Revert 91280-91283, 91286-91289, 91291, 91293, 91295-91296. It apparently introduced...
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / LoopStrengthReduce.cpp
1 //===- LoopStrengthReduce.cpp - Strength Reduce IVs 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 transformation analyzes and transforms the induction variables (and
11 // computations derived from them) into forms suitable for efficient execution
12 // on the target.
13 //
14 // This pass performs a strength reduction on array references inside loops that
15 // have as one or more of their components the loop induction variable, it
16 // rewrites expressions to take advantage of scaled-index addressing modes
17 // available on the target, and it performs a variety of other optimizations
18 // related to loop induction variables.
19 //
20 //===----------------------------------------------------------------------===//
21
22 #define DEBUG_TYPE "loop-reduce"
23 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
24 #include "llvm/Constants.h"
25 #include "llvm/Instructions.h"
26 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
27 #include "llvm/Type.h"
28 #include "llvm/DerivedTypes.h"
29 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
30 #include "llvm/Analysis/IVUsers.h"
31 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
32 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
33 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
34 #include "llvm/Transforms/Utils/AddrModeMatcher.h"
35 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
36 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
37 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
38 #include "llvm/Support/CFG.h"
39 #include "llvm/Support/Debug.h"
40 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
41 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
42 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
43 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
44 #include <algorithm>
45 using namespace llvm;
46
47 STATISTIC(NumReduced ,    "Number of IV uses strength reduced");
48 STATISTIC(NumInserted,    "Number of PHIs inserted");
49 STATISTIC(NumVariable,    "Number of PHIs with variable strides");
50 STATISTIC(NumEliminated,  "Number of strides eliminated");
51 STATISTIC(NumShadow,      "Number of Shadow IVs optimized");
52 STATISTIC(NumImmSunk,     "Number of common expr immediates sunk into uses");
53 STATISTIC(NumLoopCond,    "Number of loop terminating conds optimized");
54 STATISTIC(NumCountZero,   "Number of count iv optimized to count toward zero");
55
56 static cl::opt<bool> EnableFullLSRMode("enable-full-lsr",
57                                        cl::init(false),
58                                        cl::Hidden);
59
60 namespace {
61
62   struct BasedUser;
63
64   /// IVInfo - This structure keeps track of one IV expression inserted during
65   /// StrengthReduceStridedIVUsers. It contains the stride, the common base, as
66   /// well as the PHI node and increment value created for rewrite.
67   struct IVExpr {
68     const SCEV *Stride;
69     const SCEV *Base;
70     PHINode    *PHI;
71
72     IVExpr(const SCEV *const stride, const SCEV *const base, PHINode *phi)
73       : Stride(stride), Base(base), PHI(phi) {}
74   };
75
76   /// IVsOfOneStride - This structure keeps track of all IV expression inserted
77   /// during StrengthReduceStridedIVUsers for a particular stride of the IV.
78   struct IVsOfOneStride {
79     std::vector<IVExpr> IVs;
80
81     void addIV(const SCEV *const Stride, const SCEV *const Base, PHINode *PHI) {
82       IVs.push_back(IVExpr(Stride, Base, PHI));
83     }
84   };
85
86   class LoopStrengthReduce : public LoopPass {
87     IVUsers *IU;
88     LoopInfo *LI;
89     DominatorTree *DT;
90     ScalarEvolution *SE;
91     bool Changed;
92
93     /// IVsByStride - Keep track of all IVs that have been inserted for a
94     /// particular stride.
95     std::map<const SCEV *, IVsOfOneStride> IVsByStride;
96
97     /// StrideNoReuse - Keep track of all the strides whose ivs cannot be
98     /// reused (nor should they be rewritten to reuse other strides).
99     SmallSet<const SCEV *, 4> StrideNoReuse;
100
101     /// DeadInsts - Keep track of instructions we may have made dead, so that
102     /// we can remove them after we are done working.
103     SmallVector<WeakVH, 16> DeadInsts;
104
105     /// TLI - Keep a pointer of a TargetLowering to consult for determining
106     /// transformation profitability.
107     const TargetLowering *TLI;
108
109   public:
110     static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
111     explicit LoopStrengthReduce(const TargetLowering *tli = NULL) :
112       LoopPass(&ID), TLI(tli) {
113     }
114
115     bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
116
117     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
118       // We split critical edges, so we change the CFG.  However, we do update
119       // many analyses if they are around.
120       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
121       AU.addPreserved<LoopInfo>();
122       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
123       AU.addPreserved<DominatorTree>();
124
125       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
126       AU.addRequired<LoopInfo>();
127       AU.addRequired<DominatorTree>();
128       AU.addRequired<ScalarEvolution>();
129       AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
130       AU.addRequired<IVUsers>();
131       AU.addPreserved<IVUsers>();
132     }
133
134   private:
135     void OptimizeIndvars(Loop *L);
136
137     /// OptimizeLoopTermCond - Change loop terminating condition to use the
138     /// postinc iv when possible.
139     void OptimizeLoopTermCond(Loop *L);
140
141     /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
142     /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
143     void OptimizeShadowIV(Loop *L);
144
145     /// OptimizeMax - Rewrite the loop's terminating condition
146     /// if it uses a max computation.
147     ICmpInst *OptimizeMax(Loop *L, ICmpInst *Cond,
148                           IVStrideUse* &CondUse);
149
150     /// OptimizeLoopCountIV - If, after all sharing of IVs, the IV used for
151     /// deciding when to exit the loop is used only for that purpose, try to
152     /// rearrange things so it counts down to a test against zero.
153     bool OptimizeLoopCountIV(Loop *L);
154     bool OptimizeLoopCountIVOfStride(const SCEV* &Stride,
155                                      IVStrideUse* &CondUse, Loop *L);
156
157     /// StrengthReduceIVUsersOfStride - Strength reduce all of the users of a
158     /// single stride of IV.  All of the users may have different starting
159     /// values, and this may not be the only stride.
160     void StrengthReduceIVUsersOfStride(const SCEV *const &Stride,
161                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
162                                       Loop *L);
163     void StrengthReduceIVUsers(Loop *L);
164
165     ICmpInst *ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
166                                   IVStrideUse* &CondUse,
167                                   const SCEV* &CondStride,
168                                   bool PostPass = false);
169
170     bool FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
171                            const SCEV* &CondStride);
172     bool RequiresTypeConversion(const Type *Ty, const Type *NewTy);
173     const SCEV *CheckForIVReuse(bool, bool, bool, const SCEV *const&,
174                              IVExpr&, const Type*,
175                              const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
176     bool ValidScale(bool, int64_t,
177                     const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
178     bool ValidOffset(bool, int64_t, int64_t,
179                      const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
180     const SCEV *CollectIVUsers(const SCEV *const &Stride,
181                               IVUsersOfOneStride &Uses,
182                               Loop *L,
183                               bool &AllUsesAreAddresses,
184                               bool &AllUsesAreOutsideLoop,
185                               std::vector<BasedUser> &UsersToProcess);
186     bool StrideMightBeShared(const SCEV *Stride, Loop *L, bool CheckPreInc);
187     bool ShouldUseFullStrengthReductionMode(
188                                 const std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
189                                 const Loop *L,
190                                 bool AllUsesAreAddresses,
191                                 const SCEV *Stride);
192     void PrepareToStrengthReduceFully(
193                              std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
194                              const SCEV *Stride,
195                              const SCEV *CommonExprs,
196                              const Loop *L,
197                              SCEVExpander &PreheaderRewriter);
198     void PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(
199                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
200                                          Value *CommonBaseV,
201                                          const IVExpr &ReuseIV,
202                                          Instruction *PreInsertPt);
203     void PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(
204                                   std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
205                                   const SCEV *Stride,
206                                   const SCEV *CommonExprs,
207                                   Value *CommonBaseV,
208                                   Instruction *IVIncInsertPt,
209                                   const Loop *L,
210                                   SCEVExpander &PreheaderRewriter);
211
212     void DeleteTriviallyDeadInstructions();
213   };
214 }
215
216 char LoopStrengthReduce::ID = 0;
217 static RegisterPass<LoopStrengthReduce>
218 X("loop-reduce", "Loop Strength Reduction");
219
220 Pass *llvm::createLoopStrengthReducePass(const TargetLowering *TLI) {
221   return new LoopStrengthReduce(TLI);
222 }
223
224 /// DeleteTriviallyDeadInstructions - If any of the instructions is the
225 /// specified set are trivially dead, delete them and see if this makes any of
226 /// their operands subsequently dead.
227 void LoopStrengthReduce::DeleteTriviallyDeadInstructions() {
228   if (DeadInsts.empty()) return;
229
230   while (!DeadInsts.empty()) {
231     Instruction *I = dyn_cast_or_null<Instruction>(DeadInsts.back());
232     DeadInsts.pop_back();
233
234     if (I == 0 || !isInstructionTriviallyDead(I))
235       continue;
236
237     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI) {
238       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
239         *OI = 0;
240         if (U->use_empty())
241           DeadInsts.push_back(U);
242       }
243     }
244
245     I->eraseFromParent();
246     Changed = true;
247   }
248 }
249
250 /// isAddressUse - Returns true if the specified instruction is using the
251 /// specified value as an address.
252 static bool isAddressUse(Instruction *Inst, Value *OperandVal) {
253   bool isAddress = isa<LoadInst>(Inst);
254   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
255     if (SI->getOperand(1) == OperandVal)
256       isAddress = true;
257   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
258     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
259     // of intrinsics.
260     switch (II->getIntrinsicID()) {
261       default: break;
262       case Intrinsic::prefetch:
263       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_dq:
264       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_pd:
265       case Intrinsic::x86_sse_loadu_ps:
266       case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
267       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
268       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
269       case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
270         if (II->getOperand(1) == OperandVal)
271           isAddress = true;
272         break;
273     }
274   }
275   return isAddress;
276 }
277
278 /// getAccessType - Return the type of the memory being accessed.
279 static const Type *getAccessType(const Instruction *Inst) {
280   const Type *AccessTy = Inst->getType();
281   if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
282     AccessTy = SI->getOperand(0)->getType();
283   else if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
284     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
285     // of intrinsics.
286     switch (II->getIntrinsicID()) {
287     default: break;
288     case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
289     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
290     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
291     case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
292       AccessTy = II->getOperand(1)->getType();
293       break;
294     }
295   }
296   return AccessTy;
297 }
298
299 namespace {
300   /// BasedUser - For a particular base value, keep information about how we've
301   /// partitioned the expression so far.
302   struct BasedUser {
303     /// SE - The current ScalarEvolution object.
304     ScalarEvolution *SE;
305
306     /// Base - The Base value for the PHI node that needs to be inserted for
307     /// this use.  As the use is processed, information gets moved from this
308     /// field to the Imm field (below).  BasedUser values are sorted by this
309     /// field.
310     const SCEV *Base;
311
312     /// Inst - The instruction using the induction variable.
313     Instruction *Inst;
314
315     /// OperandValToReplace - The operand value of Inst to replace with the
316     /// EmittedBase.
317     Value *OperandValToReplace;
318
319     /// Imm - The immediate value that should be added to the base immediately
320     /// before Inst, because it will be folded into the imm field of the
321     /// instruction.  This is also sometimes used for loop-variant values that
322     /// must be added inside the loop.
323     const SCEV *Imm;
324
325     /// Phi - The induction variable that performs the striding that
326     /// should be used for this user.
327     PHINode *Phi;
328
329     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
330     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
331     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
332     // instruction for a loop and uses outside the loop that are dominated by
333     // the loop.
334     bool isUseOfPostIncrementedValue;
335
336     BasedUser(IVStrideUse &IVSU, ScalarEvolution *se)
337       : SE(se), Base(IVSU.getOffset()), Inst(IVSU.getUser()),
338         OperandValToReplace(IVSU.getOperandValToReplace()),
339         Imm(SE->getIntegerSCEV(0, Base->getType())),
340         isUseOfPostIncrementedValue(IVSU.isUseOfPostIncrementedValue()) {}
341
342     // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
343     // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
344     // to it.
345     void RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEV *const &NewBase,
346                                         Instruction *InsertPt,
347                                        SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
348                                         LoopInfo &LI,
349                                         SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts);
350
351     Value *InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEV *const &NewBase,
352                                        const Type *Ty,
353                                        SCEVExpander &Rewriter,
354                                        Instruction *IP, Loop *L,
355                                        LoopInfo &LI);
356     void dump() const;
357   };
358 }
359
360 void BasedUser::dump() const {
361   errs() << " Base=" << *Base;
362   errs() << " Imm=" << *Imm;
363   errs() << "   Inst: " << *Inst;
364 }
365
366 Value *BasedUser::InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEV *const &NewBase,
367                                               const Type *Ty,
368                                               SCEVExpander &Rewriter,
369                                               Instruction *IP, Loop *L,
370                                               LoopInfo &LI) {
371   // Figure out where we *really* want to insert this code.  In particular, if
372   // the user is inside of a loop that is nested inside of L, we really don't
373   // want to insert this expression before the user, we'd rather pull it out as
374   // many loops as possible.
375   Instruction *BaseInsertPt = IP;
376
377   // Figure out the most-nested loop that IP is in.
378   Loop *InsertLoop = LI.getLoopFor(IP->getParent());
379
380   // If InsertLoop is not L, and InsertLoop is nested inside of L, figure out
381   // the preheader of the outer-most loop where NewBase is not loop invariant.
382   if (L->contains(IP->getParent()))
383     while (InsertLoop && NewBase->isLoopInvariant(InsertLoop)) {
384       BaseInsertPt = InsertLoop->getLoopPreheader()->getTerminator();
385       InsertLoop = InsertLoop->getParentLoop();
386     }
387
388   Value *Base = Rewriter.expandCodeFor(NewBase, 0, BaseInsertPt);
389
390   const SCEV *NewValSCEV = SE->getUnknown(Base);
391
392   // Always emit the immediate into the same block as the user.
393   NewValSCEV = SE->getAddExpr(NewValSCEV, Imm);
394
395   return Rewriter.expandCodeFor(NewValSCEV, Ty, IP);
396 }
397
398
399 // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
400 // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
401 // to it. NewBasePt is the last instruction which contributes to the
402 // value of NewBase in the case that it's a diffferent instruction from
403 // the PHI that NewBase is computed from, or null otherwise.
404 //
405 void BasedUser::RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEV *const &NewBase,
406                                                Instruction *NewBasePt,
407                                       SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
408                                       LoopInfo &LI,
409                                       SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) {
410   if (!isa<PHINode>(Inst)) {
411     // By default, insert code at the user instruction.
412     BasicBlock::iterator InsertPt = Inst;
413
414     // However, if the Operand is itself an instruction, the (potentially
415     // complex) inserted code may be shared by many users.  Because of this, we
416     // want to emit code for the computation of the operand right before its old
417     // computation.  This is usually safe, because we obviously used to use the
418     // computation when it was computed in its current block.  However, in some
419     // cases (e.g. use of a post-incremented induction variable) the NewBase
420     // value will be pinned to live somewhere after the original computation.
421     // In this case, we have to back off.
422     //
423     // If this is a use outside the loop (which means after, since it is based
424     // on a loop indvar) we use the post-incremented value, so that we don't
425     // artificially make the preinc value live out the bottom of the loop.
426     if (!isUseOfPostIncrementedValue && L->contains(Inst->getParent())) {
427       if (NewBasePt && isa<PHINode>(OperandValToReplace)) {
428         InsertPt = NewBasePt;
429         ++InsertPt;
430       } else if (Instruction *OpInst
431                  = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace)) {
432         InsertPt = OpInst;
433         while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
434       }
435     }
436     Value *NewVal = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase,
437                                                 OperandValToReplace->getType(),
438                                                 Rewriter, InsertPt, L, LI);
439     // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
440     Inst->replaceUsesOfWith(OperandValToReplace, NewVal);
441
442     DEBUG(errs() << "      Replacing with ");
443     DEBUG(WriteAsOperand(errs(), NewVal, /*PrintType=*/false));
444     DEBUG(errs() << ", which has value " << *NewBase << " plus IMM "
445                  << *Imm << "\n");
446     return;
447   }
448
449   // PHI nodes are more complex.  We have to insert one copy of the NewBase+Imm
450   // expression into each operand block that uses it.  Note that PHI nodes can
451   // have multiple entries for the same predecessor.  We use a map to make sure
452   // that a PHI node only has a single Value* for each predecessor (which also
453   // prevents us from inserting duplicate code in some blocks).
454   DenseMap<BasicBlock*, Value*> InsertedCode;
455   PHINode *PN = cast<PHINode>(Inst);
456   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
457     if (PN->getIncomingValue(i) == OperandValToReplace) {
458       // If the original expression is outside the loop, put the replacement
459       // code in the same place as the original expression,
460       // which need not be an immediate predecessor of this PHI.  This way we
461       // need only one copy of it even if it is referenced multiple times in
462       // the PHI.  We don't do this when the original expression is inside the
463       // loop because multiple copies sometimes do useful sinking of code in
464       // that case(?).
465       Instruction *OldLoc = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace);
466       BasicBlock *PHIPred = PN->getIncomingBlock(i);
467       if (L->contains(OldLoc->getParent())) {
468         // If this is a critical edge, split the edge so that we do not insert
469         // the code on all predecessor/successor paths.  We do this unless this
470         // is the canonical backedge for this loop, as this can make some
471         // inserted code be in an illegal position.
472         if (e != 1 && PHIPred->getTerminator()->getNumSuccessors() > 1 &&
473             !isa<IndirectBrInst>(PHIPred->getTerminator()) &&
474             (PN->getParent() != L->getHeader() || !L->contains(PHIPred))) {
475
476           // First step, split the critical edge.
477           BasicBlock *NewBB = SplitCriticalEdge(PHIPred, PN->getParent(),
478                                                 P, false);
479
480           // Next step: move the basic block.  In particular, if the PHI node
481           // is outside of the loop, and PredTI is in the loop, we want to
482           // move the block to be immediately before the PHI block, not
483           // immediately after PredTI.
484           if (L->contains(PHIPred) && !L->contains(PN->getParent()))
485             NewBB->moveBefore(PN->getParent());
486
487           // Splitting the edge can reduce the number of PHI entries we have.
488           e = PN->getNumIncomingValues();
489           PHIPred = NewBB;
490           i = PN->getBasicBlockIndex(PHIPred);
491         }
492       }
493       Value *&Code = InsertedCode[PHIPred];
494       if (!Code) {
495         // Insert the code into the end of the predecessor block.
496         Instruction *InsertPt = (L->contains(OldLoc->getParent())) ?
497                                 PHIPred->getTerminator() :
498                                 OldLoc->getParent()->getTerminator();
499         Code = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, PN->getType(),
500                                            Rewriter, InsertPt, L, LI);
501
502         DEBUG(errs() << "      Changing PHI use to ");
503         DEBUG(WriteAsOperand(errs(), Code, /*PrintType=*/false));
504         DEBUG(errs() << ", which has value " << *NewBase << " plus IMM "
505                      << *Imm << "\n");
506       }
507
508       // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
509       PN->setIncomingValue(i, Code);
510       Rewriter.clear();
511     }
512   }
513
514   // PHI node might have become a constant value after SplitCriticalEdge.
515   DeadInsts.push_back(Inst);
516 }
517
518
519 /// fitsInAddressMode - Return true if V can be subsumed within an addressing
520 /// mode, and does not need to be put in a register first.
521 static bool fitsInAddressMode(const SCEV *const &V, const Type *AccessTy,
522                              const TargetLowering *TLI, bool HasBaseReg) {
523   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
524     int64_t VC = SC->getValue()->getSExtValue();
525     if (TLI) {
526       TargetLowering::AddrMode AM;
527       AM.BaseOffs = VC;
528       AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
529       return TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy);
530     } else {
531       // Defaults to PPC. PPC allows a sign-extended 16-bit immediate field.
532       return (VC > -(1 << 16) && VC < (1 << 16)-1);
533     }
534   }
535
536   if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V))
537     if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(SU->getValue())) {
538       if (TLI) {
539         TargetLowering::AddrMode AM;
540         AM.BaseGV = GV;
541         AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
542         return TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy);
543       } else {
544         // Default: assume global addresses are not legal.
545       }
546     }
547
548   return false;
549 }
550
551 /// MoveLoopVariantsToImmediateField - Move any subexpressions from Val that are
552 /// loop varying to the Imm operand.
553 static void MoveLoopVariantsToImmediateField(const SCEV *&Val, const SCEV *&Imm,
554                                              Loop *L, ScalarEvolution *SE) {
555   if (Val->isLoopInvariant(L)) return;  // Nothing to do.
556
557   if (const SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
558     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
559     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
560
561     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i)
562       if (!SAE->getOperand(i)->isLoopInvariant(L)) {
563         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
564         // field of the expression.
565         Imm = SE->getAddExpr(Imm, SAE->getOperand(i));
566       } else {
567         NewOps.push_back(SAE->getOperand(i));
568       }
569
570     if (NewOps.empty())
571       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
572     else
573       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
574   } else if (const SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
575     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
576     const SCEV *Start = SARE->getStart();
577     MoveLoopVariantsToImmediateField(Start, Imm, L, SE);
578
579     SmallVector<const SCEV *, 4> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
580     Ops[0] = Start;
581     Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
582   } else {
583     // Otherwise, all of Val is variant, move the whole thing over.
584     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
585     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
586   }
587 }
588
589
590 /// MoveImmediateValues - Look at Val, and pull out any additions of constants
591 /// that can fit into the immediate field of instructions in the target.
592 /// Accumulate these immediate values into the Imm value.
593 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
594                                 const Type *AccessTy,
595                                 const SCEV *&Val, const SCEV *&Imm,
596                                 bool isAddress, Loop *L,
597                                 ScalarEvolution *SE) {
598   if (const SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
599     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
600     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
601
602     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i) {
603       const SCEV *NewOp = SAE->getOperand(i);
604       MoveImmediateValues(TLI, AccessTy, NewOp, Imm, isAddress, L, SE);
605
606       if (!NewOp->isLoopInvariant(L)) {
607         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
608         // field of the expression.
609         Imm = SE->getAddExpr(Imm, NewOp);
610       } else {
611         NewOps.push_back(NewOp);
612       }
613     }
614
615     if (NewOps.empty())
616       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
617     else
618       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
619     return;
620   } else if (const SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
621     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
622     const SCEV *Start = SARE->getStart();
623     MoveImmediateValues(TLI, AccessTy, Start, Imm, isAddress, L, SE);
624
625     if (Start != SARE->getStart()) {
626       SmallVector<const SCEV *, 4> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
627       Ops[0] = Start;
628       Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
629     }
630     return;
631   } else if (const SCEVMulExpr *SME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Val)) {
632     // Transform "8 * (4 + v)" -> "32 + 8*V" if "32" fits in the immed field.
633     if (isAddress &&
634         fitsInAddressMode(SME->getOperand(0), AccessTy, TLI, false) &&
635         SME->getNumOperands() == 2 && SME->isLoopInvariant(L)) {
636
637       const SCEV *SubImm = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
638       const SCEV *NewOp = SME->getOperand(1);
639       MoveImmediateValues(TLI, AccessTy, NewOp, SubImm, isAddress, L, SE);
640
641       // If we extracted something out of the subexpressions, see if we can
642       // simplify this!
643       if (NewOp != SME->getOperand(1)) {
644         // Scale SubImm up by "8".  If the result is a target constant, we are
645         // good.
646         SubImm = SE->getMulExpr(SubImm, SME->getOperand(0));
647         if (fitsInAddressMode(SubImm, AccessTy, TLI, false)) {
648           // Accumulate the immediate.
649           Imm = SE->getAddExpr(Imm, SubImm);
650
651           // Update what is left of 'Val'.
652           Val = SE->getMulExpr(SME->getOperand(0), NewOp);
653           return;
654         }
655       }
656     }
657   }
658
659   // Loop-variant expressions must stay in the immediate field of the
660   // expression.
661   if ((isAddress && fitsInAddressMode(Val, AccessTy, TLI, false)) ||
662       !Val->isLoopInvariant(L)) {
663     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
664     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
665     return;
666   }
667
668   // Otherwise, no immediates to move.
669 }
670
671 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
672                                 Instruction *User,
673                                 const SCEV *&Val, const SCEV *&Imm,
674                                 bool isAddress, Loop *L,
675                                 ScalarEvolution *SE) {
676   const Type *AccessTy = getAccessType(User);
677   MoveImmediateValues(TLI, AccessTy, Val, Imm, isAddress, L, SE);
678 }
679
680 /// SeparateSubExprs - Decompose Expr into all of the subexpressions that are
681 /// added together.  This is used to reassociate common addition subexprs
682 /// together for maximal sharing when rewriting bases.
683 static void SeparateSubExprs(SmallVector<const SCEV *, 16> &SubExprs,
684                              const SCEV *Expr,
685                              ScalarEvolution *SE) {
686   if (const SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Expr)) {
687     for (unsigned j = 0, e = AE->getNumOperands(); j != e; ++j)
688       SeparateSubExprs(SubExprs, AE->getOperand(j), SE);
689   } else if (const SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Expr)) {
690     const SCEV *Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Expr->getType());
691     if (SARE->getOperand(0) == Zero) {
692       SubExprs.push_back(Expr);
693     } else {
694       // Compute the addrec with zero as its base.
695       SmallVector<const SCEV *, 4> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
696       Ops[0] = Zero;   // Start with zero base.
697       SubExprs.push_back(SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop()));
698
699
700       SeparateSubExprs(SubExprs, SARE->getOperand(0), SE);
701     }
702   } else if (!Expr->isZero()) {
703     // Do not add zero.
704     SubExprs.push_back(Expr);
705   }
706 }
707
708 // This is logically local to the following function, but C++ says we have
709 // to make it file scope.
710 struct SubExprUseData { unsigned Count; bool notAllUsesAreFree; };
711
712 /// RemoveCommonExpressionsFromUseBases - Look through all of the Bases of all
713 /// the Uses, removing any common subexpressions, except that if all such
714 /// subexpressions can be folded into an addressing mode for all uses inside
715 /// the loop (this case is referred to as "free" in comments herein) we do
716 /// not remove anything.  This looks for things like (a+b+c) and
717 /// (a+c+d) and computes the common (a+c) subexpression.  The common expression
718 /// is *removed* from the Bases and returned.
719 static const SCEV *
720 RemoveCommonExpressionsFromUseBases(std::vector<BasedUser> &Uses,
721                                     ScalarEvolution *SE, Loop *L,
722                                     const TargetLowering *TLI) {
723   unsigned NumUses = Uses.size();
724
725   // Only one use?  This is a very common case, so we handle it specially and
726   // cheaply.
727   const SCEV *Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Uses[0].Base->getType());
728   const SCEV *Result = Zero;
729   const SCEV *FreeResult = Zero;
730   if (NumUses == 1) {
731     // If the use is inside the loop, use its base, regardless of what it is:
732     // it is clearly shared across all the IV's.  If the use is outside the loop
733     // (which means after it) we don't want to factor anything *into* the loop,
734     // so just use 0 as the base.
735     if (L->contains(Uses[0].Inst->getParent()))
736       std::swap(Result, Uses[0].Base);
737     return Result;
738   }
739
740   // To find common subexpressions, count how many of Uses use each expression.
741   // If any subexpressions are used Uses.size() times, they are common.
742   // Also track whether all uses of each expression can be moved into an
743   // an addressing mode "for free"; such expressions are left within the loop.
744   // struct SubExprUseData { unsigned Count; bool notAllUsesAreFree; };
745   std::map<const SCEV *, SubExprUseData> SubExpressionUseData;
746
747   // UniqueSubExprs - Keep track of all of the subexpressions we see in the
748   // order we see them.
749   SmallVector<const SCEV *, 16> UniqueSubExprs;
750
751   SmallVector<const SCEV *, 16> SubExprs;
752   unsigned NumUsesInsideLoop = 0;
753   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
754     // If the user is outside the loop, just ignore it for base computation.
755     // Since the user is outside the loop, it must be *after* the loop (if it
756     // were before, it could not be based on the loop IV).  We don't want users
757     // after the loop to affect base computation of values *inside* the loop,
758     // because we can always add their offsets to the result IV after the loop
759     // is done, ensuring we get good code inside the loop.
760     if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent()))
761       continue;
762     NumUsesInsideLoop++;
763
764     // If the base is zero (which is common), return zero now, there are no
765     // CSEs we can find.
766     if (Uses[i].Base == Zero) return Zero;
767
768     // If this use is as an address we may be able to put CSEs in the addressing
769     // mode rather than hoisting them.
770     bool isAddrUse = isAddressUse(Uses[i].Inst, Uses[i].OperandValToReplace);
771     // We may need the AccessTy below, but only when isAddrUse, so compute it
772     // only in that case.
773     const Type *AccessTy = 0;
774     if (isAddrUse)
775       AccessTy = getAccessType(Uses[i].Inst);
776
777     // Split the expression into subexprs.
778     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
779     // Add one to SubExpressionUseData.Count for each subexpr present, and
780     // if the subexpr is not a valid immediate within an addressing mode use,
781     // set SubExpressionUseData.notAllUsesAreFree.  We definitely want to
782     // hoist these out of the loop (if they are common to all uses).
783     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j) {
784       if (++SubExpressionUseData[SubExprs[j]].Count == 1)
785         UniqueSubExprs.push_back(SubExprs[j]);
786       if (!isAddrUse || !fitsInAddressMode(SubExprs[j], AccessTy, TLI, false))
787         SubExpressionUseData[SubExprs[j]].notAllUsesAreFree = true;
788     }
789     SubExprs.clear();
790   }
791
792   // Now that we know how many times each is used, build Result.  Iterate over
793   // UniqueSubexprs so that we have a stable ordering.
794   for (unsigned i = 0, e = UniqueSubExprs.size(); i != e; ++i) {
795     std::map<const SCEV *, SubExprUseData>::iterator I =
796        SubExpressionUseData.find(UniqueSubExprs[i]);
797     assert(I != SubExpressionUseData.end() && "Entry not found?");
798     if (I->second.Count == NumUsesInsideLoop) { // Found CSE!
799       if (I->second.notAllUsesAreFree)
800         Result = SE->getAddExpr(Result, I->first);
801       else
802         FreeResult = SE->getAddExpr(FreeResult, I->first);
803     } else
804       // Remove non-cse's from SubExpressionUseData.
805       SubExpressionUseData.erase(I);
806   }
807
808   if (FreeResult != Zero) {
809     // We have some subexpressions that can be subsumed into addressing
810     // modes in every use inside the loop.  However, it's possible that
811     // there are so many of them that the combined FreeResult cannot
812     // be subsumed, or that the target cannot handle both a FreeResult
813     // and a Result in the same instruction (for example because it would
814     // require too many registers).  Check this.
815     for (unsigned i=0; i<NumUses; ++i) {
816       if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent()))
817         continue;
818       // We know this is an addressing mode use; if there are any uses that
819       // are not, FreeResult would be Zero.
820       const Type *AccessTy = getAccessType(Uses[i].Inst);
821       if (!fitsInAddressMode(FreeResult, AccessTy, TLI, Result!=Zero)) {
822         // FIXME:  could split up FreeResult into pieces here, some hoisted
823         // and some not.  There is no obvious advantage to this.
824         Result = SE->getAddExpr(Result, FreeResult);
825         FreeResult = Zero;
826         break;
827       }
828     }
829   }
830
831   // If we found no CSE's, return now.
832   if (Result == Zero) return Result;
833
834   // If we still have a FreeResult, remove its subexpressions from
835   // SubExpressionUseData.  This means they will remain in the use Bases.
836   if (FreeResult != Zero) {
837     SeparateSubExprs(SubExprs, FreeResult, SE);
838     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j) {
839       std::map<const SCEV *, SubExprUseData>::iterator I =
840          SubExpressionUseData.find(SubExprs[j]);
841       SubExpressionUseData.erase(I);
842     }
843     SubExprs.clear();
844   }
845
846   // Otherwise, remove all of the CSE's we found from each of the base values.
847   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
848     // Uses outside the loop don't necessarily include the common base, but
849     // the final IV value coming into those uses does.  Instead of trying to
850     // remove the pieces of the common base, which might not be there,
851     // subtract off the base to compensate for this.
852     if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent())) {
853       Uses[i].Base = SE->getMinusSCEV(Uses[i].Base, Result);
854       continue;
855     }
856
857     // Split the expression into subexprs.
858     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
859
860     // Remove any common subexpressions.
861     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
862       if (SubExpressionUseData.count(SubExprs[j])) {
863         SubExprs.erase(SubExprs.begin()+j);
864         --j; --e;
865       }
866
867     // Finally, add the non-shared expressions together.
868     if (SubExprs.empty())
869       Uses[i].Base = Zero;
870     else
871       Uses[i].Base = SE->getAddExpr(SubExprs);
872     SubExprs.clear();
873   }
874
875   return Result;
876 }
877
878 /// ValidScale - Check whether the given Scale is valid for all loads and
879 /// stores in UsersToProcess.
880 ///
881 bool LoopStrengthReduce::ValidScale(bool HasBaseReg, int64_t Scale,
882                                const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
883   if (!TLI)
884     return true;
885
886   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i!=e; ++i) {
887     // If this is a load or other access, pass the type of the access in.
888     const Type *AccessTy =
889         Type::getVoidTy(UsersToProcess[i].Inst->getContext());
890     if (isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
891                      UsersToProcess[i].OperandValToReplace))
892       AccessTy = getAccessType(UsersToProcess[i].Inst);
893     else if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst))
894       continue;
895
896     TargetLowering::AddrMode AM;
897     if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(UsersToProcess[i].Imm))
898       AM.BaseOffs = SC->getValue()->getSExtValue();
899     AM.HasBaseReg = HasBaseReg || !UsersToProcess[i].Base->isZero();
900     AM.Scale = Scale;
901
902     // If load[imm+r*scale] is illegal, bail out.
903     if (!TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
904       return false;
905   }
906   return true;
907 }
908
909 /// ValidOffset - Check whether the given Offset is valid for all loads and
910 /// stores in UsersToProcess.
911 ///
912 bool LoopStrengthReduce::ValidOffset(bool HasBaseReg,
913                                int64_t Offset,
914                                int64_t Scale,
915                                const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
916   if (!TLI)
917     return true;
918
919   for (unsigned i=0, e = UsersToProcess.size(); i!=e; ++i) {
920     // If this is a load or other access, pass the type of the access in.
921     const Type *AccessTy =
922         Type::getVoidTy(UsersToProcess[i].Inst->getContext());
923     if (isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
924                      UsersToProcess[i].OperandValToReplace))
925       AccessTy = getAccessType(UsersToProcess[i].Inst);
926     else if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst))
927       continue;
928
929     TargetLowering::AddrMode AM;
930     if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(UsersToProcess[i].Imm))
931       AM.BaseOffs = SC->getValue()->getSExtValue();
932     AM.BaseOffs = (uint64_t)AM.BaseOffs + (uint64_t)Offset;
933     AM.HasBaseReg = HasBaseReg || !UsersToProcess[i].Base->isZero();
934     AM.Scale = Scale;
935
936     // If load[imm+r*scale] is illegal, bail out.
937     if (!TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
938       return false;
939   }
940   return true;
941 }
942
943 /// RequiresTypeConversion - Returns true if converting Ty1 to Ty2 is not
944 /// a nop.
945 bool LoopStrengthReduce::RequiresTypeConversion(const Type *Ty1,
946                                                 const Type *Ty2) {
947   if (Ty1 == Ty2)
948     return false;
949   Ty1 = SE->getEffectiveSCEVType(Ty1);
950   Ty2 = SE->getEffectiveSCEVType(Ty2);
951   if (Ty1 == Ty2)
952     return false;
953   if (Ty1->canLosslesslyBitCastTo(Ty2))
954     return false;
955   if (TLI && TLI->isTruncateFree(Ty1, Ty2))
956     return false;
957   return true;
958 }
959
960 /// CheckForIVReuse - Returns the multiple if the stride is the multiple
961 /// of a previous stride and it is a legal value for the target addressing
962 /// mode scale component and optional base reg. This allows the users of
963 /// this stride to be rewritten as prev iv * factor. It returns 0 if no
964 /// reuse is possible.  Factors can be negative on same targets, e.g. ARM.
965 ///
966 /// If all uses are outside the loop, we don't require that all multiplies
967 /// be folded into the addressing mode, nor even that the factor be constant;
968 /// a multiply (executed once) outside the loop is better than another IV
969 /// within.  Well, usually.
970 const SCEV *LoopStrengthReduce::CheckForIVReuse(bool HasBaseReg,
971                                 bool AllUsesAreAddresses,
972                                 bool AllUsesAreOutsideLoop,
973                                 const SCEV *const &Stride,
974                                 IVExpr &IV, const Type *Ty,
975                                 const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
976   if (StrideNoReuse.count(Stride))
977     return SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
978
979   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Stride)) {
980     int64_t SInt = SC->getValue()->getSExtValue();
981     for (unsigned NewStride = 0, e = IU->StrideOrder.size();
982          NewStride != e; ++NewStride) {
983       std::map<const SCEV *, IVsOfOneStride>::iterator SI =
984                 IVsByStride.find(IU->StrideOrder[NewStride]);
985       if (SI == IVsByStride.end() || !isa<SCEVConstant>(SI->first) ||
986           StrideNoReuse.count(SI->first))
987         continue;
988       // The other stride has no uses, don't reuse it.
989       std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator UI =
990         IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[NewStride]);
991       if (UI->second->Users.empty())
992         continue;
993       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
994       if (SI->first != Stride &&
995           (unsigned(abs64(SInt)) < SSInt || (SInt % SSInt) != 0))
996         continue;
997       int64_t Scale = SInt / SSInt;
998       // Check that this stride is valid for all the types used for loads and
999       // stores; if it can be used for some and not others, we might as well use
1000       // the original stride everywhere, since we have to create the IV for it
1001       // anyway. If the scale is 1, then we don't need to worry about folding
1002       // multiplications.
1003       if (Scale == 1 ||
1004           (AllUsesAreAddresses &&
1005            ValidScale(HasBaseReg, Scale, UsersToProcess))) {
1006         // Prefer to reuse an IV with a base of zero.
1007         for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1008                IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1009           // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion
1010           // and if the base difference can be folded.
1011           if (II->Base->isZero() &&
1012               !RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1013             IV = *II;
1014             return SE->getIntegerSCEV(Scale, Stride->getType());
1015           }
1016         // Otherwise, settle for an IV with a foldable base.
1017         if (AllUsesAreAddresses)
1018           for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1019                  IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1020             // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion
1021             // and if the base difference can be folded.
1022             if (SE->getEffectiveSCEVType(II->Base->getType()) ==
1023                 SE->getEffectiveSCEVType(Ty) &&
1024                 isa<SCEVConstant>(II->Base)) {
1025               int64_t Base =
1026                 cast<SCEVConstant>(II->Base)->getValue()->getSExtValue();
1027               if (Base > INT32_MIN && Base <= INT32_MAX &&
1028                   ValidOffset(HasBaseReg, -Base * Scale,
1029                               Scale, UsersToProcess)) {
1030                 IV = *II;
1031                 return SE->getIntegerSCEV(Scale, Stride->getType());
1032               }
1033             }
1034       }
1035     }
1036   } else if (AllUsesAreOutsideLoop) {
1037     // Accept nonconstant strides here; it is really really right to substitute
1038     // an existing IV if we can.
1039     for (unsigned NewStride = 0, e = IU->StrideOrder.size();
1040          NewStride != e; ++NewStride) {
1041       std::map<const SCEV *, IVsOfOneStride>::iterator SI =
1042                 IVsByStride.find(IU->StrideOrder[NewStride]);
1043       if (SI == IVsByStride.end() || !isa<SCEVConstant>(SI->first))
1044         continue;
1045       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1046       if (SI->first != Stride && SSInt != 1)
1047         continue;
1048       for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1049              IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1050         // Accept nonzero base here.
1051         // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion.
1052         if (!RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1053           IV = *II;
1054           return Stride;
1055         }
1056     }
1057     // Special case, old IV is -1*x and this one is x.  Can treat this one as
1058     // -1*old.
1059     for (unsigned NewStride = 0, e = IU->StrideOrder.size();
1060          NewStride != e; ++NewStride) {
1061       std::map<const SCEV *, IVsOfOneStride>::iterator SI =
1062                 IVsByStride.find(IU->StrideOrder[NewStride]);
1063       if (SI == IVsByStride.end())
1064         continue;
1065       if (const SCEVMulExpr *ME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(SI->first))
1066         if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(ME->getOperand(0)))
1067           if (Stride == ME->getOperand(1) &&
1068               SC->getValue()->getSExtValue() == -1LL)
1069             for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1070                    IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1071               // Accept nonzero base here.
1072               // Only reuse previous IV if it would not require type conversion.
1073               if (!RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1074                 IV = *II;
1075                 return SE->getIntegerSCEV(-1LL, Stride->getType());
1076               }
1077     }
1078   }
1079   return SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1080 }
1081
1082 /// PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue - Simple boolean predicate that
1083 /// returns true if Val's isUseOfPostIncrementedValue is true.
1084 static bool PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue(const BasedUser &Val) {
1085   return Val.isUseOfPostIncrementedValue;
1086 }
1087
1088 /// isNonConstantNegative - Return true if the specified scev is negated, but
1089 /// not a constant.
1090 static bool isNonConstantNegative(const SCEV *const &Expr) {
1091   const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Expr);
1092   if (!Mul) return false;
1093
1094   // If there is a constant factor, it will be first.
1095   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0));
1096   if (!SC) return false;
1097
1098   // Return true if the value is negative, this matches things like (-42 * V).
1099   return SC->getValue()->getValue().isNegative();
1100 }
1101
1102 /// CollectIVUsers - Transform our list of users and offsets to a bit more
1103 /// complex table. In this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base', the
1104 /// base of the strided accesses, as well as the old information from Uses. We
1105 /// progressively move information from the Base field to the Imm field, until
1106 /// we eventually have the full access expression to rewrite the use.
1107 const SCEV *LoopStrengthReduce::CollectIVUsers(const SCEV *const &Stride,
1108                                               IVUsersOfOneStride &Uses,
1109                                               Loop *L,
1110                                               bool &AllUsesAreAddresses,
1111                                               bool &AllUsesAreOutsideLoop,
1112                                        std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
1113   // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
1114   if (!Stride->isLoopInvariant(L))
1115     return SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1116
1117   UsersToProcess.reserve(Uses.Users.size());
1118   for (ilist<IVStrideUse>::iterator I = Uses.Users.begin(),
1119        E = Uses.Users.end(); I != E; ++I) {
1120     UsersToProcess.push_back(BasedUser(*I, SE));
1121
1122     // Move any loop variant operands from the offset field to the immediate
1123     // field of the use, so that we don't try to use something before it is
1124     // computed.
1125     MoveLoopVariantsToImmediateField(UsersToProcess.back().Base,
1126                                      UsersToProcess.back().Imm, L, SE);
1127     assert(UsersToProcess.back().Base->isLoopInvariant(L) &&
1128            "Base value is not loop invariant!");
1129   }
1130
1131   // We now have a whole bunch of uses of like-strided induction variables, but
1132   // they might all have different bases.  We want to emit one PHI node for this
1133   // stride which we fold as many common expressions (between the IVs) into as
1134   // possible.  Start by identifying the common expressions in the base values
1135   // for the strides (e.g. if we have "A+C+B" and "A+B+D" as our bases, find
1136   // "A+B"), emit it to the preheader, then remove the expression from the
1137   // UsersToProcess base values.
1138   const SCEV *CommonExprs =
1139     RemoveCommonExpressionsFromUseBases(UsersToProcess, SE, L, TLI);
1140
1141   // Next, figure out what we can represent in the immediate fields of
1142   // instructions.  If we can represent anything there, move it to the imm
1143   // fields of the BasedUsers.  We do this so that it increases the commonality
1144   // of the remaining uses.
1145   unsigned NumPHI = 0;
1146   bool HasAddress = false;
1147   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1148     // If the user is not in the current loop, this means it is using the exit
1149     // value of the IV.  Do not put anything in the base, make sure it's all in
1150     // the immediate field to allow as much factoring as possible.
1151     if (!L->contains(UsersToProcess[i].Inst->getParent())) {
1152       UsersToProcess[i].Imm = SE->getAddExpr(UsersToProcess[i].Imm,
1153                                              UsersToProcess[i].Base);
1154       UsersToProcess[i].Base =
1155         SE->getIntegerSCEV(0, UsersToProcess[i].Base->getType());
1156     } else {
1157       // Not all uses are outside the loop.
1158       AllUsesAreOutsideLoop = false;
1159
1160       // Addressing modes can be folded into loads and stores.  Be careful that
1161       // the store is through the expression, not of the expression though.
1162       bool isPHI = false;
1163       bool isAddress = isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
1164                                     UsersToProcess[i].OperandValToReplace);
1165       if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst)) {
1166         isPHI = true;
1167         ++NumPHI;
1168       }
1169
1170       if (isAddress)
1171         HasAddress = true;
1172
1173       // If this use isn't an address, then not all uses are addresses.
1174       if (!isAddress && !isPHI)
1175         AllUsesAreAddresses = false;
1176
1177       MoveImmediateValues(TLI, UsersToProcess[i].Inst, UsersToProcess[i].Base,
1178                           UsersToProcess[i].Imm, isAddress, L, SE);
1179     }
1180   }
1181
1182   // If one of the use is a PHI node and all other uses are addresses, still
1183   // allow iv reuse. Essentially we are trading one constant multiplication
1184   // for one fewer iv.
1185   if (NumPHI > 1)
1186     AllUsesAreAddresses = false;
1187
1188   // There are no in-loop address uses.
1189   if (AllUsesAreAddresses && (!HasAddress && !AllUsesAreOutsideLoop))
1190     AllUsesAreAddresses = false;
1191
1192   return CommonExprs;
1193 }
1194
1195 /// ShouldUseFullStrengthReductionMode - Test whether full strength-reduction
1196 /// is valid and profitable for the given set of users of a stride. In
1197 /// full strength-reduction mode, all addresses at the current stride are
1198 /// strength-reduced all the way down to pointer arithmetic.
1199 ///
1200 bool LoopStrengthReduce::ShouldUseFullStrengthReductionMode(
1201                                    const std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1202                                    const Loop *L,
1203                                    bool AllUsesAreAddresses,
1204                                    const SCEV *Stride) {
1205   if (!EnableFullLSRMode)
1206     return false;
1207
1208   // The heuristics below aim to avoid increasing register pressure, but
1209   // fully strength-reducing all the addresses increases the number of
1210   // add instructions, so don't do this when optimizing for size.
1211   // TODO: If the loop is large, the savings due to simpler addresses
1212   // may oughtweight the costs of the extra increment instructions.
1213   if (L->getHeader()->getParent()->hasFnAttr(Attribute::OptimizeForSize))
1214     return false;
1215
1216   // TODO: For now, don't do full strength reduction if there could
1217   // potentially be greater-stride multiples of the current stride
1218   // which could reuse the current stride IV.
1219   if (IU->StrideOrder.back() != Stride)
1220     return false;
1221
1222   // Iterate through the uses to find conditions that automatically rule out
1223   // full-lsr mode.
1224   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ) {
1225     const SCEV *Base = UsersToProcess[i].Base;
1226     const SCEV *Imm = UsersToProcess[i].Imm;
1227     // If any users have a loop-variant component, they can't be fully
1228     // strength-reduced.
1229     if (Imm && !Imm->isLoopInvariant(L))
1230       return false;
1231     // If there are to users with the same base and the difference between
1232     // the two Imm values can't be folded into the address, full
1233     // strength reduction would increase register pressure.
1234     do {
1235       const SCEV *CurImm = UsersToProcess[i].Imm;
1236       if ((CurImm || Imm) && CurImm != Imm) {
1237         if (!CurImm) CurImm = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1238         if (!Imm)       Imm = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1239         const Instruction *Inst = UsersToProcess[i].Inst;
1240         const Type *AccessTy = getAccessType(Inst);
1241         const SCEV *Diff = SE->getMinusSCEV(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1242         if (!Diff->isZero() &&
1243             (!AllUsesAreAddresses ||
1244              !fitsInAddressMode(Diff, AccessTy, TLI, /*HasBaseReg=*/true)))
1245           return false;
1246       }
1247     } while (++i != e && Base == UsersToProcess[i].Base);
1248   }
1249
1250   // If there's exactly one user in this stride, fully strength-reducing it
1251   // won't increase register pressure. If it's starting from a non-zero base,
1252   // it'll be simpler this way.
1253   if (UsersToProcess.size() == 1 && !UsersToProcess[0].Base->isZero())
1254     return true;
1255
1256   // Otherwise, if there are any users in this stride that don't require
1257   // a register for their base, full strength-reduction will increase
1258   // register pressure.
1259   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1260     if (UsersToProcess[i].Base->isZero())
1261       return false;
1262
1263   // Otherwise, go for it.
1264   return true;
1265 }
1266
1267 /// InsertAffinePhi Create and insert a PHI node for an induction variable
1268 /// with the specified start and step values in the specified loop.
1269 ///
1270 /// If NegateStride is true, the stride should be negated by using a
1271 /// subtract instead of an add.
1272 ///
1273 /// Return the created phi node.
1274 ///
1275 static PHINode *InsertAffinePhi(const SCEV *Start, const SCEV *Step,
1276                                 Instruction *IVIncInsertPt,
1277                                 const Loop *L,
1278                                 SCEVExpander &Rewriter) {
1279   assert(Start->isLoopInvariant(L) && "New PHI start is not loop invariant!");
1280   assert(Step->isLoopInvariant(L) && "New PHI stride is not loop invariant!");
1281
1282   BasicBlock *Header = L->getHeader();
1283   BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
1284   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1285   const Type *Ty = Start->getType();
1286   Ty = Rewriter.SE.getEffectiveSCEVType(Ty);
1287
1288   PHINode *PN = PHINode::Create(Ty, "lsr.iv", Header->begin());
1289   PN->addIncoming(Rewriter.expandCodeFor(Start, Ty, Preheader->getTerminator()),
1290                   Preheader);
1291
1292   // If the stride is negative, insert a sub instead of an add for the
1293   // increment.
1294   bool isNegative = isNonConstantNegative(Step);
1295   const SCEV *IncAmount = Step;
1296   if (isNegative)
1297     IncAmount = Rewriter.SE.getNegativeSCEV(Step);
1298
1299   // Insert an add instruction right before the terminator corresponding
1300   // to the back-edge or just before the only use. The location is determined
1301   // by the caller and passed in as IVIncInsertPt.
1302   Value *StepV = Rewriter.expandCodeFor(IncAmount, Ty,
1303                                         Preheader->getTerminator());
1304   Instruction *IncV;
1305   if (isNegative) {
1306     IncV = BinaryOperator::CreateSub(PN, StepV, "lsr.iv.next",
1307                                      IVIncInsertPt);
1308   } else {
1309     IncV = BinaryOperator::CreateAdd(PN, StepV, "lsr.iv.next",
1310                                      IVIncInsertPt);
1311   }
1312   if (!isa<ConstantInt>(StepV)) ++NumVariable;
1313
1314   PN->addIncoming(IncV, LatchBlock);
1315
1316   ++NumInserted;
1317   return PN;
1318 }
1319
1320 static void SortUsersToProcess(std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
1321   // We want to emit code for users inside the loop first.  To do this, we
1322   // rearrange BasedUser so that the entries at the end have
1323   // isUseOfPostIncrementedValue = false, because we pop off the end of the
1324   // vector (so we handle them first).
1325   std::partition(UsersToProcess.begin(), UsersToProcess.end(),
1326                  PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue);
1327
1328   // Sort this by base, so that things with the same base are handled
1329   // together.  By partitioning first and stable-sorting later, we are
1330   // guaranteed that within each base we will pop off users from within the
1331   // loop before users outside of the loop with a particular base.
1332   //
1333   // We would like to use stable_sort here, but we can't.  The problem is that
1334   // const SCEV *'s don't have a deterministic ordering w.r.t to each other, so
1335   // we don't have anything to do a '<' comparison on.  Because we think the
1336   // number of uses is small, do a horrible bubble sort which just relies on
1337   // ==.
1338   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1339     // Get a base value.
1340     const SCEV *Base = UsersToProcess[i].Base;
1341
1342     // Compact everything with this base to be consecutive with this one.
1343     for (unsigned j = i+1; j != e; ++j) {
1344       if (UsersToProcess[j].Base == Base) {
1345         std::swap(UsersToProcess[i+1], UsersToProcess[j]);
1346         ++i;
1347       }
1348     }
1349   }
1350 }
1351
1352 /// PrepareToStrengthReduceFully - Prepare to fully strength-reduce
1353 /// UsersToProcess, meaning lowering addresses all the way down to direct
1354 /// pointer arithmetic.
1355 ///
1356 void
1357 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceFully(
1358                                         std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1359                                         const SCEV *Stride,
1360                                         const SCEV *CommonExprs,
1361                                         const Loop *L,
1362                                         SCEVExpander &PreheaderRewriter) {
1363   DEBUG(errs() << "  Fully reducing all users\n");
1364
1365   // Rewrite the UsersToProcess records, creating a separate PHI for each
1366   // unique Base value.
1367   Instruction *IVIncInsertPt = L->getLoopLatch()->getTerminator();
1368   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ) {
1369     // TODO: The uses are grouped by base, but not sorted. We arbitrarily
1370     // pick the first Imm value here to start with, and adjust it for the
1371     // other uses.
1372     const SCEV *Imm = UsersToProcess[i].Imm;
1373     const SCEV *Base = UsersToProcess[i].Base;
1374     const SCEV *Start = SE->getAddExpr(CommonExprs, Base, Imm);
1375     PHINode *Phi = InsertAffinePhi(Start, Stride, IVIncInsertPt, L,
1376                                    PreheaderRewriter);
1377     // Loop over all the users with the same base.
1378     do {
1379       UsersToProcess[i].Base = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1380       UsersToProcess[i].Imm = SE->getMinusSCEV(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1381       UsersToProcess[i].Phi = Phi;
1382       assert(UsersToProcess[i].Imm->isLoopInvariant(L) &&
1383              "ShouldUseFullStrengthReductionMode should reject this!");
1384     } while (++i != e && Base == UsersToProcess[i].Base);
1385   }
1386 }
1387
1388 /// FindIVIncInsertPt - Return the location to insert the increment instruction.
1389 /// If the only use if a use of postinc value, (must be the loop termination
1390 /// condition), then insert it just before the use.
1391 static Instruction *FindIVIncInsertPt(std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1392                                       const Loop *L) {
1393   if (UsersToProcess.size() == 1 &&
1394       UsersToProcess[0].isUseOfPostIncrementedValue &&
1395       L->contains(UsersToProcess[0].Inst->getParent()))
1396     return UsersToProcess[0].Inst;
1397   return L->getLoopLatch()->getTerminator();
1398 }
1399
1400 /// PrepareToStrengthReduceWithNewPhi - Insert a new induction variable for the
1401 /// given users to share.
1402 ///
1403 void
1404 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(
1405                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1406                                          const SCEV *Stride,
1407                                          const SCEV *CommonExprs,
1408                                          Value *CommonBaseV,
1409                                          Instruction *IVIncInsertPt,
1410                                          const Loop *L,
1411                                          SCEVExpander &PreheaderRewriter) {
1412   DEBUG(errs() << "  Inserting new PHI:\n");
1413
1414   PHINode *Phi = InsertAffinePhi(SE->getUnknown(CommonBaseV),
1415                                  Stride, IVIncInsertPt, L,
1416                                  PreheaderRewriter);
1417
1418   // Remember this in case a later stride is multiple of this.
1419   IVsByStride[Stride].addIV(Stride, CommonExprs, Phi);
1420
1421   // All the users will share this new IV.
1422   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1423     UsersToProcess[i].Phi = Phi;
1424
1425   DEBUG(errs() << "    IV=");
1426   DEBUG(WriteAsOperand(errs(), Phi, /*PrintType=*/false));
1427   DEBUG(errs() << "\n");
1428 }
1429
1430 /// PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride - Prepare for the given users to
1431 /// reuse an induction variable with a stride that is a factor of the current
1432 /// induction variable.
1433 ///
1434 void
1435 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(
1436                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1437                                          Value *CommonBaseV,
1438                                          const IVExpr &ReuseIV,
1439                                          Instruction *PreInsertPt) {
1440   DEBUG(errs() << "  Rewriting in terms of existing IV of STRIDE "
1441                << *ReuseIV.Stride << " and BASE " << *ReuseIV.Base << "\n");
1442
1443   // All the users will share the reused IV.
1444   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1445     UsersToProcess[i].Phi = ReuseIV.PHI;
1446
1447   Constant *C = dyn_cast<Constant>(CommonBaseV);
1448   if (C &&
1449       (!C->isNullValue() &&
1450        !fitsInAddressMode(SE->getUnknown(CommonBaseV), CommonBaseV->getType(),
1451                          TLI, false)))
1452     // We want the common base emitted into the preheader! This is just
1453     // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1454     CommonBaseV = new BitCastInst(CommonBaseV, CommonBaseV->getType(),
1455                                   "commonbase", PreInsertPt);
1456 }
1457
1458 static bool IsImmFoldedIntoAddrMode(GlobalValue *GV, int64_t Offset,
1459                                     const Type *AccessTy,
1460                                    std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1461                                    const TargetLowering *TLI) {
1462   SmallVector<Instruction*, 16> AddrModeInsts;
1463   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1464     if (UsersToProcess[i].isUseOfPostIncrementedValue)
1465       continue;
1466     ExtAddrMode AddrMode =
1467       AddressingModeMatcher::Match(UsersToProcess[i].OperandValToReplace,
1468                                    AccessTy, UsersToProcess[i].Inst,
1469                                    AddrModeInsts, *TLI);
1470     if (GV && GV != AddrMode.BaseGV)
1471       return false;
1472     if (Offset && !AddrMode.BaseOffs)
1473       // FIXME: How to accurate check it's immediate offset is folded.
1474       return false;
1475     AddrModeInsts.clear();
1476   }
1477   return true;
1478 }
1479
1480 /// StrengthReduceIVUsersOfStride - Strength reduce all of the users of a single
1481 /// stride of IV.  All of the users may have different starting values, and this
1482 /// may not be the only stride.
1483 void
1484 LoopStrengthReduce::StrengthReduceIVUsersOfStride(const SCEV *const &Stride,
1485                                                   IVUsersOfOneStride &Uses,
1486                                                   Loop *L) {
1487   // If all the users are moved to another stride, then there is nothing to do.
1488   if (Uses.Users.empty())
1489     return;
1490
1491   // Keep track if every use in UsersToProcess is an address. If they all are,
1492   // we may be able to rewrite the entire collection of them in terms of a
1493   // smaller-stride IV.
1494   bool AllUsesAreAddresses = true;
1495
1496   // Keep track if every use of a single stride is outside the loop.  If so,
1497   // we want to be more aggressive about reusing a smaller-stride IV; a
1498   // multiply outside the loop is better than another IV inside.  Well, usually.
1499   bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
1500
1501   // Transform our list of users and offsets to a bit more complex table.  In
1502   // this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base' the base of the
1503   // strided accessas well as the old information from Uses.  We progressively
1504   // move information from the Base field to the Imm field, until we eventually
1505   // have the full access expression to rewrite the use.
1506   std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
1507   const SCEV *CommonExprs = CollectIVUsers(Stride, Uses, L, AllUsesAreAddresses,
1508                                            AllUsesAreOutsideLoop,
1509                                            UsersToProcess);
1510
1511   // Sort the UsersToProcess array so that users with common bases are
1512   // next to each other.
1513   SortUsersToProcess(UsersToProcess);
1514
1515   // If we managed to find some expressions in common, we'll need to carry
1516   // their value in a register and add it in for each use. This will take up
1517   // a register operand, which potentially restricts what stride values are
1518   // valid.
1519   bool HaveCommonExprs = !CommonExprs->isZero();
1520   const Type *ReplacedTy = CommonExprs->getType();
1521
1522   // If all uses are addresses, consider sinking the immediate part of the
1523   // common expression back into uses if they can fit in the immediate fields.
1524   if (TLI && HaveCommonExprs && AllUsesAreAddresses) {
1525     const SCEV *NewCommon = CommonExprs;
1526     const SCEV *Imm = SE->getIntegerSCEV(0, ReplacedTy);
1527     MoveImmediateValues(TLI, Type::getVoidTy(
1528                         L->getLoopPreheader()->getContext()),
1529                         NewCommon, Imm, true, L, SE);
1530     if (!Imm->isZero()) {
1531       bool DoSink = true;
1532
1533       // If the immediate part of the common expression is a GV, check if it's
1534       // possible to fold it into the target addressing mode.
1535       GlobalValue *GV = 0;
1536       if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(Imm))
1537         GV = dyn_cast<GlobalValue>(SU->getValue());
1538       int64_t Offset = 0;
1539       if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Imm))
1540         Offset = SC->getValue()->getSExtValue();
1541       if (GV || Offset)
1542         // Pass VoidTy as the AccessTy to be conservative, because
1543         // there could be multiple access types among all the uses.
1544         DoSink = IsImmFoldedIntoAddrMode(GV, Offset,
1545                           Type::getVoidTy(L->getLoopPreheader()->getContext()),
1546                                          UsersToProcess, TLI);
1547
1548       if (DoSink) {
1549         DEBUG(errs() << "  Sinking " << *Imm << " back down into uses\n");
1550         for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1551           UsersToProcess[i].Imm = SE->getAddExpr(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1552         CommonExprs = NewCommon;
1553         HaveCommonExprs = !CommonExprs->isZero();
1554         ++NumImmSunk;
1555       }
1556     }
1557   }
1558
1559   // Now that we know what we need to do, insert the PHI node itself.
1560   //
1561   DEBUG(errs() << "LSR: Examining IVs of TYPE " << *ReplacedTy << " of STRIDE "
1562                << *Stride << ":\n"
1563                << "  Common base: " << *CommonExprs << "\n");
1564
1565   SCEVExpander Rewriter(*SE);
1566   SCEVExpander PreheaderRewriter(*SE);
1567
1568   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
1569   Instruction *PreInsertPt = Preheader->getTerminator();
1570   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1571   Instruction *IVIncInsertPt = LatchBlock->getTerminator();
1572
1573   Value *CommonBaseV = Constant::getNullValue(ReplacedTy);
1574
1575   const SCEV *RewriteFactor = SE->getIntegerSCEV(0, ReplacedTy);
1576   IVExpr   ReuseIV(SE->getIntegerSCEV(0,
1577                                     Type::getInt32Ty(Preheader->getContext())),
1578                    SE->getIntegerSCEV(0,
1579                                     Type::getInt32Ty(Preheader->getContext())),
1580                    0);
1581
1582   // Choose a strength-reduction strategy and prepare for it by creating
1583   // the necessary PHIs and adjusting the bookkeeping.
1584   if (ShouldUseFullStrengthReductionMode(UsersToProcess, L,
1585                                          AllUsesAreAddresses, Stride)) {
1586     PrepareToStrengthReduceFully(UsersToProcess, Stride, CommonExprs, L,
1587                                  PreheaderRewriter);
1588   } else {
1589     // Emit the initial base value into the loop preheader.
1590     CommonBaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(CommonExprs, ReplacedTy,
1591                                                   PreInsertPt);
1592
1593     // If all uses are addresses, check if it is possible to reuse an IV.  The
1594     // new IV must have a stride that is a multiple of the old stride; the
1595     // multiple must be a number that can be encoded in the scale field of the
1596     // target addressing mode; and we must have a valid instruction after this
1597     // substitution, including the immediate field, if any.
1598     RewriteFactor = CheckForIVReuse(HaveCommonExprs, AllUsesAreAddresses,
1599                                     AllUsesAreOutsideLoop,
1600                                     Stride, ReuseIV, ReplacedTy,
1601                                     UsersToProcess);
1602     if (!RewriteFactor->isZero())
1603       PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(UsersToProcess, CommonBaseV,
1604                                                ReuseIV, PreInsertPt);
1605     else {
1606       IVIncInsertPt = FindIVIncInsertPt(UsersToProcess, L);
1607       PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(UsersToProcess, Stride, CommonExprs,
1608                                         CommonBaseV, IVIncInsertPt,
1609                                         L, PreheaderRewriter);
1610     }
1611   }
1612
1613   // Process all the users now, replacing their strided uses with
1614   // strength-reduced forms.  This outer loop handles all bases, the inner
1615   // loop handles all users of a particular base.
1616   while (!UsersToProcess.empty()) {
1617     const SCEV *Base = UsersToProcess.back().Base;
1618     Instruction *Inst = UsersToProcess.back().Inst;
1619
1620     // Emit the code for Base into the preheader.
1621     Value *BaseV = 0;
1622     if (!Base->isZero()) {
1623       BaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(Base, 0, PreInsertPt);
1624
1625       DEBUG(errs() << "  INSERTING code for BASE = " << *Base << ":");
1626       if (BaseV->hasName())
1627         DEBUG(errs() << " Result value name = %" << BaseV->getName());
1628       DEBUG(errs() << "\n");
1629
1630       // If BaseV is a non-zero constant, make sure that it gets inserted into
1631       // the preheader, instead of being forward substituted into the uses.  We
1632       // do this by forcing a BitCast (noop cast) to be inserted into the
1633       // preheader in this case.
1634       if (!fitsInAddressMode(Base, getAccessType(Inst), TLI, false) &&
1635           isa<Constant>(BaseV)) {
1636         // We want this constant emitted into the preheader! This is just
1637         // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1638         BaseV = new BitCastInst(BaseV, BaseV->getType(), "preheaderinsert",
1639                                 PreInsertPt);
1640       }
1641     }
1642
1643     // Emit the code to add the immediate offset to the Phi value, just before
1644     // the instructions that we identified as using this stride and base.
1645     do {
1646       // FIXME: Use emitted users to emit other users.
1647       BasedUser &User = UsersToProcess.back();
1648
1649       DEBUG(errs() << "    Examining ");
1650       if (User.isUseOfPostIncrementedValue)
1651         DEBUG(errs() << "postinc");
1652       else
1653         DEBUG(errs() << "preinc");
1654       DEBUG(errs() << " use ");
1655       DEBUG(WriteAsOperand(errs(), UsersToProcess.back().OperandValToReplace,
1656                            /*PrintType=*/false));
1657       DEBUG(errs() << " in Inst: " << *User.Inst);
1658
1659       // If this instruction wants to use the post-incremented value, move it
1660       // after the post-inc and use its value instead of the PHI.
1661       Value *RewriteOp = User.Phi;
1662       if (User.isUseOfPostIncrementedValue) {
1663         RewriteOp = User.Phi->getIncomingValueForBlock(LatchBlock);
1664         // If this user is in the loop, make sure it is the last thing in the
1665         // loop to ensure it is dominated by the increment. In case it's the
1666         // only use of the iv, the increment instruction is already before the
1667         // use.
1668         if (L->contains(User.Inst->getParent()) && User.Inst != IVIncInsertPt)
1669           User.Inst->moveBefore(IVIncInsertPt);
1670       }
1671
1672       const SCEV *RewriteExpr = SE->getUnknown(RewriteOp);
1673
1674       if (SE->getEffectiveSCEVType(RewriteOp->getType()) !=
1675           SE->getEffectiveSCEVType(ReplacedTy)) {
1676         assert(SE->getTypeSizeInBits(RewriteOp->getType()) >
1677                SE->getTypeSizeInBits(ReplacedTy) &&
1678                "Unexpected widening cast!");
1679         RewriteExpr = SE->getTruncateExpr(RewriteExpr, ReplacedTy);
1680       }
1681
1682       // If we had to insert new instructions for RewriteOp, we have to
1683       // consider that they may not have been able to end up immediately
1684       // next to RewriteOp, because non-PHI instructions may never precede
1685       // PHI instructions in a block. In this case, remember where the last
1686       // instruction was inserted so that if we're replacing a different
1687       // PHI node, we can use the later point to expand the final
1688       // RewriteExpr.
1689       Instruction *NewBasePt = dyn_cast<Instruction>(RewriteOp);
1690       if (RewriteOp == User.Phi) NewBasePt = 0;
1691
1692       // Clear the SCEVExpander's expression map so that we are guaranteed
1693       // to have the code emitted where we expect it.
1694       Rewriter.clear();
1695
1696       // If we are reusing the iv, then it must be multiplied by a constant
1697       // factor to take advantage of the addressing mode scale component.
1698       if (!RewriteFactor->isZero()) {
1699         // If we're reusing an IV with a nonzero base (currently this happens
1700         // only when all reuses are outside the loop) subtract that base here.
1701         // The base has been used to initialize the PHI node but we don't want
1702         // it here.
1703         if (!ReuseIV.Base->isZero()) {
1704           const SCEV *typedBase = ReuseIV.Base;
1705           if (SE->getEffectiveSCEVType(RewriteExpr->getType()) !=
1706               SE->getEffectiveSCEVType(ReuseIV.Base->getType())) {
1707             // It's possible the original IV is a larger type than the new IV,
1708             // in which case we have to truncate the Base.  We checked in
1709             // RequiresTypeConversion that this is valid.
1710             assert(SE->getTypeSizeInBits(RewriteExpr->getType()) <
1711                    SE->getTypeSizeInBits(ReuseIV.Base->getType()) &&
1712                    "Unexpected lengthening conversion!");
1713             typedBase = SE->getTruncateExpr(ReuseIV.Base,
1714                                             RewriteExpr->getType());
1715           }
1716           RewriteExpr = SE->getMinusSCEV(RewriteExpr, typedBase);
1717         }
1718
1719         // Multiply old variable, with base removed, by new scale factor.
1720         RewriteExpr = SE->getMulExpr(RewriteFactor,
1721                                      RewriteExpr);
1722
1723         // The common base is emitted in the loop preheader. But since we
1724         // are reusing an IV, it has not been used to initialize the PHI node.
1725         // Add it to the expression used to rewrite the uses.
1726         // When this use is outside the loop, we earlier subtracted the
1727         // common base, and are adding it back here.  Use the same expression
1728         // as before, rather than CommonBaseV, so DAGCombiner will zap it.
1729         if (!CommonExprs->isZero()) {
1730           if (L->contains(User.Inst->getParent()))
1731             RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr,
1732                                        SE->getUnknown(CommonBaseV));
1733           else
1734             RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, CommonExprs);
1735         }
1736       }
1737
1738       // Now that we know what we need to do, insert code before User for the
1739       // immediate and any loop-variant expressions.
1740       if (BaseV)
1741         // Add BaseV to the PHI value if needed.
1742         RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, SE->getUnknown(BaseV));
1743
1744       User.RewriteInstructionToUseNewBase(RewriteExpr, NewBasePt,
1745                                           Rewriter, L, this, *LI,
1746                                           DeadInsts);
1747
1748       // Mark old value we replaced as possibly dead, so that it is eliminated
1749       // if we just replaced the last use of that value.
1750       DeadInsts.push_back(User.OperandValToReplace);
1751
1752       UsersToProcess.pop_back();
1753       ++NumReduced;
1754
1755       // If there are any more users to process with the same base, process them
1756       // now.  We sorted by base above, so we just have to check the last elt.
1757     } while (!UsersToProcess.empty() && UsersToProcess.back().Base == Base);
1758     // TODO: Next, find out which base index is the most common, pull it out.
1759   }
1760
1761   // IMPORTANT TODO: Figure out how to partition the IV's with this stride, but
1762   // different starting values, into different PHIs.
1763 }
1764
1765 void LoopStrengthReduce::StrengthReduceIVUsers(Loop *L) {
1766   // Note: this processes each stride/type pair individually.  All users
1767   // passed into StrengthReduceIVUsersOfStride have the same type AND stride.
1768   // Also, note that we iterate over IVUsesByStride indirectly by using
1769   // StrideOrder. This extra layer of indirection makes the ordering of
1770   // strides deterministic - not dependent on map order.
1771   for (unsigned Stride = 0, e = IU->StrideOrder.size(); Stride != e; ++Stride) {
1772     std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
1773       IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[Stride]);
1774     assert(SI != IU->IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1775     // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
1776     if (!SI->first->isLoopInvariant(L))
1777       continue;
1778     StrengthReduceIVUsersOfStride(SI->first, *SI->second, L);
1779   }
1780 }
1781
1782 /// FindIVUserForCond - If Cond has an operand that is an expression of an IV,
1783 /// set the IV user and stride information and return true, otherwise return
1784 /// false.
1785 bool LoopStrengthReduce::FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond,
1786                                            IVStrideUse *&CondUse,
1787                                            const SCEV* &CondStride) {
1788   for (unsigned Stride = 0, e = IU->StrideOrder.size();
1789        Stride != e && !CondUse; ++Stride) {
1790     std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
1791       IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[Stride]);
1792     assert(SI != IU->IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1793
1794     for (ilist<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second->Users.begin(),
1795          E = SI->second->Users.end(); UI != E; ++UI)
1796       if (UI->getUser() == Cond) {
1797         // NOTE: we could handle setcc instructions with multiple uses here, but
1798         // InstCombine does it as well for simple uses, it's not clear that it
1799         // occurs enough in real life to handle.
1800         CondUse = UI;
1801         CondStride = SI->first;
1802         return true;
1803       }
1804   }
1805   return false;
1806 }
1807
1808 namespace {
1809   // Constant strides come first which in turns are sorted by their absolute
1810   // values. If absolute values are the same, then positive strides comes first.
1811   // e.g.
1812   // 4, -1, X, 1, 2 ==> 1, -1, 2, 4, X
1813   struct StrideCompare {
1814     const ScalarEvolution *SE;
1815     explicit StrideCompare(const ScalarEvolution *se) : SE(se) {}
1816
1817     bool operator()(const SCEV *const &LHS, const SCEV *const &RHS) {
1818       const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS);
1819       const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS);
1820       if (LHSC && RHSC) {
1821         int64_t  LV = LHSC->getValue()->getSExtValue();
1822         int64_t  RV = RHSC->getValue()->getSExtValue();
1823         uint64_t ALV = (LV < 0) ? -LV : LV;
1824         uint64_t ARV = (RV < 0) ? -RV : RV;
1825         if (ALV == ARV) {
1826           if (LV != RV)
1827             return LV > RV;
1828         } else {
1829           return ALV < ARV;
1830         }
1831
1832         // If it's the same value but different type, sort by bit width so
1833         // that we emit larger induction variables before smaller
1834         // ones, letting the smaller be re-written in terms of larger ones.
1835         return SE->getTypeSizeInBits(RHS->getType()) <
1836                SE->getTypeSizeInBits(LHS->getType());
1837       }
1838       return LHSC && !RHSC;
1839     }
1840   };
1841 }
1842
1843 /// ChangeCompareStride - If a loop termination compare instruction is the
1844 /// only use of its stride, and the compaison is against a constant value,
1845 /// try eliminate the stride by moving the compare instruction to another
1846 /// stride and change its constant operand accordingly. e.g.
1847 ///
1848 /// loop:
1849 /// ...
1850 /// v1 = v1 + 3
1851 /// v2 = v2 + 1
1852 /// if (v2 < 10) goto loop
1853 /// =>
1854 /// loop:
1855 /// ...
1856 /// v1 = v1 + 3
1857 /// if (v1 < 30) goto loop
1858 ICmpInst *LoopStrengthReduce::ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
1859                                                   IVStrideUse* &CondUse,
1860                                                   const SCEV* &CondStride,
1861                                                   bool PostPass) {
1862   // If there's only one stride in the loop, there's nothing to do here.
1863   if (IU->StrideOrder.size() < 2)
1864     return Cond;
1865   // If there are other users of the condition's stride, don't bother
1866   // trying to change the condition because the stride will still
1867   // remain.
1868   std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator I =
1869     IU->IVUsesByStride.find(CondStride);
1870   if (I == IU->IVUsesByStride.end())
1871     return Cond;
1872   if (I->second->Users.size() > 1) {
1873     for (ilist<IVStrideUse>::iterator II = I->second->Users.begin(),
1874            EE = I->second->Users.end(); II != EE; ++II) {
1875       if (II->getUser() == Cond)
1876         continue;
1877       if (!isInstructionTriviallyDead(II->getUser()))
1878         return Cond;
1879     }
1880   }
1881   // Only handle constant strides for now.
1882   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(CondStride);
1883   if (!SC) return Cond;
1884
1885   ICmpInst::Predicate Predicate = Cond->getPredicate();
1886   int64_t CmpSSInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1887   unsigned BitWidth = SE->getTypeSizeInBits(CondStride->getType());
1888   uint64_t SignBit = 1ULL << (BitWidth-1);
1889   const Type *CmpTy = Cond->getOperand(0)->getType();
1890   const Type *NewCmpTy = NULL;
1891   unsigned TyBits = SE->getTypeSizeInBits(CmpTy);
1892   unsigned NewTyBits = 0;
1893   const SCEV *NewStride = NULL;
1894   Value *NewCmpLHS = NULL;
1895   Value *NewCmpRHS = NULL;
1896   int64_t Scale = 1;
1897   const SCEV *NewOffset = SE->getIntegerSCEV(0, CmpTy);
1898
1899   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Cond->getOperand(1))) {
1900     int64_t CmpVal = C->getValue().getSExtValue();
1901
1902     // Check the relevant induction variable for conformance to
1903     // the pattern.
1904     const SCEV *IV = SE->getSCEV(Cond->getOperand(0));
1905     const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
1906     if (!AR || !AR->isAffine())
1907       return Cond;
1908
1909     const SCEVConstant *StartC = dyn_cast<SCEVConstant>(AR->getStart());
1910     // Check stride constant and the comparision constant signs to detect
1911     // overflow.
1912     if (StartC) {
1913       if ((StartC->getValue()->getSExtValue() < CmpVal && CmpSSInt < 0) ||
1914           (StartC->getValue()->getSExtValue() > CmpVal && CmpSSInt > 0))
1915         return Cond;
1916     } else {
1917       // More restrictive check for the other cases.
1918       if ((CmpVal & SignBit) != (CmpSSInt & SignBit))
1919         return Cond;
1920     }
1921
1922     // Look for a suitable stride / iv as replacement.
1923     for (unsigned i = 0, e = IU->StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
1924       std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
1925         IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[i]);
1926       if (!isa<SCEVConstant>(SI->first) || SI->second->Users.empty())
1927         continue;
1928       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1929       if (SSInt == CmpSSInt ||
1930           abs64(SSInt) < abs64(CmpSSInt) ||
1931           (SSInt % CmpSSInt) != 0)
1932         continue;
1933
1934       Scale = SSInt / CmpSSInt;
1935       int64_t NewCmpVal = CmpVal * Scale;
1936
1937       // If old icmp value fits in icmp immediate field, but the new one doesn't
1938       // try something else.
1939       if (TLI &&
1940           TLI->isLegalICmpImmediate(CmpVal) &&
1941           !TLI->isLegalICmpImmediate(NewCmpVal))
1942         continue;
1943
1944       APInt Mul = APInt(BitWidth*2, CmpVal, true);
1945       Mul = Mul * APInt(BitWidth*2, Scale, true);
1946       // Check for overflow.
1947       if (!Mul.isSignedIntN(BitWidth))
1948         continue;
1949       // Check for overflow in the stride's type too.
1950       if (!Mul.isSignedIntN(SE->getTypeSizeInBits(SI->first->getType())))
1951         continue;
1952
1953       // Watch out for overflow.
1954       if (ICmpInst::isSigned(Predicate) &&
1955           (CmpVal & SignBit) != (NewCmpVal & SignBit))
1956         continue;
1957
1958       // Pick the best iv to use trying to avoid a cast.
1959       NewCmpLHS = NULL;
1960       for (ilist<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second->Users.begin(),
1961              E = SI->second->Users.end(); UI != E; ++UI) {
1962         Value *Op = UI->getOperandValToReplace();
1963
1964         // If the IVStrideUse implies a cast, check for an actual cast which
1965         // can be used to find the original IV expression.
1966         if (SE->getEffectiveSCEVType(Op->getType()) !=
1967             SE->getEffectiveSCEVType(SI->first->getType())) {
1968           CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(Op);
1969           // If it's not a simple cast, it's complicated.
1970           if (!CI)
1971             continue;
1972           // If it's a cast from a type other than the stride type,
1973           // it's complicated.
1974           if (CI->getOperand(0)->getType() != SI->first->getType())
1975             continue;
1976           // Ok, we found the IV expression in the stride's type.
1977           Op = CI->getOperand(0);
1978         }
1979
1980         NewCmpLHS = Op;
1981         if (NewCmpLHS->getType() == CmpTy)
1982           break;
1983       }
1984       if (!NewCmpLHS)
1985         continue;
1986
1987       NewCmpTy = NewCmpLHS->getType();
1988       NewTyBits = SE->getTypeSizeInBits(NewCmpTy);
1989       const Type *NewCmpIntTy = IntegerType::get(Cond->getContext(), NewTyBits);
1990       if (RequiresTypeConversion(NewCmpTy, CmpTy)) {
1991         // Check if it is possible to rewrite it using
1992         // an iv / stride of a smaller integer type.
1993         unsigned Bits = NewTyBits;
1994         if (ICmpInst::isSigned(Predicate))
1995           --Bits;
1996         uint64_t Mask = (1ULL << Bits) - 1;
1997         if (((uint64_t)NewCmpVal & Mask) != (uint64_t)NewCmpVal)
1998           continue;
1999       }
2000
2001       // Don't rewrite if use offset is non-constant and the new type is
2002       // of a different type.
2003       // FIXME: too conservative?
2004       if (NewTyBits != TyBits && !isa<SCEVConstant>(CondUse->getOffset()))
2005         continue;
2006
2007       if (!PostPass) {
2008         bool AllUsesAreAddresses = true;
2009         bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
2010         std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
2011         const SCEV *CommonExprs = CollectIVUsers(SI->first, *SI->second, L,
2012                                                  AllUsesAreAddresses,
2013                                                  AllUsesAreOutsideLoop,
2014                                                  UsersToProcess);
2015         // Avoid rewriting the compare instruction with an iv of new stride
2016         // if it's likely the new stride uses will be rewritten using the
2017         // stride of the compare instruction.
2018         if (AllUsesAreAddresses &&
2019             ValidScale(!CommonExprs->isZero(), Scale, UsersToProcess))
2020           continue;
2021       }
2022
2023       // Avoid rewriting the compare instruction with an iv which has
2024       // implicit extension or truncation built into it.
2025       // TODO: This is over-conservative.
2026       if (SE->getTypeSizeInBits(CondUse->getOffset()->getType()) != TyBits)
2027         continue;
2028
2029       // If scale is negative, use swapped predicate unless it's testing
2030       // for equality.
2031       if (Scale < 0 && !Cond->isEquality())
2032         Predicate = ICmpInst::getSwappedPredicate(Predicate);
2033
2034       NewStride = IU->StrideOrder[i];
2035       if (!isa<PointerType>(NewCmpTy))
2036         NewCmpRHS = ConstantInt::get(NewCmpTy, NewCmpVal);
2037       else {
2038         Constant *CI = ConstantInt::get(NewCmpIntTy, NewCmpVal);
2039         NewCmpRHS = ConstantExpr::getIntToPtr(CI, NewCmpTy);
2040       }
2041       NewOffset = TyBits == NewTyBits
2042         ? SE->getMulExpr(CondUse->getOffset(),
2043                          SE->getConstant(CmpTy, Scale))
2044         : SE->getConstant(NewCmpIntTy,
2045           cast<SCEVConstant>(CondUse->getOffset())->getValue()
2046             ->getSExtValue()*Scale);
2047       break;
2048     }
2049   }
2050
2051   // Forgo this transformation if it the increment happens to be
2052   // unfortunately positioned after the condition, and the condition
2053   // has multiple uses which prevent it from being moved immediately
2054   // before the branch. See
2055   // test/Transforms/LoopStrengthReduce/change-compare-stride-trickiness-*.ll
2056   // for an example of this situation.
2057   if (!Cond->hasOneUse()) {
2058     for (BasicBlock::iterator I = Cond, E = Cond->getParent()->end();
2059          I != E; ++I)
2060       if (I == NewCmpLHS)
2061         return Cond;
2062   }
2063
2064   if (NewCmpRHS) {
2065     // Create a new compare instruction using new stride / iv.
2066     ICmpInst *OldCond = Cond;
2067     // Insert new compare instruction.
2068     Cond = new ICmpInst(OldCond, Predicate, NewCmpLHS, NewCmpRHS,
2069                         L->getHeader()->getName() + ".termcond");
2070
2071     DEBUG(errs() << "    Change compare stride in Inst " << *OldCond);
2072     DEBUG(errs() << " to " << *Cond << '\n');
2073
2074     // Remove the old compare instruction. The old indvar is probably dead too.
2075     DeadInsts.push_back(CondUse->getOperandValToReplace());
2076     OldCond->replaceAllUsesWith(Cond);
2077     OldCond->eraseFromParent();
2078
2079     IU->IVUsesByStride[NewStride]->addUser(NewOffset, Cond, NewCmpLHS);
2080     CondUse = &IU->IVUsesByStride[NewStride]->Users.back();
2081     CondStride = NewStride;
2082     ++NumEliminated;
2083     Changed = true;
2084   }
2085
2086   return Cond;
2087 }
2088
2089 /// OptimizeMax - Rewrite the loop's terminating condition if it uses
2090 /// a max computation.
2091 ///
2092 /// This is a narrow solution to a specific, but acute, problem. For loops
2093 /// like this:
2094 ///
2095 ///   i = 0;
2096 ///   do {
2097 ///     p[i] = 0.0;
2098 ///   } while (++i < n);
2099 ///
2100 /// the trip count isn't just 'n', because 'n' might not be positive. And
2101 /// unfortunately this can come up even for loops where the user didn't use
2102 /// a C do-while loop. For example, seemingly well-behaved top-test loops
2103 /// will commonly be lowered like this:
2104 //
2105 ///   if (n > 0) {
2106 ///     i = 0;
2107 ///     do {
2108 ///       p[i] = 0.0;
2109 ///     } while (++i < n);
2110 ///   }
2111 ///
2112 /// and then it's possible for subsequent optimization to obscure the if
2113 /// test in such a way that indvars can't find it.
2114 ///
2115 /// When indvars can't find the if test in loops like this, it creates a
2116 /// max expression, which allows it to give the loop a canonical
2117 /// induction variable:
2118 ///
2119 ///   i = 0;
2120 ///   max = n < 1 ? 1 : n;
2121 ///   do {
2122 ///     p[i] = 0.0;
2123 ///   } while (++i != max);
2124 ///
2125 /// Canonical induction variables are necessary because the loop passes
2126 /// are designed around them. The most obvious example of this is the
2127 /// LoopInfo analysis, which doesn't remember trip count values. It
2128 /// expects to be able to rediscover the trip count each time it is
2129 /// needed, and it does this using a simple analyis that only succeeds if
2130 /// the loop has a canonical induction variable.
2131 ///
2132 /// However, when it comes time to generate code, the maximum operation
2133 /// can be quite costly, especially if it's inside of an outer loop.
2134 ///
2135 /// This function solves this problem by detecting this type of loop and
2136 /// rewriting their conditions from ICMP_NE back to ICMP_SLT, and deleting
2137 /// the instructions for the maximum computation.
2138 ///
2139 ICmpInst *LoopStrengthReduce::OptimizeMax(Loop *L, ICmpInst *Cond,
2140                                           IVStrideUse* &CondUse) {
2141   // Check that the loop matches the pattern we're looking for.
2142   if (Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_EQ &&
2143       Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_NE)
2144     return Cond;
2145
2146   SelectInst *Sel = dyn_cast<SelectInst>(Cond->getOperand(1));
2147   if (!Sel || !Sel->hasOneUse()) return Cond;
2148
2149   const SCEV *BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
2150   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
2151     return Cond;
2152   const SCEV *One = SE->getIntegerSCEV(1, BackedgeTakenCount->getType());
2153
2154   // Add one to the backedge-taken count to get the trip count.
2155   const SCEV *IterationCount = SE->getAddExpr(BackedgeTakenCount, One);
2156
2157   // Check for a max calculation that matches the pattern.
2158   if (!isa<SCEVSMaxExpr>(IterationCount) && !isa<SCEVUMaxExpr>(IterationCount))
2159     return Cond;
2160   const SCEVNAryExpr *Max = cast<SCEVNAryExpr>(IterationCount);
2161   if (Max != SE->getSCEV(Sel)) return Cond;
2162
2163   // To handle a max with more than two operands, this optimization would
2164   // require additional checking and setup.
2165   if (Max->getNumOperands() != 2)
2166     return Cond;
2167
2168   const SCEV *MaxLHS = Max->getOperand(0);
2169   const SCEV *MaxRHS = Max->getOperand(1);
2170   if (!MaxLHS || MaxLHS != One) return Cond;
2171
2172   // Check the relevant induction variable for conformance to
2173   // the pattern.
2174   const SCEV *IV = SE->getSCEV(Cond->getOperand(0));
2175   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
2176   if (!AR || !AR->isAffine() ||
2177       AR->getStart() != One ||
2178       AR->getStepRecurrence(*SE) != One)
2179     return Cond;
2180
2181   assert(AR->getLoop() == L &&
2182          "Loop condition operand is an addrec in a different loop!");
2183
2184   // Check the right operand of the select, and remember it, as it will
2185   // be used in the new comparison instruction.
2186   Value *NewRHS = 0;
2187   if (SE->getSCEV(Sel->getOperand(1)) == MaxRHS)
2188     NewRHS = Sel->getOperand(1);
2189   else if (SE->getSCEV(Sel->getOperand(2)) == MaxRHS)
2190     NewRHS = Sel->getOperand(2);
2191   if (!NewRHS) return Cond;
2192
2193   // Determine the new comparison opcode. It may be signed or unsigned,
2194   // and the original comparison may be either equality or inequality.
2195   CmpInst::Predicate Pred =
2196     isa<SCEVSMaxExpr>(Max) ? CmpInst::ICMP_SLT : CmpInst::ICMP_ULT;
2197   if (Cond->getPredicate() == CmpInst::ICMP_EQ)
2198     Pred = CmpInst::getInversePredicate(Pred);
2199
2200   // Ok, everything looks ok to change the condition into an SLT or SGE and
2201   // delete the max calculation.
2202   ICmpInst *NewCond =
2203     new ICmpInst(Cond, Pred, Cond->getOperand(0), NewRHS, "scmp");
2204
2205   // Delete the max calculation instructions.
2206   Cond->replaceAllUsesWith(NewCond);
2207   CondUse->setUser(NewCond);
2208   Instruction *Cmp = cast<Instruction>(Sel->getOperand(0));
2209   Cond->eraseFromParent();
2210   Sel->eraseFromParent();
2211   if (Cmp->use_empty())
2212     Cmp->eraseFromParent();
2213   return NewCond;
2214 }
2215
2216 /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
2217 /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
2218 void LoopStrengthReduce::OptimizeShadowIV(Loop *L) {
2219
2220   const SCEV *BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
2221   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
2222     return;
2223
2224   for (unsigned Stride = 0, e = IU->StrideOrder.size(); Stride != e;
2225        ++Stride) {
2226     std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
2227       IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[Stride]);
2228     assert(SI != IU->IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2229     if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
2230       continue;
2231
2232     for (ilist<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second->Users.begin(),
2233            E = SI->second->Users.end(); UI != E; /* empty */) {
2234       ilist<IVStrideUse>::iterator CandidateUI = UI;
2235       ++UI;
2236       Instruction *ShadowUse = CandidateUI->getUser();
2237       const Type *DestTy = NULL;
2238
2239       /* If shadow use is a int->float cast then insert a second IV
2240          to eliminate this cast.
2241
2242            for (unsigned i = 0; i < n; ++i)
2243              foo((double)i);
2244
2245          is transformed into
2246
2247            double d = 0.0;
2248            for (unsigned i = 0; i < n; ++i, ++d)
2249              foo(d);
2250       */
2251       if (UIToFPInst *UCast = dyn_cast<UIToFPInst>(CandidateUI->getUser()))
2252         DestTy = UCast->getDestTy();
2253       else if (SIToFPInst *SCast = dyn_cast<SIToFPInst>(CandidateUI->getUser()))
2254         DestTy = SCast->getDestTy();
2255       if (!DestTy) continue;
2256
2257       if (TLI) {
2258         // If target does not support DestTy natively then do not apply
2259         // this transformation.
2260         EVT DVT = TLI->getValueType(DestTy);
2261         if (!TLI->isTypeLegal(DVT)) continue;
2262       }
2263
2264       PHINode *PH = dyn_cast<PHINode>(ShadowUse->getOperand(0));
2265       if (!PH) continue;
2266       if (PH->getNumIncomingValues() != 2) continue;
2267
2268       const Type *SrcTy = PH->getType();
2269       int Mantissa = DestTy->getFPMantissaWidth();
2270       if (Mantissa == -1) continue;
2271       if ((int)SE->getTypeSizeInBits(SrcTy) > Mantissa)
2272         continue;
2273
2274       unsigned Entry, Latch;
2275       if (PH->getIncomingBlock(0) == L->getLoopPreheader()) {
2276         Entry = 0;
2277         Latch = 1;
2278       } else {
2279         Entry = 1;
2280         Latch = 0;
2281       }
2282
2283       ConstantInt *Init = dyn_cast<ConstantInt>(PH->getIncomingValue(Entry));
2284       if (!Init) continue;
2285       Constant *NewInit = ConstantFP::get(DestTy, Init->getZExtValue());
2286
2287       BinaryOperator *Incr =
2288         dyn_cast<BinaryOperator>(PH->getIncomingValue(Latch));
2289       if (!Incr) continue;
2290       if (Incr->getOpcode() != Instruction::Add
2291           && Incr->getOpcode() != Instruction::Sub)
2292         continue;
2293
2294       /* Initialize new IV, double d = 0.0 in above example. */
2295       ConstantInt *C = NULL;
2296       if (Incr->getOperand(0) == PH)
2297         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(1));
2298       else if (Incr->getOperand(1) == PH)
2299         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(0));
2300       else
2301         continue;
2302
2303       if (!C) continue;
2304
2305       // Ignore negative constants, as the code below doesn't handle them
2306       // correctly. TODO: Remove this restriction.
2307       if (!C->getValue().isStrictlyPositive()) continue;
2308
2309       /* Add new PHINode. */
2310       PHINode *NewPH = PHINode::Create(DestTy, "IV.S.", PH);
2311
2312       /* create new increment. '++d' in above example. */
2313       Constant *CFP = ConstantFP::get(DestTy, C->getZExtValue());
2314       BinaryOperator *NewIncr =
2315         BinaryOperator::Create(Incr->getOpcode() == Instruction::Add ?
2316                                  Instruction::FAdd : Instruction::FSub,
2317                                NewPH, CFP, "IV.S.next.", Incr);
2318
2319       NewPH->addIncoming(NewInit, PH->getIncomingBlock(Entry));
2320       NewPH->addIncoming(NewIncr, PH->getIncomingBlock(Latch));
2321
2322       /* Remove cast operation */
2323       ShadowUse->replaceAllUsesWith(NewPH);
2324       ShadowUse->eraseFromParent();
2325       NumShadow++;
2326       break;
2327     }
2328   }
2329 }
2330
2331 /// OptimizeIndvars - Now that IVUsesByStride is set up with all of the indvar
2332 /// uses in the loop, look to see if we can eliminate some, in favor of using
2333 /// common indvars for the different uses.
2334 void LoopStrengthReduce::OptimizeIndvars(Loop *L) {
2335   // TODO: implement optzns here.
2336
2337   OptimizeShadowIV(L);
2338 }
2339
2340 bool LoopStrengthReduce::StrideMightBeShared(const SCEV* Stride, Loop *L,
2341                                              bool CheckPreInc) {
2342   int64_t SInt = cast<SCEVConstant>(Stride)->getValue()->getSExtValue();
2343   for (unsigned i = 0, e = IU->StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
2344     std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
2345       IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[i]);
2346     const SCEV *Share = SI->first;
2347     if (!isa<SCEVConstant>(SI->first) || Share == Stride)
2348       continue;
2349     int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(Share)->getValue()->getSExtValue();
2350     if (SSInt == SInt)
2351       return true; // This can definitely be reused.
2352     if (unsigned(abs64(SSInt)) < SInt || (SSInt % SInt) != 0)
2353       continue;
2354     int64_t Scale = SSInt / SInt;
2355     bool AllUsesAreAddresses = true;
2356     bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
2357     std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
2358     const SCEV *CommonExprs = CollectIVUsers(SI->first, *SI->second, L,
2359                                              AllUsesAreAddresses,
2360                                              AllUsesAreOutsideLoop,
2361                                              UsersToProcess);
2362     if (AllUsesAreAddresses &&
2363         ValidScale(!CommonExprs->isZero(), Scale, UsersToProcess)) {
2364       if (!CheckPreInc)
2365         return true;
2366       // Any pre-inc iv use?
2367       IVUsersOfOneStride &StrideUses = *IU->IVUsesByStride[Share];
2368       for (ilist<IVStrideUse>::iterator I = StrideUses.Users.begin(),
2369              E = StrideUses.Users.end(); I != E; ++I) {
2370         if (!I->isUseOfPostIncrementedValue())
2371           return true;
2372       }
2373     }
2374   }
2375   return false;
2376 }
2377
2378 /// isUsedByExitBranch - Return true if icmp is used by a loop terminating
2379 /// conditional branch or it's and / or with other conditions before being used
2380 /// as the condition.
2381 static bool isUsedByExitBranch(ICmpInst *Cond, Loop *L) {
2382   BasicBlock *CondBB = Cond->getParent();
2383   if (!L->isLoopExiting(CondBB))
2384     return false;
2385   BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(CondBB->getTerminator());
2386   if (!TermBr || !TermBr->isConditional())
2387     return false;
2388
2389   Value *User = *Cond->use_begin();
2390   Instruction *UserInst = dyn_cast<Instruction>(User);
2391   while (UserInst &&
2392          (UserInst->getOpcode() == Instruction::And ||
2393           UserInst->getOpcode() == Instruction::Or)) {
2394     if (!UserInst->hasOneUse() || UserInst->getParent() != CondBB)
2395       return false;
2396     User = *User->use_begin();
2397     UserInst = dyn_cast<Instruction>(User);
2398   }
2399   return User == TermBr;
2400 }
2401
2402 static bool ShouldCountToZero(ICmpInst *Cond, IVStrideUse* &CondUse,
2403                               ScalarEvolution *SE, Loop *L,
2404                               const TargetLowering *TLI = 0) {
2405   if (!L->contains(Cond->getParent()))
2406     return false;
2407
2408   if (!isa<SCEVConstant>(CondUse->getOffset()))
2409     return false;
2410
2411   // Handle only tests for equality for the moment.
2412   if (!Cond->isEquality() || !Cond->hasOneUse())
2413     return false;
2414   if (!isUsedByExitBranch(Cond, L))
2415     return false;
2416
2417   Value *CondOp0 = Cond->getOperand(0);
2418   const SCEV *IV = SE->getSCEV(CondOp0);
2419   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
2420   if (!AR || !AR->isAffine())
2421     return false;
2422
2423   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(AR->getStepRecurrence(*SE));
2424   if (!SC || SC->getValue()->getSExtValue() < 0)
2425     // If it's already counting down, don't do anything.
2426     return false;
2427
2428   // If the RHS of the comparison is not an loop invariant, the rewrite
2429   // cannot be done. Also bail out if it's already comparing against a zero.
2430   // If we are checking this before cmp stride optimization, check if it's
2431   // comparing against a already legal immediate.
2432   Value *RHS = Cond->getOperand(1);
2433   ConstantInt *RHSC = dyn_cast<ConstantInt>(RHS);
2434   if (!L->isLoopInvariant(RHS) ||
2435       (RHSC && RHSC->isZero()) ||
2436       (RHSC && TLI && TLI->isLegalICmpImmediate(RHSC->getSExtValue())))
2437     return false;
2438
2439   // Make sure the IV is only used for counting.  Value may be preinc or
2440   // postinc; 2 uses in either case.
2441   if (!CondOp0->hasNUses(2))
2442     return false;
2443
2444   return true;
2445 }
2446
2447 /// OptimizeLoopTermCond - Change loop terminating condition to use the
2448 /// postinc iv when possible.
2449 void LoopStrengthReduce::OptimizeLoopTermCond(Loop *L) {
2450   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
2451   bool LatchExit = L->isLoopExiting(LatchBlock);
2452   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitingBlocks;
2453   L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
2454
2455   for (unsigned i = 0, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i) {
2456     BasicBlock *ExitingBlock = ExitingBlocks[i];
2457
2458     // Finally, get the terminating condition for the loop if possible.  If we
2459     // can, we want to change it to use a post-incremented version of its
2460     // induction variable, to allow coalescing the live ranges for the IV into
2461     // one register value.
2462
2463     BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
2464     if (!TermBr)
2465       continue;
2466     // FIXME: Overly conservative, termination condition could be an 'or' etc..
2467     if (TermBr->isUnconditional() || !isa<ICmpInst>(TermBr->getCondition()))
2468       continue;
2469
2470     // Search IVUsesByStride to find Cond's IVUse if there is one.
2471     IVStrideUse *CondUse = 0;
2472     const SCEV *CondStride = 0;
2473     ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(TermBr->getCondition());
2474     if (!FindIVUserForCond(Cond, CondUse, CondStride))
2475       continue;
2476
2477     // If the latch block is exiting and it's not a single block loop, it's
2478     // not safe to use postinc iv in other exiting blocks. FIXME: overly
2479     // conservative? How about icmp stride optimization?
2480     bool UsePostInc =  !(e > 1 && LatchExit && ExitingBlock != LatchBlock);
2481     if (UsePostInc && ExitingBlock != LatchBlock) {
2482       if (!Cond->hasOneUse())
2483         // See below, we don't want the condition to be cloned.
2484         UsePostInc = false;
2485       else {
2486         // If exiting block is the latch block, we know it's safe and profitable
2487         // to transform the icmp to use post-inc iv. Otherwise do so only if it
2488         // would not reuse another iv and its iv would be reused by other uses.
2489         // We are optimizing for the case where the icmp is the only use of the
2490         // iv.
2491         IVUsersOfOneStride &StrideUses = *IU->IVUsesByStride[CondStride];
2492         for (ilist<IVStrideUse>::iterator I = StrideUses.Users.begin(),
2493                E = StrideUses.Users.end(); I != E; ++I) {
2494           if (I->getUser() == Cond)
2495             continue;
2496           if (!I->isUseOfPostIncrementedValue()) {
2497             UsePostInc = false;
2498             break;
2499           }
2500         }
2501       }
2502
2503       // If iv for the stride might be shared and any of the users use pre-inc
2504       // iv might be used, then it's not safe to use post-inc iv.
2505       if (UsePostInc &&
2506           isa<SCEVConstant>(CondStride) &&
2507           StrideMightBeShared(CondStride, L, true))
2508         UsePostInc = false;
2509     }
2510
2511     // If the trip count is computed in terms of a max (due to ScalarEvolution
2512     // being unable to find a sufficient guard, for example), change the loop
2513     // comparison to use SLT or ULT instead of NE.
2514     Cond = OptimizeMax(L, Cond, CondUse);
2515
2516     // If possible, change stride and operands of the compare instruction to
2517     // eliminate one stride. However, avoid rewriting the compare instruction
2518     // with an iv of new stride if it's likely the new stride uses will be
2519     // rewritten using the stride of the compare instruction.
2520     if (ExitingBlock == LatchBlock && isa<SCEVConstant>(CondStride)) {
2521       // If the condition stride is a constant and it's the only use, we might
2522       // want to optimize it first by turning it to count toward zero.
2523       if (!StrideMightBeShared(CondStride, L, false) &&
2524           !ShouldCountToZero(Cond, CondUse, SE, L, TLI))
2525         Cond = ChangeCompareStride(L, Cond, CondUse, CondStride);
2526     }
2527
2528     if (!UsePostInc)
2529       continue;
2530
2531     DEBUG(errs() << "  Change loop exiting icmp to use postinc iv: "
2532           << *Cond << '\n');
2533
2534     // It's possible for the setcc instruction to be anywhere in the loop, and
2535     // possible for it to have multiple users.  If it is not immediately before
2536     // the exiting block branch, move it.
2537     if (&*++BasicBlock::iterator(Cond) != (Instruction*)TermBr) {
2538       if (Cond->hasOneUse()) {   // Condition has a single use, just move it.
2539         Cond->moveBefore(TermBr);
2540       } else {
2541         // Otherwise, clone the terminating condition and insert into the
2542         // loopend.
2543         Cond = cast<ICmpInst>(Cond->clone());
2544         Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
2545         ExitingBlock->getInstList().insert(TermBr, Cond);
2546
2547         // Clone the IVUse, as the old use still exists!
2548         IU->IVUsesByStride[CondStride]->addUser(CondUse->getOffset(), Cond,
2549                                              CondUse->getOperandValToReplace());
2550         CondUse = &IU->IVUsesByStride[CondStride]->Users.back();
2551       }
2552     }
2553
2554     // If we get to here, we know that we can transform the setcc instruction to
2555     // use the post-incremented version of the IV, allowing us to coalesce the
2556     // live ranges for the IV correctly.
2557     CondUse->setOffset(SE->getMinusSCEV(CondUse->getOffset(), CondStride));
2558     CondUse->setIsUseOfPostIncrementedValue(true);
2559     Changed = true;
2560
2561     ++NumLoopCond;
2562   }
2563 }
2564
2565 bool LoopStrengthReduce::OptimizeLoopCountIVOfStride(const SCEV* &Stride,
2566                                                      IVStrideUse* &CondUse,
2567                                                      Loop *L) {
2568   // If the only use is an icmp of a loop exiting conditional branch, then
2569   // attempt the optimization.
2570   BasedUser User = BasedUser(*CondUse, SE);
2571   assert(isa<ICmpInst>(User.Inst) && "Expecting an ICMPInst!");
2572   ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(User.Inst);
2573
2574   // Less strict check now that compare stride optimization is done.
2575   if (!ShouldCountToZero(Cond, CondUse, SE, L))
2576     return false;
2577
2578   Value *CondOp0 = Cond->getOperand(0);
2579   PHINode *PHIExpr = dyn_cast<PHINode>(CondOp0);
2580   Instruction *Incr;
2581   if (!PHIExpr) {
2582     // Value tested is postinc. Find the phi node.
2583     Incr = dyn_cast<BinaryOperator>(CondOp0);
2584     // FIXME: Just use User.OperandValToReplace here?
2585     if (!Incr || Incr->getOpcode() != Instruction::Add)
2586       return false;
2587
2588     PHIExpr = dyn_cast<PHINode>(Incr->getOperand(0));
2589     if (!PHIExpr)
2590       return false;
2591     // 1 use for preinc value, the increment.
2592     if (!PHIExpr->hasOneUse())
2593       return false;
2594   } else {
2595     assert(isa<PHINode>(CondOp0) &&
2596            "Unexpected loop exiting counting instruction sequence!");
2597     PHIExpr = cast<PHINode>(CondOp0);
2598     // Value tested is preinc.  Find the increment.
2599     // A CmpInst is not a BinaryOperator; we depend on this.
2600     Instruction::use_iterator UI = PHIExpr->use_begin();
2601     Incr = dyn_cast<BinaryOperator>(UI);
2602     if (!Incr)
2603       Incr = dyn_cast<BinaryOperator>(++UI);
2604     // One use for postinc value, the phi.  Unnecessarily conservative?
2605     if (!Incr || !Incr->hasOneUse() || Incr->getOpcode() != Instruction::Add)
2606       return false;
2607   }
2608
2609   // Replace the increment with a decrement.
2610   DEBUG(errs() << "LSR: Examining use ");
2611   DEBUG(WriteAsOperand(errs(), CondOp0, /*PrintType=*/false));
2612   DEBUG(errs() << " in Inst: " << *Cond << '\n');
2613   BinaryOperator *Decr =  BinaryOperator::Create(Instruction::Sub,
2614                          Incr->getOperand(0), Incr->getOperand(1), "tmp", Incr);
2615   Incr->replaceAllUsesWith(Decr);
2616   Incr->eraseFromParent();
2617
2618   // Substitute endval-startval for the original startval, and 0 for the
2619   // original endval.  Since we're only testing for equality this is OK even
2620   // if the computation wraps around.
2621   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
2622   Instruction *PreInsertPt = Preheader->getTerminator();
2623   unsigned InBlock = L->contains(PHIExpr->getIncomingBlock(0)) ? 1 : 0;
2624   Value *StartVal = PHIExpr->getIncomingValue(InBlock);
2625   Value *EndVal = Cond->getOperand(1);
2626   DEBUG(errs() << "    Optimize loop counting iv to count down ["
2627         << *EndVal << " .. " << *StartVal << "]\n");
2628
2629   // FIXME: check for case where both are constant.
2630   Constant* Zero = ConstantInt::get(Cond->getOperand(1)->getType(), 0);
2631   BinaryOperator *NewStartVal = BinaryOperator::Create(Instruction::Sub,
2632                                           EndVal, StartVal, "tmp", PreInsertPt);
2633   PHIExpr->setIncomingValue(InBlock, NewStartVal);
2634   Cond->setOperand(1, Zero);
2635   DEBUG(errs() << "    New icmp: " << *Cond << "\n");
2636
2637   int64_t SInt = cast<SCEVConstant>(Stride)->getValue()->getSExtValue();
2638   const SCEV *NewStride = 0;
2639   bool Found = false;
2640   for (unsigned i = 0, e = IU->StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
2641     const SCEV *OldStride = IU->StrideOrder[i];
2642     if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(OldStride))
2643       if (SC->getValue()->getSExtValue() == -SInt) {
2644         Found = true;
2645         NewStride = OldStride;
2646         break;
2647       }
2648   }
2649
2650   if (!Found)
2651     NewStride = SE->getIntegerSCEV(-SInt, Stride->getType());
2652   IU->AddUser(NewStride, CondUse->getOffset(), Cond, Cond->getOperand(0));
2653   IU->IVUsesByStride[Stride]->removeUser(CondUse);
2654
2655   CondUse = &IU->IVUsesByStride[NewStride]->Users.back();
2656   Stride = NewStride;
2657
2658   ++NumCountZero;
2659
2660   return true;
2661 }
2662
2663 /// OptimizeLoopCountIV - If, after all sharing of IVs, the IV used for deciding
2664 /// when to exit the loop is used only for that purpose, try to rearrange things
2665 /// so it counts down to a test against zero.
2666 bool LoopStrengthReduce::OptimizeLoopCountIV(Loop *L) {
2667   bool ThisChanged = false;
2668   for (unsigned i = 0, e = IU->StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
2669     const SCEV *Stride = IU->StrideOrder[i];
2670     std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
2671       IU->IVUsesByStride.find(Stride);
2672     assert(SI != IU->IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2673     // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
2674     if (!SI->first->isLoopInvariant(L))
2675       continue;
2676     // If stride is a constant and it has an icmpinst use, check if we can
2677     // optimize the loop to count down.
2678     if (isa<SCEVConstant>(Stride) && SI->second->Users.size() == 1) {
2679       Instruction *User = SI->second->Users.begin()->getUser();
2680       if (!isa<ICmpInst>(User))
2681         continue;
2682       const SCEV *CondStride = Stride;
2683       IVStrideUse *Use = &*SI->second->Users.begin();
2684       if (!OptimizeLoopCountIVOfStride(CondStride, Use, L))
2685         continue;
2686       ThisChanged = true;
2687
2688       // Now check if it's possible to reuse this iv for other stride uses.
2689       for (unsigned j = 0, ee = IU->StrideOrder.size(); j != ee; ++j) {
2690         const SCEV *SStride = IU->StrideOrder[j];
2691         if (SStride == CondStride)
2692           continue;
2693         std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator SII =
2694           IU->IVUsesByStride.find(SStride);
2695         assert(SII != IU->IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2696         // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
2697         if (!SII->first->isLoopInvariant(L))
2698           continue;
2699         // FIXME: Rewrite other stride using CondStride.
2700       }
2701     }
2702   }
2703
2704   Changed |= ThisChanged;
2705   return ThisChanged;
2706 }
2707
2708 bool LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
2709   IU = &getAnalysis<IVUsers>();
2710   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
2711   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
2712   SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
2713   Changed = false;
2714
2715   // If LoopSimplify form is not available, stay out of trouble.
2716   if (!L->getLoopPreheader() || !L->getLoopLatch())
2717     return false;
2718
2719   if (!IU->IVUsesByStride.empty()) {
2720     DEBUG(errs() << "\nLSR on \"" << L->getHeader()->getParent()->getName()
2721           << "\" ";
2722           L->dump());
2723
2724     // Sort the StrideOrder so we process larger strides first.
2725     std::stable_sort(IU->StrideOrder.begin(), IU->StrideOrder.end(),
2726                      StrideCompare(SE));
2727
2728     // Optimize induction variables.  Some indvar uses can be transformed to use
2729     // strides that will be needed for other purposes.  A common example of this
2730     // is the exit test for the loop, which can often be rewritten to use the
2731     // computation of some other indvar to decide when to terminate the loop.
2732     OptimizeIndvars(L);
2733
2734     // Change loop terminating condition to use the postinc iv when possible
2735     // and optimize loop terminating compare. FIXME: Move this after
2736     // StrengthReduceIVUsersOfStride?
2737     OptimizeLoopTermCond(L);
2738
2739     // FIXME: We can shrink overlarge IV's here.  e.g. if the code has
2740     // computation in i64 values and the target doesn't support i64, demote
2741     // the computation to 32-bit if safe.
2742
2743     // FIXME: Attempt to reuse values across multiple IV's.  In particular, we
2744     // could have something like "for(i) { foo(i*8); bar(i*16) }", which should
2745     // be codegened as "for (j = 0;; j+=8) { foo(j); bar(j+j); }" on X86/PPC.
2746     // Need to be careful that IV's are all the same type.  Only works for
2747     // intptr_t indvars.
2748
2749     // IVsByStride keeps IVs for one particular loop.
2750     assert(IVsByStride.empty() && "Stale entries in IVsByStride?");
2751
2752     StrengthReduceIVUsers(L);
2753
2754     // After all sharing is done, see if we can adjust the loop to test against
2755     // zero instead of counting up to a maximum.  This is usually faster.
2756     OptimizeLoopCountIV(L);
2757   }
2758
2759   // We're done analyzing this loop; release all the state we built up for it.
2760   IVsByStride.clear();
2761   StrideNoReuse.clear();
2762
2763   // Clean up after ourselves
2764   if (!DeadInsts.empty())
2765     DeleteTriviallyDeadInstructions();
2766
2767   // At this point, it is worth checking to see if any recurrence PHIs are also
2768   // dead, so that we can remove them as well.
2769   DeleteDeadPHIs(L->getHeader());
2770
2771   return Changed;
2772 }