4353134093867c2ad84a00b722751da0b135dc06
[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 was developed by Nate Begeman and is distributed under the
6 // University of Illinois Open Source 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/Type.h"
23 #include "llvm/DerivedTypes.h"
24 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
25 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
26 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
27 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
28 #include "llvm/Support/CFG.h"
29 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
30 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
31 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
32 #include "llvm/Target/TargetData.h"
33 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
34 #include "llvm/Support/Debug.h"
35 #include "llvm/Support/Compiler.h"
36 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
37 #include <algorithm>
38 #include <set>
39 using namespace llvm;
40
41 STATISTIC(NumReduced , "Number of GEPs strength reduced");
42 STATISTIC(NumInserted, "Number of PHIs inserted");
43 STATISTIC(NumVariable, "Number of PHIs with variable strides");
44
45 namespace {
46
47   struct BasedUser;
48
49   /// IVStrideUse - Keep track of one use of a strided induction variable, where
50   /// the stride is stored externally.  The Offset member keeps track of the 
51   /// offset from the IV, User is the actual user of the operand, and 'Operand'
52   /// is the operand # of the User that is the use.
53   struct VISIBILITY_HIDDEN IVStrideUse {
54     SCEVHandle Offset;
55     Instruction *User;
56     Value *OperandValToReplace;
57
58     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
59     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
60     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
61     // instruction for a loop or uses dominated by the loop.
62     bool isUseOfPostIncrementedValue;
63     
64     IVStrideUse(const SCEVHandle &Offs, Instruction *U, Value *O)
65       : Offset(Offs), User(U), OperandValToReplace(O),
66         isUseOfPostIncrementedValue(false) {}
67   };
68   
69   /// IVUsersOfOneStride - This structure keeps track of all instructions that
70   /// have an operand that is based on the trip count multiplied by some stride.
71   /// The stride for all of these users is common and kept external to this
72   /// structure.
73   struct VISIBILITY_HIDDEN IVUsersOfOneStride {
74     /// Users - Keep track of all of the users of this stride as well as the
75     /// initial value and the operand that uses the IV.
76     std::vector<IVStrideUse> Users;
77     
78     void addUser(const SCEVHandle &Offset,Instruction *User, Value *Operand) {
79       Users.push_back(IVStrideUse(Offset, User, Operand));
80     }
81   };
82
83   /// IVInfo - This structure keeps track of one IV expression inserted during
84   /// StrengthReduceStridedIVUsers. It contains the stride, the common base, as
85   /// well as the PHI node and increment value created for rewrite.
86   struct VISIBILITY_HIDDEN IVExpr {
87     SCEVHandle  Stride;
88     SCEVHandle  Base;
89     PHINode    *PHI;
90     Value      *IncV;
91
92     IVExpr()
93       : Stride(SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty)),
94         Base  (SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty)) {}
95     IVExpr(const SCEVHandle &stride, const SCEVHandle &base, PHINode *phi,
96            Value *incv)
97       : Stride(stride), Base(base), PHI(phi), IncV(incv) {}
98   };
99
100   /// IVsOfOneStride - This structure keeps track of all IV expression inserted
101   /// during StrengthReduceStridedIVUsers for a particular stride of the IV.
102   struct VISIBILITY_HIDDEN IVsOfOneStride {
103     std::vector<IVExpr> IVs;
104
105     void addIV(const SCEVHandle &Stride, const SCEVHandle &Base, PHINode *PHI,
106                Value *IncV) {
107       IVs.push_back(IVExpr(Stride, Base, PHI, IncV));
108     }
109   };
110
111   class VISIBILITY_HIDDEN LoopStrengthReduce : public LoopPass {
112     LoopInfo *LI;
113     ETForest *EF;
114     ScalarEvolution *SE;
115     const TargetData *TD;
116     const Type *UIntPtrTy;
117     bool Changed;
118
119     /// IVUsesByStride - Keep track of all uses of induction variables that we
120     /// are interested in.  The key of the map is the stride of the access.
121     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride> IVUsesByStride;
122
123     /// IVsByStride - Keep track of all IVs that have been inserted for a
124     /// particular stride.
125     std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride> IVsByStride;
126
127     /// StrideOrder - An ordering of the keys in IVUsesByStride that is stable:
128     /// We use this to iterate over the IVUsesByStride collection without being
129     /// dependent on random ordering of pointers in the process.
130     std::vector<SCEVHandle> StrideOrder;
131
132     /// CastedValues - As we need to cast values to uintptr_t, this keeps track
133     /// of the casted version of each value.  This is accessed by
134     /// getCastedVersionOf.
135     std::map<Value*, Value*> CastedPointers;
136
137     /// DeadInsts - Keep track of instructions we may have made dead, so that
138     /// we can remove them after we are done working.
139     std::set<Instruction*> DeadInsts;
140
141     /// TLI - Keep a pointer of a TargetLowering to consult for determining
142     /// transformation profitability.
143     const TargetLowering *TLI;
144
145   public:
146     LoopStrengthReduce(const TargetLowering *tli = NULL)
147       : TLI(tli) {
148     }
149
150     bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
151
152     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
153       // We split critical edges, so we change the CFG.  However, we do update
154       // many analyses if they are around.
155       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
156       AU.addPreserved<LoopInfo>();
157       AU.addPreserved<DominatorSet>();
158       AU.addPreserved<ETForest>();
159       AU.addPreserved<ImmediateDominators>();
160       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
161       AU.addPreserved<DominatorTree>();
162
163       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
164       AU.addRequired<LoopInfo>();
165       AU.addRequired<ETForest>();
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                                std::set<Instruction*> &Processed);
176     SCEVHandle GetExpressionSCEV(Instruction *E, Loop *L);
177
178     void OptimizeIndvars(Loop *L);
179
180     unsigned CheckForIVReuse(const SCEVHandle&, IVExpr&, const Type*,
181                              const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
182
183     bool ValidStride(int64_t, const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
184
185     void StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
186                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
187                                       Loop *L, bool isOnlyStride);
188     void DeleteTriviallyDeadInstructions(std::set<Instruction*> &Insts);
189   };
190   RegisterPass<LoopStrengthReduce> X("loop-reduce", "Loop Strength Reduction");
191 }
192
193 LoopPass *llvm::createLoopStrengthReducePass(const TargetLowering *TLI) {
194   return new LoopStrengthReduce(TLI);
195 }
196
197 /// getCastedVersionOf - Return the specified value casted to uintptr_t. This
198 /// assumes that the Value* V is of integer or pointer type only.
199 ///
200 Value *LoopStrengthReduce::getCastedVersionOf(Instruction::CastOps opcode, 
201                                               Value *V) {
202   if (V->getType() == UIntPtrTy) return V;
203   if (Constant *CB = dyn_cast<Constant>(V))
204     return ConstantExpr::getCast(opcode, CB, UIntPtrTy);
205
206   Value *&New = CastedPointers[V];
207   if (New) return New;
208   
209   New = SCEVExpander::InsertCastOfTo(opcode, V, UIntPtrTy);
210   DeadInsts.insert(cast<Instruction>(New));
211   return New;
212 }
213
214
215 /// DeleteTriviallyDeadInstructions - If any of the instructions is the
216 /// specified set are trivially dead, delete them and see if this makes any of
217 /// their operands subsequently dead.
218 void LoopStrengthReduce::
219 DeleteTriviallyDeadInstructions(std::set<Instruction*> &Insts) {
220   while (!Insts.empty()) {
221     Instruction *I = *Insts.begin();
222     Insts.erase(Insts.begin());
223     if (isInstructionTriviallyDead(I)) {
224       for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i)
225         if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(i)))
226           Insts.insert(U);
227       SE->deleteInstructionFromRecords(I);
228       I->eraseFromParent();
229       Changed = true;
230     }
231   }
232 }
233
234
235 /// GetExpressionSCEV - Compute and return the SCEV for the specified
236 /// instruction.
237 SCEVHandle LoopStrengthReduce::GetExpressionSCEV(Instruction *Exp, Loop *L) {
238   // Scalar Evolutions doesn't know how to compute SCEV's for GEP instructions.
239   // If this is a GEP that SE doesn't know about, compute it now and insert it.
240   // If this is not a GEP, or if we have already done this computation, just let
241   // SE figure it out.
242   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Exp);
243   if (!GEP || SE->hasSCEV(GEP))
244     return SE->getSCEV(Exp);
245     
246   // Analyze all of the subscripts of this getelementptr instruction, looking
247   // for uses that are determined by the trip count of L.  First, skip all
248   // operands the are not dependent on the IV.
249
250   // Build up the base expression.  Insert an LLVM cast of the pointer to
251   // uintptr_t first.
252   SCEVHandle GEPVal = SCEVUnknown::get(
253       getCastedVersionOf(Instruction::PtrToInt, GEP->getOperand(0)));
254
255   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
256   
257   for (unsigned i = 1, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i, ++GTI) {
258     // If this is a use of a recurrence that we can analyze, and it comes before
259     // Op does in the GEP operand list, we will handle this when we process this
260     // operand.
261     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
262       const StructLayout *SL = TD->getStructLayout(STy);
263       unsigned Idx = cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))->getZExtValue();
264       uint64_t Offset = SL->getElementOffset(Idx);
265       GEPVal = SCEVAddExpr::get(GEPVal,
266                                 SCEVUnknown::getIntegerSCEV(Offset, UIntPtrTy));
267     } else {
268       unsigned GEPOpiBits = 
269         GEP->getOperand(i)->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
270       unsigned IntPtrBits = UIntPtrTy->getPrimitiveSizeInBits();
271       Instruction::CastOps opcode = (GEPOpiBits < IntPtrBits ? 
272           Instruction::SExt : (GEPOpiBits > IntPtrBits ? Instruction::Trunc :
273             Instruction::BitCast));
274       Value *OpVal = getCastedVersionOf(opcode, GEP->getOperand(i));
275       SCEVHandle Idx = SE->getSCEV(OpVal);
276
277       uint64_t TypeSize = TD->getTypeSize(GTI.getIndexedType());
278       if (TypeSize != 1)
279         Idx = SCEVMulExpr::get(Idx,
280                                SCEVConstant::get(ConstantInt::get(UIntPtrTy,
281                                                                    TypeSize)));
282       GEPVal = SCEVAddExpr::get(GEPVal, Idx);
283     }
284   }
285
286   SE->setSCEV(GEP, GEPVal);
287   return GEPVal;
288 }
289
290 /// getSCEVStartAndStride - Compute the start and stride of this expression,
291 /// returning false if the expression is not a start/stride pair, or true if it
292 /// is.  The stride must be a loop invariant expression, but the start may be
293 /// a mix of loop invariant and loop variant expressions.
294 static bool getSCEVStartAndStride(const SCEVHandle &SH, Loop *L,
295                                   SCEVHandle &Start, SCEVHandle &Stride) {
296   SCEVHandle TheAddRec = Start;   // Initialize to zero.
297
298   // If the outer level is an AddExpr, the operands are all start values except
299   // for a nested AddRecExpr.
300   if (SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(SH)) {
301     for (unsigned i = 0, e = AE->getNumOperands(); i != e; ++i)
302       if (SCEVAddRecExpr *AddRec =
303              dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(AE->getOperand(i))) {
304         if (AddRec->getLoop() == L)
305           TheAddRec = SCEVAddExpr::get(AddRec, TheAddRec);
306         else
307           return false;  // Nested IV of some sort?
308       } else {
309         Start = SCEVAddExpr::get(Start, AE->getOperand(i));
310       }
311         
312   } else if (isa<SCEVAddRecExpr>(SH)) {
313     TheAddRec = SH;
314   } else {
315     return false;  // not analyzable.
316   }
317   
318   SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(TheAddRec);
319   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L) return false;
320   
321   // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
322   if (!AddRec->isAffine()) return false;
323
324   Start = SCEVAddExpr::get(Start, AddRec->getOperand(0));
325   
326   if (!isa<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1)))
327     DOUT << "[" << L->getHeader()->getName()
328          << "] Variable stride: " << *AddRec << "\n";
329
330   Stride = AddRec->getOperand(1);
331   return true;
332 }
333
334 /// IVUseShouldUsePostIncValue - We have discovered a "User" of an IV expression
335 /// and now we need to decide whether the user should use the preinc or post-inc
336 /// value.  If this user should use the post-inc version of the IV, return true.
337 ///
338 /// Choosing wrong here can break dominance properties (if we choose to use the
339 /// post-inc value when we cannot) or it can end up adding extra live-ranges to
340 /// the loop, resulting in reg-reg copies (if we use the pre-inc value when we
341 /// should use the post-inc value).
342 static bool IVUseShouldUsePostIncValue(Instruction *User, Instruction *IV,
343                                        Loop *L, ETForest *EF, Pass *P) {
344   // If the user is in the loop, use the preinc value.
345   if (L->contains(User->getParent())) return false;
346   
347   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
348   
349   // Ok, the user is outside of the loop.  If it is dominated by the latch
350   // block, use the post-inc value.
351   if (EF->dominates(LatchBlock, User->getParent()))
352     return true;
353
354   // There is one case we have to be careful of: PHI nodes.  These little guys
355   // can live in blocks that do not dominate the latch block, but (since their
356   // uses occur in the predecessor block, not the block the PHI lives in) should
357   // still use the post-inc value.  Check for this case now.
358   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User);
359   if (!PN) return false;  // not a phi, not dominated by latch block.
360   
361   // Look at all of the uses of IV by the PHI node.  If any use corresponds to
362   // a block that is not dominated by the latch block, give up and use the
363   // preincremented value.
364   unsigned NumUses = 0;
365   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
366     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
367       ++NumUses;
368       if (!EF->dominates(LatchBlock, PN->getIncomingBlock(i)))
369         return false;
370     }
371
372   // Okay, all uses of IV by PN are in predecessor blocks that really are
373   // dominated by the latch block.  Split the critical edges and use the
374   // post-incremented value.
375   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
376     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
377       SplitCriticalEdge(PN->getIncomingBlock(i), PN->getParent(), P,
378                         true);
379       // Splitting the critical edge can reduce the number of entries in this
380       // PHI.
381       e = PN->getNumIncomingValues();
382       if (--NumUses == 0) break;
383     }
384   
385   return true;
386 }
387
388   
389
390 /// AddUsersIfInteresting - Inspect the specified instruction.  If it is a
391 /// reducible SCEV, recursively add its users to the IVUsesByStride set and
392 /// return true.  Otherwise, return false.
393 bool LoopStrengthReduce::AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
394                                             std::set<Instruction*> &Processed) {
395   if (!I->getType()->isInteger() && !isa<PointerType>(I->getType()))
396       return false;   // Void and FP expressions cannot be reduced.
397   if (!Processed.insert(I).second)
398     return true;    // Instruction already handled.
399   
400   // Get the symbolic expression for this instruction.
401   SCEVHandle ISE = GetExpressionSCEV(I, L);
402   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(ISE)) return false;
403   
404   // Get the start and stride for this expression.
405   SCEVHandle Start = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, ISE->getType());
406   SCEVHandle Stride = Start;
407   if (!getSCEVStartAndStride(ISE, L, Start, Stride))
408     return false;  // Non-reducible symbolic expression, bail out.
409
410   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E;) {
411     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
412
413     // Increment iterator now because IVUseShouldUsePostIncValue may remove 
414     // User from the list of I users.
415     ++UI;
416
417     // Do not infinitely recurse on PHI nodes.
418     if (isa<PHINode>(User) && Processed.count(User))
419       continue;
420
421     // If this is an instruction defined in a nested loop, or outside this loop,
422     // don't recurse into it.
423     bool AddUserToIVUsers = false;
424     if (LI->getLoopFor(User->getParent()) != L) {
425       DOUT << "FOUND USER in other loop: " << *User
426            << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
427       AddUserToIVUsers = true;
428     } else if (!AddUsersIfInteresting(User, L, Processed)) {
429       DOUT << "FOUND USER: " << *User
430            << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
431       AddUserToIVUsers = true;
432     }
433
434     if (AddUserToIVUsers) {
435       IVUsersOfOneStride &StrideUses = IVUsesByStride[Stride];
436       if (StrideUses.Users.empty())     // First occurance of this stride?
437         StrideOrder.push_back(Stride);
438       
439       // Okay, we found a user that we cannot reduce.  Analyze the instruction
440       // and decide what to do with it.  If we are a use inside of the loop, use
441       // the value before incrementation, otherwise use it after incrementation.
442       if (IVUseShouldUsePostIncValue(User, I, L, EF, this)) {
443         // The value used will be incremented by the stride more than we are
444         // expecting, so subtract this off.
445         SCEVHandle NewStart = SCEV::getMinusSCEV(Start, Stride);
446         StrideUses.addUser(NewStart, User, I);
447         StrideUses.Users.back().isUseOfPostIncrementedValue = true;
448         DOUT << "   USING POSTINC SCEV, START=" << *NewStart<< "\n";
449       } else {        
450         StrideUses.addUser(Start, User, I);
451       }
452     }
453   }
454   return true;
455 }
456
457 namespace {
458   /// BasedUser - For a particular base value, keep information about how we've
459   /// partitioned the expression so far.
460   struct BasedUser {
461     /// Base - The Base value for the PHI node that needs to be inserted for
462     /// this use.  As the use is processed, information gets moved from this
463     /// field to the Imm field (below).  BasedUser values are sorted by this
464     /// field.
465     SCEVHandle Base;
466     
467     /// Inst - The instruction using the induction variable.
468     Instruction *Inst;
469
470     /// OperandValToReplace - The operand value of Inst to replace with the
471     /// EmittedBase.
472     Value *OperandValToReplace;
473
474     /// Imm - The immediate value that should be added to the base immediately
475     /// before Inst, because it will be folded into the imm field of the
476     /// instruction.
477     SCEVHandle Imm;
478
479     /// EmittedBase - The actual value* to use for the base value of this
480     /// operation.  This is null if we should just use zero so far.
481     Value *EmittedBase;
482
483     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
484     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
485     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
486     // instruction for a loop and uses outside the loop that are dominated by
487     // the loop.
488     bool isUseOfPostIncrementedValue;
489     
490     BasedUser(IVStrideUse &IVSU)
491       : Base(IVSU.Offset), Inst(IVSU.User), 
492         OperandValToReplace(IVSU.OperandValToReplace), 
493         Imm(SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Base->getType())), EmittedBase(0),
494         isUseOfPostIncrementedValue(IVSU.isUseOfPostIncrementedValue) {}
495
496     // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
497     // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
498     // to it.
499     void RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
500                                         SCEVExpander &Rewriter, Loop *L,
501                                         Pass *P);
502     
503     Value *InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
504                                        SCEVExpander &Rewriter,
505                                        Instruction *IP, Loop *L);
506     void dump() const;
507   };
508 }
509
510 void BasedUser::dump() const {
511   cerr << " Base=" << *Base;
512   cerr << " Imm=" << *Imm;
513   if (EmittedBase)
514     cerr << "  EB=" << *EmittedBase;
515
516   cerr << "   Inst: " << *Inst;
517 }
518
519 Value *BasedUser::InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
520                                               SCEVExpander &Rewriter,
521                                               Instruction *IP, Loop *L) {
522   // Figure out where we *really* want to insert this code.  In particular, if
523   // the user is inside of a loop that is nested inside of L, we really don't
524   // want to insert this expression before the user, we'd rather pull it out as
525   // many loops as possible.
526   LoopInfo &LI = Rewriter.getLoopInfo();
527   Instruction *BaseInsertPt = IP;
528   
529   // Figure out the most-nested loop that IP is in.
530   Loop *InsertLoop = LI.getLoopFor(IP->getParent());
531   
532   // If InsertLoop is not L, and InsertLoop is nested inside of L, figure out
533   // the preheader of the outer-most loop where NewBase is not loop invariant.
534   while (InsertLoop && NewBase->isLoopInvariant(InsertLoop)) {
535     BaseInsertPt = InsertLoop->getLoopPreheader()->getTerminator();
536     InsertLoop = InsertLoop->getParentLoop();
537   }
538   
539   // If there is no immediate value, skip the next part.
540   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Imm))
541     if (SC->getValue()->isZero())
542       return Rewriter.expandCodeFor(NewBase, BaseInsertPt,
543                                     OperandValToReplace->getType());
544
545   Value *Base = Rewriter.expandCodeFor(NewBase, BaseInsertPt);
546   
547   // Always emit the immediate (if non-zero) into the same block as the user.
548   SCEVHandle NewValSCEV = SCEVAddExpr::get(SCEVUnknown::get(Base), Imm);
549   return Rewriter.expandCodeFor(NewValSCEV, IP,
550                                 OperandValToReplace->getType());
551 }
552
553
554 // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
555 // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
556 // to it.
557 void BasedUser::RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
558                                                SCEVExpander &Rewriter,
559                                                Loop *L, Pass *P) {
560   if (!isa<PHINode>(Inst)) {
561     Value *NewVal = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, Rewriter, Inst, L);
562     // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
563     Inst->replaceUsesOfWith(OperandValToReplace, NewVal);
564     DOUT << "    CHANGED: IMM =" << *Imm << "  Inst = " << *Inst;
565     return;
566   }
567   
568   // PHI nodes are more complex.  We have to insert one copy of the NewBase+Imm
569   // expression into each operand block that uses it.  Note that PHI nodes can
570   // have multiple entries for the same predecessor.  We use a map to make sure
571   // that a PHI node only has a single Value* for each predecessor (which also
572   // prevents us from inserting duplicate code in some blocks).
573   std::map<BasicBlock*, Value*> InsertedCode;
574   PHINode *PN = cast<PHINode>(Inst);
575   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
576     if (PN->getIncomingValue(i) == OperandValToReplace) {
577       // If this is a critical edge, split the edge so that we do not insert the
578       // code on all predecessor/successor paths.  We do this unless this is the
579       // canonical backedge for this loop, as this can make some inserted code
580       // be in an illegal position.
581       BasicBlock *PHIPred = PN->getIncomingBlock(i);
582       if (e != 1 && PHIPred->getTerminator()->getNumSuccessors() > 1 &&
583           (PN->getParent() != L->getHeader() || !L->contains(PHIPred))) {
584         
585         // First step, split the critical edge.
586         SplitCriticalEdge(PHIPred, PN->getParent(), P, true);
587             
588         // Next step: move the basic block.  In particular, if the PHI node
589         // is outside of the loop, and PredTI is in the loop, we want to
590         // move the block to be immediately before the PHI block, not
591         // immediately after PredTI.
592         if (L->contains(PHIPred) && !L->contains(PN->getParent())) {
593           BasicBlock *NewBB = PN->getIncomingBlock(i);
594           NewBB->moveBefore(PN->getParent());
595         }
596         
597         // Splitting the edge can reduce the number of PHI entries we have.
598         e = PN->getNumIncomingValues();
599       }
600
601       Value *&Code = InsertedCode[PN->getIncomingBlock(i)];
602       if (!Code) {
603         // Insert the code into the end of the predecessor block.
604         Instruction *InsertPt = PN->getIncomingBlock(i)->getTerminator();
605         Code = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, Rewriter, InsertPt, L);
606       }
607       
608       // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
609       PN->setIncomingValue(i, Code);
610       Rewriter.clear();
611     }
612   }
613   DOUT << "    CHANGED: IMM =" << *Imm << "  Inst = " << *Inst;
614 }
615
616
617 /// isTargetConstant - Return true if the following can be referenced by the
618 /// immediate field of a target instruction.
619 static bool isTargetConstant(const SCEVHandle &V, const Type *UseTy,
620                              const TargetLowering *TLI) {
621   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
622     int64_t VC = SC->getValue()->getSExtValue();
623     if (TLI)
624       return TLI->isLegalAddressImmediate(VC, UseTy);
625     else
626       // Defaults to PPC. PPC allows a sign-extended 16-bit immediate field.
627       return (VC > -(1 << 16) && VC < (1 << 16)-1);
628   }
629
630   if (SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V))
631     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(SU->getValue()))
632       if (CE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt) {
633         Constant *Op0 = CE->getOperand(0);
634         if (isa<GlobalValue>(Op0) && TLI &&
635             TLI->isLegalAddressImmediate(cast<GlobalValue>(Op0)))
636           return true;
637       }
638   return false;
639 }
640
641 /// MoveLoopVariantsToImediateField - Move any subexpressions from Val that are
642 /// loop varying to the Imm operand.
643 static void MoveLoopVariantsToImediateField(SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
644                                             Loop *L) {
645   if (Val->isLoopInvariant(L)) return;  // Nothing to do.
646   
647   if (SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
648     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
649     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
650     
651     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i)
652       if (!SAE->getOperand(i)->isLoopInvariant(L)) {
653         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
654         // field of the expression.
655         Imm = SCEVAddExpr::get(Imm, SAE->getOperand(i));
656       } else {
657         NewOps.push_back(SAE->getOperand(i));
658       }
659
660     if (NewOps.empty())
661       Val = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Val->getType());
662     else
663       Val = SCEVAddExpr::get(NewOps);
664   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
665     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
666     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
667     MoveLoopVariantsToImediateField(Start, Imm, L);
668     
669     std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
670     Ops[0] = Start;
671     Val = SCEVAddRecExpr::get(Ops, SARE->getLoop());
672   } else {
673     // Otherwise, all of Val is variant, move the whole thing over.
674     Imm = SCEVAddExpr::get(Imm, Val);
675     Val = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Val->getType());
676   }
677 }
678
679
680 /// MoveImmediateValues - Look at Val, and pull out any additions of constants
681 /// that can fit into the immediate field of instructions in the target.
682 /// Accumulate these immediate values into the Imm value.
683 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
684                                 Instruction *User,
685                                 SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
686                                 bool isAddress, Loop *L) {
687   const Type *UseTy = User->getType();
688   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User))
689     UseTy = SI->getOperand(0)->getType();
690
691   if (SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
692     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
693     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
694     
695     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i) {
696       SCEVHandle NewOp = SAE->getOperand(i);
697       MoveImmediateValues(TLI, User, NewOp, Imm, isAddress, L);
698       
699       if (!NewOp->isLoopInvariant(L)) {
700         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
701         // field of the expression.
702         Imm = SCEVAddExpr::get(Imm, NewOp);
703       } else {
704         NewOps.push_back(NewOp);
705       }
706     }
707
708     if (NewOps.empty())
709       Val = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Val->getType());
710     else
711       Val = SCEVAddExpr::get(NewOps);
712     return;
713   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
714     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
715     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
716     MoveImmediateValues(TLI, User, Start, Imm, isAddress, L);
717     
718     if (Start != SARE->getStart()) {
719       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
720       Ops[0] = Start;
721       Val = SCEVAddRecExpr::get(Ops, SARE->getLoop());
722     }
723     return;
724   } else if (SCEVMulExpr *SME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Val)) {
725     // Transform "8 * (4 + v)" -> "32 + 8*V" if "32" fits in the immed field.
726     if (isAddress && isTargetConstant(SME->getOperand(0), UseTy, TLI) &&
727         SME->getNumOperands() == 2 && SME->isLoopInvariant(L)) {
728
729       SCEVHandle SubImm = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Val->getType());
730       SCEVHandle NewOp = SME->getOperand(1);
731       MoveImmediateValues(TLI, User, NewOp, SubImm, isAddress, L);
732       
733       // If we extracted something out of the subexpressions, see if we can 
734       // simplify this!
735       if (NewOp != SME->getOperand(1)) {
736         // Scale SubImm up by "8".  If the result is a target constant, we are
737         // good.
738         SubImm = SCEVMulExpr::get(SubImm, SME->getOperand(0));
739         if (isTargetConstant(SubImm, UseTy, TLI)) {
740           // Accumulate the immediate.
741           Imm = SCEVAddExpr::get(Imm, SubImm);
742           
743           // Update what is left of 'Val'.
744           Val = SCEVMulExpr::get(SME->getOperand(0), NewOp);
745           return;
746         }
747       }
748     }
749   }
750
751   // Loop-variant expressions must stay in the immediate field of the
752   // expression.
753   if ((isAddress && isTargetConstant(Val, UseTy, TLI)) ||
754       !Val->isLoopInvariant(L)) {
755     Imm = SCEVAddExpr::get(Imm, Val);
756     Val = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Val->getType());
757     return;
758   }
759
760   // Otherwise, no immediates to move.
761 }
762
763
764 /// SeparateSubExprs - Decompose Expr into all of the subexpressions that are
765 /// added together.  This is used to reassociate common addition subexprs
766 /// together for maximal sharing when rewriting bases.
767 static void SeparateSubExprs(std::vector<SCEVHandle> &SubExprs,
768                              SCEVHandle Expr) {
769   if (SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Expr)) {
770     for (unsigned j = 0, e = AE->getNumOperands(); j != e; ++j)
771       SeparateSubExprs(SubExprs, AE->getOperand(j));
772   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Expr)) {
773     SCEVHandle Zero = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Expr->getType());
774     if (SARE->getOperand(0) == Zero) {
775       SubExprs.push_back(Expr);
776     } else {
777       // Compute the addrec with zero as its base.
778       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
779       Ops[0] = Zero;   // Start with zero base.
780       SubExprs.push_back(SCEVAddRecExpr::get(Ops, SARE->getLoop()));
781       
782
783       SeparateSubExprs(SubExprs, SARE->getOperand(0));
784     }
785   } else if (!isa<SCEVConstant>(Expr) ||
786              !cast<SCEVConstant>(Expr)->getValue()->isZero()) {
787     // Do not add zero.
788     SubExprs.push_back(Expr);
789   }
790 }
791
792
793 /// RemoveCommonExpressionsFromUseBases - Look through all of the uses in Bases,
794 /// removing any common subexpressions from it.  Anything truly common is
795 /// removed, accumulated, and returned.  This looks for things like (a+b+c) and
796 /// (a+c+d) -> (a+c).  The common expression is *removed* from the Bases.
797 static SCEVHandle 
798 RemoveCommonExpressionsFromUseBases(std::vector<BasedUser> &Uses) {
799   unsigned NumUses = Uses.size();
800
801   // Only one use?  Use its base, regardless of what it is!
802   SCEVHandle Zero = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Uses[0].Base->getType());
803   SCEVHandle Result = Zero;
804   if (NumUses == 1) {
805     std::swap(Result, Uses[0].Base);
806     return Result;
807   }
808
809   // To find common subexpressions, count how many of Uses use each expression.
810   // If any subexpressions are used Uses.size() times, they are common.
811   std::map<SCEVHandle, unsigned> SubExpressionUseCounts;
812   
813   // UniqueSubExprs - Keep track of all of the subexpressions we see in the
814   // order we see them.
815   std::vector<SCEVHandle> UniqueSubExprs;
816
817   std::vector<SCEVHandle> SubExprs;
818   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
819     // If the base is zero (which is common), return zero now, there are no
820     // CSEs we can find.
821     if (Uses[i].Base == Zero) return Zero;
822
823     // Split the expression into subexprs.
824     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base);
825     // Add one to SubExpressionUseCounts for each subexpr present.
826     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
827       if (++SubExpressionUseCounts[SubExprs[j]] == 1)
828         UniqueSubExprs.push_back(SubExprs[j]);
829     SubExprs.clear();
830   }
831
832   // Now that we know how many times each is used, build Result.  Iterate over
833   // UniqueSubexprs so that we have a stable ordering.
834   for (unsigned i = 0, e = UniqueSubExprs.size(); i != e; ++i) {
835     std::map<SCEVHandle, unsigned>::iterator I = 
836        SubExpressionUseCounts.find(UniqueSubExprs[i]);
837     assert(I != SubExpressionUseCounts.end() && "Entry not found?");
838     if (I->second == NumUses) {  // Found CSE!
839       Result = SCEVAddExpr::get(Result, I->first);
840     } else {
841       // Remove non-cse's from SubExpressionUseCounts.
842       SubExpressionUseCounts.erase(I);
843     }
844   }
845   
846   // If we found no CSE's, return now.
847   if (Result == Zero) return Result;
848   
849   // Otherwise, remove all of the CSE's we found from each of the base values.
850   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
851     // Split the expression into subexprs.
852     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base);
853
854     // Remove any common subexpressions.
855     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
856       if (SubExpressionUseCounts.count(SubExprs[j])) {
857         SubExprs.erase(SubExprs.begin()+j);
858         --j; --e;
859       }
860     
861     // Finally, the non-shared expressions together.
862     if (SubExprs.empty())
863       Uses[i].Base = Zero;
864     else
865       Uses[i].Base = SCEVAddExpr::get(SubExprs);
866     SubExprs.clear();
867   }
868  
869   return Result;
870 }
871
872 /// isZero - returns true if the scalar evolution expression is zero.
873 ///
874 static bool isZero(SCEVHandle &V) {
875   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
876     return SC->getValue()->isZero();
877   return false;
878 }
879
880 /// ValidStride - Check whether the given Scale is valid for all loads and 
881 /// stores in UsersToProcess.  Pulled into a function to avoid disturbing the
882 /// sensibilities of those who dislike goto's.
883 ///
884 bool LoopStrengthReduce::ValidStride(int64_t Scale, 
885                                const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
886   for (unsigned i=0, e = UsersToProcess.size(); i!=e; ++i)
887     if (!TLI->isLegalAddressScale(Scale, UsersToProcess[i].Inst->getType()))
888       return false;
889   return true;
890 }
891
892 /// CheckForIVReuse - Returns the multiple if the stride is the multiple
893 /// of a previous stride and it is a legal value for the target addressing
894 /// mode scale component. This allows the users of this stride to be rewritten
895 /// as prev iv * factor. It returns 0 if no reuse is possible.
896 unsigned LoopStrengthReduce::CheckForIVReuse(const SCEVHandle &Stride, 
897                                 IVExpr &IV, const Type *Ty,
898                                 const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
899   if (!TLI) return 0;
900
901   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Stride)) {
902     int64_t SInt = SC->getValue()->getSExtValue();
903     if (SInt == 1) return 0;
904
905     for (std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI= IVsByStride.begin(),
906            SE = IVsByStride.end(); SI != SE; ++SI) {
907       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
908       if (unsigned(abs(SInt)) < SSInt || (SInt % SSInt) != 0)
909         continue;
910       int64_t Scale = SInt / SSInt;
911       // Check that this stride is valid for all the types used for loads and
912       // stores; if it can be used for some and not others, we might as well use
913       // the original stride everywhere, since we have to create the IV for it
914       // anyway.
915       if (ValidStride(Scale, UsersToProcess))
916         for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
917                IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
918           // FIXME: Only handle base == 0 for now.
919           // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion.
920           if (isZero(II->Base) && II->Base->getType() == Ty) {
921             IV = *II;
922             return Scale;
923           }
924     }
925   }
926   return 0;
927 }
928
929 /// PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue - Simple boolean predicate that
930 /// returns true if Val's isUseOfPostIncrementedValue is true.
931 static bool PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue(const BasedUser &Val) {
932   return Val.isUseOfPostIncrementedValue;
933 }
934
935 /// StrengthReduceStridedIVUsers - Strength reduce all of the users of a single
936 /// stride of IV.  All of the users may have different starting values, and this
937 /// may not be the only stride (we know it is if isOnlyStride is true).
938 void LoopStrengthReduce::StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
939                                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
940                                                       Loop *L,
941                                                       bool isOnlyStride) {
942   // Transform our list of users and offsets to a bit more complex table.  In
943   // this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base' the base of the
944   // strided accessas well as the old information from Uses.  We progressively
945   // move information from the Base field to the Imm field, until we eventually
946   // have the full access expression to rewrite the use.
947   std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
948   UsersToProcess.reserve(Uses.Users.size());
949   for (unsigned i = 0, e = Uses.Users.size(); i != e; ++i) {
950     UsersToProcess.push_back(Uses.Users[i]);
951     
952     // Move any loop invariant operands from the offset field to the immediate
953     // field of the use, so that we don't try to use something before it is
954     // computed.
955     MoveLoopVariantsToImediateField(UsersToProcess.back().Base,
956                                     UsersToProcess.back().Imm, L);
957     assert(UsersToProcess.back().Base->isLoopInvariant(L) &&
958            "Base value is not loop invariant!");
959   }
960
961   // We now have a whole bunch of uses of like-strided induction variables, but
962   // they might all have different bases.  We want to emit one PHI node for this
963   // stride which we fold as many common expressions (between the IVs) into as
964   // possible.  Start by identifying the common expressions in the base values 
965   // for the strides (e.g. if we have "A+C+B" and "A+B+D" as our bases, find
966   // "A+B"), emit it to the preheader, then remove the expression from the
967   // UsersToProcess base values.
968   SCEVHandle CommonExprs =
969     RemoveCommonExpressionsFromUseBases(UsersToProcess);
970   
971   // Check if it is possible to reuse a IV with stride that is factor of this
972   // stride. And the multiple is a number that can be encoded in the scale
973   // field of the target addressing mode.
974   PHINode *NewPHI = NULL;
975   Value   *IncV   = NULL;
976   IVExpr   ReuseIV;
977   unsigned RewriteFactor = CheckForIVReuse(Stride, ReuseIV,
978                                            CommonExprs->getType(),
979                                            UsersToProcess);
980   if (RewriteFactor != 0) {
981     DOUT << "BASED ON IV of STRIDE " << *ReuseIV.Stride
982          << " and BASE " << *ReuseIV.Base << " :\n";
983     NewPHI = ReuseIV.PHI;
984     IncV   = ReuseIV.IncV;
985   }
986
987   // Next, figure out what we can represent in the immediate fields of
988   // instructions.  If we can represent anything there, move it to the imm
989   // fields of the BasedUsers.  We do this so that it increases the commonality
990   // of the remaining uses.
991   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
992     // If the user is not in the current loop, this means it is using the exit
993     // value of the IV.  Do not put anything in the base, make sure it's all in
994     // the immediate field to allow as much factoring as possible.
995     if (!L->contains(UsersToProcess[i].Inst->getParent())) {
996       UsersToProcess[i].Imm = SCEVAddExpr::get(UsersToProcess[i].Imm,
997                                                UsersToProcess[i].Base);
998       UsersToProcess[i].Base = 
999         SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, UsersToProcess[i].Base->getType());
1000     } else {
1001       
1002       // Addressing modes can be folded into loads and stores.  Be careful that
1003       // the store is through the expression, not of the expression though.
1004       bool isAddress = isa<LoadInst>(UsersToProcess[i].Inst);
1005       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UsersToProcess[i].Inst))
1006         if (SI->getOperand(1) == UsersToProcess[i].OperandValToReplace)
1007           isAddress = true;
1008       
1009       MoveImmediateValues(TLI, UsersToProcess[i].Inst, UsersToProcess[i].Base,
1010                           UsersToProcess[i].Imm, isAddress, L);
1011     }
1012   }
1013
1014   // Now that we know what we need to do, insert the PHI node itself.
1015   //
1016   DOUT << "INSERTING IV of STRIDE " << *Stride << " and BASE "
1017        << *CommonExprs << " :\n";
1018
1019   SCEVExpander Rewriter(*SE, *LI);
1020   SCEVExpander PreheaderRewriter(*SE, *LI);
1021   
1022   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
1023   Instruction *PreInsertPt = Preheader->getTerminator();
1024   Instruction *PhiInsertBefore = L->getHeader()->begin();
1025   
1026   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1027
1028   const Type *ReplacedTy = CommonExprs->getType();
1029
1030   // Emit the initial base value into the loop preheader.
1031   Value *CommonBaseV
1032     = PreheaderRewriter.expandCodeFor(CommonExprs, PreInsertPt,
1033                                       ReplacedTy);
1034
1035   if (RewriteFactor == 0) {
1036     // Create a new Phi for this base, and stick it in the loop header.
1037     NewPHI = new PHINode(ReplacedTy, "iv.", PhiInsertBefore);
1038     ++NumInserted;
1039   
1040     // Add common base to the new Phi node.
1041     NewPHI->addIncoming(CommonBaseV, Preheader);
1042
1043     // Insert the stride into the preheader.
1044     Value *StrideV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(Stride, PreInsertPt,
1045                                                      ReplacedTy);
1046     if (!isa<ConstantInt>(StrideV)) ++NumVariable;
1047
1048     // Emit the increment of the base value before the terminator of the loop
1049     // latch block, and add it to the Phi node.
1050     SCEVHandle IncExp = SCEVAddExpr::get(SCEVUnknown::get(NewPHI),
1051                                          SCEVUnknown::get(StrideV));
1052   
1053     IncV = Rewriter.expandCodeFor(IncExp, LatchBlock->getTerminator(),
1054                                   ReplacedTy);
1055     IncV->setName(NewPHI->getName()+".inc");
1056     NewPHI->addIncoming(IncV, LatchBlock);
1057
1058     // Remember this in case a later stride is multiple of this.
1059     IVsByStride[Stride].addIV(Stride, CommonExprs, NewPHI, IncV);
1060   } else {
1061     Constant *C = dyn_cast<Constant>(CommonBaseV);
1062     if (!C ||
1063         (!C->isNullValue() &&
1064          !isTargetConstant(SCEVUnknown::get(CommonBaseV), ReplacedTy, TLI)))
1065       // We want the common base emitted into the preheader! This is just
1066       // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1067       CommonBaseV = new BitCastInst(CommonBaseV, CommonBaseV->getType(), 
1068                                     "commonbase", PreInsertPt);
1069   }
1070
1071   // We want to emit code for users inside the loop first.  To do this, we
1072   // rearrange BasedUser so that the entries at the end have
1073   // isUseOfPostIncrementedValue = false, because we pop off the end of the
1074   // vector (so we handle them first).
1075   std::partition(UsersToProcess.begin(), UsersToProcess.end(),
1076                  PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue);
1077   
1078   // Sort this by base, so that things with the same base are handled
1079   // together.  By partitioning first and stable-sorting later, we are
1080   // guaranteed that within each base we will pop off users from within the
1081   // loop before users outside of the loop with a particular base.
1082   //
1083   // We would like to use stable_sort here, but we can't.  The problem is that
1084   // SCEVHandle's don't have a deterministic ordering w.r.t to each other, so
1085   // we don't have anything to do a '<' comparison on.  Because we think the
1086   // number of uses is small, do a horrible bubble sort which just relies on
1087   // ==.
1088   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1089     // Get a base value.
1090     SCEVHandle Base = UsersToProcess[i].Base;
1091     
1092     // Compact everything with this base to be consequetive with this one.
1093     for (unsigned j = i+1; j != e; ++j) {
1094       if (UsersToProcess[j].Base == Base) {
1095         std::swap(UsersToProcess[i+1], UsersToProcess[j]);
1096         ++i;
1097       }
1098     }
1099   }
1100
1101   // Process all the users now.  This outer loop handles all bases, the inner
1102   // loop handles all users of a particular base.
1103   while (!UsersToProcess.empty()) {
1104     SCEVHandle Base = UsersToProcess.back().Base;
1105
1106     DOUT << "  INSERTING code for BASE = " << *Base << ":\n";
1107    
1108     // Emit the code for Base into the preheader.
1109     Value *BaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(Base, PreInsertPt,
1110                                                    ReplacedTy);
1111     
1112     // If BaseV is a constant other than 0, make sure that it gets inserted into
1113     // the preheader, instead of being forward substituted into the uses.  We do
1114     // this by forcing a BitCast (noop cast) to be inserted into the preheader 
1115     // in this case.
1116     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(BaseV)) {
1117       if (!C->isNullValue() && !isTargetConstant(Base, ReplacedTy, TLI)) {
1118         // We want this constant emitted into the preheader! This is just
1119         // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1120         BaseV = new BitCastInst(BaseV, BaseV->getType(), "preheaderinsert",
1121                              PreInsertPt);       
1122       }
1123     }
1124
1125     // Emit the code to add the immediate offset to the Phi value, just before
1126     // the instructions that we identified as using this stride and base.
1127     do {
1128       // FIXME: Use emitted users to emit other users.
1129       BasedUser &User = UsersToProcess.back();
1130
1131       // If this instruction wants to use the post-incremented value, move it
1132       // after the post-inc and use its value instead of the PHI.
1133       Value *RewriteOp = NewPHI;
1134       if (User.isUseOfPostIncrementedValue) {
1135         RewriteOp = IncV;
1136
1137         // If this user is in the loop, make sure it is the last thing in the
1138         // loop to ensure it is dominated by the increment.
1139         if (L->contains(User.Inst->getParent()))
1140           User.Inst->moveBefore(LatchBlock->getTerminator());
1141       }
1142       if (RewriteOp->getType() != ReplacedTy) {
1143         Instruction::CastOps opcode = Instruction::Trunc;
1144         if (ReplacedTy->getPrimitiveSizeInBits() ==
1145             RewriteOp->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1146           opcode = Instruction::BitCast;
1147         RewriteOp = SCEVExpander::InsertCastOfTo(opcode, RewriteOp, ReplacedTy);
1148       }
1149
1150       SCEVHandle RewriteExpr = SCEVUnknown::get(RewriteOp);
1151
1152       // Clear the SCEVExpander's expression map so that we are guaranteed
1153       // to have the code emitted where we expect it.
1154       Rewriter.clear();
1155
1156       // If we are reusing the iv, then it must be multiplied by a constant
1157       // factor take advantage of addressing mode scale component.
1158       if (RewriteFactor != 0) {
1159         RewriteExpr =
1160           SCEVMulExpr::get(SCEVUnknown::getIntegerSCEV(RewriteFactor,
1161                                                        RewriteExpr->getType()),
1162                            RewriteExpr);
1163
1164         // The common base is emitted in the loop preheader. But since we
1165         // are reusing an IV, it has not been used to initialize the PHI node.
1166         // Add it to the expression used to rewrite the uses.
1167         if (!isa<ConstantInt>(CommonBaseV) ||
1168             !cast<ConstantInt>(CommonBaseV)->isZero())
1169           RewriteExpr = SCEVAddExpr::get(RewriteExpr,
1170                                          SCEVUnknown::get(CommonBaseV));
1171       }
1172
1173       // Now that we know what we need to do, insert code before User for the
1174       // immediate and any loop-variant expressions.
1175       if (!isa<ConstantInt>(BaseV) || !cast<ConstantInt>(BaseV)->isZero())
1176         // Add BaseV to the PHI value if needed.
1177         RewriteExpr = SCEVAddExpr::get(RewriteExpr, SCEVUnknown::get(BaseV));
1178
1179       User.RewriteInstructionToUseNewBase(RewriteExpr, Rewriter, L, this);
1180
1181       // Mark old value we replaced as possibly dead, so that it is elminated
1182       // if we just replaced the last use of that value.
1183       DeadInsts.insert(cast<Instruction>(User.OperandValToReplace));
1184
1185       UsersToProcess.pop_back();
1186       ++NumReduced;
1187
1188       // If there are any more users to process with the same base, process them
1189       // now.  We sorted by base above, so we just have to check the last elt.
1190     } while (!UsersToProcess.empty() && UsersToProcess.back().Base == Base);
1191     // TODO: Next, find out which base index is the most common, pull it out.
1192   }
1193
1194   // IMPORTANT TODO: Figure out how to partition the IV's with this stride, but
1195   // different starting values, into different PHIs.
1196 }
1197
1198 // OptimizeIndvars - Now that IVUsesByStride is set up with all of the indvar
1199 // uses in the loop, look to see if we can eliminate some, in favor of using
1200 // common indvars for the different uses.
1201 void LoopStrengthReduce::OptimizeIndvars(Loop *L) {
1202   // TODO: implement optzns here.
1203
1204   // Finally, get the terminating condition for the loop if possible.  If we
1205   // can, we want to change it to use a post-incremented version of its
1206   // induction variable, to allow coalescing the live ranges for the IV into
1207   // one register value.
1208   PHINode *SomePHI = cast<PHINode>(L->getHeader()->begin());
1209   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
1210   BasicBlock *LatchBlock =
1211    SomePHI->getIncomingBlock(SomePHI->getIncomingBlock(0) == Preheader);
1212   BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(LatchBlock->getTerminator());
1213   if (!TermBr || TermBr->isUnconditional() || 
1214       !isa<ICmpInst>(TermBr->getCondition()))
1215     return;
1216   ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(TermBr->getCondition());
1217
1218   // Search IVUsesByStride to find Cond's IVUse if there is one.
1219   IVStrideUse *CondUse = 0;
1220   const SCEVHandle *CondStride = 0;
1221
1222   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e && !CondUse;
1223        ++Stride) {
1224     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1225       IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
1226     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1227     
1228     for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
1229            E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI)
1230       if (UI->User == Cond) {
1231         CondUse = &*UI;
1232         CondStride = &SI->first;
1233         // NOTE: we could handle setcc instructions with multiple uses here, but
1234         // InstCombine does it as well for simple uses, it's not clear that it
1235         // occurs enough in real life to handle.
1236         break;
1237       }
1238   }
1239   if (!CondUse) return;  // setcc doesn't use the IV.
1240
1241   // It's possible for the setcc instruction to be anywhere in the loop, and
1242   // possible for it to have multiple users.  If it is not immediately before
1243   // the latch block branch, move it.
1244   if (&*++BasicBlock::iterator(Cond) != (Instruction*)TermBr) {
1245     if (Cond->hasOneUse()) {   // Condition has a single use, just move it.
1246       Cond->moveBefore(TermBr);
1247     } else {
1248       // Otherwise, clone the terminating condition and insert into the loopend.
1249       Cond = cast<ICmpInst>(Cond->clone());
1250       Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
1251       LatchBlock->getInstList().insert(TermBr, Cond);
1252       
1253       // Clone the IVUse, as the old use still exists!
1254       IVUsesByStride[*CondStride].addUser(CondUse->Offset, Cond,
1255                                          CondUse->OperandValToReplace);
1256       CondUse = &IVUsesByStride[*CondStride].Users.back();
1257     }
1258   }
1259
1260   // If we get to here, we know that we can transform the setcc instruction to
1261   // use the post-incremented version of the IV, allowing us to coalesce the
1262   // live ranges for the IV correctly.
1263   CondUse->Offset = SCEV::getMinusSCEV(CondUse->Offset, *CondStride);
1264   CondUse->isUseOfPostIncrementedValue = true;
1265 }
1266
1267 namespace {
1268   // Constant strides come first which in turns are sorted by their absolute
1269   // values. If absolute values are the same, then positive strides comes first.
1270   // e.g.
1271   // 4, -1, X, 1, 2 ==> 1, -1, 2, 4, X
1272   struct StrideCompare {
1273     bool operator()(const SCEVHandle &LHS, const SCEVHandle &RHS) {
1274       SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS);
1275       SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS);
1276       if (LHSC && RHSC) {
1277         int64_t  LV = LHSC->getValue()->getSExtValue();
1278         int64_t  RV = RHSC->getValue()->getSExtValue();
1279         uint64_t ALV = (LV < 0) ? -LV : LV;
1280         uint64_t ARV = (RV < 0) ? -RV : RV;
1281         if (ALV == ARV)
1282           return LV > RV;
1283         else
1284           return ALV < ARV;
1285       }
1286       return (LHSC && !RHSC);
1287     }
1288   };
1289 }
1290
1291 bool LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
1292
1293   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
1294   EF = &getAnalysis<ETForest>();
1295   SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
1296   TD = &getAnalysis<TargetData>();
1297   UIntPtrTy = TD->getIntPtrType();
1298
1299   // Find all uses of induction variables in this loop, and catagorize
1300   // them by stride.  Start by finding all of the PHI nodes in the header for
1301   // this loop.  If they are induction variables, inspect their uses.
1302   std::set<Instruction*> Processed;   // Don't reprocess instructions.
1303   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ++I)
1304     AddUsersIfInteresting(I, L, Processed);
1305
1306   // If we have nothing to do, return.
1307   if (IVUsesByStride.empty()) return false;
1308
1309   // Optimize induction variables.  Some indvar uses can be transformed to use
1310   // strides that will be needed for other purposes.  A common example of this
1311   // is the exit test for the loop, which can often be rewritten to use the
1312   // computation of some other indvar to decide when to terminate the loop.
1313   OptimizeIndvars(L);
1314
1315
1316   // FIXME: We can widen subreg IV's here for RISC targets.  e.g. instead of
1317   // doing computation in byte values, promote to 32-bit values if safe.
1318
1319   // FIXME: Attempt to reuse values across multiple IV's.  In particular, we
1320   // could have something like "for(i) { foo(i*8); bar(i*16) }", which should be
1321   // codegened as "for (j = 0;; j+=8) { foo(j); bar(j+j); }" on X86/PPC.  Need
1322   // to be careful that IV's are all the same type.  Only works for intptr_t
1323   // indvars.
1324
1325   // If we only have one stride, we can more aggressively eliminate some things.
1326   bool HasOneStride = IVUsesByStride.size() == 1;
1327
1328 #ifndef NDEBUG
1329   DOUT << "\nLSR on ";
1330   DEBUG(L->dump());
1331 #endif
1332
1333   // IVsByStride keeps IVs for one particular loop.
1334   IVsByStride.clear();
1335
1336   // Sort the StrideOrder so we process larger strides first.
1337   std::stable_sort(StrideOrder.begin(), StrideOrder.end(), StrideCompare());
1338
1339   // Note: this processes each stride/type pair individually.  All users passed
1340   // into StrengthReduceStridedIVUsers have the same type AND stride.  Also,
1341   // node that we iterate over IVUsesByStride indirectly by using StrideOrder.
1342   // This extra layer of indirection makes the ordering of strides deterministic
1343   // - not dependent on map order.
1344   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e; ++Stride) {
1345     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1346       IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
1347     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1348     StrengthReduceStridedIVUsers(SI->first, SI->second, L, HasOneStride);
1349   }
1350
1351   // Clean up after ourselves
1352   if (!DeadInsts.empty()) {
1353     DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
1354
1355     BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
1356     PHINode *PN;
1357     while ((PN = dyn_cast<PHINode>(I))) {
1358       ++I;  // Preincrement iterator to avoid invalidating it when deleting PN.
1359       
1360       // At this point, we know that we have killed one or more GEP
1361       // instructions.  It is worth checking to see if the cann indvar is also
1362       // dead, so that we can remove it as well.  The requirements for the cann
1363       // indvar to be considered dead are:
1364       // 1. the cann indvar has one use
1365       // 2. the use is an add instruction
1366       // 3. the add has one use
1367       // 4. the add is used by the cann indvar
1368       // If all four cases above are true, then we can remove both the add and
1369       // the cann indvar.
1370       // FIXME: this needs to eliminate an induction variable even if it's being
1371       // compared against some value to decide loop termination.
1372       if (PN->hasOneUse()) {
1373         Instruction *BO = dyn_cast<Instruction>(*PN->use_begin());
1374         if (BO && (isa<BinaryOperator>(BO) || isa<CmpInst>(BO))) {
1375           if (BO->hasOneUse() && PN == *(BO->use_begin())) {
1376             DeadInsts.insert(BO);
1377             // Break the cycle, then delete the PHI.
1378             PN->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(PN->getType()));
1379             SE->deleteInstructionFromRecords(PN);
1380             PN->eraseFromParent();
1381           }
1382         }
1383       }
1384     }
1385     DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
1386   }
1387
1388   CastedPointers.clear();
1389   IVUsesByStride.clear();
1390   StrideOrder.clear();
1391   return false;
1392 }