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