remove the (x-y) < 0 comparison xform, it miscompiles
[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/SmallPtrSet.h"
35 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
36 #include "llvm/Support/Debug.h"
37 #include "llvm/Support/CommandLine.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
49 namespace {
50   // Hidden options for help debugging.
51   cl::opt<bool> AllowPHIIVReuse("lsr-allow-phi-iv-reuse",
52                                 cl::init(true), cl::Hidden);
53 }
54
55 namespace {
56
57   struct BasedUser;
58
59   /// IVStrideUse - Keep track of one use of a strided induction variable, where
60   /// the stride is stored externally.  The Offset member keeps track of the 
61   /// offset from the IV, User is the actual user of the operand, and
62   /// 'OperandValToReplace' is the operand of the User that is the use.
63   struct VISIBILITY_HIDDEN IVStrideUse {
64     SCEVHandle Offset;
65     Instruction *User;
66     Value *OperandValToReplace;
67
68     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
69     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
70     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
71     // instruction for a loop or uses dominated by the loop.
72     bool isUseOfPostIncrementedValue;
73     
74     IVStrideUse(const SCEVHandle &Offs, Instruction *U, Value *O)
75       : Offset(Offs), User(U), OperandValToReplace(O),
76         isUseOfPostIncrementedValue(false) {}
77   };
78   
79   /// IVUsersOfOneStride - This structure keeps track of all instructions that
80   /// have an operand that is based on the trip count multiplied by some stride.
81   /// The stride for all of these users is common and kept external to this
82   /// structure.
83   struct VISIBILITY_HIDDEN IVUsersOfOneStride {
84     /// Users - Keep track of all of the users of this stride as well as the
85     /// initial value and the operand that uses the IV.
86     std::vector<IVStrideUse> Users;
87     
88     void addUser(const SCEVHandle &Offset,Instruction *User, Value *Operand) {
89       Users.push_back(IVStrideUse(Offset, User, Operand));
90     }
91   };
92
93   /// IVInfo - This structure keeps track of one IV expression inserted during
94   /// StrengthReduceStridedIVUsers. It contains the stride, the common base, as
95   /// well as the PHI node and increment value created for rewrite.
96   struct VISIBILITY_HIDDEN IVExpr {
97     SCEVHandle  Stride;
98     SCEVHandle  Base;
99     PHINode    *PHI;
100     Value      *IncV;
101
102     IVExpr(const SCEVHandle &stride, const SCEVHandle &base, PHINode *phi,
103            Value *incv)
104       : Stride(stride), Base(base), PHI(phi), IncV(incv) {}
105   };
106
107   /// IVsOfOneStride - This structure keeps track of all IV expression inserted
108   /// during StrengthReduceStridedIVUsers for a particular stride of the IV.
109   struct VISIBILITY_HIDDEN IVsOfOneStride {
110     std::vector<IVExpr> IVs;
111
112     void addIV(const SCEVHandle &Stride, const SCEVHandle &Base, PHINode *PHI,
113                Value *IncV) {
114       IVs.push_back(IVExpr(Stride, Base, PHI, IncV));
115     }
116   };
117
118   class VISIBILITY_HIDDEN LoopStrengthReduce : public LoopPass {
119     LoopInfo *LI;
120     DominatorTree *DT;
121     ScalarEvolution *SE;
122     const TargetData *TD;
123     const Type *UIntPtrTy;
124     bool Changed;
125
126     /// IVUsesByStride - Keep track of all uses of induction variables that we
127     /// are interested in.  The key of the map is the stride of the access.
128     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride> IVUsesByStride;
129
130     /// IVsByStride - Keep track of all IVs that have been inserted for a
131     /// particular stride.
132     std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride> IVsByStride;
133
134     /// StrideOrder - An ordering of the keys in IVUsesByStride that is stable:
135     /// We use this to iterate over the IVUsesByStride collection without being
136     /// dependent on random ordering of pointers in the process.
137     SmallVector<SCEVHandle, 16> StrideOrder;
138
139     /// CastedValues - As we need to cast values to uintptr_t, this keeps track
140     /// of the casted version of each value.  This is accessed by
141     /// getCastedVersionOf.
142     DenseMap<Value*, Value*> CastedPointers;
143
144     /// DeadInsts - Keep track of instructions we may have made dead, so that
145     /// we can remove them after we are done working.
146     SmallPtrSet<Instruction*,16> DeadInsts;
147
148     /// TLI - Keep a pointer of a TargetLowering to consult for determining
149     /// transformation profitability.
150     const TargetLowering *TLI;
151
152   public:
153     static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
154     explicit LoopStrengthReduce(const TargetLowering *tli = NULL) : 
155       LoopPass((intptr_t)&ID), TLI(tli) {
156     }
157
158     bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
159
160     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
161       // We split critical edges, so we change the CFG.  However, we do update
162       // many analyses if they are around.
163       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
164       AU.addPreserved<LoopInfo>();
165       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
166       AU.addPreserved<DominatorTree>();
167
168       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
169       AU.addRequired<LoopInfo>();
170       AU.addRequired<DominatorTree>();
171       AU.addRequired<TargetData>();
172       AU.addRequired<ScalarEvolution>();
173     }
174     
175     /// getCastedVersionOf - Return the specified value casted to uintptr_t.
176     ///
177     Value *getCastedVersionOf(Instruction::CastOps opcode, Value *V);
178 private:
179     bool AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
180                                SmallPtrSet<Instruction*,16> &Processed);
181     SCEVHandle GetExpressionSCEV(Instruction *E);
182     ICmpInst *ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
183                                   IVStrideUse* &CondUse,
184                                   const SCEVHandle* &CondStride);
185     void OptimizeIndvars(Loop *L);
186     bool FindIVForUser(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(SmallPtrSet<Instruction*,16> &Insts);
203   };
204   char LoopStrengthReduce::ID = 0;
205   RegisterPass<LoopStrengthReduce> X("loop-reduce", "Loop Strength Reduction");
206 }
207
208 LoopPass *llvm::createLoopStrengthReducePass(const TargetLowering *TLI) {
209   return new LoopStrengthReduce(TLI);
210 }
211
212 /// getCastedVersionOf - Return the specified value casted to uintptr_t. This
213 /// assumes that the Value* V is of integer or pointer type only.
214 ///
215 Value *LoopStrengthReduce::getCastedVersionOf(Instruction::CastOps opcode, 
216                                               Value *V) {
217   if (V->getType() == UIntPtrTy) return V;
218   if (Constant *CB = dyn_cast<Constant>(V))
219     return ConstantExpr::getCast(opcode, CB, UIntPtrTy);
220
221   Value *&New = CastedPointers[V];
222   if (New) return New;
223   
224   New = SCEVExpander::InsertCastOfTo(opcode, V, UIntPtrTy);
225   DeadInsts.insert(cast<Instruction>(New));
226   return New;
227 }
228
229
230 /// DeleteTriviallyDeadInstructions - If any of the instructions is the
231 /// specified set are trivially dead, delete them and see if this makes any of
232 /// their operands subsequently dead.
233 void LoopStrengthReduce::
234 DeleteTriviallyDeadInstructions(SmallPtrSet<Instruction*,16> &Insts) {
235   while (!Insts.empty()) {
236     Instruction *I = *Insts.begin();
237     Insts.erase(I);
238
239     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
240       // If all incoming values to the Phi are the same, we can replace the Phi
241       // with that value.
242       if (Value *PNV = PN->hasConstantValue()) {
243         if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(PNV))
244           Insts.insert(U);
245         PN->replaceAllUsesWith(PNV);
246         SE->deleteValueFromRecords(PN);
247         PN->eraseFromParent();
248         Changed = true;
249         continue;
250       }
251     }
252
253     if (isInstructionTriviallyDead(I)) {
254       for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i)
255         if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(i)))
256           Insts.insert(U);
257       SE->deleteValueFromRecords(I);
258       I->eraseFromParent();
259       Changed = true;
260     }
261   }
262 }
263
264
265 /// GetExpressionSCEV - Compute and return the SCEV for the specified
266 /// instruction.
267 SCEVHandle LoopStrengthReduce::GetExpressionSCEV(Instruction *Exp) {
268   // Pointer to pointer bitcast instructions return the same value as their
269   // operand.
270   if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(Exp)) {
271     if (SE->hasSCEV(BCI) || !isa<Instruction>(BCI->getOperand(0)))
272       return SE->getSCEV(BCI);
273     SCEVHandle R = GetExpressionSCEV(cast<Instruction>(BCI->getOperand(0)));
274     SE->setSCEV(BCI, R);
275     return R;
276   }
277
278   // Scalar Evolutions doesn't know how to compute SCEV's for GEP instructions.
279   // If this is a GEP that SE doesn't know about, compute it now and insert it.
280   // If this is not a GEP, or if we have already done this computation, just let
281   // SE figure it out.
282   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Exp);
283   if (!GEP || SE->hasSCEV(GEP))
284     return SE->getSCEV(Exp);
285     
286   // Analyze all of the subscripts of this getelementptr instruction, looking
287   // for uses that are determined by the trip count of the loop.  First, skip
288   // all operands the are not dependent on the IV.
289
290   // Build up the base expression.  Insert an LLVM cast of the pointer to
291   // uintptr_t first.
292   SCEVHandle GEPVal = SE->getUnknown(
293       getCastedVersionOf(Instruction::PtrToInt, GEP->getOperand(0)));
294
295   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
296   
297   for (unsigned i = 1, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i, ++GTI) {
298     // If this is a use of a recurrence that we can analyze, and it comes before
299     // Op does in the GEP operand list, we will handle this when we process this
300     // operand.
301     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
302       const StructLayout *SL = TD->getStructLayout(STy);
303       unsigned Idx = cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))->getZExtValue();
304       uint64_t Offset = SL->getElementOffset(Idx);
305       GEPVal = SE->getAddExpr(GEPVal,
306                              SE->getIntegerSCEV(Offset, UIntPtrTy));
307     } else {
308       unsigned GEPOpiBits = 
309         GEP->getOperand(i)->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
310       unsigned IntPtrBits = UIntPtrTy->getPrimitiveSizeInBits();
311       Instruction::CastOps opcode = (GEPOpiBits < IntPtrBits ? 
312           Instruction::SExt : (GEPOpiBits > IntPtrBits ? Instruction::Trunc :
313             Instruction::BitCast));
314       Value *OpVal = getCastedVersionOf(opcode, GEP->getOperand(i));
315       SCEVHandle Idx = SE->getSCEV(OpVal);
316
317       uint64_t TypeSize = TD->getABITypeSize(GTI.getIndexedType());
318       if (TypeSize != 1)
319         Idx = SE->getMulExpr(Idx,
320                             SE->getConstant(ConstantInt::get(UIntPtrTy,
321                                                              TypeSize)));
322       GEPVal = SE->getAddExpr(GEPVal, Idx);
323     }
324   }
325
326   SE->setSCEV(GEP, GEPVal);
327   return GEPVal;
328 }
329
330 /// getSCEVStartAndStride - Compute the start and stride of this expression,
331 /// returning false if the expression is not a start/stride pair, or true if it
332 /// is.  The stride must be a loop invariant expression, but the start may be
333 /// a mix of loop invariant and loop variant expressions.
334 static bool getSCEVStartAndStride(const SCEVHandle &SH, Loop *L,
335                                   SCEVHandle &Start, SCEVHandle &Stride,
336                                   ScalarEvolution *SE) {
337   SCEVHandle TheAddRec = Start;   // Initialize to zero.
338
339   // If the outer level is an AddExpr, the operands are all start values except
340   // for a nested AddRecExpr.
341   if (SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(SH)) {
342     for (unsigned i = 0, e = AE->getNumOperands(); i != e; ++i)
343       if (SCEVAddRecExpr *AddRec =
344              dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(AE->getOperand(i))) {
345         if (AddRec->getLoop() == L)
346           TheAddRec = SE->getAddExpr(AddRec, TheAddRec);
347         else
348           return false;  // Nested IV of some sort?
349       } else {
350         Start = SE->getAddExpr(Start, AE->getOperand(i));
351       }
352         
353   } else if (isa<SCEVAddRecExpr>(SH)) {
354     TheAddRec = SH;
355   } else {
356     return false;  // not analyzable.
357   }
358   
359   SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(TheAddRec);
360   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L) return false;
361   
362   // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
363   if (!AddRec->isAffine()) return false;
364
365   Start = SE->getAddExpr(Start, AddRec->getOperand(0));
366   
367   if (!isa<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1)))
368     DOUT << "[" << L->getHeader()->getName()
369          << "] Variable stride: " << *AddRec << "\n";
370
371   Stride = AddRec->getOperand(1);
372   return true;
373 }
374
375 /// IVUseShouldUsePostIncValue - We have discovered a "User" of an IV expression
376 /// and now we need to decide whether the user should use the preinc or post-inc
377 /// value.  If this user should use the post-inc version of the IV, return true.
378 ///
379 /// Choosing wrong here can break dominance properties (if we choose to use the
380 /// post-inc value when we cannot) or it can end up adding extra live-ranges to
381 /// the loop, resulting in reg-reg copies (if we use the pre-inc value when we
382 /// should use the post-inc value).
383 static bool IVUseShouldUsePostIncValue(Instruction *User, Instruction *IV,
384                                        Loop *L, DominatorTree *DT, Pass *P,
385                                        SmallPtrSet<Instruction*,16> &DeadInsts){
386   // If the user is in the loop, use the preinc value.
387   if (L->contains(User->getParent())) return false;
388   
389   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
390   
391   // Ok, the user is outside of the loop.  If it is dominated by the latch
392   // block, use the post-inc value.
393   if (DT->dominates(LatchBlock, User->getParent()))
394     return true;
395
396   // There is one case we have to be careful of: PHI nodes.  These little guys
397   // can live in blocks that do not dominate the latch block, but (since their
398   // uses occur in the predecessor block, not the block the PHI lives in) should
399   // still use the post-inc value.  Check for this case now.
400   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User);
401   if (!PN) return false;  // not a phi, not dominated by latch block.
402   
403   // Look at all of the uses of IV by the PHI node.  If any use corresponds to
404   // a block that is not dominated by the latch block, give up and use the
405   // preincremented value.
406   unsigned NumUses = 0;
407   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
408     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
409       ++NumUses;
410       if (!DT->dominates(LatchBlock, PN->getIncomingBlock(i)))
411         return false;
412     }
413
414   // Okay, all uses of IV by PN are in predecessor blocks that really are
415   // dominated by the latch block.  Split the critical edges and use the
416   // post-incremented value.
417   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
418     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
419       SplitCriticalEdge(PN->getIncomingBlock(i), PN->getParent(), P, false);
420       // Splitting the critical edge can reduce the number of entries in this
421       // PHI.
422       e = PN->getNumIncomingValues();
423       if (--NumUses == 0) break;
424     }
425
426   // PHI node might have become a constant value after SplitCriticalEdge.
427   DeadInsts.insert(User);
428   
429   return true;
430 }
431
432   
433
434 /// AddUsersIfInteresting - Inspect the specified instruction.  If it is a
435 /// reducible SCEV, recursively add its users to the IVUsesByStride set and
436 /// return true.  Otherwise, return false.
437 bool LoopStrengthReduce::AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
438                                       SmallPtrSet<Instruction*,16> &Processed) {
439   if (!I->getType()->isInteger() && !isa<PointerType>(I->getType()))
440       return false;   // Void and FP expressions cannot be reduced.
441   if (!Processed.insert(I))
442     return true;    // Instruction already handled.
443   
444   // Get the symbolic expression for this instruction.
445   SCEVHandle ISE = GetExpressionSCEV(I);
446   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(ISE)) return false;
447   
448   // Get the start and stride for this expression.
449   SCEVHandle Start = SE->getIntegerSCEV(0, ISE->getType());
450   SCEVHandle Stride = Start;
451   if (!getSCEVStartAndStride(ISE, L, Start, Stride, SE))
452     return false;  // Non-reducible symbolic expression, bail out.
453
454   std::vector<Instruction *> IUsers;
455   // Collect all I uses now because IVUseShouldUsePostIncValue may 
456   // invalidate use_iterator.
457   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E; ++UI)
458     IUsers.push_back(cast<Instruction>(*UI));
459
460   for (unsigned iused_index = 0, iused_size = IUsers.size(); 
461        iused_index != iused_size; ++iused_index) {
462
463     Instruction *User = IUsers[iused_index];
464
465     // Do not infinitely recurse on PHI nodes.
466     if (isa<PHINode>(User) && Processed.count(User))
467       continue;
468
469     // If this is an instruction defined in a nested loop, or outside this loop,
470     // don't recurse into it.
471     bool AddUserToIVUsers = false;
472     if (LI->getLoopFor(User->getParent()) != L) {
473       DOUT << "FOUND USER in other loop: " << *User
474            << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
475       AddUserToIVUsers = true;
476     } else if (!AddUsersIfInteresting(User, L, Processed)) {
477       DOUT << "FOUND USER: " << *User
478            << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
479       AddUserToIVUsers = true;
480     }
481
482     if (AddUserToIVUsers) {
483       IVUsersOfOneStride &StrideUses = IVUsesByStride[Stride];
484       if (StrideUses.Users.empty())     // First occurance of this stride?
485         StrideOrder.push_back(Stride);
486       
487       // Okay, we found a user that we cannot reduce.  Analyze the instruction
488       // and decide what to do with it.  If we are a use inside of the loop, use
489       // the value before incrementation, otherwise use it after incrementation.
490       if (IVUseShouldUsePostIncValue(User, I, L, DT, this, DeadInsts)) {
491         // The value used will be incremented by the stride more than we are
492         // expecting, so subtract this off.
493         SCEVHandle NewStart = SE->getMinusSCEV(Start, Stride);
494         StrideUses.addUser(NewStart, User, I);
495         StrideUses.Users.back().isUseOfPostIncrementedValue = true;
496         DOUT << "   USING POSTINC SCEV, START=" << *NewStart<< "\n";
497       } else {        
498         StrideUses.addUser(Start, User, I);
499       }
500     }
501   }
502   return true;
503 }
504
505 namespace {
506   /// BasedUser - For a particular base value, keep information about how we've
507   /// partitioned the expression so far.
508   struct BasedUser {
509     /// SE - The current ScalarEvolution object.
510     ScalarEvolution *SE;
511
512     /// Base - The Base value for the PHI node that needs to be inserted for
513     /// this use.  As the use is processed, information gets moved from this
514     /// field to the Imm field (below).  BasedUser values are sorted by this
515     /// field.
516     SCEVHandle Base;
517     
518     /// Inst - The instruction using the induction variable.
519     Instruction *Inst;
520
521     /// OperandValToReplace - The operand value of Inst to replace with the
522     /// EmittedBase.
523     Value *OperandValToReplace;
524
525     /// Imm - The immediate value that should be added to the base immediately
526     /// before Inst, because it will be folded into the imm field of the
527     /// instruction.
528     SCEVHandle Imm;
529
530     /// EmittedBase - The actual value* to use for the base value of this
531     /// operation.  This is null if we should just use zero so far.
532     Value *EmittedBase;
533
534     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
535     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
536     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
537     // instruction for a loop and uses outside the loop that are dominated by
538     // the loop.
539     bool isUseOfPostIncrementedValue;
540     
541     BasedUser(IVStrideUse &IVSU, ScalarEvolution *se)
542       : SE(se), Base(IVSU.Offset), Inst(IVSU.User), 
543         OperandValToReplace(IVSU.OperandValToReplace), 
544         Imm(SE->getIntegerSCEV(0, Base->getType())), EmittedBase(0),
545         isUseOfPostIncrementedValue(IVSU.isUseOfPostIncrementedValue) {}
546
547     // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
548     // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
549     // to it.
550     void RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
551                                        SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
552                                        SmallPtrSet<Instruction*,16> &DeadInsts);
553     
554     Value *InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
555                                        SCEVExpander &Rewriter,
556                                        Instruction *IP, Loop *L);
557     void dump() const;
558   };
559 }
560
561 void BasedUser::dump() const {
562   cerr << " Base=" << *Base;
563   cerr << " Imm=" << *Imm;
564   if (EmittedBase)
565     cerr << "  EB=" << *EmittedBase;
566
567   cerr << "   Inst: " << *Inst;
568 }
569
570 Value *BasedUser::InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
571                                               SCEVExpander &Rewriter,
572                                               Instruction *IP, Loop *L) {
573   // Figure out where we *really* want to insert this code.  In particular, if
574   // the user is inside of a loop that is nested inside of L, we really don't
575   // want to insert this expression before the user, we'd rather pull it out as
576   // many loops as possible.
577   LoopInfo &LI = Rewriter.getLoopInfo();
578   Instruction *BaseInsertPt = IP;
579   
580   // Figure out the most-nested loop that IP is in.
581   Loop *InsertLoop = LI.getLoopFor(IP->getParent());
582   
583   // If InsertLoop is not L, and InsertLoop is nested inside of L, figure out
584   // the preheader of the outer-most loop where NewBase is not loop invariant.
585   while (InsertLoop && NewBase->isLoopInvariant(InsertLoop)) {
586     BaseInsertPt = InsertLoop->getLoopPreheader()->getTerminator();
587     InsertLoop = InsertLoop->getParentLoop();
588   }
589   
590   // If there is no immediate value, skip the next part.
591   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Imm))
592     if (SC->getValue()->isZero())
593       return Rewriter.expandCodeFor(NewBase, BaseInsertPt);
594
595   Value *Base = Rewriter.expandCodeFor(NewBase, BaseInsertPt);
596
597   // If we are inserting the base and imm values in the same block, make sure to
598   // adjust the IP position if insertion reused a result.
599   if (IP == BaseInsertPt)
600     IP = Rewriter.getInsertionPoint();
601   
602   // Always emit the immediate (if non-zero) into the same block as the user.
603   SCEVHandle NewValSCEV = SE->getAddExpr(SE->getUnknown(Base), Imm);
604   return Rewriter.expandCodeFor(NewValSCEV, IP);
605   
606 }
607
608
609 // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
610 // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
611 // to it.
612 void BasedUser::RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
613                                       SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
614                                       SmallPtrSet<Instruction*,16> &DeadInsts) {
615   if (!isa<PHINode>(Inst)) {
616     // By default, insert code at the user instruction.
617     BasicBlock::iterator InsertPt = Inst;
618     
619     // However, if the Operand is itself an instruction, the (potentially
620     // complex) inserted code may be shared by many users.  Because of this, we
621     // want to emit code for the computation of the operand right before its old
622     // computation.  This is usually safe, because we obviously used to use the
623     // computation when it was computed in its current block.  However, in some
624     // cases (e.g. use of a post-incremented induction variable) the NewBase
625     // value will be pinned to live somewhere after the original computation.
626     // In this case, we have to back off.
627     if (!isUseOfPostIncrementedValue) {
628       if (Instruction *OpInst = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace)) { 
629         InsertPt = OpInst;
630         while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
631       }
632     }
633     Value *NewVal = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, Rewriter, InsertPt, L);
634     // Adjust the type back to match the Inst. Note that we can't use InsertPt
635     // here because the SCEVExpander may have inserted the instructions after
636     // that point, in its efforts to avoid inserting redundant expressions.
637     if (isa<PointerType>(OperandValToReplace->getType())) {
638       NewVal = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr,
639                                             NewVal,
640                                             OperandValToReplace->getType());
641     }
642     // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
643     Inst->replaceUsesOfWith(OperandValToReplace, NewVal);
644     DOUT << "    CHANGED: IMM =" << *Imm;
645     DOUT << "  \tNEWBASE =" << *NewBase;
646     DOUT << "  \tInst = " << *Inst;
647     return;
648   }
649   
650   // PHI nodes are more complex.  We have to insert one copy of the NewBase+Imm
651   // expression into each operand block that uses it.  Note that PHI nodes can
652   // have multiple entries for the same predecessor.  We use a map to make sure
653   // that a PHI node only has a single Value* for each predecessor (which also
654   // prevents us from inserting duplicate code in some blocks).
655   DenseMap<BasicBlock*, Value*> InsertedCode;
656   PHINode *PN = cast<PHINode>(Inst);
657   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
658     if (PN->getIncomingValue(i) == OperandValToReplace) {
659       // If this is a critical edge, split the edge so that we do not insert the
660       // code on all predecessor/successor paths.  We do this unless this is the
661       // canonical backedge for this loop, as this can make some inserted code
662       // be in an illegal position.
663       BasicBlock *PHIPred = PN->getIncomingBlock(i);
664       if (e != 1 && PHIPred->getTerminator()->getNumSuccessors() > 1 &&
665           (PN->getParent() != L->getHeader() || !L->contains(PHIPred))) {
666         
667         // First step, split the critical edge.
668         SplitCriticalEdge(PHIPred, PN->getParent(), P, false);
669             
670         // Next step: move the basic block.  In particular, if the PHI node
671         // is outside of the loop, and PredTI is in the loop, we want to
672         // move the block to be immediately before the PHI block, not
673         // immediately after PredTI.
674         if (L->contains(PHIPred) && !L->contains(PN->getParent())) {
675           BasicBlock *NewBB = PN->getIncomingBlock(i);
676           NewBB->moveBefore(PN->getParent());
677         }
678         
679         // Splitting the edge can reduce the number of PHI entries we have.
680         e = PN->getNumIncomingValues();
681       }
682
683       Value *&Code = InsertedCode[PN->getIncomingBlock(i)];
684       if (!Code) {
685         // Insert the code into the end of the predecessor block.
686         Instruction *InsertPt = PN->getIncomingBlock(i)->getTerminator();
687         Code = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, Rewriter, InsertPt, L);
688
689         // Adjust the type back to match the PHI. Note that we can't use
690         // InsertPt here because the SCEVExpander may have inserted its
691         // instructions after that point, in its efforts to avoid inserting
692         // redundant expressions.
693         if (isa<PointerType>(PN->getType())) {
694           Code = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr,
695                                               Code,
696                                               PN->getType());
697         }
698       }
699       
700       // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
701       PN->setIncomingValue(i, Code);
702       Rewriter.clear();
703     }
704   }
705
706   // PHI node might have become a constant value after SplitCriticalEdge.
707   DeadInsts.insert(Inst);
708
709   DOUT << "    CHANGED: IMM =" << *Imm << "  Inst = " << *Inst;
710 }
711
712
713 /// isTargetConstant - Return true if the following can be referenced by the
714 /// immediate field of a target instruction.
715 static bool isTargetConstant(const SCEVHandle &V, const Type *UseTy,
716                              const TargetLowering *TLI) {
717   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
718     int64_t VC = SC->getValue()->getSExtValue();
719     if (TLI) {
720       TargetLowering::AddrMode AM;
721       AM.BaseOffs = VC;
722       return TLI->isLegalAddressingMode(AM, UseTy);
723     } else {
724       // Defaults to PPC. PPC allows a sign-extended 16-bit immediate field.
725       return (VC > -(1 << 16) && VC < (1 << 16)-1);
726     }
727   }
728
729   if (SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V))
730     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(SU->getValue()))
731       if (TLI && CE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt) {
732         Constant *Op0 = CE->getOperand(0);
733         if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(Op0)) {
734           TargetLowering::AddrMode AM;
735           AM.BaseGV = GV;
736           return TLI->isLegalAddressingMode(AM, UseTy);
737         }
738       }
739   return false;
740 }
741
742 /// MoveLoopVariantsToImediateField - Move any subexpressions from Val that are
743 /// loop varying to the Imm operand.
744 static void MoveLoopVariantsToImediateField(SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
745                                             Loop *L, ScalarEvolution *SE) {
746   if (Val->isLoopInvariant(L)) return;  // Nothing to do.
747   
748   if (SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
749     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
750     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
751     
752     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i)
753       if (!SAE->getOperand(i)->isLoopInvariant(L)) {
754         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
755         // field of the expression.
756         Imm = SE->getAddExpr(Imm, SAE->getOperand(i));
757       } else {
758         NewOps.push_back(SAE->getOperand(i));
759       }
760
761     if (NewOps.empty())
762       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
763     else
764       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
765   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
766     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
767     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
768     MoveLoopVariantsToImediateField(Start, Imm, L, SE);
769     
770     std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
771     Ops[0] = Start;
772     Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
773   } else {
774     // Otherwise, all of Val is variant, move the whole thing over.
775     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
776     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
777   }
778 }
779
780
781 /// MoveImmediateValues - Look at Val, and pull out any additions of constants
782 /// that can fit into the immediate field of instructions in the target.
783 /// Accumulate these immediate values into the Imm value.
784 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
785                                 Instruction *User,
786                                 SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
787                                 bool isAddress, Loop *L,
788                                 ScalarEvolution *SE) {
789   const Type *UseTy = User->getType();
790   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User))
791     UseTy = SI->getOperand(0)->getType();
792
793   if (SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
794     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
795     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
796     
797     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i) {
798       SCEVHandle NewOp = SAE->getOperand(i);
799       MoveImmediateValues(TLI, User, NewOp, Imm, isAddress, L, SE);
800       
801       if (!NewOp->isLoopInvariant(L)) {
802         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
803         // field of the expression.
804         Imm = SE->getAddExpr(Imm, NewOp);
805       } else {
806         NewOps.push_back(NewOp);
807       }
808     }
809
810     if (NewOps.empty())
811       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
812     else
813       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
814     return;
815   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
816     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
817     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
818     MoveImmediateValues(TLI, User, Start, Imm, isAddress, L, SE);
819     
820     if (Start != SARE->getStart()) {
821       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
822       Ops[0] = Start;
823       Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
824     }
825     return;
826   } else if (SCEVMulExpr *SME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Val)) {
827     // Transform "8 * (4 + v)" -> "32 + 8*V" if "32" fits in the immed field.
828     if (isAddress && isTargetConstant(SME->getOperand(0), UseTy, TLI) &&
829         SME->getNumOperands() == 2 && SME->isLoopInvariant(L)) {
830
831       SCEVHandle SubImm = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
832       SCEVHandle NewOp = SME->getOperand(1);
833       MoveImmediateValues(TLI, User, NewOp, SubImm, isAddress, L, SE);
834       
835       // If we extracted something out of the subexpressions, see if we can 
836       // simplify this!
837       if (NewOp != SME->getOperand(1)) {
838         // Scale SubImm up by "8".  If the result is a target constant, we are
839         // good.
840         SubImm = SE->getMulExpr(SubImm, SME->getOperand(0));
841         if (isTargetConstant(SubImm, UseTy, TLI)) {
842           // Accumulate the immediate.
843           Imm = SE->getAddExpr(Imm, SubImm);
844           
845           // Update what is left of 'Val'.
846           Val = SE->getMulExpr(SME->getOperand(0), NewOp);
847           return;
848         }
849       }
850     }
851   }
852
853   // Loop-variant expressions must stay in the immediate field of the
854   // expression.
855   if ((isAddress && isTargetConstant(Val, UseTy, TLI)) ||
856       !Val->isLoopInvariant(L)) {
857     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
858     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
859     return;
860   }
861
862   // Otherwise, no immediates to move.
863 }
864
865
866 /// SeparateSubExprs - Decompose Expr into all of the subexpressions that are
867 /// added together.  This is used to reassociate common addition subexprs
868 /// together for maximal sharing when rewriting bases.
869 static void SeparateSubExprs(std::vector<SCEVHandle> &SubExprs,
870                              SCEVHandle Expr,
871                              ScalarEvolution *SE) {
872   if (SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Expr)) {
873     for (unsigned j = 0, e = AE->getNumOperands(); j != e; ++j)
874       SeparateSubExprs(SubExprs, AE->getOperand(j), SE);
875   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Expr)) {
876     SCEVHandle Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Expr->getType());
877     if (SARE->getOperand(0) == Zero) {
878       SubExprs.push_back(Expr);
879     } else {
880       // Compute the addrec with zero as its base.
881       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
882       Ops[0] = Zero;   // Start with zero base.
883       SubExprs.push_back(SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop()));
884       
885
886       SeparateSubExprs(SubExprs, SARE->getOperand(0), SE);
887     }
888   } else if (!isa<SCEVConstant>(Expr) ||
889              !cast<SCEVConstant>(Expr)->getValue()->isZero()) {
890     // Do not add zero.
891     SubExprs.push_back(Expr);
892   }
893 }
894
895
896 /// RemoveCommonExpressionsFromUseBases - Look through all of the uses in Bases,
897 /// removing any common subexpressions from it.  Anything truly common is
898 /// removed, accumulated, and returned.  This looks for things like (a+b+c) and
899 /// (a+c+d) -> (a+c).  The common expression is *removed* from the Bases.
900 static SCEVHandle 
901 RemoveCommonExpressionsFromUseBases(std::vector<BasedUser> &Uses,
902                                     ScalarEvolution *SE) {
903   unsigned NumUses = Uses.size();
904
905   // Only one use?  Use its base, regardless of what it is!
906   SCEVHandle Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Uses[0].Base->getType());
907   SCEVHandle Result = Zero;
908   if (NumUses == 1) {
909     std::swap(Result, Uses[0].Base);
910     return Result;
911   }
912
913   // To find common subexpressions, count how many of Uses use each expression.
914   // If any subexpressions are used Uses.size() times, they are common.
915   std::map<SCEVHandle, unsigned> SubExpressionUseCounts;
916   
917   // UniqueSubExprs - Keep track of all of the subexpressions we see in the
918   // order we see them.
919   std::vector<SCEVHandle> UniqueSubExprs;
920
921   std::vector<SCEVHandle> SubExprs;
922   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
923     // If the base is zero (which is common), return zero now, there are no
924     // CSEs we can find.
925     if (Uses[i].Base == Zero) return Zero;
926
927     // Split the expression into subexprs.
928     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
929     // Add one to SubExpressionUseCounts for each subexpr present.
930     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
931       if (++SubExpressionUseCounts[SubExprs[j]] == 1)
932         UniqueSubExprs.push_back(SubExprs[j]);
933     SubExprs.clear();
934   }
935
936   // Now that we know how many times each is used, build Result.  Iterate over
937   // UniqueSubexprs so that we have a stable ordering.
938   for (unsigned i = 0, e = UniqueSubExprs.size(); i != e; ++i) {
939     std::map<SCEVHandle, unsigned>::iterator I = 
940        SubExpressionUseCounts.find(UniqueSubExprs[i]);
941     assert(I != SubExpressionUseCounts.end() && "Entry not found?");
942     if (I->second == NumUses) {  // Found CSE!
943       Result = SE->getAddExpr(Result, I->first);
944     } else {
945       // Remove non-cse's from SubExpressionUseCounts.
946       SubExpressionUseCounts.erase(I);
947     }
948   }
949   
950   // If we found no CSE's, return now.
951   if (Result == Zero) return Result;
952   
953   // Otherwise, remove all of the CSE's we found from each of the base values.
954   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
955     // Split the expression into subexprs.
956     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
957
958     // Remove any common subexpressions.
959     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
960       if (SubExpressionUseCounts.count(SubExprs[j])) {
961         SubExprs.erase(SubExprs.begin()+j);
962         --j; --e;
963       }
964     
965     // Finally, the non-shared expressions together.
966     if (SubExprs.empty())
967       Uses[i].Base = Zero;
968     else
969       Uses[i].Base = SE->getAddExpr(SubExprs);
970     SubExprs.clear();
971   }
972  
973   return Result;
974 }
975
976 /// isZero - returns true if the scalar evolution expression is zero.
977 ///
978 static bool isZero(const SCEVHandle &V) {
979   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
980     return SC->getValue()->isZero();
981   return false;
982 }
983
984 /// ValidStride - Check whether the given Scale is valid for all loads and 
985 /// stores in UsersToProcess.
986 ///
987 bool LoopStrengthReduce::ValidStride(bool HasBaseReg,
988                                int64_t Scale, 
989                                const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
990   if (!TLI)
991     return true;
992
993   for (unsigned i=0, e = UsersToProcess.size(); i!=e; ++i) {
994     // If this is a load or other access, pass the type of the access in.
995     const Type *AccessTy = Type::VoidTy;
996     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UsersToProcess[i].Inst))
997       AccessTy = SI->getOperand(0)->getType();
998     else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(UsersToProcess[i].Inst))
999       AccessTy = LI->getType();
1000     else if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst)) {
1001       if (AllowPHIIVReuse)
1002         continue;
1003       return false;
1004     }
1005     
1006     TargetLowering::AddrMode AM;
1007     if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(UsersToProcess[i].Imm))
1008       AM.BaseOffs = SC->getValue()->getSExtValue();
1009     AM.HasBaseReg = HasBaseReg || !isZero(UsersToProcess[i].Base);
1010     AM.Scale = Scale;
1011
1012     // If load[imm+r*scale] is illegal, bail out.
1013     if (!TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
1014       return false;
1015   }
1016   return true;
1017 }
1018
1019 /// RequiresTypeConversion - Returns true if converting Ty to NewTy is not
1020 /// a nop.
1021 bool LoopStrengthReduce::RequiresTypeConversion(const Type *Ty1,
1022                                                 const Type *Ty2) {
1023   if (Ty1 == Ty2)
1024     return false;
1025   if (TLI && TLI->isTruncateFree(Ty1, Ty2))
1026     return false;
1027   return (!Ty1->canLosslesslyBitCastTo(Ty2) &&
1028           !(isa<PointerType>(Ty2) &&
1029             Ty1->canLosslesslyBitCastTo(UIntPtrTy)) &&
1030           !(isa<PointerType>(Ty1) &&
1031             Ty2->canLosslesslyBitCastTo(UIntPtrTy)));
1032 }
1033
1034 /// CheckForIVReuse - Returns the multiple if the stride is the multiple
1035 /// of a previous stride and it is a legal value for the target addressing
1036 /// mode scale component and optional base reg. This allows the users of
1037 /// this stride to be rewritten as prev iv * factor. It returns 0 if no
1038 /// reuse is possible.
1039 unsigned LoopStrengthReduce::CheckForIVReuse(bool HasBaseReg,
1040                                 bool AllUsesAreAddresses,
1041                                 const SCEVHandle &Stride, 
1042                                 IVExpr &IV, const Type *Ty,
1043                                 const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
1044   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Stride)) {
1045     int64_t SInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1046     for (unsigned NewStride = 0, e = StrideOrder.size(); NewStride != e;
1047          ++NewStride) {
1048       std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1049                 IVsByStride.find(StrideOrder[NewStride]);
1050       if (SI == IVsByStride.end()) 
1051         continue;
1052       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1053       if (SI->first != Stride &&
1054           (unsigned(abs(SInt)) < SSInt || (SInt % SSInt) != 0))
1055         continue;
1056       int64_t Scale = SInt / SSInt;
1057       // Check that this stride is valid for all the types used for loads and
1058       // stores; if it can be used for some and not others, we might as well use
1059       // the original stride everywhere, since we have to create the IV for it
1060       // anyway. If the scale is 1, then we don't need to worry about folding
1061       // multiplications.
1062       if (Scale == 1 ||
1063           (AllUsesAreAddresses &&
1064            ValidStride(HasBaseReg, Scale, UsersToProcess)))
1065         for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1066                IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1067           // FIXME: Only handle base == 0 for now.
1068           // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion.
1069           if (isZero(II->Base) &&
1070               !RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1071             IV = *II;
1072             return Scale;
1073           }
1074     }
1075   }
1076   return 0;
1077 }
1078
1079 /// PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue - Simple boolean predicate that
1080 /// returns true if Val's isUseOfPostIncrementedValue is true.
1081 static bool PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue(const BasedUser &Val) {
1082   return Val.isUseOfPostIncrementedValue;
1083 }
1084
1085 /// isNonConstantNegative - REturn true if the specified scev is negated, but
1086 /// not a constant.
1087 static bool isNonConstantNegative(const SCEVHandle &Expr) {
1088   SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Expr);
1089   if (!Mul) return false;
1090   
1091   // If there is a constant factor, it will be first.
1092   SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0));
1093   if (!SC) return false;
1094   
1095   // Return true if the value is negative, this matches things like (-42 * V).
1096   return SC->getValue()->getValue().isNegative();
1097 }
1098
1099 /// isAddress - Returns true if the specified instruction is using the
1100 /// specified value as an address.
1101 static bool isAddressUse(Instruction *Inst, Value *OperandVal) {
1102   bool isAddress = isa<LoadInst>(Inst);
1103   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
1104     if (SI->getOperand(1) == OperandVal)
1105       isAddress = true;
1106   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
1107     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
1108     // of intrinsics.
1109     switch (II->getIntrinsicID()) {
1110       default: break;
1111       case Intrinsic::prefetch:
1112       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_dq:
1113       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_pd:
1114       case Intrinsic::x86_sse_loadu_ps:
1115       case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
1116       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
1117       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
1118       case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
1119         if (II->getOperand(1) == OperandVal)
1120           isAddress = true;
1121         break;
1122       case Intrinsic::x86_sse2_loadh_pd:
1123       case Intrinsic::x86_sse2_loadl_pd:
1124         if (II->getOperand(2) == OperandVal)
1125           isAddress = true;
1126         break;
1127     }
1128   }
1129   return isAddress;
1130 }
1131
1132 // CollectIVUsers - Transform our list of users and offsets to a bit more
1133 // complex table. In this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base' the base
1134 // of the strided accessas well as the old information from Uses. We
1135 // progressively move information from the Base field to the Imm field, until
1136 // we eventually have the full access expression to rewrite the use.
1137 SCEVHandle LoopStrengthReduce::CollectIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
1138                                               IVUsersOfOneStride &Uses,
1139                                               Loop *L,
1140                                               bool &AllUsesAreAddresses,
1141                                        std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
1142   UsersToProcess.reserve(Uses.Users.size());
1143   for (unsigned i = 0, e = Uses.Users.size(); i != e; ++i) {
1144     UsersToProcess.push_back(BasedUser(Uses.Users[i], SE));
1145     
1146     // Move any loop invariant operands from the offset field to the immediate
1147     // field of the use, so that we don't try to use something before it is
1148     // computed.
1149     MoveLoopVariantsToImediateField(UsersToProcess.back().Base,
1150                                     UsersToProcess.back().Imm, L, SE);
1151     assert(UsersToProcess.back().Base->isLoopInvariant(L) &&
1152            "Base value is not loop invariant!");
1153   }
1154
1155   // We now have a whole bunch of uses of like-strided induction variables, but
1156   // they might all have different bases.  We want to emit one PHI node for this
1157   // stride which we fold as many common expressions (between the IVs) into as
1158   // possible.  Start by identifying the common expressions in the base values 
1159   // for the strides (e.g. if we have "A+C+B" and "A+B+D" as our bases, find
1160   // "A+B"), emit it to the preheader, then remove the expression from the
1161   // UsersToProcess base values.
1162   SCEVHandle CommonExprs =
1163     RemoveCommonExpressionsFromUseBases(UsersToProcess, SE);
1164
1165   // Next, figure out what we can represent in the immediate fields of
1166   // instructions.  If we can represent anything there, move it to the imm
1167   // fields of the BasedUsers.  We do this so that it increases the commonality
1168   // of the remaining uses.
1169   unsigned NumPHI = 0;
1170   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1171     // If the user is not in the current loop, this means it is using the exit
1172     // value of the IV.  Do not put anything in the base, make sure it's all in
1173     // the immediate field to allow as much factoring as possible.
1174     if (!L->contains(UsersToProcess[i].Inst->getParent())) {
1175       UsersToProcess[i].Imm = SE->getAddExpr(UsersToProcess[i].Imm,
1176                                              UsersToProcess[i].Base);
1177       UsersToProcess[i].Base = 
1178         SE->getIntegerSCEV(0, UsersToProcess[i].Base->getType());
1179     } else {
1180       
1181       // Addressing modes can be folded into loads and stores.  Be careful that
1182       // the store is through the expression, not of the expression though.
1183       bool isPHI = false;
1184       bool isAddress = isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
1185                                     UsersToProcess[i].OperandValToReplace);
1186       if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst)) {
1187         isPHI = true;
1188         ++NumPHI;
1189       }
1190
1191       // If this use isn't an address, then not all uses are addresses.
1192       if (!isAddress && !(AllowPHIIVReuse && isPHI))
1193         AllUsesAreAddresses = false;
1194       
1195       MoveImmediateValues(TLI, UsersToProcess[i].Inst, UsersToProcess[i].Base,
1196                           UsersToProcess[i].Imm, isAddress, L, SE);
1197     }
1198   }
1199
1200   // If one of the use if a PHI node and all other uses are addresses, still
1201   // allow iv reuse. Essentially we are trading one constant multiplication
1202   // for one fewer iv.
1203   if (NumPHI > 1)
1204     AllUsesAreAddresses = false;
1205
1206   return CommonExprs;
1207 }
1208
1209 /// StrengthReduceStridedIVUsers - Strength reduce all of the users of a single
1210 /// stride of IV.  All of the users may have different starting values, and this
1211 /// may not be the only stride (we know it is if isOnlyStride is true).
1212 void LoopStrengthReduce::StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
1213                                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
1214                                                       Loop *L,
1215                                                       bool isOnlyStride) {
1216   // If all the users are moved to another stride, then there is nothing to do.
1217   if (Uses.Users.size() == 0)
1218     return;
1219
1220   // Keep track if every use in UsersToProcess is an address. If they all are,
1221   // we may be able to rewrite the entire collection of them in terms of a
1222   // smaller-stride IV.
1223   bool AllUsesAreAddresses = true;
1224
1225   // Transform our list of users and offsets to a bit more complex table.  In
1226   // this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base' the base of the
1227   // strided accessas well as the old information from Uses.  We progressively
1228   // move information from the Base field to the Imm field, until we eventually
1229   // have the full access expression to rewrite the use.
1230   std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
1231   SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(Stride, Uses, L, AllUsesAreAddresses,
1232                                           UsersToProcess);
1233
1234   // If we managed to find some expressions in common, we'll need to carry
1235   // their value in a register and add it in for each use. This will take up
1236   // a register operand, which potentially restricts what stride values are
1237   // valid.
1238   bool HaveCommonExprs = !isZero(CommonExprs);
1239   
1240   // If all uses are addresses, check if it is possible to reuse an IV with a
1241   // stride that is a factor of this stride. And that the multiple is a number
1242   // that can be encoded in the scale field of the target addressing mode. And
1243   // that we will have a valid instruction after this substition, including the
1244   // immediate field, if any.
1245   PHINode *NewPHI = NULL;
1246   Value   *IncV   = NULL;
1247   IVExpr   ReuseIV(SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1248                    SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1249                    0, 0);
1250   unsigned RewriteFactor = 0;
1251   RewriteFactor = CheckForIVReuse(HaveCommonExprs, AllUsesAreAddresses,
1252                                   Stride, ReuseIV, CommonExprs->getType(),
1253                                   UsersToProcess);
1254   if (RewriteFactor != 0) {
1255     DOUT << "BASED ON IV of STRIDE " << *ReuseIV.Stride
1256          << " and BASE " << *ReuseIV.Base << " :\n";
1257     NewPHI = ReuseIV.PHI;
1258     IncV   = ReuseIV.IncV;
1259   }
1260
1261   const Type *ReplacedTy = CommonExprs->getType();
1262   
1263   // Now that we know what we need to do, insert the PHI node itself.
1264   //
1265   DOUT << "INSERTING IV of TYPE " << *ReplacedTy << " of STRIDE "
1266        << *Stride << " and BASE " << *CommonExprs << ": ";
1267
1268   SCEVExpander Rewriter(*SE, *LI);
1269   SCEVExpander PreheaderRewriter(*SE, *LI);
1270   
1271   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
1272   Instruction *PreInsertPt = Preheader->getTerminator();
1273   Instruction *PhiInsertBefore = L->getHeader()->begin();
1274   
1275   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1276
1277
1278   // Emit the initial base value into the loop preheader.
1279   Value *CommonBaseV
1280     = PreheaderRewriter.expandCodeFor(CommonExprs, PreInsertPt);
1281
1282   if (RewriteFactor == 0) {
1283     // Create a new Phi for this base, and stick it in the loop header.
1284     NewPHI = new PHINode(ReplacedTy, "iv.", PhiInsertBefore);
1285     ++NumInserted;
1286   
1287     // Add common base to the new Phi node.
1288     NewPHI->addIncoming(CommonBaseV, Preheader);
1289
1290     // If the stride is negative, insert a sub instead of an add for the
1291     // increment.
1292     bool isNegative = isNonConstantNegative(Stride);
1293     SCEVHandle IncAmount = Stride;
1294     if (isNegative)
1295       IncAmount = SE->getNegativeSCEV(Stride);
1296     
1297     // Insert the stride into the preheader.
1298     Value *StrideV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(IncAmount, PreInsertPt);
1299     if (!isa<ConstantInt>(StrideV)) ++NumVariable;
1300
1301     // Emit the increment of the base value before the terminator of the loop
1302     // latch block, and add it to the Phi node.
1303     SCEVHandle IncExp = SE->getUnknown(StrideV);
1304     if (isNegative)
1305       IncExp = SE->getNegativeSCEV(IncExp);
1306     IncExp = SE->getAddExpr(SE->getUnknown(NewPHI), IncExp);
1307   
1308     IncV = Rewriter.expandCodeFor(IncExp, LatchBlock->getTerminator());
1309     IncV->setName(NewPHI->getName()+".inc");
1310     NewPHI->addIncoming(IncV, LatchBlock);
1311
1312     // Remember this in case a later stride is multiple of this.
1313     IVsByStride[Stride].addIV(Stride, CommonExprs, NewPHI, IncV);
1314     
1315     DOUT << " IV=%" << NewPHI->getNameStr() << " INC=%" << IncV->getNameStr();
1316   } else {
1317     Constant *C = dyn_cast<Constant>(CommonBaseV);
1318     if (!C ||
1319         (!C->isNullValue() &&
1320          !isTargetConstant(SE->getUnknown(CommonBaseV), ReplacedTy, TLI)))
1321       // We want the common base emitted into the preheader! This is just
1322       // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1323       CommonBaseV = new BitCastInst(CommonBaseV, CommonBaseV->getType(), 
1324                                     "commonbase", PreInsertPt);
1325   }
1326   DOUT << "\n";
1327
1328   // We want to emit code for users inside the loop first.  To do this, we
1329   // rearrange BasedUser so that the entries at the end have
1330   // isUseOfPostIncrementedValue = false, because we pop off the end of the
1331   // vector (so we handle them first).
1332   std::partition(UsersToProcess.begin(), UsersToProcess.end(),
1333                  PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue);
1334   
1335   // Sort this by base, so that things with the same base are handled
1336   // together.  By partitioning first and stable-sorting later, we are
1337   // guaranteed that within each base we will pop off users from within the
1338   // loop before users outside of the loop with a particular base.
1339   //
1340   // We would like to use stable_sort here, but we can't.  The problem is that
1341   // SCEVHandle's don't have a deterministic ordering w.r.t to each other, so
1342   // we don't have anything to do a '<' comparison on.  Because we think the
1343   // number of uses is small, do a horrible bubble sort which just relies on
1344   // ==.
1345   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1346     // Get a base value.
1347     SCEVHandle Base = UsersToProcess[i].Base;
1348     
1349     // Compact everything with this base to be consequtive with this one.
1350     for (unsigned j = i+1; j != e; ++j) {
1351       if (UsersToProcess[j].Base == Base) {
1352         std::swap(UsersToProcess[i+1], UsersToProcess[j]);
1353         ++i;
1354       }
1355     }
1356   }
1357
1358   // Process all the users now.  This outer loop handles all bases, the inner
1359   // loop handles all users of a particular base.
1360   while (!UsersToProcess.empty()) {
1361     SCEVHandle Base = UsersToProcess.back().Base;
1362
1363     // Emit the code for Base into the preheader.
1364     Value *BaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(Base, PreInsertPt);
1365
1366     DOUT << "  INSERTING code for BASE = " << *Base << ":";
1367     if (BaseV->hasName())
1368       DOUT << " Result value name = %" << BaseV->getNameStr();
1369     DOUT << "\n";
1370
1371     // If BaseV is a constant other than 0, make sure that it gets inserted into
1372     // the preheader, instead of being forward substituted into the uses.  We do
1373     // this by forcing a BitCast (noop cast) to be inserted into the preheader 
1374     // in this case.
1375     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(BaseV)) {
1376       if (!C->isNullValue() && !isTargetConstant(Base, ReplacedTy, TLI)) {
1377         // We want this constant emitted into the preheader! This is just
1378         // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1379         BaseV = new BitCastInst(BaseV, BaseV->getType(), "preheaderinsert",
1380                              PreInsertPt);       
1381       }
1382     }
1383
1384     // Emit the code to add the immediate offset to the Phi value, just before
1385     // the instructions that we identified as using this stride and base.
1386     do {
1387       // FIXME: Use emitted users to emit other users.
1388       BasedUser &User = UsersToProcess.back();
1389
1390       // If this instruction wants to use the post-incremented value, move it
1391       // after the post-inc and use its value instead of the PHI.
1392       Value *RewriteOp = NewPHI;
1393       if (User.isUseOfPostIncrementedValue) {
1394         RewriteOp = IncV;
1395
1396         // If this user is in the loop, make sure it is the last thing in the
1397         // loop to ensure it is dominated by the increment.
1398         if (L->contains(User.Inst->getParent()))
1399           User.Inst->moveBefore(LatchBlock->getTerminator());
1400       }
1401       if (RewriteOp->getType() != ReplacedTy) {
1402         Instruction::CastOps opcode = Instruction::Trunc;
1403         if (ReplacedTy->getPrimitiveSizeInBits() ==
1404             RewriteOp->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1405           opcode = Instruction::BitCast;
1406         RewriteOp = SCEVExpander::InsertCastOfTo(opcode, RewriteOp, ReplacedTy);
1407       }
1408
1409       SCEVHandle RewriteExpr = SE->getUnknown(RewriteOp);
1410
1411       // Clear the SCEVExpander's expression map so that we are guaranteed
1412       // to have the code emitted where we expect it.
1413       Rewriter.clear();
1414
1415       // If we are reusing the iv, then it must be multiplied by a constant
1416       // factor take advantage of addressing mode scale component.
1417       if (RewriteFactor != 0) {
1418         RewriteExpr = SE->getMulExpr(SE->getIntegerSCEV(RewriteFactor,
1419                                                         RewriteExpr->getType()),
1420                                      RewriteExpr);
1421
1422         // The common base is emitted in the loop preheader. But since we
1423         // are reusing an IV, it has not been used to initialize the PHI node.
1424         // Add it to the expression used to rewrite the uses.
1425         if (!isa<ConstantInt>(CommonBaseV) ||
1426             !cast<ConstantInt>(CommonBaseV)->isZero())
1427           RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr,
1428                                       SE->getUnknown(CommonBaseV));
1429       }
1430
1431       // Now that we know what we need to do, insert code before User for the
1432       // immediate and any loop-variant expressions.
1433       if (!isa<ConstantInt>(BaseV) || !cast<ConstantInt>(BaseV)->isZero())
1434         // Add BaseV to the PHI value if needed.
1435         RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, SE->getUnknown(BaseV));
1436
1437       User.RewriteInstructionToUseNewBase(RewriteExpr, Rewriter, L, this,
1438                                           DeadInsts);
1439
1440       // Mark old value we replaced as possibly dead, so that it is elminated
1441       // if we just replaced the last use of that value.
1442       DeadInsts.insert(cast<Instruction>(User.OperandValToReplace));
1443
1444       UsersToProcess.pop_back();
1445       ++NumReduced;
1446
1447       // If there are any more users to process with the same base, process them
1448       // now.  We sorted by base above, so we just have to check the last elt.
1449     } while (!UsersToProcess.empty() && UsersToProcess.back().Base == Base);
1450     // TODO: Next, find out which base index is the most common, pull it out.
1451   }
1452
1453   // IMPORTANT TODO: Figure out how to partition the IV's with this stride, but
1454   // different starting values, into different PHIs.
1455 }
1456
1457 /// FindIVForUser - If Cond has an operand that is an expression of an IV,
1458 /// set the IV user and stride information and return true, otherwise return
1459 /// false.
1460 bool LoopStrengthReduce::FindIVForUser(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
1461                                        const SCEVHandle *&CondStride) {
1462   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e && !CondUse;
1463        ++Stride) {
1464     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1465     IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
1466     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1467     
1468     for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
1469          E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI)
1470       if (UI->User == Cond) {
1471         // NOTE: we could handle setcc instructions with multiple uses here, but
1472         // InstCombine does it as well for simple uses, it's not clear that it
1473         // occurs enough in real life to handle.
1474         CondUse = &*UI;
1475         CondStride = &SI->first;
1476         return true;
1477       }
1478   }
1479   return false;
1480 }    
1481
1482 namespace {
1483   // Constant strides come first which in turns are sorted by their absolute
1484   // values. If absolute values are the same, then positive strides comes first.
1485   // e.g.
1486   // 4, -1, X, 1, 2 ==> 1, -1, 2, 4, X
1487   struct StrideCompare {
1488     bool operator()(const SCEVHandle &LHS, const SCEVHandle &RHS) {
1489       SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS);
1490       SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS);
1491       if (LHSC && RHSC) {
1492         int64_t  LV = LHSC->getValue()->getSExtValue();
1493         int64_t  RV = RHSC->getValue()->getSExtValue();
1494         uint64_t ALV = (LV < 0) ? -LV : LV;
1495         uint64_t ARV = (RV < 0) ? -RV : RV;
1496         if (ALV == ARV)
1497           return LV > RV;
1498         else
1499           return ALV < ARV;
1500       }
1501       return (LHSC && !RHSC);
1502     }
1503   };
1504 }
1505
1506 /// ChangeCompareStride - If a loop termination compare instruction is the
1507 /// only use of its stride, and the compaison is against a constant value,
1508 /// try eliminate the stride by moving the compare instruction to another
1509 /// stride and change its constant operand accordingly. e.g.
1510 ///
1511 /// loop:
1512 /// ...
1513 /// v1 = v1 + 3
1514 /// v2 = v2 + 1
1515 /// if (v2 < 10) goto loop
1516 /// =>
1517 /// loop:
1518 /// ...
1519 /// v1 = v1 + 3
1520 /// if (v1 < 30) goto loop
1521 ICmpInst *LoopStrengthReduce::ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
1522                                                 IVStrideUse* &CondUse,
1523                                                 const SCEVHandle* &CondStride) {
1524   if (StrideOrder.size() < 2 ||
1525       IVUsesByStride[*CondStride].Users.size() != 1)
1526     return Cond;
1527   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(*CondStride);
1528   if (!SC) return Cond;
1529   ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Cond->getOperand(1));
1530   if (!C) return Cond;
1531
1532   ICmpInst::Predicate Predicate = Cond->getPredicate();
1533   int64_t CmpSSInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1534   int64_t CmpVal = C->getValue().getSExtValue();
1535   unsigned BitWidth = C->getValue().getBitWidth();
1536   uint64_t SignBit = 1ULL << (BitWidth-1);
1537   const Type *CmpTy = C->getType();
1538   const Type *NewCmpTy = NULL;
1539   unsigned TyBits = CmpTy->getPrimitiveSizeInBits();
1540   unsigned NewTyBits = 0;
1541   int64_t NewCmpVal = CmpVal;
1542   SCEVHandle *NewStride = NULL;
1543   Value *NewIncV = NULL;
1544   int64_t Scale = 1;
1545
1546   // Look for a suitable stride / iv as replacement.
1547   std::stable_sort(StrideOrder.begin(), StrideOrder.end(), StrideCompare());
1548   for (unsigned i = 0, e = StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
1549     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1550       IVUsesByStride.find(StrideOrder[i]);
1551     if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
1552       continue;
1553     int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1554     if (abs(SSInt) <= abs(CmpSSInt) || (SSInt % CmpSSInt) != 0)
1555       continue;
1556
1557     Scale = SSInt / CmpSSInt;
1558     NewCmpVal = CmpVal * Scale;
1559     APInt Mul = APInt(BitWidth, NewCmpVal);
1560     // Check for overflow.
1561     if (Mul.getSExtValue() != NewCmpVal) {
1562       NewCmpVal = CmpVal;
1563       continue;
1564     }
1565
1566     // Watch out for overflow.
1567     if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate) &&
1568         (CmpVal & SignBit) != (NewCmpVal & SignBit))
1569       NewCmpVal = CmpVal;
1570
1571     if (NewCmpVal != CmpVal) {
1572       // Pick the best iv to use trying to avoid a cast.
1573       NewIncV = NULL;
1574       for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
1575              E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI) {
1576         NewIncV = UI->OperandValToReplace;
1577         if (NewIncV->getType() == CmpTy)
1578           break;
1579       }
1580       if (!NewIncV) {
1581         NewCmpVal = CmpVal;
1582         continue;
1583       }
1584
1585       NewCmpTy = NewIncV->getType();
1586       NewTyBits = isa<PointerType>(NewCmpTy)
1587         ? UIntPtrTy->getPrimitiveSizeInBits()
1588         : NewCmpTy->getPrimitiveSizeInBits();
1589       if (RequiresTypeConversion(NewCmpTy, CmpTy)) {
1590         // Check if it is possible to rewrite it using a iv / stride of a smaller
1591         // integer type.
1592         bool TruncOk = false;
1593         if (NewCmpTy->isInteger()) {
1594           unsigned Bits = NewTyBits;
1595           if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate))
1596             --Bits;
1597           uint64_t Mask = (1ULL << Bits) - 1;
1598           if (((uint64_t)NewCmpVal & Mask) == (uint64_t)NewCmpVal)
1599             TruncOk = true;
1600         }
1601         if (!TruncOk) {
1602           NewCmpVal = CmpVal;
1603           continue;
1604         }
1605       }
1606
1607       // Don't rewrite if use offset is non-constant and the new type is
1608       // of a different type.
1609       // FIXME: too conservative?
1610       if (NewTyBits != TyBits && !isa<SCEVConstant>(CondUse->Offset)) {
1611         NewCmpVal = CmpVal;
1612         continue;
1613       }
1614
1615       bool AllUsesAreAddresses = true;
1616       std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
1617       SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(SI->first, SI->second, L,
1618                                               AllUsesAreAddresses,
1619                                               UsersToProcess);
1620       // Avoid rewriting the compare instruction with an iv of new stride
1621       // if it's likely the new stride uses will be rewritten using the
1622       if (AllUsesAreAddresses &&
1623           ValidStride(!isZero(CommonExprs), Scale, UsersToProcess)) {        
1624         NewCmpVal = CmpVal;
1625         continue;
1626       }
1627
1628       // If scale is negative, use inverse predicate unless it's testing
1629       // for equality.
1630       if (Scale < 0 && !Cond->isEquality())
1631         Predicate = ICmpInst::getInversePredicate(Predicate);
1632
1633       NewStride = &StrideOrder[i];
1634       break;
1635     }
1636   }
1637
1638   if (NewCmpVal != CmpVal) {
1639     // Create a new compare instruction using new stride / iv.
1640     ICmpInst *OldCond = Cond;
1641     Value *RHS;
1642     if (!isa<PointerType>(NewCmpTy))
1643       RHS = ConstantInt::get(NewCmpTy, NewCmpVal);
1644     else {
1645       RHS = ConstantInt::get(UIntPtrTy, NewCmpVal);
1646       RHS = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr, RHS, NewCmpTy);
1647     }
1648     // Insert new compare instruction.
1649     Cond = new ICmpInst(Predicate, NewIncV, RHS);
1650     Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
1651     OldCond->getParent()->getInstList().insert(OldCond, Cond);
1652
1653     // Remove the old compare instruction. The old indvar is probably dead too.
1654     DeadInsts.insert(cast<Instruction>(CondUse->OperandValToReplace));
1655     OldCond->replaceAllUsesWith(Cond);
1656     SE->deleteValueFromRecords(OldCond);
1657     OldCond->eraseFromParent();
1658
1659     IVUsesByStride[*CondStride].Users.pop_back();
1660     SCEVHandle NewOffset = TyBits == NewTyBits
1661       ? SE->getMulExpr(CondUse->Offset,
1662                        SE->getConstant(ConstantInt::get(CmpTy, Scale)))
1663       : SE->getConstant(ConstantInt::get(NewCmpTy,
1664         cast<SCEVConstant>(CondUse->Offset)->getValue()->getSExtValue()*Scale));
1665     IVUsesByStride[*NewStride].addUser(NewOffset, Cond, NewIncV);
1666     CondUse = &IVUsesByStride[*NewStride].Users.back();
1667     CondStride = NewStride;
1668     ++NumEliminated;
1669   }
1670
1671   return Cond;
1672 }
1673
1674 // OptimizeIndvars - Now that IVUsesByStride is set up with all of the indvar
1675 // uses in the loop, look to see if we can eliminate some, in favor of using
1676 // common indvars for the different uses.
1677 void LoopStrengthReduce::OptimizeIndvars(Loop *L) {
1678   // TODO: implement optzns here.
1679
1680   // Finally, get the terminating condition for the loop if possible.  If we
1681   // can, we want to change it to use a post-incremented version of its
1682   // induction variable, to allow coalescing the live ranges for the IV into
1683   // one register value.
1684   PHINode *SomePHI = cast<PHINode>(L->getHeader()->begin());
1685   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
1686   BasicBlock *LatchBlock =
1687    SomePHI->getIncomingBlock(SomePHI->getIncomingBlock(0) == Preheader);
1688   BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(LatchBlock->getTerminator());
1689   if (!TermBr || TermBr->isUnconditional() || 
1690       !isa<ICmpInst>(TermBr->getCondition()))
1691     return;
1692   ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(TermBr->getCondition());
1693
1694   // Search IVUsesByStride to find Cond's IVUse if there is one.
1695   IVStrideUse *CondUse = 0;
1696   const SCEVHandle *CondStride = 0;
1697
1698   if (!FindIVForUser(Cond, CondUse, CondStride))
1699     return; // setcc doesn't use the IV.
1700
1701   // If possible, change stride and operands of the compare instruction to
1702   // eliminate one stride.
1703   Cond = ChangeCompareStride(L, Cond, CondUse, CondStride);
1704
1705   // It's possible for the setcc instruction to be anywhere in the loop, and
1706   // possible for it to have multiple users.  If it is not immediately before
1707   // the latch block branch, move it.
1708   if (&*++BasicBlock::iterator(Cond) != (Instruction*)TermBr) {
1709     if (Cond->hasOneUse()) {   // Condition has a single use, just move it.
1710       Cond->moveBefore(TermBr);
1711     } else {
1712       // Otherwise, clone the terminating condition and insert into the loopend.
1713       Cond = cast<ICmpInst>(Cond->clone());
1714       Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
1715       LatchBlock->getInstList().insert(TermBr, Cond);
1716       
1717       // Clone the IVUse, as the old use still exists!
1718       IVUsesByStride[*CondStride].addUser(CondUse->Offset, Cond,
1719                                          CondUse->OperandValToReplace);
1720       CondUse = &IVUsesByStride[*CondStride].Users.back();
1721     }
1722   }
1723
1724   // If we get to here, we know that we can transform the setcc instruction to
1725   // use the post-incremented version of the IV, allowing us to coalesce the
1726   // live ranges for the IV correctly.
1727   CondUse->Offset = SE->getMinusSCEV(CondUse->Offset, *CondStride);
1728   CondUse->isUseOfPostIncrementedValue = true;
1729 }
1730
1731 bool LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
1732
1733   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
1734   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
1735   SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
1736   TD = &getAnalysis<TargetData>();
1737   UIntPtrTy = TD->getIntPtrType();
1738
1739   // Find all uses of induction variables in this loop, and catagorize
1740   // them by stride.  Start by finding all of the PHI nodes in the header for
1741   // this loop.  If they are induction variables, inspect their uses.
1742   SmallPtrSet<Instruction*,16> Processed;   // Don't reprocess instructions.
1743   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ++I)
1744     AddUsersIfInteresting(I, L, Processed);
1745
1746   // If we have nothing to do, return.
1747   if (IVUsesByStride.empty()) return false;
1748
1749   // Optimize induction variables.  Some indvar uses can be transformed to use
1750   // strides that will be needed for other purposes.  A common example of this
1751   // is the exit test for the loop, which can often be rewritten to use the
1752   // computation of some other indvar to decide when to terminate the loop.
1753   OptimizeIndvars(L);
1754
1755
1756   // FIXME: We can widen subreg IV's here for RISC targets.  e.g. instead of
1757   // doing computation in byte values, promote to 32-bit values if safe.
1758
1759   // FIXME: Attempt to reuse values across multiple IV's.  In particular, we
1760   // could have something like "for(i) { foo(i*8); bar(i*16) }", which should be
1761   // codegened as "for (j = 0;; j+=8) { foo(j); bar(j+j); }" on X86/PPC.  Need
1762   // to be careful that IV's are all the same type.  Only works for intptr_t
1763   // indvars.
1764
1765   // If we only have one stride, we can more aggressively eliminate some things.
1766   bool HasOneStride = IVUsesByStride.size() == 1;
1767
1768 #ifndef NDEBUG
1769   DOUT << "\nLSR on ";
1770   DEBUG(L->dump());
1771 #endif
1772
1773   // IVsByStride keeps IVs for one particular loop.
1774   IVsByStride.clear();
1775
1776   // Sort the StrideOrder so we process larger strides first.
1777   std::stable_sort(StrideOrder.begin(), StrideOrder.end(), StrideCompare());
1778
1779   // Note: this processes each stride/type pair individually.  All users passed
1780   // into StrengthReduceStridedIVUsers have the same type AND stride.  Also,
1781   // note that we iterate over IVUsesByStride indirectly by using StrideOrder.
1782   // This extra layer of indirection makes the ordering of strides deterministic
1783   // - not dependent on map order.
1784   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e; ++Stride) {
1785     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1786       IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
1787     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1788     StrengthReduceStridedIVUsers(SI->first, SI->second, L, HasOneStride);
1789   }
1790
1791   // Clean up after ourselves
1792   if (!DeadInsts.empty()) {
1793     DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
1794
1795     BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
1796     PHINode *PN;
1797     while ((PN = dyn_cast<PHINode>(I))) {
1798       ++I;  // Preincrement iterator to avoid invalidating it when deleting PN.
1799
1800       // At this point, we know that we have killed one or more GEP
1801       // instructions.  It is worth checking to see if the cann indvar is also
1802       // dead, so that we can remove it as well.  The requirements for the cann
1803       // indvar to be considered dead are:
1804       // 1. the cann indvar has one use
1805       // 2. the use is an add instruction
1806       // 3. the add has one use
1807       // 4. the add is used by the cann indvar
1808       // If all four cases above are true, then we can remove both the add and
1809       // the cann indvar.
1810       // FIXME: this needs to eliminate an induction variable even if it's being
1811       // compared against some value to decide loop termination.
1812       if (PN->hasOneUse()) {
1813         Instruction *BO = dyn_cast<Instruction>(*PN->use_begin());
1814         if (BO && (isa<BinaryOperator>(BO) || isa<CmpInst>(BO))) {
1815           if (BO->hasOneUse() && PN == *(BO->use_begin())) {
1816             DeadInsts.insert(BO);
1817             // Break the cycle, then delete the PHI.
1818             PN->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(PN->getType()));
1819             SE->deleteValueFromRecords(PN);
1820             PN->eraseFromParent();
1821           }
1822         }
1823       }
1824     }
1825     DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
1826   }
1827
1828   CastedPointers.clear();
1829   IVUsesByStride.clear();
1830   StrideOrder.clear();
1831   return false;
1832 }