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[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/ScalarEvolutionExpander.h"
27 #include "llvm/Support/CFG.h"
28 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
29 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
30 #include "llvm/Target/TargetData.h"
31 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
32 #include "llvm/Support/Debug.h"
33 #include <algorithm>
34 #include <set>
35 using namespace llvm;
36
37 namespace {
38   Statistic<> NumReduced ("loop-reduce", "Number of GEPs strength reduced");
39
40   class GEPCache {
41   public:
42     GEPCache() : CachedPHINode(0), Map() {}
43
44     GEPCache *get(Value *v) {
45       std::map<Value *, GEPCache>::iterator I = Map.find(v);
46       if (I == Map.end())
47         I = Map.insert(std::pair<Value *, GEPCache>(v, GEPCache())).first;
48       return &I->second;
49     }
50
51     PHINode *CachedPHINode;
52     std::map<Value *, GEPCache> Map;
53   };
54   
55   /// IVStrideUse - Keep track of one use of a strided induction variable, where
56   /// the stride is stored externally.  The Offset member keeps track of the 
57   /// offset from the IV, User is the actual user of the operand, and 'Operand'
58   /// is the operand # of the User that is the use.
59   struct IVStrideUse {
60     SCEVHandle Offset;
61     Instruction *User;
62     Value *OperandValToReplace;
63     
64     IVStrideUse(const SCEVHandle &Offs, Instruction *U, Value *O)
65       : Offset(Offs), User(U), OperandValToReplace(O) {}
66   };
67   
68   /// IVUsersOfOneStride - This structure keeps track of all instructions that
69   /// have an operand that is based on the trip count multiplied by some stride.
70   /// The stride for all of these users is common and kept external to this
71   /// structure.
72   struct IVUsersOfOneStride {
73     /// Users - Keep track of all of the users of this stride as well as the
74     /// initial value and the operand that uses the IV.
75     std::vector<IVStrideUse> Users;
76     
77     void addUser(const SCEVHandle &Offset,Instruction *User, Value *Operand) {
78       Users.push_back(IVStrideUse(Offset, User, Operand));
79     }
80   };
81
82
83   class LoopStrengthReduce : public FunctionPass {
84     LoopInfo *LI;
85     DominatorSet *DS;
86     ScalarEvolution *SE;
87     const TargetData *TD;
88     const Type *UIntPtrTy;
89     bool Changed;
90
91     /// MaxTargetAMSize - This is the maximum power-of-two scale value that the
92     /// target can handle for free with its addressing modes.
93     unsigned MaxTargetAMSize;
94
95     /// IVUsesByStride - Keep track of all uses of induction variables that we
96     /// are interested in.  The key of the map is the stride of the access.
97     std::map<Value*, IVUsersOfOneStride> IVUsesByStride;
98
99     /// CastedBasePointers - As we need to lower getelementptr instructions, we
100     /// cast the pointer input to uintptr_t.  This keeps track of the casted
101     /// values for the pointers we have processed so far.
102     std::map<Value*, Value*> CastedBasePointers;
103
104     /// DeadInsts - Keep track of instructions we may have made dead, so that
105     /// we can remove them after we are done working.
106     std::set<Instruction*> DeadInsts;
107   public:
108     LoopStrengthReduce(unsigned MTAMS = 1)
109       : MaxTargetAMSize(MTAMS) {
110     }
111
112     virtual bool runOnFunction(Function &) {
113       LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
114       DS = &getAnalysis<DominatorSet>();
115       SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
116       TD = &getAnalysis<TargetData>();
117       UIntPtrTy = TD->getIntPtrType();
118       Changed = false;
119
120       for (LoopInfo::iterator I = LI->begin(), E = LI->end(); I != E; ++I)
121         runOnLoop(*I);
122       return Changed;
123     }
124
125     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
126       AU.setPreservesCFG();
127       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
128       AU.addRequired<LoopInfo>();
129       AU.addRequired<DominatorSet>();
130       AU.addRequired<TargetData>();
131       AU.addRequired<ScalarEvolution>();
132     }
133   private:
134     void runOnLoop(Loop *L);
135     bool AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L);
136     void AnalyzeGetElementPtrUsers(GetElementPtrInst *GEP, Instruction *I,
137                                    Loop *L);
138
139     void StrengthReduceStridedIVUsers(Value *Stride, IVUsersOfOneStride &Uses,
140                                       Loop *L, bool isOnlyStride);
141
142     void strengthReduceGEP(GetElementPtrInst *GEPI, Loop *L,
143                            GEPCache* GEPCache,
144                            Instruction *InsertBefore,
145                            std::set<Instruction*> &DeadInsts);
146     void DeleteTriviallyDeadInstructions(std::set<Instruction*> &Insts);
147   };
148   RegisterOpt<LoopStrengthReduce> X("loop-reduce",
149                                     "Strength Reduce GEP Uses of Ind. Vars");
150 }
151
152 FunctionPass *llvm::createLoopStrengthReducePass(unsigned MaxTargetAMSize) {
153   return new LoopStrengthReduce(MaxTargetAMSize);
154 }
155
156 /// DeleteTriviallyDeadInstructions - If any of the instructions is the
157 /// specified set are trivially dead, delete them and see if this makes any of
158 /// their operands subsequently dead.
159 void LoopStrengthReduce::
160 DeleteTriviallyDeadInstructions(std::set<Instruction*> &Insts) {
161   while (!Insts.empty()) {
162     Instruction *I = *Insts.begin();
163     Insts.erase(Insts.begin());
164     if (isInstructionTriviallyDead(I)) {
165       for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i)
166         if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(i)))
167           Insts.insert(U);
168       SE->deleteInstructionFromRecords(I);
169       I->eraseFromParent();
170       Changed = true;
171     }
172   }
173 }
174
175
176 /// CanReduceSCEV - Return true if we can strength reduce this scalar evolution
177 /// in the specified loop.
178 static bool CanReduceSCEV(const SCEVHandle &SH, Loop *L) {
179   SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SH);
180   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L) return false;
181
182   // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
183   if (!AddRec->isAffine()) return false;
184
185   // FIXME: generalize to IV's with more complex strides (must emit stride
186   // expression outside of loop!)
187   if (isa<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1)))
188     return true;
189
190   // We handle steps by unsigned values, because we know we won't have to insert
191   // a cast for them.
192   if (SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(AddRec->getOperand(1)))
193     if (SU->getValue()->getType()->isUnsigned())
194       return true;
195
196   // Otherwise, no, we can't handle it yet.
197   return false;
198 }
199
200
201 /// GetAdjustedIndex - Adjust the specified GEP sequential type index to match
202 /// the size of the pointer type, and scale it by the type size.
203 static SCEVHandle GetAdjustedIndex(const SCEVHandle &Idx, uint64_t TySize,
204                                    const Type *UIntPtrTy) {
205   SCEVHandle Result = Idx;
206   if (Result->getType()->getUnsignedVersion() != UIntPtrTy) {
207     if (UIntPtrTy->getPrimitiveSize() < Result->getType()->getPrimitiveSize())
208       Result = SCEVTruncateExpr::get(Result, UIntPtrTy);
209     else
210       Result = SCEVZeroExtendExpr::get(Result, UIntPtrTy);
211   }
212
213   // This index is scaled by the type size being indexed.
214   if (TySize != 1)
215     Result = SCEVMulExpr::get(Result,
216                               SCEVConstant::get(ConstantUInt::get(UIntPtrTy,
217                                                                   TySize)));
218   return Result;
219 }
220
221 /// AnalyzeGetElementPtrUsers - Analyze all of the users of the specified
222 /// getelementptr instruction, adding them to the IVUsesByStride table.  Note
223 /// that we only want to analyze a getelementptr instruction once, and it can
224 /// have multiple operands that are uses of the indvar (e.g. A[i][i]).  Because
225 /// of this, we only process a GEP instruction if its first recurrent operand is
226 /// "op", otherwise we will either have already processed it or we will sometime
227 /// later.
228 void LoopStrengthReduce::AnalyzeGetElementPtrUsers(GetElementPtrInst *GEP,
229                                                    Instruction *Op, Loop *L) {
230   // Analyze all of the subscripts of this getelementptr instruction, looking
231   // for uses that are determined by the trip count of L.  First, skip all
232   // operands the are not dependent on the IV.
233
234   // Build up the base expression.  Insert an LLVM cast of the pointer to
235   // uintptr_t first.
236   Value *BasePtr;
237   if (Constant *CB = dyn_cast<Constant>(GEP->getOperand(0)))
238     BasePtr = ConstantExpr::getCast(CB, UIntPtrTy);
239   else {
240     Value *&BP = CastedBasePointers[GEP->getOperand(0)];
241     if (BP == 0) {
242       BasicBlock::iterator InsertPt;
243       if (isa<Argument>(GEP->getOperand(0))) {
244         InsertPt = GEP->getParent()->getParent()->begin()->begin();
245       } else {
246         InsertPt = cast<Instruction>(GEP->getOperand(0));
247         if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(GEP->getOperand(0)))
248           InsertPt = II->getNormalDest()->begin();
249         else
250           ++InsertPt;
251       }
252       
253       // Do not insert casts into the middle of PHI node blocks.
254       while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
255       
256       BP = new CastInst(GEP->getOperand(0), UIntPtrTy,
257                         GEP->getOperand(0)->getName(), InsertPt);
258     }
259     BasePtr = BP;
260   }
261
262   SCEVHandle Base = SCEVUnknown::get(BasePtr);
263
264   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
265   unsigned i = 1;
266   for (; GEP->getOperand(i) != Op; ++i, ++GTI) {
267     // If this is a use of a recurrence that we can analyze, and it comes before
268     // Op does in the GEP operand list, we will handle this when we process this
269     // operand.
270     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
271       const StructLayout *SL = TD->getStructLayout(STy);
272       unsigned Idx = cast<ConstantUInt>(GEP->getOperand(i))->getValue();
273       uint64_t Offset = SL->MemberOffsets[Idx];
274       Base = SCEVAddExpr::get(Base, SCEVUnknown::getIntegerSCEV(Offset,
275                                                                 UIntPtrTy));
276     } else {
277       SCEVHandle Idx = SE->getSCEV(GEP->getOperand(i));
278
279       // If this operand is reducible, and it's not the one we are looking at
280       // currently, do not process the GEP at this time.
281       if (CanReduceSCEV(Idx, L))
282         return;
283       Base = SCEVAddExpr::get(Base, GetAdjustedIndex(Idx,
284                              TD->getTypeSize(GTI.getIndexedType()), UIntPtrTy));
285     }
286   }
287
288   // Get the index, convert it to intptr_t.
289   SCEVHandle GEPIndexExpr =
290     GetAdjustedIndex(SE->getSCEV(Op), TD->getTypeSize(GTI.getIndexedType()),
291                      UIntPtrTy);
292
293   // Process all remaining subscripts in the GEP instruction.
294   for (++i, ++GTI; i != GEP->getNumOperands(); ++i, ++GTI)
295     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
296       const StructLayout *SL = TD->getStructLayout(STy);
297       unsigned Idx = cast<ConstantUInt>(GEP->getOperand(i))->getValue();
298       uint64_t Offset = SL->MemberOffsets[Idx];
299       Base = SCEVAddExpr::get(Base, SCEVUnknown::getIntegerSCEV(Offset,
300                                                                 UIntPtrTy));
301     } else {
302       SCEVHandle Idx = SE->getSCEV(GEP->getOperand(i));
303       if (CanReduceSCEV(Idx, L)) {   // Another IV subscript
304         GEPIndexExpr = SCEVAddExpr::get(GEPIndexExpr,
305                     GetAdjustedIndex(Idx, TD->getTypeSize(GTI.getIndexedType()),
306                                    UIntPtrTy));
307         assert(CanReduceSCEV(GEPIndexExpr, L) &&
308                "Cannot reduce the sum of two reducible SCEV's??");
309       } else {
310         Base = SCEVAddExpr::get(Base, GetAdjustedIndex(Idx,
311                              TD->getTypeSize(GTI.getIndexedType()), UIntPtrTy));
312       }
313     }
314
315   assert(CanReduceSCEV(GEPIndexExpr, L) && "Non reducible idx??");
316
317   // FIXME: If the base is not loop invariant, we currently cannot emit this.
318   if (!Base->isLoopInvariant(L)) {
319     DEBUG(std::cerr << "IGNORING GEP due to non-invaiant base: "
320                     << *Base << "\n");
321     return;
322   }
323   
324   Base = SCEVAddExpr::get(Base, cast<SCEVAddRecExpr>(GEPIndexExpr)->getStart());
325   SCEVHandle Stride = cast<SCEVAddRecExpr>(GEPIndexExpr)->getOperand(1);
326
327   DEBUG(std::cerr << "GEP BASE  : " << *Base << "\n");
328   DEBUG(std::cerr << "GEP STRIDE: " << *Stride << "\n");
329
330   Value *Step = 0;   // Step of ISE.
331   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Stride))
332     /// Always get the step value as an unsigned value.
333     Step = ConstantExpr::getCast(SC->getValue(),
334                                SC->getValue()->getType()->getUnsignedVersion());
335   else
336     Step = cast<SCEVUnknown>(Stride)->getValue();
337   assert(Step->getType()->isUnsigned() && "Bad step value!");
338
339
340   // Now that we know the base and stride contributed by the GEP instruction,
341   // process all users.
342   for (Value::use_iterator UI = GEP->use_begin(), E = GEP->use_end();
343        UI != E; ++UI) {
344     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
345
346     // Do not infinitely recurse on PHI nodes.
347     if (isa<PHINode>(User) && User->getParent() == L->getHeader())
348       continue;
349
350     // If this is an instruction defined in a nested loop, or outside this loop,
351     // don't mess with it.
352     if (LI->getLoopFor(User->getParent()) != L)
353       continue;
354
355     DEBUG(std::cerr << "FOUND USER: " << *User
356           << "   OF STRIDE: " << *Step << " BASE = " << *Base << "\n");
357
358     // Okay, we found a user that we cannot reduce.  Analyze the instruction
359     // and decide what to do with it.
360     IVUsesByStride[Step].addUser(Base, User, GEP);
361   }
362 }
363
364 /// AddUsersIfInteresting - Inspect the specified instruction.  If it is a
365 /// reducible SCEV, recursively add its users to the IVUsesByStride set and
366 /// return true.  Otherwise, return false.
367 bool LoopStrengthReduce::AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L) {
368   if (I->getType() == Type::VoidTy) return false;
369   SCEVHandle ISE = SE->getSCEV(I);
370   if (!CanReduceSCEV(ISE, L)) return false;
371
372   SCEVAddRecExpr *AR = cast<SCEVAddRecExpr>(ISE);
373   SCEVHandle Start = AR->getStart();
374
375   // Get the step value, canonicalizing to an unsigned integer type so that
376   // lookups in the map will match.
377   Value *Step = 0;   // Step of ISE.
378   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(AR->getOperand(1)))
379     /// Always get the step value as an unsigned value.
380     Step = ConstantExpr::getCast(SC->getValue(),
381                                SC->getValue()->getType()->getUnsignedVersion());
382   else
383     Step = cast<SCEVUnknown>(AR->getOperand(1))->getValue();
384   assert(Step->getType()->isUnsigned() && "Bad step value!");
385
386   std::set<GetElementPtrInst*> AnalyzedGEPs;
387
388   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E;++UI){
389     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
390
391     // Do not infinitely recurse on PHI nodes.
392     if (isa<PHINode>(User) && User->getParent() == L->getHeader())
393       continue;
394
395     // If this is an instruction defined in a nested loop, or outside this loop,
396     // don't mess with it.
397     if (LI->getLoopFor(User->getParent()) != L)
398       continue;
399
400     // Next, see if this user is analyzable itself!
401     if (!AddUsersIfInteresting(User, L)) {
402       if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
403         // If this is a getelementptr instruction, figure out what linear
404         // expression of induction variable is actually being used.
405         //
406         if (AnalyzedGEPs.insert(GEP).second)   // Not already analyzed?
407           AnalyzeGetElementPtrUsers(GEP, I, L);
408       } else {
409         DEBUG(std::cerr << "FOUND USER: " << *User
410               << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n");
411
412         // Okay, we found a user that we cannot reduce.  Analyze the instruction
413         // and decide what to do with it.
414         IVUsesByStride[Step].addUser(Start, User, I);
415       }
416     }
417   }
418   return true;
419 }
420
421 namespace {
422   /// BasedUser - For a particular base value, keep information about how we've
423   /// partitioned the expression so far.
424   struct BasedUser {
425     /// Inst - The instruction using the induction variable.
426     Instruction *Inst;
427
428     /// OperandValToReplace - The operand value of Inst to replace with the
429     /// EmittedBase.
430     Value *OperandValToReplace;
431
432     /// Imm - The immediate value that should be added to the base immediately
433     /// before Inst, because it will be folded into the imm field of the
434     /// instruction.
435     SCEVHandle Imm;
436
437     /// EmittedBase - The actual value* to use for the base value of this
438     /// operation.  This is null if we should just use zero so far.
439     Value *EmittedBase;
440
441     BasedUser(Instruction *I, Value *Op, const SCEVHandle &IMM)
442       : Inst(I), OperandValToReplace(Op), Imm(IMM), EmittedBase(0) {}
443
444
445     // No need to compare these.
446     bool operator<(const BasedUser &BU) const { return 0; }
447
448     void dump() const;
449   };
450 }
451
452 void BasedUser::dump() const {
453   std::cerr << " Imm=" << *Imm;
454   if (EmittedBase)
455     std::cerr << "  EB=" << *EmittedBase;
456
457   std::cerr << "   Inst: " << *Inst;
458 }
459
460 /// isTargetConstant - Return true if the following can be referenced by the
461 /// immediate field of a target instruction.
462 static bool isTargetConstant(const SCEVHandle &V) {
463
464   // FIXME: Look at the target to decide if &GV is a legal constant immediate.
465   if (isa<SCEVConstant>(V)) return true;
466
467   return false;     // ENABLE this for x86
468
469   if (SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V))
470     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(SU->getValue()))
471       if (CE->getOpcode() == Instruction::Cast)
472         if (isa<GlobalValue>(CE->getOperand(0)))
473           // FIXME: should check to see that the dest is uintptr_t!
474           return true;
475   return false;
476 }
477
478 /// GetImmediateValues - Look at Val, and pull out any additions of constants
479 /// that can fit into the immediate field of instructions in the target.
480 static SCEVHandle GetImmediateValues(SCEVHandle Val, bool isAddress) {
481   if (!isAddress)
482     return SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Val->getType());
483   if (isTargetConstant(Val))
484     return Val;
485
486   if (SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
487     unsigned i = 0;
488     for (; i != SAE->getNumOperands(); ++i)
489       if (isTargetConstant(SAE->getOperand(i))) {
490         SCEVHandle ImmVal = SAE->getOperand(i);
491
492         // If there are any other immediates that we can handle here, pull them
493         // out too.
494         for (++i; i != SAE->getNumOperands(); ++i)
495           if (isTargetConstant(SAE->getOperand(i)))
496             ImmVal = SCEVAddExpr::get(ImmVal, SAE->getOperand(i));
497         return ImmVal;
498       }
499   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
500     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
501     return GetImmediateValues(SARE->getStart(), isAddress);
502   }
503
504   return SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Val->getType());
505 }
506
507 /// StrengthReduceStridedIVUsers - Strength reduce all of the users of a single
508 /// stride of IV.  All of the users may have different starting values, and this
509 /// may not be the only stride (we know it is if isOnlyStride is true).
510 void LoopStrengthReduce::StrengthReduceStridedIVUsers(Value *Stride,
511                                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
512                                                       Loop *L,
513                                                       bool isOnlyStride) {
514   // Transform our list of users and offsets to a bit more complex table.  In
515   // this new vector, the first entry for each element is the base of the
516   // strided access, and the second is the BasedUser object for the use.  We
517   // progressively move information from the first to the second entry, until we
518   // eventually emit the object.
519   std::vector<std::pair<SCEVHandle, BasedUser> > UsersToProcess;
520   UsersToProcess.reserve(Uses.Users.size());
521
522   SCEVHandle ZeroBase = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0,
523                                               Uses.Users[0].Offset->getType());
524
525   for (unsigned i = 0, e = Uses.Users.size(); i != e; ++i)
526     UsersToProcess.push_back(std::make_pair(Uses.Users[i].Offset,
527                                             BasedUser(Uses.Users[i].User,
528                                              Uses.Users[i].OperandValToReplace,
529                                                       ZeroBase)));
530
531   // First pass, figure out what we can represent in the immediate fields of
532   // instructions.  If we can represent anything there, move it to the imm
533   // fields of the BasedUsers.
534   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
535     bool isAddress = isa<LoadInst>(UsersToProcess[i].second.Inst) ||
536                      isa<StoreInst>(UsersToProcess[i].second.Inst);
537     UsersToProcess[i].second.Imm = GetImmediateValues(UsersToProcess[i].first,
538                                                       isAddress);
539     UsersToProcess[i].first = SCEV::getMinusSCEV(UsersToProcess[i].first,
540                                                  UsersToProcess[i].second.Imm);
541
542     DEBUG(std::cerr << "BASE: " << *UsersToProcess[i].first);
543     DEBUG(UsersToProcess[i].second.dump());
544   }
545
546   SCEVExpander Rewriter(*SE, *LI);
547   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
548   Instruction *PreInsertPt = Preheader->getTerminator();
549   Instruction *PhiInsertBefore = L->getHeader()->begin();
550
551   assert(isa<PHINode>(PhiInsertBefore) &&
552          "How could this loop have IV's without any phis?");
553   PHINode *SomeLoopPHI = cast<PHINode>(PhiInsertBefore);
554   assert(SomeLoopPHI->getNumIncomingValues() == 2 &&
555          "This loop isn't canonicalized right");
556   BasicBlock *LatchBlock =
557    SomeLoopPHI->getIncomingBlock(SomeLoopPHI->getIncomingBlock(0) == Preheader);
558
559   DEBUG(std::cerr << "INSERTING IVs of STRIDE " << *Stride << ":\n");
560   
561   // FIXME: This loop needs increasing levels of intelligence.
562   // STAGE 0: just emit everything as its own base.
563   // STAGE 1: factor out common vars from bases, and try and push resulting
564   //          constants into Imm field.  <-- We are here
565   // STAGE 2: factor out large constants to try and make more constants
566   //          acceptable for target loads and stores.
567
568   // Sort by the base value, so that all IVs with identical bases are next to
569   // each other.  
570   std::sort(UsersToProcess.begin(), UsersToProcess.end());
571   while (!UsersToProcess.empty()) {
572     SCEVHandle Base = UsersToProcess.front().first;
573
574     DEBUG(std::cerr << "  INSERTING PHI with BASE = " << *Base << ":\n");
575    
576     // Create a new Phi for this base, and stick it in the loop header.
577     const Type *ReplacedTy = Base->getType();
578     PHINode *NewPHI = new PHINode(ReplacedTy, "iv.", PhiInsertBefore);
579
580     // Emit the initial base value into the loop preheader, and add it to the
581     // Phi node.
582     Value *BaseV = Rewriter.expandCodeFor(Base, PreInsertPt, ReplacedTy);
583     NewPHI->addIncoming(BaseV, Preheader);
584
585     // Emit the increment of the base value before the terminator of the loop
586     // latch block, and add it to the Phi node.
587     SCEVHandle Inc = SCEVAddExpr::get(SCEVUnknown::get(NewPHI),
588                                       SCEVUnknown::get(Stride));
589
590     Value *IncV = Rewriter.expandCodeFor(Inc, LatchBlock->getTerminator(),
591                                          ReplacedTy);
592     IncV->setName(NewPHI->getName()+".inc");
593     NewPHI->addIncoming(IncV, LatchBlock);
594
595     // Emit the code to add the immediate offset to the Phi value, just before
596     // the instructions that we identified as using this stride and base.
597     while (!UsersToProcess.empty() && UsersToProcess.front().first == Base) {
598       BasedUser &User = UsersToProcess.front().second;
599
600       // Clear the SCEVExpander's expression map so that we are guaranteed
601       // to have the code emitted where we expect it.
602       Rewriter.clear();
603       SCEVHandle NewValSCEV = SCEVAddExpr::get(SCEVUnknown::get(NewPHI),
604                                                User.Imm);
605       Value *Replaced = User.OperandValToReplace;
606       Value *newVal = Rewriter.expandCodeFor(NewValSCEV, User.Inst,
607                                              Replaced->getType());
608
609       // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
610       User.Inst->replaceUsesOfWith(Replaced, newVal);
611       DEBUG(std::cerr << "    CHANGED: IMM =" << *User.Imm << "  Inst = "
612             << *User.Inst);
613
614       // Mark old value we replaced as possibly dead, so that it is elminated
615       // if we just replaced the last use of that value.
616       DeadInsts.insert(cast<Instruction>(Replaced));
617
618       UsersToProcess.erase(UsersToProcess.begin());
619       ++NumReduced;
620     }
621     // TODO: Next, find out which base index is the most common, pull it out.
622   }
623
624   // IMPORTANT TODO: Figure out how to partition the IV's with this stride, but
625   // different starting values, into different PHIs.
626
627   // BEFORE writing this, it's probably useful to handle GEP's.
628
629   // NOTE: pull all constants together, for REG+IMM addressing, include &GV in
630   // 'IMM' if the target supports it.
631 }
632
633
634 void LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L) {
635   // First step, transform all loops nesting inside of this loop.
636   for (LoopInfo::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
637     runOnLoop(*I);
638
639   // Next, find all uses of induction variables in this loop, and catagorize
640   // them by stride.  Start by finding all of the PHI nodes in the header for
641   // this loop.  If they are induction variables, inspect their uses.
642   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ++I)
643     AddUsersIfInteresting(I, L);
644
645   // If we have nothing to do, return.
646   //if (IVUsesByStride.empty()) return;
647
648   // FIXME: We can widen subreg IV's here for RISC targets.  e.g. instead of
649   // doing computation in byte values, promote to 32-bit values if safe.
650
651   // FIXME: Attempt to reuse values across multiple IV's.  In particular, we
652   // could have something like "for(i) { foo(i*8); bar(i*16) }", which should be
653   // codegened as "for (j = 0;; j+=8) { foo(j); bar(j+j); }" on X86/PPC.  Need
654   // to be careful that IV's are all the same type.  Only works for intptr_t
655   // indvars.
656
657   // If we only have one stride, we can more aggressively eliminate some things.
658   bool HasOneStride = IVUsesByStride.size() == 1;
659
660   for (std::map<Value*, IVUsersOfOneStride>::iterator SI
661         = IVUsesByStride.begin(), E = IVUsesByStride.end(); SI != E; ++SI)
662     StrengthReduceStridedIVUsers(SI->first, SI->second, L, HasOneStride);
663
664   // Clean up after ourselves
665   if (!DeadInsts.empty()) {
666     DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
667
668     BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
669     PHINode *PN;
670     while ((PN = dyn_cast<PHINode>(I))) {
671       ++I;  // Preincrement iterator to avoid invalidating it when deleting PN.
672       
673       // At this point, we know that we have killed one or more GEP instructions.
674       // It is worth checking to see if the cann indvar is also dead, so that we
675       // can remove it as well.  The requirements for the cann indvar to be
676       // considered dead are:
677       // 1. the cann indvar has one use
678       // 2. the use is an add instruction
679       // 3. the add has one use
680       // 4. the add is used by the cann indvar
681       // If all four cases above are true, then we can remove both the add and
682       // the cann indvar.
683       // FIXME: this needs to eliminate an induction variable even if it's being
684       // compared against some value to decide loop termination.
685       if (PN->hasOneUse()) {
686         BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(*(PN->use_begin()));
687         if (BO && BO->hasOneUse()) {
688           if (PN == *(BO->use_begin())) {
689             DeadInsts.insert(BO);
690             // Break the cycle, then delete the PHI.
691             PN->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(PN->getType()));
692             SE->deleteInstructionFromRecords(PN);
693             PN->eraseFromParent();
694           }
695         }
696       }
697     }
698     DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
699   }
700
701   IVUsesByStride.clear();
702   CastedBasePointers.clear();
703   return;
704 }