out as
580   // many loops as possible.
581   LoopInfo &LI = Rewriter.getLoopInfo();
582   Instruction *BaseInsertPt = IP;
583   
584   // Figure out the most-nested loop that IP is in.
585   Loop *InsertLoop = LI.getLoopFor(IP->getParent());
586   
587   // If InsertLoop is not L, and InsertLoop is nested inside of L, figure out
588   // the preheader of the outer-most loop where NewBase is not loop invariant.
589   while (InsertLoop && NewBase->isLoopInvariant(InsertLoop)) {
590     BaseInsertPt = InsertLoop->getLoopPreheader()->getTerminator();
591     InsertLoop = InsertLoop->getParentLoop();
592   }
593   
594   // If there is no immediate value, skip the next part.
595   if (Imm->isZero())
596     return Rewriter.expandCodeFor(NewBase, BaseInsertPt);
597
598   Value *Base = Rewriter.expandCodeFor(NewBase, BaseInsertPt);
599
600   // If we are inserting the base and imm values in the same block, make sure to
601   // adjust the IP position if insertion reused a result.
602   if (IP == BaseInsertPt)
603     IP = Rewriter.getInsertionPoint();
604   
605   // Always emit the immediate (if non-zero) into the same block as the user.
606   SCEVHandle NewValSCEV = SE->getAddExpr(SE->getUnknown(Base), Imm);
607   return Rewriter.expandCodeFor(NewValSCEV, IP);
608   
609 }
610
611
612 // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
613 // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
614 // to it. NewBasePt is the last instruction which contributes to the
615 // value of NewBase in the case that it's a diffferent instruction from
616 // the PHI that NewBase is computed from, or null otherwise.
617 //
618 void BasedUser::RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
619                                                Instruction *NewBasePt,
620                                       SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
621                                       SetVector<Instruction*> &DeadInsts) {
622   if (!isa<PHINode>(Inst)) {
623     // By default, insert code at the user instruction.
624     BasicBlock::iterator InsertPt = Inst;
625     
626     // However, if the Operand is itself an instruction, the (potentially
627     // complex) inserted code may be shared by many users.  Because of this, we
628     // want to emit code for the computation of the operand right before its old
629     // computation.  This is usually safe, because we obviously used to use the
630     // computation when it was computed in its current block.  However, in some
631     // cases (e.g. use of a post-incremented induction variable) the NewBase
632     // value will be pinned to live somewhere after the original computation.
633     // In this case, we have to back off.
634     if (!isUseOfPostIncrementedValue) {
635       if (NewBasePt && isa<PHINode>(OperandValToReplace)) {
636         InsertPt = NewBasePt;
637         ++InsertPt;
638       } else if (Instruction *OpInst
639                  = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace)) {
640         InsertPt = OpInst;
641         while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
642       }
643     }
644     Value *NewVal = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, Rewriter, InsertPt, L);
645     // Adjust the type back to match the Inst. Note that we can't use InsertPt
646     // here because the SCEVExpander may have inserted the instructions after
647     // that point, in its efforts to avoid inserting redundant expressions.
648     if (isa<PointerType>(OperandValToReplace->getType())) {
649       NewVal = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr,
650                                             NewVal,
651                                             OperandValToReplace->getType());
652     }
653     // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
654     Inst->replaceUsesOfWith(OperandValToReplace, NewVal);
655     DOUT << "    CHANGED: IMM =" << *Imm;
656     DOUT << "  \tNEWBASE =" << *NewBase;
657     DOUT << "  \tInst = " << *Inst;
658     return;
659   }
660   
661   // PHI nodes are more complex.  We have to insert one copy of the NewBase+Imm
662   // expression into each operand block that uses it.  Note that PHI nodes can
663   // have multiple entries for the same predecessor.  We use a map to make sure
664   // that a PHI node only has a single Value* for each predecessor (which also
665   // prevents us from inserting duplicate code in some blocks).
666   DenseMap<BasicBlock*, Value*> InsertedCode;
667   PHINode *PN = cast<PHINode>(Inst);
668   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
669     if (PN->getIncomingValue(i) == OperandValToReplace) {
670       // If this is a critical edge, split the edge so that we do not insert the
671       // code on all predecessor/successor paths.  We do this unless this is the
672       // canonical backedge for this loop, as this can make some inserted code
673       // be in an illegal position.
674       BasicBlock *PHIPred = PN->getIncomingBlock(i);
675       if (e != 1 && PHIPred->getTerminator()->getNumSuccessors() > 1 &&
676           (PN->getParent() != L->getHeader() || !L->contains(PHIPred))) {
677         
678         // First step, split the critical edge.
679         SplitCriticalEdge(PHIPred, PN->getParent(), P, false);
680             
681         // Next step: move the basic block.  In particular, if the PHI node
682         // is outside of the loop, and PredTI is in the loop, we want to
683         // move the block to be immediately before the PHI block, not
684         // immediately after PredTI.
685         if (L->contains(PHIPred) && !L->contains(PN->getParent())) {
686           BasicBlock *NewBB = PN->getIncomingBlock(i);
687           NewBB->moveBefore(PN->getParent());
688         }
689         
690         // Splitting the edge can reduce the number of PHI entries we have.
691         e = PN->getNumIncomingValues();
692       }
693
694       Value *&Code = InsertedCode[PN->getIncomingBlock(i)];
695       if (!Code) {
696         // Insert the code into the end of the predecessor block.
697         Instruction *InsertPt = PN->getIncomingBlock(i)->getTerminator();
698         Code = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, Rewriter, InsertPt, L);
699
700         // Adjust the type back to match the PHI. Note that we can't use
701         // InsertPt here because the SCEVExpander may have inserted its
702         // instructions after that point, in its efforts to avoid inserting
703         // redundant expressions.
704         if (isa<PointerType>(PN->getType())) {
705           Code = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr,
706                                               Code,
707                                               PN->getType());
708         }
709       }
710       
711       // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
712       PN->setIncomingValue(i, Code);
713       Rewriter.clear();
714     }
715   }
716
717   // PHI node might have become a constant value after SplitCriticalEdge.
718   DeadInsts.insert(Inst);
719
720   DOUT << "    CHANGED: IMM =" << *Imm << "  Inst = " << *Inst;
721 }
722
723
724 /// isTargetConstant - Return true if the following can be referenced by the
725 /// immediate field of a target instruction.
726 static bool isTargetConstant(const SCEVHandle &V, const Type *UseTy,
727                              const TargetLowering *TLI) {
728   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
729     int64_t VC = SC->getValue()->getSExtValue();
730     if (TLI) {
731       TargetLowering::AddrMode AM;
732       AM.BaseOffs = VC;
733       return TLI->isLegalAddressingMode(AM, UseTy);
734     } else {
735       // Defaults to PPC. PPC allows a sign-extended 16-bit immediate field.
736       return (VC > -(1 << 16) && VC < (1 << 16)-1);
737     }
738   }
739
740   if (SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V))
741     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(SU->getValue()))
742       if (TLI && CE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt) {
743         Constant *Op0 = CE->getOperand(0);
744         if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(Op0)) {
745           TargetLowering::AddrMode AM;
746           AM.BaseGV = GV;
747           return TLI->isLegalAddressingMode(AM, UseTy);
748         }
749       }
750   return false;
751 }
752
753 /// MoveLoopVariantsToImediateField - Move any subexpressions from Val that are
754 /// loop varying to the Imm operand.
755 static void MoveLoopVariantsToImediateField(SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
756                                             Loop *L, ScalarEvolution *SE) {
757   if (Val->isLoopInvariant(L)) return;  // Nothing to do.
758   
759   if (SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
760     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
761     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
762     
763     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i)
764       if (!SAE->getOperand(i)->isLoopInvariant(L)) {
765         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
766         // field of the expression.
767         Imm = SE->getAddExpr(Imm, SAE->getOperand(i));
768       } else {
769         NewOps.push_back(SAE->getOperand(i));
770       }
771
772     if (NewOps.empty())
773       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
774     else
775       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
776   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
777     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
778     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
779     MoveLoopVariantsToImediateField(Start, Imm, L, SE);
780     
781     std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
782     Ops[0] = Start;
783     Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
784   } else {
785     // Otherwise, all of Val is variant, move the whole thing over.
786     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
787     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
788   }
789 }
790
791
792 /// MoveImmediateValues - Look at Val, and pull out any additions of constants
793 /// that can fit into the immediate field of instructions in the target.
794 /// Accumulate these immediate values into the Imm value.
795 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
796                                 Instruction *User,
797                                 SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
798                                 bool isAddress, Loop *L,
799                                 ScalarEvolution *SE) {
800   const Type *UseTy = User->getType();
801   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User))
802     UseTy = SI->getOperand(0)->getType();
803
804   if (SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
805     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
806     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
807     
808     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i) {
809       SCEVHandle NewOp = SAE->getOperand(i);
810       MoveImmediateValues(TLI, User, NewOp, Imm, isAddress, L, SE);
811       
812       if (!NewOp->isLoopInvariant(L)) {
813         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
814         // field of the expression.
815         Imm = SE->getAddExpr(Imm, NewOp);
816       } else {
817         NewOps.push_back(NewOp);
818       }
819     }
820
821     if (NewOps.empty())
822       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
823     else
824       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
825     return;
826   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
827     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
828     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
829     MoveImmediateValues(TLI, User, Start, Imm, isAddress, L, SE);
830     
831     if (Start != SARE->getStart()) {
832       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
833       Ops[0] = Start;
834       Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
835     }
836     return;
837   } else if (SCEVMulExpr *SME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Val)) {
838     // Transform "8 * (4 + v)" -> "32 + 8*V" if "32" fits in the immed field.
839     if (isAddress && isTargetConstant(SME->getOperand(0), UseTy, TLI) &&
840         SME->getNumOperands() == 2 && SME->isLoopInvariant(L)) {
841
842       SCEVHandle SubImm = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
843       SCEVHandle NewOp = SME->getOperand(1);
844       MoveImmediateValues(TLI, User, NewOp, SubImm, isAddress, L, SE);
845       
846       // If we extracted something out of the subexpressions, see if we can 
847       // simplify this!
848       if (NewOp != SME->getOperand(1)) {
849         // Scale SubImm up by "8".  If the result is a target constant, we are
850         // good.
851         SubImm = SE->getMulExpr(SubImm, SME->getOperand(0));
852         if (isTargetConstant(SubImm, UseTy, TLI)) {
853           // Accumulate the immediate.
854           Imm = SE->getAddExpr(Imm, SubImm);
855           
856           // Update what is left of 'Val'.
857           Val = SE->getMulExpr(SME->getOperand(0), NewOp);
858           return;
859         }
860       }
861     }
862   }
863
864   // Loop-variant expressions must stay in the immediate field of the
865   // expression.
866   if ((isAddress && isTargetConstant(Val, UseTy, TLI)) ||
867       !Val->isLoopInvariant(L)) {
868     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
869     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
870     return;
871   }
872
873   // Otherwise, no immediates to move.
874 }
875
876
877 /// SeparateSubExprs - Decompose Expr into all of the subexpressions that are
878 /// added together.  This is used to reassociate common addition subexprs
879 /// together for maximal sharing when rewriting bases.
880 static void SeparateSubExprs(std::vector<SCEVHandle> &SubExprs,
881                              SCEVHandle Expr,
882                              ScalarEvolution *SE) {
883   if (SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Expr)) {
884     for (unsigned j = 0, e = AE->getNumOperands(); j != e; ++j)
885       SeparateSubExprs(SubExprs, AE->getOperand(j), SE);
886   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Expr)) {
887     SCEVHandle Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Expr->getType());
888     if (SARE->getOperand(0) == Zero) {
889       SubExprs.push_back(Expr);
890     } else {
891       // Compute the addrec with zero as its base.
892       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
893       Ops[0] = Zero;   // Start with zero base.
894       SubExprs.push_back(SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop()));
895       
896
897       SeparateSubExprs(SubExprs, SARE->getOperand(0), SE);
898     }
899   } else if (!Expr->isZero()) {
900     // Do not add zero.
901     SubExprs.push_back(Expr);
902   }
903 }
904
905
906 /// RemoveCommonExpressionsFromUseBases - Look through all of the uses in Bases,
907 /// removing any common subexpressions from it.  Anything truly common is
908 /// removed, accumulated, and returned.  This looks for things like (a+b+c) and
909 /// (a+c+d) -> (a+c).  The common expression is *removed* from the Bases.
910 static SCEVHandle 
911 RemoveCommonExpressionsFromUseBases(std::vector<BasedUser> &Uses,
912                                     ScalarEvolution *SE) {
913   unsigned NumUses = Uses.size();
914
915   // Only one use?  Use its base, regardless of what it is!
916   SCEVHandle Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Uses[0].Base->getType());
917   SCEVHandle Result = Zero;
918   if (NumUses == 1) {
919     std::swap(Result, Uses[0].Base);
920     return Result;
921   }
922
923   // To find common subexpressions, count how many of Uses use each expression.
924   // If any subexpressions are used Uses.size() times, they are common.
925   std::map<SCEVHandle, unsigned> SubExpressionUseCounts;
926   
927   // UniqueSubExprs - Keep track of all of the subexpressions we see in the
928   // order we see them.
929   std::vector<SCEVHandle> UniqueSubExprs;
930
931   std::vector<SCEVHandle> SubExprs;
932   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
933     // If the base is zero (which is common), return zero now, there are no
934     // CSEs we can find.
935     if (Uses[i].Base == Zero) return Zero;
936
937     // Split the expression into subexprs.
938     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
939     // Add one to SubExpressionUseCounts for each subexpr present.
940     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
941       if (++SubExpressionUseCounts[SubExprs[j]] == 1)
942         UniqueSubExprs.push_back(SubExprs[j]);
943     SubExprs.clear();
944   }
945
946   // Now that we know how many times each is used, build Result.  Iterate over
947   // UniqueSubexprs so that we have a stable ordering.
948   for (unsigned i = 0, e = UniqueSubExprs.size(); i != e; ++i) {
949     std::map<SCEVHandle, unsigned>::iterator I = 
950        SubExpressionUseCounts.find(UniqueSubExprs[i]);
951     assert(I != SubExpressionUseCounts.end() && "Entry not found?");
952     if (I->second == NumUses) {  // Found CSE!
953       Result = SE->getAddExpr(Result, I->first);
954     } else {
955       // Remove non-cse's from SubExpressionUseCounts.
956       SubExpressionUseCounts.erase(I);
957     }
958   }
959   
960   // If we found no CSE's, return now.
961   if (Result == Zero) return Result;
962   
963   // Otherwise, remove all of the CSE's we found from each of the base values.
964   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
965     // Split the expression into subexprs.
966     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
967
968     // Remove any common subexpressions.
969     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
970       if (SubExpressionUseCounts.count(SubExprs[j])) {
971         SubExprs.erase(SubExprs.begin()+j);
972         --j; --e;
973       }
974     
975     // Finally, the non-shared expressions together.
976     if (SubExprs.empty())
977       Uses[i].Base = Zero;
978     else
979       Uses[i].Base = SE->getAddExpr(SubExprs);
980     SubExprs.clear();
981   }
982  
983   return Result;
984 }
985
986 /// ValidStride - Check whether the given Scale is valid for all loads and 
987 /// stores in UsersToProcess.
988 ///
989 bool LoopStrengthReduce::ValidStride(bool HasBaseReg,
990                                int64_t Scale, 
991                                const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
992   if (!TLI)
993     return true;
994
995   for (unsigned i=0, e = UsersToProcess.size(); i!=e; ++i) {
996     // If this is a load or other access, pass the type of the access in.
997     const Type *AccessTy = Type::VoidTy;
998     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UsersToProcess[i].Inst))
999       AccessTy = SI->getOperand(0)->getType();
1000     else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(UsersToProcess[i].Inst))
1001       AccessTy = LI->getType();
1002     else if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst))
1003       continue;
1004     
1005     TargetLowering::AddrMode AM;
1006     if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(UsersToProcess[i].Imm))
1007       AM.BaseOffs = SC->getValue()->getSExtValue();
1008     AM.HasBaseReg = HasBaseReg || !UsersToProcess[i].Base->isZero();
1009     AM.Scale = Scale;
1010
1011     // If load[imm+r*scale] is illegal, bail out.
1012     if (!TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
1013       return false;
1014   }
1015   return true;
1016 }
1017
1018 /// RequiresTypeConversion - Returns true if converting Ty to NewTy is not
1019 /// a nop.
1020 bool LoopStrengthReduce::RequiresTypeConversion(const Type *Ty1,
1021                                                 const Type *Ty2) {
1022   if (Ty1 == Ty2)
1023     return false;
1024   if (TLI && TLI->isTruncateFree(Ty1, Ty2))
1025     return false;
1026   return (!Ty1->canLosslesslyBitCastTo(Ty2) &&
1027           !(isa<PointerType>(Ty2) &&
1028             Ty1->canLosslesslyBitCastTo(UIntPtrTy)) &&
1029           !(isa<PointerType>(Ty1) &&
1030             Ty2->canLosslesslyBitCastTo(UIntPtrTy)));
1031 }
1032
1033 /// CheckForIVReuse - Returns the multiple if the stride is the multiple
1034 /// of a previous stride and it is a legal value for the target addressing
1035 /// mode scale component and optional base reg. This allows the users of
1036 /// this stride to be rewritten as prev iv * factor. It returns 0 if no
1037 /// reuse is possible.
1038 unsigned LoopStrengthReduce::CheckForIVReuse(bool HasBaseReg,
1039                                 bool AllUsesAreAddresses,
1040                                 const SCEVHandle &Stride, 
1041                                 IVExpr &IV, const Type *Ty,
1042                                 const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
1043   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Stride)) {
1044     int64_t SInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1045     for (unsigned NewStride = 0, e = StrideOrder.size(); NewStride != e;
1046          ++NewStride) {
1047       std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1048                 IVsByStride.find(StrideOrder[NewStride]);
1049       if (SI == IVsByStride.end()) 
1050         continue;
1051       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1052       if (SI->first != Stride &&
1053           (unsigned(abs(SInt)) < SSInt || (SInt % SSInt) != 0))
1054         continue;
1055       int64_t Scale = SInt / SSInt;
1056       // Check that this stride is valid for all the types used for loads and
1057       // stores; if it can be used for some and not others, we might as well use
1058       // the original stride everywhere, since we have to create the IV for it
1059       // anyway. If the scale is 1, then we don't need to worry about folding
1060       // multiplications.
1061       if (Scale == 1 ||
1062           (AllUsesAreAddresses &&
1063            ValidStride(HasBaseReg, Scale, UsersToProcess)))
1064         for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1065                IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1066           // FIXME: Only handle base == 0 for now.
1067           // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion.
1068           if (II->Base->isZero() &&
1069               !RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1070             IV = *II;
1071             return Scale;
1072           }
1073     }
1074   }
1075   return 0;
1076 }
1077
1078 /// PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue - Simple boolean predicate that
1079 /// returns true if Val's isUseOfPostIncrementedValue is true.
1080 static bool PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue(const BasedUser &Val) {
1081   return Val.isUseOfPostIncrementedValue;
1082 }
1083
1084 /// isNonConstantNegative - Return true if the specified scev is negated, but
1085 /// not a constant.
1086 static bool isNonConstantNegative(const SCEVHandle &Expr) {
1087   SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Expr);
1088   if (!Mul) return false;
1089   
1090   // If there is a constant factor, it will be first.
1091   SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0));
1092   if (!SC) return false;
1093   
1094   // Return true if the value is negative, this matches things like (-42 * V).
1095   return SC->getValue()->getValue().isNegative();
1096 }
1097
1098 /// isAddress - Returns true if the specified instruction is using the
1099 /// specified value as an address.
1100 static bool isAddressUse(Instruction *Inst, Value *OperandVal) {
1101   bool isAddress = isa<LoadInst>(Inst);
1102   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
1103     if (SI->getOperand(1) == OperandVal)
1104       isAddress = true;
1105   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
1106     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
1107     // of intrinsics.
1108     switch (II->getIntrinsicID()) {
1109       default: break;
1110       case Intrinsic::prefetch:
1111       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_dq:
1112       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_pd:
1113       case Intrinsic::x86_sse_loadu_ps:
1114       case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
1115       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
1116       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
1117       case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
1118         if (II->getOperand(1) == OperandVal)
1119           isAddress = true;
1120         break;
1121     }
1122   }
1123   return isAddress;
1124 }
1125
1126 // CollectIVUsers - Transform our list of users and offsets to a bit more
1127 // complex table. In this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base', the base
1128 // of the strided accesses, as well as the old information from Uses. We
1129 // progressively move information from the Base field to the Imm field, until
1130 // we eventually have the full access expression to rewrite the use.
1131 SCEVHandle LoopStrengthReduce::CollectIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
1132                                               IVUsersOfOneStride &Uses,
1133                                               Loop *L,
1134                                               bool &AllUsesAreAddresses,
1135                                        std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
1136   UsersToProcess.reserve(Uses.Users.size());
1137   for (unsigned i = 0, e = Uses.Users.size(); i != e; ++i) {
1138     UsersToProcess.push_back(BasedUser(Uses.Users[i], SE));
1139     
1140     // Move any loop invariant operands from the offset field to the immediate
1141     // field of the use, so that we don't try to use something before it is
1142     // computed.
1143     MoveLoopVariantsToImediateField(UsersToProcess.back().Base,
1144                                     UsersToProcess.back().Imm, L, SE);
1145     assert(UsersToProcess.back().Base->isLoopInvariant(L) &&
1146            "Base value is not loop invariant!");
1147   }
1148
1149   // We now have a whole bunch of uses of like-strided induction variables, but
1150   // they might all have different bases.  We want to emit one PHI node for this
1151   // stride which we fold as many common expressions (between the IVs) into as
1152   // possible.  Start by identifying the common expressions in the base values 
1153   // for the strides (e.g. if we have "A+C+B" and "A+B+D" as our bases, find
1154   // "A+B"), emit it to the preheader, then remove the expression from the
1155   // UsersToProcess base values.
1156   SCEVHandle CommonExprs =
1157     RemoveCommonExpressionsFromUseBases(UsersToProcess, SE);
1158
1159   // Next, figure out what we can represent in the immediate fields of
1160   // instructions.  If we can represent anything there, move it to the imm
1161   // fields of the BasedUsers.  We do this so that it increases the commonality
1162   // of the remaining uses.
1163   unsigned NumPHI = 0;
1164   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1165     // If the user is not in the current loop, this means it is using the exit
1166     // value of the IV.  Do not put anything in the base, make sure it's all in
1167     // the immediate field to allow as much factoring as possible.
1168     if (!L->contains(UsersToProcess[i].Inst->getParent())) {
1169       UsersToProcess[i].Imm = SE->getAddExpr(UsersToProcess[i].Imm,
1170                                              UsersToProcess[i].Base);
1171       UsersToProcess[i].Base = 
1172         SE->getIntegerSCEV(0, UsersToProcess[i].Base->getType());
1173     } else {
1174       
1175       // Addressing modes can be folded into loads and stores.  Be careful that
1176       // the store is through the expression, not of the expression though.
1177       bool isPHI = false;
1178       bool isAddress = isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
1179                                     UsersToProcess[i].OperandValToReplace);
1180       if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst)) {
1181         isPHI = true;
1182         ++NumPHI;
1183       }
1184
1185       // If this use isn't an address, then not all uses are addresses.
1186       if (!isAddress && !isPHI)
1187         AllUsesAreAddresses = false;
1188       
1189       MoveImmediateValues(TLI, UsersToProcess[i].Inst, UsersToProcess[i].Base,
1190                           UsersToProcess[i].Imm, isAddress, L, SE);
1191     }
1192   }
1193
1194   // If one of the use if a PHI node and all other uses are addresses, still
1195   // allow iv reuse. Essentially we are trading one constant multiplication
1196   // for one fewer iv.
1197   if (NumPHI > 1)
1198     AllUsesAreAddresses = false;
1199
1200   return CommonExprs;
1201 }
1202
1203 /// StrengthReduceStridedIVUsers - Strength reduce all of the users of a single
1204 /// stride of IV.  All of the users may have different starting values, and this
1205 /// may not be the only stride (we know it is if isOnlyStride is true).
1206 void LoopStrengthReduce::StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
1207                                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
1208                                                       Loop *L,
1209                                                       bool isOnlyStride) {
1210   // If all the users are moved to another stride, then there is nothing to do.
1211   if (Uses.Users.empty())
1212     return;
1213
1214   // Keep track if every use in UsersToProcess is an address. If they all are,
1215   // we may be able to rewrite the entire collection of them in terms of a
1216   // smaller-stride IV.
1217   bool AllUsesAreAddresses = true;
1218
1219   // Transform our list of users and offsets to a bit more complex table.  In
1220   // this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base' the base of the
1221   // strided accessas well as the old information from Uses.  We progressively
1222   // move information from the Base field to the Imm field, until we eventually
1223   // have the full access expression to rewrite the use.
1224   std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
1225   SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(Stride, Uses, L, AllUsesAreAddresses,
1226                                           UsersToProcess);
1227
1228   // If we managed to find some expressions in common, we'll need to carry
1229   // their value in a register and add it in for each use. This will take up
1230   // a register operand, which potentially restricts what stride values are
1231   // valid.
1232   bool HaveCommonExprs = !CommonExprs->isZero();
1233   
1234   // If all uses are addresses, check if it is possible to reuse an IV with a
1235   // stride that is a factor of this stride. And that the multiple is a number
1236   // that can be encoded in the scale field of the target addressing mode. And
1237   // that we will have a valid instruction after this substition, including the
1238   // immediate field, if any.
1239   PHINode *NewPHI = NULL;
1240   Value   *IncV   = NULL;
1241   IVExpr   ReuseIV(SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1242                    SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1243                    0, 0);
1244   unsigned RewriteFactor = 0;
1245   RewriteFactor = CheckForIVReuse(HaveCommonExprs, AllUsesAreAddresses,
1246                                   Stride, ReuseIV, CommonExprs->getType(),
1247                                   UsersToProcess);
1248   if (RewriteFactor != 0) {
1249     DOUT << "BASED ON IV of STRIDE " << *ReuseIV.Stride
1250          << " and BASE " << *ReuseIV.Base << " :\n";
1251     NewPHI = ReuseIV.PHI;
1252     IncV   = ReuseIV.IncV;
1253   }
1254
1255   const Type *ReplacedTy = CommonExprs->getType();
1256   
1257   // Now that we know what we need to do, insert the PHI node itself.
1258   //
1259   DOUT << "INSERTING IV of TYPE " << *ReplacedTy << " of STRIDE "
1260        << *Stride << " and BASE " << *CommonExprs << ": ";
1261
1262   SCEVExpander Rewriter(*SE, *LI);
1263   SCEVExpander PreheaderRewriter(*SE, *LI);
1264   
1265   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
1266   Instruction *PreInsertPt = Preheader->getTerminator();
1267   Instruction *PhiInsertBefore = L->getHeader()->begin();
1268   
1269   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1270
1271
1272   // Emit the initial base value into the loop preheader.
1273   Value *CommonBaseV
1274     = PreheaderRewriter.expandCodeFor(CommonExprs, PreInsertPt);
1275
1276   if (RewriteFactor == 0) {
1277     // Create a new Phi for this base, and stick it in the loop header.
1278     NewPHI = PHINode::Create(ReplacedTy, "iv.", PhiInsertBefore);
1279     ++NumInserted;
1280   
1281     // Add common base to the new Phi node.
1282     NewPHI->addIncoming(CommonBaseV, Preheader);
1283
1284     // If the stride is negative, insert a sub instead of an add for the
1285     // increment.
1286     bool isNegative = isNonConstantNegative(Stride);
1287     SCEVHandle IncAmount = Stride;
1288     if (isNegative)
1289       IncAmount = SE->getNegativeSCEV(Stride);
1290     
1291     // Insert the stride into the preheader.
1292     Value *StrideV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(IncAmount, PreInsertPt);
1293     if (!isa<ConstantInt>(StrideV)) ++NumVariable;
1294
1295     // Emit the increment of the base value before the terminator of the loop
1296     // latch block, and add it to the Phi node.
1297     SCEVHandle IncExp = SE->getUnknown(StrideV);
1298     if (isNegative)
1299       IncExp = SE->getNegativeSCEV(IncExp);
1300     IncExp = SE->getAddExpr(SE->getUnknown(NewPHI), IncExp);
1301   
1302     IncV = Rewriter.expandCodeFor(IncExp, LatchBlock->getTerminator());
1303     IncV->setName(NewPHI->getName()+".inc");
1304     NewPHI->addIncoming(IncV, LatchBlock);
1305
1306     // Remember this in case a later stride is multiple of this.
1307     IVsByStride[Stride].addIV(Stride, CommonExprs, NewPHI, IncV);
1308     
1309     DOUT << " IV=%" << NewPHI->getNameStr() << " INC=%" << IncV->getNameStr();
1310   } else {
1311     Constant *C = dyn_cast<Constant>(CommonBaseV);
1312     if (!C ||
1313         (!C->isNullValue() &&
1314          !isTargetConstant(SE->getUnknown(CommonBaseV), ReplacedTy, TLI)))
1315       // We want the common base emitted into the preheader! This is just
1316       // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1317       CommonBaseV = new BitCastInst(CommonBaseV, CommonBaseV->getType(), 
1318                                     "commonbase", PreInsertPt);
1319   }
1320   DOUT << "\n";
1321
1322   // We want to emit code for users inside the loop first.  To do this, we
1323   // rearrange BasedUser so that the entries at the end have
1324   // isUseOfPostIncrementedValue = false, because we pop off the end of the
1325   // vector (so we handle them first).
1326   std::partition(UsersToProcess.begin(), UsersToProcess.end(),
1327                  PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue);
1328   
1329   // Sort this by base, so that things with the same base are handled
1330   // together.  By partitioning first and stable-sorting later, we are
1331   // guaranteed that within each base we will pop off users from within the
1332   // loop before users outside of the loop with a particular base.
1333   //
1334   // We would like to use stable_sort here, but we can't.  The problem is that
1335   // SCEVHandle's don't have a deterministic ordering w.r.t to each other, so
1336   // we don't have anything to do a '<' comparison on.  Because we think the
1337   // number of uses is small, do a horrible bubble sort which just relies on
1338   // ==.
1339   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1340     // Get a base value.
1341     SCEVHandle Base = UsersToProcess[i].Base;
1342     
1343     // Compact everything with this base to be consequtive with this one.
1344     for (unsigned j = i+1; j != e; ++j) {
1345       if (UsersToProcess[j].Base == Base) {
1346         std::swap(UsersToProcess[i+1], UsersToProcess[j]);
1347         ++i;
1348       }
1349     }
1350   }
1351
1352   // Process all the users now.  This outer loop handles all bases, the inner
1353   // loop handles all users of a particular base.
1354   while (!UsersToProcess.empty()) {
1355     SCEVHandle Base = UsersToProcess.back().Base;
1356
1357     // Emit the code for Base into the preheader.
1358     Value *BaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(Base, PreInsertPt);
1359
1360     DOUT << "  INSERTING code for BASE = " << *Base << ":";
1361     if (BaseV->hasName())
1362       DOUT << " Result value name = %" << BaseV->getNameStr();
1363     DOUT << "\n";
1364
1365     // If BaseV is a constant other than 0, make sure that it gets inserted into
1366     // the preheader, instead of being forward substituted into the uses.  We do
1367     // this by forcing a BitCast (noop cast) to be inserted into the preheader 
1368     // in this case.
1369     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(BaseV)) {
1370       if (!C->isNullValue() && !isTargetConstant(Base, ReplacedTy, TLI)) {
1371         // We want this constant emitted into the preheader! This is just
1372         // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1373         BaseV = new BitCastInst(BaseV, BaseV->getType(), "preheaderinsert",
1374                                 PreInsertPt);       
1375       }
1376     }
1377
1378     // Emit the code to add the immediate offset to the Phi value, just before
1379     // the instructions that we identified as using this stride and base.
1380     do {
1381       // FIXME: Use emitted users to emit other users.
1382       BasedUser &User = UsersToProcess.back();
1383
1384       // If this instruction wants to use the post-incremented value, move it
1385       // after the post-inc and use its value instead of the PHI.
1386       Value *RewriteOp = NewPHI;
1387       if (User.isUseOfPostIncrementedValue) {
1388         RewriteOp = IncV;
1389
1390         // If this user is in the loop, make sure it is the last thing in the
1391         // loop to ensure it is dominated by the increment.
1392         if (L->contains(User.Inst->getParent()))
1393           User.Inst->moveBefore(LatchBlock->getTerminator());
1394       }
1395       if (RewriteOp->getType() != ReplacedTy) {
1396         Instruction::CastOps opcode = Instruction::Trunc;
1397         if (ReplacedTy->getPrimitiveSizeInBits() ==
1398             RewriteOp->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1399           opcode = Instruction::BitCast;
1400         RewriteOp = SCEVExpander::InsertCastOfTo(opcode, RewriteOp, ReplacedTy);
1401       }
1402
1403       SCEVHandle RewriteExpr = SE->getUnknown(RewriteOp);
1404
1405       // If we had to insert new instrutions for RewriteOp, we have to
1406       // consider that they may not have been able to end up immediately
1407       // next to RewriteOp, because non-PHI instructions may never precede
1408       // PHI instructions in a block. In this case, remember where the last
1409       // instruction was inserted so that if we're replacing a different
1410       // PHI node, we can use the later point to expand the final
1411       // RewriteExpr.
1412       Instruction *NewBasePt = dyn_cast<Instruction>(RewriteOp);
1413       if (RewriteOp == NewPHI) NewBasePt = 0;
1414
1415       // Clear the SCEVExpander's expression map so that we are guaranteed
1416       // to have the code emitted where we expect it.
1417       Rewriter.clear();
1418
1419       // If we are reusing the iv, then it must be multiplied by a constant
1420       // factor take advantage of addressing mode scale component.
1421       if (RewriteFactor != 0) {
1422         RewriteExpr = SE->getMulExpr(SE->getIntegerSCEV(RewriteFactor,
1423                                                         RewriteExpr->getType()),
1424                                      RewriteExpr);
1425
1426         // The common base is emitted in the loop preheader. But since we
1427         // are reusing an IV, it has not been used to initialize the PHI node.
1428         // Add it to the expression used to rewrite the uses.
1429         if (!isa<ConstantInt>(CommonBaseV) ||
1430             !cast<ConstantInt>(CommonBaseV)->isZero())
1431           RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr,
1432                                       SE->getUnknown(CommonBaseV));
1433       }
1434
1435       // Now that we know what we need to do, insert code before User for the
1436       // immediate and any loop-variant expressions.
1437       if (!isa<ConstantInt>(BaseV) || !cast<ConstantInt>(BaseV)->isZero())
1438         // Add BaseV to the PHI value if needed.
1439         RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, SE->getUnknown(BaseV));
1440
1441       User.RewriteInstructionToUseNewBase(RewriteExpr, NewBasePt,
1442                                           Rewriter, L, this,
1443                                           DeadInsts);
1444
1445       // Mark old value we replaced as possibly dead, so that it is elminated
1446       // if we just replaced the last use of that value.
1447       DeadInsts.insert(cast<Instruction>(User.OperandValToReplace));
1448
1449       UsersToProcess.pop_back();
1450       ++NumReduced;
1451
1452       // If there are any more users to process with the same base, process them
1453       // now.  We sorted by base above, so we just have to check the last elt.
1454     } while (!UsersToProcess.empty() && UsersToProcess.back().Base == Base);
1455     // TODO: Next, find out which base index is the most common, pull it out.
1456   }
1457
1458   // IMPORTANT TODO: Figure out how to partition the IV's with this stride, but
1459   // different starting values, into different PHIs.
1460 }
1461
1462 /// FindIVUserForCond - If Cond has an operand that is an expression of an IV,
1463 /// set the IV user and stride information and return true, otherwise return
1464 /// false.
1465 bool LoopStrengthReduce::FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
1466                                        const SCEVHandle *&CondStride) {
1467   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e && !CondUse;
1468        ++Stride) {
1469     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1470     IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
1471     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1472     
1473     for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
1474          E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI)
1475       if (UI->User == Cond) {
1476         // NOTE: we could handle setcc instructions with multiple uses here, but
1477         // InstCombine does it as well for simple uses, it's not clear that it
1478         // occurs enough in real life to handle.
1479         CondUse = &*UI;
1480         CondStride = &SI->first;
1481         return true;
1482       }
1483   }
1484   return false;
1485 }    
1486
1487 namespace {
1488   // Constant strides come first which in turns are sorted by their absolute
1489   // values. If absolute values are the same, then positive strides comes first.
1490   // e.g.
1491   // 4, -1, X, 1, 2 ==> 1, -1, 2, 4, X
1492   struct StrideCompare {
1493     bool operator()(const SCEVHandle &LHS, const SCEVHandle &RHS) {
1494       SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS);
1495       SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS);
1496       if (LHSC && RHSC) {
1497         int64_t  LV = LHSC->getValue()->getSExtValue();
1498         int64_t  RV = RHSC->getValue()->getSExtValue();
1499         uint64_t ALV = (LV < 0) ? -LV : LV;
1500         uint64_t ARV = (RV < 0) ? -RV : RV;
1501         if (ALV == ARV)
1502           return LV > RV;
1503         else
1504           return ALV < ARV;
1505       }
1506       return (LHSC && !RHSC);
1507     }
1508   };
1509 }
1510
1511 /// ChangeCompareStride - If a loop termination compare instruction is the
1512 /// only use of its stride, and the compaison is against a constant value,
1513 /// try eliminate the stride by moving the compare instruction to another
1514 /// stride and change its constant operand accordingly. e.g.
1515 ///
1516 /// loop:
1517 /// ...
1518 /// v1 = v1 + 3
1519 /// v2 = v2 + 1
1520 /// if (v2 < 10) goto loop
1521 /// =>
1522 /// loop:
1523 /// ...
1524 /// v1 = v1 + 3
1525 /// if (v1 < 30) goto loop
1526 ICmpInst *LoopStrengthReduce::ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
1527                                                 IVStrideUse* &CondUse,
1528                                                 const SCEVHandle* &CondStride) {
1529   if (StrideOrder.size() < 2 ||
1530       IVUsesByStride[*CondStride].Users.size() != 1)
1531     return Cond;
1532   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(*CondStride);
1533   if (!SC) return Cond;
1534   ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Cond->getOperand(1));
1535   if (!C) return Cond;
1536
1537   ICmpInst::Predicate Predicate = Cond->getPredicate();
1538   int64_t CmpSSInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1539   int64_t CmpVal = C->getValue().getSExtValue();
1540   unsigned BitWidth = C->getValue().getBitWidth();
1541   uint64_t SignBit = 1ULL << (BitWidth-1);
1542   const Type *CmpTy = C->getType();
1543   const Type *NewCmpTy = NULL;
1544   unsigned TyBits = CmpTy->getPrimitiveSizeInBits();
1545   unsigned NewTyBits = 0;
1546   int64_t NewCmpVal = CmpVal;
1547   SCEVHandle *NewStride = NULL;
1548   Value *NewIncV = NULL;
1549   int64_t Scale = 1;
1550
1551   // Check stride constant and the comparision constant signs to detect
1552   // overflow.
1553   if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate) &&
1554       (CmpVal & SignBit) != (CmpSSInt & SignBit))
1555     return Cond;
1556
1557   // Look for a suitable stride / iv as replacement.
1558   std::stable_sort(StrideOrder.begin(), StrideOrder.end(), StrideCompare());
1559   for (unsigned i = 0, e = StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
1560     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1561       IVUsesByStride.find(StrideOrder[i]);
1562     if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
1563       continue;
1564     int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1565     if (abs(SSInt) <= abs(CmpSSInt) || (SSInt % CmpSSInt) != 0)
1566       continue;
1567
1568     Scale = SSInt / CmpSSInt;
1569     NewCmpVal = CmpVal * Scale;
1570     APInt Mul = APInt(BitWidth, NewCmpVal);
1571     // Check for overflow.
1572     if (Mul.getSExtValue() != NewCmpVal) {
1573       NewCmpVal = CmpVal;
1574       continue;
1575     }
1576
1577     // Watch out for overflow.
1578     if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate) &&
1579         (CmpVal & SignBit) != (NewCmpVal & SignBit))
1580       NewCmpVal = CmpVal;
1581
1582     if (NewCmpVal != CmpVal) {
1583       // Pick the best iv to use trying to avoid a cast.
1584       NewIncV = NULL;
1585       for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
1586              E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI) {
1587         NewIncV = UI->OperandValToReplace;
1588         if (NewIncV->getType() == CmpTy)
1589           break;
1590       }
1591       if (!NewIncV) {
1592         NewCmpVal = CmpVal;
1593         continue;
1594       }
1595
1596       NewCmpTy = NewIncV->getType();
1597       NewTyBits = isa<PointerType>(NewCmpTy)
1598         ? UIntPtrTy->getPrimitiveSizeInBits()
1599         : NewCmpTy->getPrimitiveSizeInBits();
1600       if (RequiresTypeConversion(NewCmpTy, CmpTy)) {
1601         // Check if it is possible to rewrite it using
1602         // an iv / stride of a smaller integer type.
1603         bool TruncOk = false;
1604         if (NewCmpTy->isInteger()) {
1605           unsigned Bits = NewTyBits;
1606           if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate))
1607             --Bits;
1608           uint64_t Mask = (1ULL << Bits) - 1;
1609           if (((uint64_t)NewCmpVal & Mask) == (uint64_t)NewCmpVal)
1610             TruncOk = true;
1611         }
1612         if (!TruncOk) {
1613           NewCmpVal = CmpVal;
1614           continue;
1615         }
1616       }
1617
1618       // Don't rewrite if use offset is non-constant and the new type is
1619       // of a different type.
1620       // FIXME: too conservative?
1621       if (NewTyBits != TyBits && !isa<SCEVConstant>(CondUse->Offset)) {
1622         NewCmpVal = CmpVal;
1623         continue;
1624       }
1625
1626       bool AllUsesAreAddresses = true;
1627       std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
1628       SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(SI->first, SI->second, L,
1629                                               AllUsesAreAddresses,
1630                                               UsersToProcess);
1631       // Avoid rewriting the compare instruction with an iv of new stride
1632       // if it's likely the new stride uses will be rewritten using the
1633       if (AllUsesAreAddresses &&
1634           ValidStride(!CommonExprs->isZero(), Scale, UsersToProcess)) {
1635         NewCmpVal = CmpVal;
1636         continue;
1637       }
1638
1639       // If scale is negative, use swapped predicate unless it's testing
1640       // for equality.
1641       if (Scale < 0 && !Cond->isEquality())
1642         Predicate = ICmpInst::getSwappedPredicate(Predicate);
1643
1644       NewStride = &StrideOrder[i];
1645       break;
1646     }
1647   }
1648
1649   // Forgo this transformation if it the increment happens to be
1650   // unfortunately positioned after the condition, and the condition
1651   // has multiple uses which prevent it from being moved immediately
1652   // before the branch. See
1653   // test/Transforms/LoopStrengthReduce/change-compare-stride-trickiness-*.ll
1654   // for an example of this situation.
1655   if (!Cond->hasOneUse()) {
1656     for (BasicBlock::iterator I = Cond, E = Cond->getParent()->end();
1657          I != E; ++I)
1658       if (I == NewIncV)
1659         return Cond;
1660   }
1661
1662   if (NewCmpVal != CmpVal) {
1663     // Create a new compare instruction using new stride / iv.
1664     ICmpInst *OldCond = Cond;
1665     Value *RHS;
1666     if (!isa<PointerType>(NewCmpTy))
1667       RHS = ConstantInt::get(NewCmpTy, NewCmpVal);
1668     else {
1669       RHS = ConstantInt::get(UIntPtrTy, NewCmpVal);
1670       RHS = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr, RHS, NewCmpTy);
1671     }
1672     // Insert new compare instruction.
1673     Cond = new ICmpInst(Predicate, NewIncV, RHS,
1674                         L->getHeader()->getName() + ".termcond",
1675                         OldCond);
1676
1677     // Remove the old compare instruction. The old indvar is probably dead too.
1678     DeadInsts.insert(cast<Instruction>(CondUse->OperandValToReplace));
1679     SE->deleteValueFromRecords(OldCond);
1680     OldCond->replaceAllUsesWith(Cond);
1681     OldCond->eraseFromParent();
1682
1683     IVUsesByStride[*CondStride].Users.pop_back();
1684     SCEVHandle NewOffset = TyBits == NewTyBits
1685       ? SE->getMulExpr(CondUse->Offset,
1686                        SE->getConstant(ConstantInt::get(CmpTy, Scale)))
1687       : SE->getConstant(ConstantInt::get(NewCmpTy,
1688         cast<SCEVConstant>(CondUse->Offset)->getValue()->getSExtValue()*Scale));
1689     IVUsesByStride[*NewStride].addUser(NewOffset, Cond, NewIncV);
1690     CondUse = &IVUsesByStride[*NewStride].Users.back();
1691     CondStride = NewStride;
1692     ++NumEliminated;
1693   }
1694
1695   return Cond;
1696 }
1697
1698 /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
1699 /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
1700 void LoopStrengthReduce::OptimizeShadowIV(Loop *L, ICmpInst *Cond,
1701                                           const SCEVHandle *&CondStride) {
1702
1703   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(*CondStride);
1704   if (!SC) return;
1705
1706   SCEVHandle IterationCount = SE->getIterationCount(L);
1707   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(IterationCount))
1708     return;
1709
1710   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e;
1711        ++Stride) {
1712     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1713       IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
1714     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1715
1716     for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
1717            E = SI->second.Users.end(); UI != E; /* empty */) {
1718       std::vector<IVStrideUse>::iterator CandidateUI = UI;
1719       UI++;
1720       Instruction *ShadowUse = CandidateUI->User;
1721       const Type *DestTy = NULL;
1722
1723       /* If shadow use is a int->float cast then insert a second IV
1724          to elminate this cast.
1725
1726            for (unsigned i = 0; i < n; ++i) 
1727              foo((double)i);
1728
1729          is trnasformed into
1730
1731            double d = 0.0;
1732            for (unsigned i = 0; i < n; ++i, ++d) 
1733              foo(d);
1734       */
1735       UIToFPInst *UCast = dyn_cast<UIToFPInst>(CandidateUI->User);
1736       if (UCast) 
1737         DestTy = UCast->getDestTy();
1738       else {
1739         SIToFPInst *SCast = dyn_cast<SIToFPInst>(CandidateUI->User);
1740         if (!SCast) continue;
1741         DestTy = SCast->getDestTy();
1742       }
1743       
1744       PHINode *PH = dyn_cast<PHINode>(ShadowUse->getOperand(0));
1745       if (!PH) continue;
1746       if (PH->getNumIncomingValues() != 2) continue;
1747
1748       const Type *SrcTy = PH->getType();
1749       int Mantissa = DestTy->getFPMantissaWidth();
1750       if (Mantissa == -1) continue; 
1751       if ((int)TD->getTypeSizeInBits(SrcTy) > Mantissa)
1752         continue;
1753
1754       unsigned Entry, Latch;
1755       if (PH->getIncomingBlock(0) == L->getLoopPreheader()) {
1756         Entry = 0;
1757         Latch = 1;
1758       } else {
1759         Entry = 1;
1760         Latch = 0;
1761       }
1762         
1763       ConstantInt *Init = dyn_cast<ConstantInt>(PH->getIncomingValue(Entry));
1764       if (!Init) continue;
1765       ConstantFP *NewInit = ConstantFP::get(DestTy, Init->getZExtValue());
1766
1767       BinaryOperator *Incr = 
1768         dyn_cast<BinaryOperator>(PH->getIncomingValue(Latch));
1769       if (!Incr) continue;
1770       if (Incr->getOpcode() != Instruction::Add
1771           && Incr->getOpcode() != Instruction::Sub)
1772         continue;
1773
1774       /* Initialize new IV, double d = 0.0 in above example. */
1775       ConstantInt *C = NULL;
1776       if (Incr->getOperand(0) == PH)
1777         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(1));
1778       else if (Incr->getOperand(1) == PH)
1779         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(0));
1780       else
1781         continue;
1782
1783       if (!C) continue;
1784
1785       /* Add new PHINode. */
1786       PHINode *NewPH = PHINode::Create(DestTy, "IV.S.", PH);
1787
1788       /* create new icnrement. '++d' in above example. */
1789       ConstantFP *CFP = ConstantFP::get(DestTy, C->getZExtValue());
1790       BinaryOperator *NewIncr = 
1791         BinaryOperator::Create(Incr->getOpcode(),
1792                                NewPH, CFP, "IV.S.next.", Incr);
1793
1794       NewPH->addIncoming(NewInit, PH->getIncomingBlock(Entry));
1795       NewPH->addIncoming(NewIncr, PH->getIncomingBlock(Latch));
1796
1797       /* Remove cast operation */
1798       ShadowUse->replaceAllUsesWith(NewPH);
1799       ShadowUse->eraseFromParent();
1800       SI->second.Users.erase(CandidateUI);
1801       NumShadow++;
1802       break;
1803     }
1804   }
1805 }
1806
1807 // OptimizeIndvars - Now that IVUsesByStride is set up with all of the indvar
1808 // uses in the loop, look to see if we can eliminate some, in favor of using
1809 // common indvars for the different uses.
1810 void LoopStrengthReduce::OptimizeIndvars(Loop *L) {
1811   // TODO: implement optzns here.
1812
1813   // Finally, get the terminating condition for the loop if possible.  If we
1814   // can, we want to change it to use a post-incremented version of its
1815   // induction variable, to allow coalescing the live ranges for the IV into
1816   // one register value.
1817   PHINode *SomePHI = cast<PHINode>(L->getHeader()->begin());
1818   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
1819   BasicBlock *LatchBlock =
1820    SomePHI->getIncomingBlock(SomePHI->getIncomingBlock(0) == Preheader);
1821   BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(LatchBlock->getTerminator());
1822   if (!TermBr || TermBr->isUnconditional() || 
1823       !isa<ICmpInst>(TermBr->getCondition()))
1824     return;
1825   ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(TermBr->getCondition());
1826
1827   // Search IVUsesByStride to find Cond's IVUse if there is one.
1828   IVStrideUse *CondUse = 0;
1829   const SCEVHandle *CondStride = 0;
1830
1831   if (!FindIVUserForCond(Cond, CondUse, CondStride))
1832     return; // setcc doesn't use the IV.
1833
1834   OptimizeShadowIV(L, Cond, CondStride);
1835
1836   // If possible, change stride and operands of the compare instruction to
1837   // eliminate one stride.
1838   Cond = ChangeCompareStride(L, Cond, CondUse, CondStride);
1839
1840   // It's possible for the setcc instruction to be anywhere in the loop, and
1841   // possible for it to have multiple users.  If it is not immediately before
1842   // the latch block branch, move it.
1843   if (&*++BasicBlock::iterator(Cond) != (Instruction*)TermBr) {
1844     if (Cond->hasOneUse()) {   // Condition has a single use, just move it.
1845       Cond->moveBefore(TermBr);
1846     } else {
1847       // Otherwise, clone the terminating condition and insert into the loopend.
1848       Cond = cast<ICmpInst>(Cond->clone());
1849       Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
1850       LatchBlock->getInstList().insert(TermBr, Cond);
1851       
1852       // Clone the IVUse, as the old use still exists!
1853       IVUsesByStride[*CondStride].addUser(CondUse->Offset, Cond,
1854                                          CondUse->OperandValToReplace);
1855       CondUse = &IVUsesByStride[*CondStride].Users.back();
1856     }
1857   }
1858
1859   // If we get to here, we know that we can transform the setcc instruction to
1860   // use the post-incremented version of the IV, allowing us to coalesce the
1861   // live ranges for the IV correctly.
1862   CondUse->Offset = SE->getMinusSCEV(CondUse->Offset, *CondStride);
1863   CondUse->isUseOfPostIncrementedValue = true;
1864   Changed = true;
1865 }
1866
1867 bool LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
1868
1869   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
1870   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
1871   SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
1872   TD = &getAnalysis<TargetData>();
1873   UIntPtrTy = TD->getIntPtrType();
1874   Changed = false;
1875
1876   // Find all uses of induction variables in this loop, and catagorize
1877   // them by stride.  Start by finding all of the PHI nodes in the header for
1878   // this loop.  If they are induction variables, inspect their uses.
1879   SmallPtrSet<Instruction*,16> Processed;   // Don't reprocess instructions.
1880   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ++I)
1881     AddUsersIfInteresting(I, L, Processed);
1882
1883   if (!IVUsesByStride.empty()) {
1884     // Optimize induction variables.  Some indvar uses can be transformed to use
1885     // strides that will be needed for other purposes.  A common example of this
1886     // is the exit test for the loop, which can often be rewritten to use the
1887     // computation of some other indvar to decide when to terminate the loop.
1888     OptimizeIndvars(L);
1889
1890     // FIXME: We can widen subreg IV's here for RISC targets.  e.g. instead of
1891     // doing computation in byte values, promote to 32-bit values if safe.
1892
1893     // FIXME: Attempt to reuse values across multiple IV's.  In particular, we
1894     // could have something like "for(i) { foo(i*8); bar(i*16) }", which should
1895     // be codegened as "for (j = 0;; j+=8) { foo(j); bar(j+j); }" on X86/PPC.
1896     // Need to be careful that IV's are all the same type.  Only works for
1897     // intptr_t indvars.
1898
1899     // If we only have one stride, we can more aggressively eliminate some
1900     // things.
1901     bool HasOneStride = IVUsesByStride.size() == 1;
1902
1903 #ifndef NDEBUG
1904     DOUT << "\nLSR on ";
1905     DEBUG(L->dump());
1906 #endif
1907
1908     // IVsByStride keeps IVs for one particular loop.
1909     assert(IVsByStride.empty() && "Stale entries in IVsByStride?");
1910
1911     // Sort the StrideOrder so we process larger strides first.
1912     std::stable_sort(StrideOrder.begin(), StrideOrder.end(), StrideCompare());
1913
1914     // Note: this processes each stride/type pair individually.  All users
1915     // passed into StrengthReduceStridedIVUsers have the same type AND stride.
1916     // Also, note that we iterate over IVUsesByStride indirectly by using
1917     // StrideOrder. This extra layer of indirection makes the ordering of
1918     // strides deterministic - not dependent on map order.
1919     for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e; ++Stride) {
1920       std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1921         IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
1922       assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1923       StrengthReduceStridedIVUsers(SI->first, SI->second, L, HasOneStride);
1924     }
1925   }
1926
1927   // We're done analyzing this loop; release all the state we built up for it.
1928   CastedPointers.clear();
1929   IVUsesByStride.clear();
1930   IVsByStride.clear();
1931   StrideOrder.clear();
1932
1933   // Clean up after ourselves
1934   if (!DeadInsts.empty()) {
1935     DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
1936
1937     BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
1938     while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
1939       // At this point, we know that we have killed one or more IV users.
1940       // It is worth checking to see if the cann indvar is also
1941       // dead, so that we can remove it as well.
1942       //
1943       // We can remove a PHI if it is on a cycle in the def-use graph
1944       // where each node in the cycle has degree one, i.e. only one use,
1945       // and is an instruction with no side effects.
1946       //
1947       // FIXME: this needs to eliminate an induction variable even if it's being
1948       // compared against some value to decide loop termination.
1949       if (PN->hasOneUse()) {
1950         SmallPtrSet<PHINode *, 2> PHIs;
1951         for (Instruction *J = dyn_cast<Instruction>(*PN->use_begin());
1952              J && J->hasOneUse() && !J->mayWriteToMemory();
1953              J = dyn_cast<Instruction>(*J->use_begin())) {
1954           // If we find the original PHI, we've discovered a cycle.
1955           if (J == PN) {
1956             // Break the cycle and mark the PHI for deletion.
1957             SE->deleteValueFromRecords(PN);
1958             PN->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(PN->getType()));
1959             DeadInsts.insert(PN);
1960             Changed = true;
1961             break;
1962           }
1963           // If we find a PHI more than once, we're on a cycle that
1964           // won't prove fruitful.
1965           if (isa<PHINode>(J) && !PHIs.insert(cast<PHINode>(J)))
1966             break;
1967         }
1968       }
1969     }
1970     DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
1971   }
1972
1973   return Changed;
1974 }