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 // Terminology note: this code has a lot of handling for "post-increment" or
  21 // "post-inc" users. This is not talking about post-increment addressing modes;
  22 // it is instead talking about code like this:
  23 //
  24 //   %i = phi [ 0, %entry ], [ %i.next, %latch ]
  25 //   ...
  26 //   %i.next = add %i, 1
  27 //   %c = icmp eq %i.next, %n
  28 //
  29 // The SCEV for %i is {0,+,1}<%L>. The SCEV for %i.next is {1,+,1}<%L>, however
  30 // it's useful to think about these as the same register, with some uses using
  31 // the value of the register before the add and some using // it after. In this
  32 // example, the icmp is a post-increment user, since it uses %i.next, which is
  33 // the value of the induction variable after the increment. The other common
  34 // case of post-increment users is users outside the loop.
  35 //
  36 // TODO: More sophistication in the way Formulae are generated and filtered.
  37 //
  38 // TODO: Handle multiple loops at a time.
  39 //
  40 // TODO: Should TargetLowering::AddrMode::BaseGV be changed to a ConstantExpr
  41 //       instead of a GlobalValue?
  42 //
  43 // TODO: When truncation is free, truncate ICmp users' operands to make it a
  44 //       smaller encoding (on x86 at least).
  45 //
  46 // TODO: When a negated register is used by an add (such as in a list of
  47 //       multiple base registers, or as the increment expression in an addrec),
  48 //       we may not actually need both reg and (-1 * reg) in registers; the
  49 //       negation can be implemented by using a sub instead of an add. The
  50 //       lack of support for taking this into consideration when making
  51 //       register pressure decisions is partly worked around by the "Special"
  52 //       use kind.
  53 //
  54 //===----------------------------------------------------------------------===//
  55
  56 #define DEBUG_TYPE "loop-reduce"
  57 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
  58 #include "llvm/Constants.h"
  59 #include "llvm/Instructions.h"
  60 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
  61 #include "llvm/DerivedTypes.h"
  62 #include "llvm/Analysis/IVUsers.h"
  63 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
  64 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
  65 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
  66 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
  67 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
  68 #include "llvm/ADT/SmallBitVector.h"
  69 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
  70 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
  71 #include "llvm/Support/Debug.h"
  72 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
  73 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  74 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
  75 #include <algorithm>
  76 using namespace llvm;
  77
  78 namespace {
  79
  80 /// RegSortData - This class holds data which is used to order reuse candidates.
  81 class RegSortData {
  82 public:
  83   /// UsedByIndices - This represents the set of LSRUse indices which reference
  84   /// a particular register.
  85   SmallBitVector UsedByIndices;
  86
  87   RegSortData() {}
  88
  89   void print(raw_ostream &OS) const;
  90   void dump() const;
  91 };
  92
  93 }
  94
  95 void RegSortData::print(raw_ostream &OS) const {
  96   OS << "[NumUses=" << UsedByIndices.count() << ']';
  97 }
  98
  99 void RegSortData::dump() const {
 100   print(errs()); errs() << '\n';
 101 }
 102
 103 namespace {
 104
 105 /// RegUseTracker - Map register candidates to information about how they are
 106 /// used.
 107 class RegUseTracker {
 108   typedef DenseMap<const SCEV *, RegSortData> RegUsesTy;
 109
 110   RegUsesTy RegUsesMap;
 111   SmallVector<const SCEV *, 16> RegSequence;
 112
 113 public:
 114   void CountRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx);
 115   void DropRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx);
 116   void DropUse(size_t LUIdx);
 117
 118   bool isRegUsedByUsesOtherThan(const SCEV *Reg, size_t LUIdx) const;
 119
 120   const SmallBitVector &getUsedByIndices(const SCEV *Reg) const;
 121
 122   void clear();
 123
 124   typedef SmallVectorImpl<const SCEV *>::iterator iterator;
 125   typedef SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator const_iterator;
 126   iterator begin() { return RegSequence.begin(); }
 127   iterator end()   { return RegSequence.end(); }
 128   const_iterator begin() const { return RegSequence.begin(); }
 129   const_iterator end() const   { return RegSequence.end(); }
 130 };
 131
 132 }
 133
 134 void
 135 RegUseTracker::CountRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx) {
 136   std::pair<RegUsesTy::iterator, bool> Pair =
 137     RegUsesMap.insert(std::make_pair(Reg, RegSortData()));
 138   RegSortData &RSD = Pair.first->second;
 139   if (Pair.second)
 140     RegSequence.push_back(Reg);
 141   RSD.UsedByIndices.resize(std::max(RSD.UsedByIndices.size(), LUIdx + 1));
 142   RSD.UsedByIndices.set(LUIdx);
 143 }
 144
 145 void
 146 RegUseTracker::DropRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx) {
 147   RegUsesTy::iterator It = RegUsesMap.find(Reg);
 148   assert(It != RegUsesMap.end());
 149   RegSortData &RSD = It->second;
 150   assert(RSD.UsedByIndices.size() > LUIdx);
 151   RSD.UsedByIndices.reset(LUIdx);
 152 }
 153
 154 void
 155 RegUseTracker::DropUse(size_t LUIdx) {
 156   // Remove the use index from every register's use list.
 157   for (RegUsesTy::iterator I = RegUsesMap.begin(), E = RegUsesMap.end();
 158        I != E; ++I)
 159     I->second.UsedByIndices.reset(LUIdx);
 160 }
 161
 162 bool
 163 RegUseTracker::isRegUsedByUsesOtherThan(const SCEV *Reg, size_t LUIdx) const {
 164   if (!RegUsesMap.count(Reg)) return false;
 165   const SmallBitVector &UsedByIndices =
 166     RegUsesMap.find(Reg)->second.UsedByIndices;
 167   int i = UsedByIndices.find_first();
 168   if (i == -1) return false;
 169   if ((size_t)i != LUIdx) return true;
 170   return UsedByIndices.find_next(i) != -1;
 171 }
 172
 173 const SmallBitVector &RegUseTracker::getUsedByIndices(const SCEV *Reg) const {
 174   RegUsesTy::const_iterator I = RegUsesMap.find(Reg);
 175   assert(I != RegUsesMap.end() && "Unknown register!");
 176   return I->second.UsedByIndices;
 177 }
 178
 179 void RegUseTracker::clear() {
 180   RegUsesMap.clear();
 181   RegSequence.clear();
 182 }
 183
 184 namespace {
 185
 186 /// Formula - This class holds information that describes a formula for
 187 /// computing satisfying a use. It may include broken-out immediates and scaled
 188 /// registers.
 189 struct Formula {
 190   /// AM - This is used to represent complex addressing, as well as other kinds
 191   /// of interesting uses.
 192   TargetLowering::AddrMode AM;
 193
 194   /// BaseRegs - The list of "base" registers for this use. When this is
 195   /// non-empty, AM.HasBaseReg should be set to true.
 196   SmallVector<const SCEV *, 2> BaseRegs;
 197
 198   /// ScaledReg - The 'scaled' register for this use. This should be non-null
 199   /// when AM.Scale is not zero.
 200   const SCEV *ScaledReg;
 201
 202   Formula() : ScaledReg(0) {}
 203
 204   void InitialMatch(const SCEV *S, Loop *L,
 205                     ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT);
 206
 207   unsigned getNumRegs() const;
 208   const Type *getType() const;
 209
 210   void DeleteBaseReg(const SCEV *&S);
 211
 212   bool referencesReg(const SCEV *S) const;
 213   bool hasRegsUsedByUsesOtherThan(size_t LUIdx,
 214                                   const RegUseTracker &RegUses) const;
 215
 216   void print(raw_ostream &OS) const;
 217   void dump() const;
 218 };
 219
 220 }
 221
 222 /// DoInitialMatch - Recursion helper for InitialMatch.
 223 static void DoInitialMatch(const SCEV *S, Loop *L,
 224                            SmallVectorImpl<const SCEV *> &Good,
 225                            SmallVectorImpl<const SCEV *> &Bad,
 226                            ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT) {
 227   // Collect expressions which properly dominate the loop header.
 228   if (S->properlyDominates(L->getHeader(), &DT)) {
 229     Good.push_back(S);
 230     return;
 231   }
 232
 233   // Look at add operands.
 234   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
 235     for (SCEVAddExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
 236          I != E; ++I)
 237       DoInitialMatch(*I, L, Good, Bad, SE, DT);
 238     return;
 239   }
 240
 241   // Look at addrec operands.
 242   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S))
 243     if (!AR->getStart()->isZero()) {
 244       DoInitialMatch(AR->getStart(), L, Good, Bad, SE, DT);
 245       DoInitialMatch(SE.getAddRecExpr(SE.getConstant(AR->getType(), 0),
 246                                       AR->getStepRecurrence(SE),
 247                                       AR->getLoop()),
 248                      L, Good, Bad, SE, DT);
 249       return;
 250     }
 251
 252   // Handle a multiplication by -1 (negation) if it didn't fold.
 253   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S))
 254     if (Mul->getOperand(0)->isAllOnesValue()) {
 255       SmallVector<const SCEV *, 4> Ops(Mul->op_begin()+1, Mul->op_end());
 256       const SCEV *NewMul = SE.getMulExpr(Ops);
 257
 258       SmallVector<const SCEV *, 4> MyGood;
 259       SmallVector<const SCEV *, 4> MyBad;
 260       DoInitialMatch(NewMul, L, MyGood, MyBad, SE, DT);
 261       const SCEV *NegOne = SE.getSCEV(ConstantInt::getAllOnesValue(
 262         SE.getEffectiveSCEVType(NewMul->getType())));
 263       for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = MyGood.begin(),
 264            E = MyGood.end(); I != E; ++I)
 265         Good.push_back(SE.getMulExpr(NegOne, *I));
 266       for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = MyBad.begin(),
 267            E = MyBad.end(); I != E; ++I)
 268         Bad.push_back(SE.getMulExpr(NegOne, *I));
 269       return;
 270     }
 271
 272   // Ok, we can't do anything interesting. Just stuff the whole thing into a
 273   // register and hope for the best.
 274   Bad.push_back(S);
 275 }
 276
 277 /// InitialMatch - Incorporate loop-variant parts of S into this Formula,
 278 /// attempting to keep all loop-invariant and loop-computable values in a
 279 /// single base register.
 280 void Formula::InitialMatch(const SCEV *S, Loop *L,
 281                            ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT) {
 282   SmallVector<const SCEV *, 4> Good;
 283   SmallVector<const SCEV *, 4> Bad;
 284   DoInitialMatch(S, L, Good, Bad, SE, DT);
 285   if (!Good.empty()) {
 286     const SCEV *Sum = SE.getAddExpr(Good);
 287     if (!Sum->isZero())
 288       BaseRegs.push_back(Sum);
 289     AM.HasBaseReg = true;
 290   }
 291   if (!Bad.empty()) {
 292     const SCEV *Sum = SE.getAddExpr(Bad);
 293     if (!Sum->isZero())
 294       BaseRegs.push_back(Sum);
 295     AM.HasBaseReg = true;
 296   }
 297 }
 298
 299 /// getNumRegs - Return the total number of register operands used by this
 300 /// formula. This does not include register uses implied by non-constant
 301 /// addrec strides.
 302 unsigned Formula::getNumRegs() const {
 303   return !!ScaledReg + BaseRegs.size();
 304 }
 305
 306 /// getType - Return the type of this formula, if it has one, or null
 307 /// otherwise. This type is meaningless except for the bit size.
 308 const Type *Formula::getType() const {
 309   return !BaseRegs.empty() ? BaseRegs.front()->getType() :
 310          ScaledReg ? ScaledReg->getType() :
 311          AM.BaseGV ? AM.BaseGV->getType() :
 312          0;
 313 }
 314
 315 /// DeleteBaseReg - Delete the given base reg from the BaseRegs list.
 316 void Formula::DeleteBaseReg(const SCEV *&S) {
 317   if (&S != &BaseRegs.back())
 318     std::swap(S, BaseRegs.back());
 319   BaseRegs.pop_back();
 320 }
 321
 322 /// referencesReg - Test if this formula references the given register.
 323 bool Formula::referencesReg(const SCEV *S) const {
 324   return S == ScaledReg ||
 325          std::find(BaseRegs.begin(), BaseRegs.end(), S) != BaseRegs.end();
 326 }
 327
 328 /// hasRegsUsedByUsesOtherThan - Test whether this formula uses registers
 329 /// which are used by uses other than the use with the given index.
 330 bool Formula::hasRegsUsedByUsesOtherThan(size_t LUIdx,
 331                                          const RegUseTracker &RegUses) const {
 332   if (ScaledReg)
 333     if (RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(ScaledReg, LUIdx))
 334       return true;
 335   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = BaseRegs.begin(),
 336        E = BaseRegs.end(); I != E; ++I)
 337     if (RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(*I, LUIdx))
 338       return true;
 339   return false;
 340 }
 341
 342 void Formula::print(raw_ostream &OS) const {
 343   bool First = true;
 344   if (AM.BaseGV) {
 345     if (!First) OS << " + "; else First = false;
 346     WriteAsOperand(OS, AM.BaseGV, /*PrintType=*/false);
 347   }
 348   if (AM.BaseOffs != 0) {
 349     if (!First) OS << " + "; else First = false;
 350     OS << AM.BaseOffs;
 351   }
 352   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = BaseRegs.begin(),
 353        E = BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
 354     if (!First) OS << " + "; else First = false;
 355     OS << "reg(" << **I << ')';
 356   }
 357   if (AM.HasBaseReg && BaseRegs.empty()) {
 358     if (!First) OS << " + "; else First = false;
 359     OS << "**error: HasBaseReg**";
 360   } else if (!AM.HasBaseReg && !BaseRegs.empty()) {
 361     if (!First) OS << " + "; else First = false;
 362     OS << "**error: !HasBaseReg**";
 363   }
 364   if (AM.Scale != 0) {
 365     if (!First) OS << " + "; else First = false;
 366     OS << AM.Scale << "*reg(";
 367     if (ScaledReg)
 368       OS << *ScaledReg;
 369     else
 370       OS << "<unknown>";
 371     OS << ')';
 372   }
 373 }
 374
 375 void Formula::dump() const {
 376   print(errs()); errs() << '\n';
 377 }
 378
 379 /// isAddRecSExtable - Return true if the given addrec can be sign-extended
 380 /// without changing its value.
 381 static bool isAddRecSExtable(const SCEVAddRecExpr *AR, ScalarEvolution &SE) {
 382   const Type *WideTy =
 383     IntegerType::get(SE.getContext(), SE.getTypeSizeInBits(AR->getType()) + 1);
 384   return isa<SCEVAddRecExpr>(SE.getSignExtendExpr(AR, WideTy));
 385 }
 386
 387 /// isAddSExtable - Return true if the given add can be sign-extended
 388 /// without changing its value.
 389 static bool isAddSExtable(const SCEVAddExpr *A, ScalarEvolution &SE) {
 390   const Type *WideTy =
 391     IntegerType::get(SE.getContext(), SE.getTypeSizeInBits(A->getType()) + 1);
 392   return isa<SCEVAddExpr>(SE.getSignExtendExpr(A, WideTy));
 393 }
 394
 395 /// isMulSExtable - Return true if the given mul can be sign-extended
 396 /// without changing its value.
 397 static bool isMulSExtable(const SCEVMulExpr *M, ScalarEvolution &SE) {
 398   const Type *WideTy =
 399     IntegerType::get(SE.getContext(),
 400                      SE.getTypeSizeInBits(M->getType()) * M->getNumOperands());
 401   return isa<SCEVMulExpr>(SE.getSignExtendExpr(M, WideTy));
 402 }
 403
 404 /// getExactSDiv - Return an expression for LHS /s RHS, if it can be determined
 405 /// and if the remainder is known to be zero,  or null otherwise. If
 406 /// IgnoreSignificantBits is true, expressions like (X * Y) /s Y are simplified
 407 /// to Y, ignoring that the multiplication may overflow, which is useful when
 408 /// the result will be used in a context where the most significant bits are
 409 /// ignored.
 410 static const SCEV *getExactSDiv(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
 411                                 ScalarEvolution &SE,
 412                                 bool IgnoreSignificantBits = false) {
 413   // Handle the trivial case, which works for any SCEV type.
 414   if (LHS == RHS)
 415     return SE.getConstant(LHS->getType(), 1);
 416
 417   // Handle a few RHS special cases.
 418   const SCEVConstant *RC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS);
 419   if (RC) {
 420     const APInt &RA = RC->getValue()->getValue();
 421     // Handle x /s -1 as x * -1, to give ScalarEvolution a chance to do
 422     // some folding.
 423     if (RA.isAllOnesValue())
 424       return SE.getMulExpr(LHS, RC);
 425     // Handle x /s 1 as x.
 426     if (RA == 1)
 427       return LHS;
 428   }
 429
 430   // Check for a division of a constant by a constant.
 431   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
 432     if (!RC)
 433       return 0;
 434     const APInt &LA = C->getValue()->getValue();
 435     const APInt &RA = RC->getValue()->getValue();
 436     if (LA.srem(RA) != 0)
 437       return 0;
 438     return SE.getConstant(LA.sdiv(RA));
 439   }
 440
 441   // Distribute the sdiv over addrec operands, if the addrec doesn't overflow.
 442   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS)) {
 443     if (IgnoreSignificantBits || isAddRecSExtable(AR, SE)) {
 444       const SCEV *Start = getExactSDiv(AR->getStart(), RHS, SE,
 445                                        IgnoreSignificantBits);
 446       if (!Start) return 0;
 447       const SCEV *Step = getExactSDiv(AR->getStepRecurrence(SE), RHS, SE,
 448                                       IgnoreSignificantBits);
 449       if (!Step) return 0;
 450       return SE.getAddRecExpr(Start, Step, AR->getLoop());
 451     }
 452     return 0;
 453   }
 454
 455   // Distribute the sdiv over add operands, if the add doesn't overflow.
 456   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(LHS)) {
 457     if (IgnoreSignificantBits || isAddSExtable(Add, SE)) {
 458       SmallVector<const SCEV *, 8> Ops;
 459       for (SCEVAddExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
 460            I != E; ++I) {
 461         const SCEV *Op = getExactSDiv(*I, RHS, SE,
 462                                       IgnoreSignificantBits);
 463         if (!Op) return 0;
 464         Ops.push_back(Op);
 465       }
 466       return SE.getAddExpr(Ops);
 467     }
 468     return 0;
 469   }
 470
 471   // Check for a multiply operand that we can pull RHS out of.
 472   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(LHS)) {
 473     if (IgnoreSignificantBits || isMulSExtable(Mul, SE)) {
 474       SmallVector<const SCEV *, 4> Ops;
 475       bool Found = false;
 476       for (SCEVMulExpr::op_iterator I = Mul->op_begin(), E = Mul->op_end();
 477            I != E; ++I) {
 478         const SCEV *S = *I;
 479         if (!Found)
 480           if (const SCEV *Q = getExactSDiv(S, RHS, SE,
 481                                            IgnoreSignificantBits)) {
 482             S = Q;
 483             Found = true;
 484           }
 485         Ops.push_back(S);
 486       }
 487       return Found ? SE.getMulExpr(Ops) : 0;
 488     }
 489     return 0;
 490   }
 491
 492   // Otherwise we don't know.
 493   return 0;
 494 }
 495
 496 /// ExtractImmediate - If S involves the addition of a constant integer value,
 497 /// return that integer value, and mutate S to point to a new SCEV with that
 498 /// value excluded.
 499 static int64_t ExtractImmediate(const SCEV *&S, ScalarEvolution &SE) {
 500   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S)) {
 501     if (C->getValue()->getValue().getMinSignedBits() <= 64) {
 502       S = SE.getConstant(C->getType(), 0);
 503       return C->getValue()->getSExtValue();
 504     }
 505   } else if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
 506     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(Add->op_begin(), Add->op_end());
 507     int64_t Result = ExtractImmediate(NewOps.front(), SE);
 508     S = SE.getAddExpr(NewOps);
 509     return Result;
 510   } else if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
 511     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(AR->op_begin(), AR->op_end());
 512     int64_t Result = ExtractImmediate(NewOps.front(), SE);
 513     S = SE.getAddRecExpr(NewOps, AR->getLoop());
 514     return Result;
 515   }
 516   return 0;
 517 }
 518
 519 /// ExtractSymbol - If S involves the addition of a GlobalValue address,
 520 /// return that symbol, and mutate S to point to a new SCEV with that
 521 /// value excluded.
 522 static GlobalValue *ExtractSymbol(const SCEV *&S, ScalarEvolution &SE) {
 523   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
 524     if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(U->getValue())) {
 525       S = SE.getConstant(GV->getType(), 0);
 526       return GV;
 527     }
 528   } else if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
 529     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(Add->op_begin(), Add->op_end());
 530     GlobalValue *Result = ExtractSymbol(NewOps.back(), SE);
 531     S = SE.getAddExpr(NewOps);
 532     return Result;
 533   } else if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
 534     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(AR->op_begin(), AR->op_end());
 535     GlobalValue *Result = ExtractSymbol(NewOps.front(), SE);
 536     S = SE.getAddRecExpr(NewOps, AR->getLoop());
 537     return Result;
 538   }
 539   return 0;
 540 }
 541
 542 /// isAddressUse - Returns true if the specified instruction is using the
 543 /// specified value as an address.
 544 static bool isAddressUse(Instruction *Inst, Value *OperandVal) {
 545   bool isAddress = isa<LoadInst>(Inst);
 546   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
 547     if (SI->getOperand(1) == OperandVal)
 548       isAddress = true;
 549   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
 550     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
 551     // of intrinsics.
 552     switch (II->getIntrinsicID()) {
 553       default: break;
 554       case Intrinsic::prefetch:
 555       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_dq:
 556       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_pd:
 557       case Intrinsic::x86_sse_loadu_ps:
 558       case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
 559       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
 560       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
 561       case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
 562         if (II->getOperand(1) == OperandVal)
 563           isAddress = true;
 564         break;
 565     }
 566   }
 567   return isAddress;
 568 }
 569
 570 /// getAccessType - Return the type of the memory being accessed.
 571 static const Type *getAccessType(const Instruction *Inst) {
 572   const Type *AccessTy = Inst->getType();
 573   if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
 574     AccessTy = SI->getOperand(0)->getType();
 575   else if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
 576     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
 577     // of intrinsics.
 578     switch (II->getIntrinsicID()) {
 579     default: break;
 580     case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
 581     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
 582     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
 583     case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
 584       AccessTy = II->getOperand(1)->getType();
 585       break;
 586     }
 587   }
 588
 589   // All pointers have the same requirements, so canonicalize them to an
 590   // arbitrary pointer type to minimize variation.
 591   if (const PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(AccessTy))
 592     AccessTy = PointerType::get(IntegerType::get(PTy->getContext(), 1),
 593                                 PTy->getAddressSpace());
 594
 595   return AccessTy;
 596 }
 597
 598 /// DeleteTriviallyDeadInstructions - If any of the instructions is the
 599 /// specified set are trivially dead, delete them and see if this makes any of
 600 /// their operands subsequently dead.
 601 static bool
 602 DeleteTriviallyDeadInstructions(SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) {
 603   bool Changed = false;
 604
 605   while (!DeadInsts.empty()) {
 606     Instruction *I = dyn_cast_or_null<Instruction>(DeadInsts.pop_back_val());
 607
 608     if (I == 0 || !isInstructionTriviallyDead(I))
 609       continue;
 610
 611     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI)
 612       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
 613         *OI = 0;
 614         if (U->use_empty())
 615           DeadInsts.push_back(U);
 616       }
 617
 618     I->eraseFromParent();
 619     Changed = true;
 620   }
 621
 622   return Changed;
 623 }
 624
 625 namespace {
 626
 627 /// Cost - This class is used to measure and compare candidate formulae.
 628 class Cost {
 629   /// TODO: Some of these could be merged. Also, a lexical ordering
 630   /// isn't always optimal.
 631   unsigned NumRegs;
 632   unsigned AddRecCost;
 633   unsigned NumIVMuls;
 634   unsigned NumBaseAdds;
 635   unsigned ImmCost;
 636   unsigned SetupCost;
 637
 638 public:
 639   Cost()
 640     : NumRegs(0), AddRecCost(0), NumIVMuls(0), NumBaseAdds(0), ImmCost(0),
 641       SetupCost(0) {}
 642
 643   unsigned getNumRegs() const { return NumRegs; }
 644
 645   bool operator<(const Cost &Other) const;
 646
 647   void Loose();
 648
 649   void RateFormula(const Formula &F,
 650                    SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
 651                    const DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs,
 652                    const Loop *L,
 653                    const SmallVectorImpl<int64_t> &Offsets,
 654                    ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT);
 655
 656   void print(raw_ostream &OS) const;
 657   void dump() const;
 658
 659 private:
 660   void RateRegister(const SCEV *Reg,
 661                     SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
 662                     const Loop *L,
 663                     ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT);
 664   void RatePrimaryRegister(const SCEV *Reg,
 665                            SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
 666                            const Loop *L,
 667                            ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT);
 668 };
 669
 670 }
 671
 672 /// RateRegister - Tally up interesting quantities from the given register.
 673 void Cost::RateRegister(const SCEV *Reg,
 674                         SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
 675                         const Loop *L,
 676                         ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT) {
 677   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Reg)) {
 678     if (AR->getLoop() == L)
 679       AddRecCost += 1; /// TODO: This should be a function of the stride.
 680
 681     // If this is an addrec for a loop that's already been visited by LSR,
 682     // don't second-guess its addrec phi nodes. LSR isn't currently smart
 683     // enough to reason about more than one loop at a time. Consider these
 684     // registers free and leave them alone.
 685     else if (L->contains(AR->getLoop()) ||
 686              (!AR->getLoop()->contains(L) &&
 687               DT.dominates(L->getHeader(), AR->getLoop()->getHeader()))) {
 688       for (BasicBlock::iterator I = AR->getLoop()->getHeader()->begin();
 689            PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I)
 690         if (SE.isSCEVable(PN->getType()) &&
 691             (SE.getEffectiveSCEVType(PN->getType()) ==
 692              SE.getEffectiveSCEVType(AR->getType())) &&
 693             SE.getSCEV(PN) == AR)
 694           return;
 695
 696       // If this isn't one of the addrecs that the loop already has, it
 697       // would require a costly new phi and add. TODO: This isn't
 698       // precisely modeled right now.
 699       ++NumBaseAdds;
 700       if (!Regs.count(AR->getStart()))
 701         RateRegister(AR->getStart(), Regs, L, SE, DT);
 702     }
 703
 704     // Add the step value register, if it needs one.
 705     // TODO: The non-affine case isn't precisely modeled here.
 706     if (!AR->isAffine() || !isa<SCEVConstant>(AR->getOperand(1)))
 707       if (!Regs.count(AR->getStart()))
 708         RateRegister(AR->getOperand(1), Regs, L, SE, DT);
 709   }
 710   ++NumRegs;
 711
 712   // Rough heuristic; favor registers which don't require extra setup
 713   // instructions in the preheader.
 714   if (!isa<SCEVUnknown>(Reg) &&
 715       !isa<SCEVConstant>(Reg) &&
 716       !(isa<SCEVAddRecExpr>(Reg) &&
 717         (isa<SCEVUnknown>(cast<SCEVAddRecExpr>(Reg)->getStart()) ||
 718          isa<SCEVConstant>(cast<SCEVAddRecExpr>(Reg)->getStart()))))
 719     ++SetupCost;
 720 }
 721
 722 /// RatePrimaryRegister - Record this register in the set. If we haven't seen it
 723 /// before, rate it.
 724 void Cost::RatePrimaryRegister(const SCEV *Reg,
 725                                SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
 726                                const Loop *L,
 727                                ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT) {
 728   if (Regs.insert(Reg))
 729     RateRegister(Reg, Regs, L, SE, DT);
 730 }
 731
 732 void Cost::RateFormula(const Formula &F,
 733                        SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
 734                        const DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs,
 735                        const Loop *L,
 736                        const SmallVectorImpl<int64_t> &Offsets,
 737                        ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT) {
 738   // Tally up the registers.
 739   if (const SCEV *ScaledReg = F.ScaledReg) {
 740     if (VisitedRegs.count(ScaledReg)) {
 741       Loose();
 742       return;
 743     }
 744     RatePrimaryRegister(ScaledReg, Regs, L, SE, DT);
 745   }
 746   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = F.BaseRegs.begin(),
 747        E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
 748     const SCEV *BaseReg = *I;
 749     if (VisitedRegs.count(BaseReg)) {
 750       Loose();
 751       return;
 752     }
 753     RatePrimaryRegister(BaseReg, Regs, L, SE, DT);
 754
 755     NumIVMuls += isa<SCEVMulExpr>(BaseReg) &&
 756                  BaseReg->hasComputableLoopEvolution(L);
 757   }
 758
 759   if (F.BaseRegs.size() > 1)
 760     NumBaseAdds += F.BaseRegs.size() - 1;
 761
 762   // Tally up the non-zero immediates.
 763   for (SmallVectorImpl<int64_t>::const_iterator I = Offsets.begin(),
 764        E = Offsets.end(); I != E; ++I) {
 765     int64_t Offset = (uint64_t)*I + F.AM.BaseOffs;
 766     if (F.AM.BaseGV)
 767       ImmCost += 64; // Handle symbolic values conservatively.
 768                      // TODO: This should probably be the pointer size.
 769     else if (Offset != 0)
 770       ImmCost += APInt(64, Offset, true).getMinSignedBits();
 771   }
 772 }
 773
 774 /// Loose - Set this cost to a loosing value.
 775 void Cost::Loose() {
 776   NumRegs = ~0u;
 777   AddRecCost = ~0u;
 778   NumIVMuls = ~0u;
 779   NumBaseAdds = ~0u;
 780   ImmCost = ~0u;
 781   SetupCost = ~0u;
 782 }
 783
 784 /// operator< - Choose the lower cost.
 785 bool Cost::operator<(const Cost &Other) const {
 786   if (NumRegs != Other.NumRegs)
 787     return NumRegs < Other.NumRegs;
 788   if (AddRecCost != Other.AddRecCost)
 789     return AddRecCost < Other.AddRecCost;
 790   if (NumIVMuls != Other.NumIVMuls)
 791     return NumIVMuls < Other.NumIVMuls;
 792   if (NumBaseAdds != Other.NumBaseAdds)
 793     return NumBaseAdds < Other.NumBaseAdds;
 794   if (ImmCost != Other.ImmCost)
 795     return ImmCost < Other.ImmCost;
 796   if (SetupCost != Other.SetupCost)
 797     return SetupCost < Other.SetupCost;
 798   return false;
 799 }
 800
 801 void Cost::print(raw_ostream &OS) const {
 802   OS << NumRegs << " reg" << (NumRegs == 1 ? "" : "s");
 803   if (AddRecCost != 0)
 804     OS << ", with addrec cost " << AddRecCost;
 805   if (NumIVMuls != 0)
 806     OS << ", plus " << NumIVMuls << " IV mul" << (NumIVMuls == 1 ? "" : "s");
 807   if (NumBaseAdds != 0)
 808     OS << ", plus " << NumBaseAdds << " base add"
 809        << (NumBaseAdds == 1 ? "" : "s");
 810   if (ImmCost != 0)
 811     OS << ", plus " << ImmCost << " imm cost";
 812   if (SetupCost != 0)
 813     OS << ", plus " << SetupCost << " setup cost";
 814 }
 815
 816 void Cost::dump() const {
 817   print(errs()); errs() << '\n';
 818 }
 819
 820 namespace {
 821
 822 /// LSRFixup - An operand value in an instruction which is to be replaced
 823 /// with some equivalent, possibly strength-reduced, replacement.
 824 struct LSRFixup {
 825   /// UserInst - The instruction which will be updated.
 826   Instruction *UserInst;
 827
 828   /// OperandValToReplace - The operand of the instruction which will
 829   /// be replaced. The operand may be used more than once; every instance
 830   /// will be replaced.
 831   Value *OperandValToReplace;
 832
 833   /// PostIncLoops - If this user is to use the post-incremented value of an
 834   /// induction variable, this variable is non-null and holds the loop
 835   /// associated with the induction variable.
 836   PostIncLoopSet PostIncLoops;
 837
 838   /// LUIdx - The index of the LSRUse describing the expression which
 839   /// this fixup needs, minus an offset (below).
 840   size_t LUIdx;
 841
 842   /// Offset - A constant offset to be added to the LSRUse expression.
 843   /// This allows multiple fixups to share the same LSRUse with different
 844   /// offsets, for example in an unrolled loop.
 845   int64_t Offset;
 846
 847   bool isUseFullyOutsideLoop(const Loop *L) const;
 848
 849   LSRFixup();
 850
 851   void print(raw_ostream &OS) const;
 852   void dump() const;
 853 };
 854
 855 }
 856
 857 LSRFixup::LSRFixup()
 858   : UserInst(0), OperandValToReplace(0), LUIdx(~size_t(0)), Offset(0) {}
 859
 860 /// isUseFullyOutsideLoop - Test whether this fixup always uses its
 861 /// value outside of the given loop.
 862 bool LSRFixup::isUseFullyOutsideLoop(const Loop *L) const {
 863   // PHI nodes use their value in their incoming blocks.
 864   if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(UserInst)) {
 865     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
 866       if (PN->getIncomingValue(i) == OperandValToReplace &&
 867           L->contains(PN->getIncomingBlock(i)))
 868         return false;
 869     return true;
 870   }
 871
 872   return !L->contains(UserInst);
 873 }
 874
 875 void LSRFixup::print(raw_ostream &OS) const {
 876   OS << "UserInst=";
 877   // Store is common and interesting enough to be worth special-casing.
 878   if (StoreInst *Store = dyn_cast<StoreInst>(UserInst)) {
 879     OS << "store ";
 880     WriteAsOperand(OS, Store->getOperand(0), /*PrintType=*/false);
 881   } else if (UserInst->getType()->isVoidTy())
 882     OS << UserInst->getOpcodeName();
 883   else
 884     WriteAsOperand(OS, UserInst, /*PrintType=*/false);
 885
 886   OS << ", OperandValToReplace=";
 887   WriteAsOperand(OS, OperandValToReplace, /*PrintType=*/false);
 888
 889   for (PostIncLoopSet::const_iterator I = PostIncLoops.begin(),
 890        E = PostIncLoops.end(); I != E; ++I) {
 891     OS << ", PostIncLoop=";
 892     WriteAsOperand(OS, (*I)->getHeader(), /*PrintType=*/false);
 893   }
 894
 895   if (LUIdx != ~size_t(0))
 896     OS << ", LUIdx=" << LUIdx;
 897
 898   if (Offset != 0)
 899     OS << ", Offset=" << Offset;
 900 }
 901
 902 void LSRFixup::dump() const {
 903   print(errs()); errs() << '\n';
 904 }
 905
 906 namespace {
 907
 908 /// UniquifierDenseMapInfo - A DenseMapInfo implementation for holding
 909 /// DenseMaps and DenseSets of sorted SmallVectors of const SCEV*.
 910 struct UniquifierDenseMapInfo {
 911   static SmallVector<const SCEV *, 2> getEmptyKey() {
 912     SmallVector<const SCEV *, 2> V;
 913     V.push_back(reinterpret_cast<const SCEV *>(-1));
 914     return V;
 915   }
 916
 917   static SmallVector<const SCEV *, 2> getTombstoneKey() {
 918     SmallVector<const SCEV *, 2> V;
 919     V.push_back(reinterpret_cast<const SCEV *>(-2));
 920     return V;
 921   }
 922
 923   static unsigned getHashValue(const SmallVector<const SCEV *, 2> &V) {
 924     unsigned Result = 0;
 925     for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = V.begin(),
 926          E = V.end(); I != E; ++I)
 927       Result ^= DenseMapInfo<const SCEV *>::getHashValue(*I);
 928     return Result;
 929   }
 930
 931   static bool isEqual(const SmallVector<const SCEV *, 2> &LHS,
 932                       const SmallVector<const SCEV *, 2> &RHS) {
 933     return LHS == RHS;
 934   }
 935 };
 936
 937 /// LSRUse - This class holds the state that LSR keeps for each use in
 938 /// IVUsers, as well as uses invented by LSR itself. It includes information
 939 /// about what kinds of things can be folded into the user, information about
 940 /// the user itself, and information about how the use may be satisfied.
 941 /// TODO: Represent multiple users of the same expression in common?
 942 class LSRUse {
 943   DenseSet<SmallVector<const SCEV *, 2>, UniquifierDenseMapInfo> Uniquifier;
 944
 945 public:
 946   /// KindType - An enum for a kind of use, indicating what types of
 947   /// scaled and immediate operands it might support.
 948   enum KindType {
 949     Basic,   ///< A normal use, with no folding.
 950     Special, ///< A special case of basic, allowing -1 scales.
 951     Address, ///< An address use; folding according to TargetLowering
 952     ICmpZero ///< An equality icmp with both operands folded into one.
 953     // TODO: Add a generic icmp too?
 954   };
 955
 956   KindType Kind;
 957   const Type *AccessTy;
 958
 959   SmallVector<int64_t, 8> Offsets;
 960   int64_t MinOffset;
 961   int64_t MaxOffset;
 962
 963   /// AllFixupsOutsideLoop - This records whether all of the fixups using this
 964   /// LSRUse are outside of the loop, in which case some special-case heuristics
 965   /// may be used.
 966   bool AllFixupsOutsideLoop;
 967
 968   /// Formulae - A list of ways to build a value that can satisfy this user.
 969   /// After the list is populated, one of these is selected heuristically and
 970   /// used to formulate a replacement for OperandValToReplace in UserInst.
 971   SmallVector<Formula, 12> Formulae;
 972
 973   /// Regs - The set of register candidates used by all formulae in this LSRUse.
 974   SmallPtrSet<const SCEV *, 4> Regs;
 975
 976   LSRUse(KindType K, const Type *T) : Kind(K), AccessTy(T),
 977                                       MinOffset(INT64_MAX),
 978                                       MaxOffset(INT64_MIN),
 979                                       AllFixupsOutsideLoop(true) {}
 980
 981   bool HasFormulaWithSameRegs(const Formula &F) const;
 982   bool InsertFormula(const Formula &F);
 983   void DeleteFormula(Formula &F);
 984   void RecomputeRegs(size_t LUIdx, RegUseTracker &Reguses);
 985
 986   void check() const;
 987
 988   void print(raw_ostream &OS) const;
 989   void dump() const;
 990 };
 991
 992 }
 993
 994 /// HasFormula - Test whether this use as a formula which has the same
 995 /// registers as the given formula.
 996 bool LSRUse::HasFormulaWithSameRegs(const Formula &F) const {
 997   SmallVector<const SCEV *, 2> Key = F.BaseRegs;
 998   if (F.ScaledReg) Key.push_back(F.ScaledReg);
 999   // Unstable sort by host order ok, because this is only used for uniquifying.
1000   std::sort(Key.begin(), Key.end());
1001   return Uniquifier.count(Key);
1002 }
1003
1004 /// InsertFormula - If the given formula has not yet been inserted, add it to
1005 /// the list, and return true. Return false otherwise.
1006 bool LSRUse::InsertFormula(const Formula &F) {
1007   SmallVector<const SCEV *, 2> Key = F.BaseRegs;
1008   if (F.ScaledReg) Key.push_back(F.ScaledReg);
1009   // Unstable sort by host order ok, because this is only used for uniquifying.
1010   std::sort(Key.begin(), Key.end());
1011
1012   if (!Uniquifier.insert(Key).second)
1013     return false;
1014
1015   // Using a register to hold the value of 0 is not profitable.
1016   assert((!F.ScaledReg || !F.ScaledReg->isZero()) &&
1017          "Zero allocated in a scaled register!");
1018 #ifndef NDEBUG
1019   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I =
1020        F.BaseRegs.begin(), E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I)
1021     assert(!(*I)->isZero() && "Zero allocated in a base register!");
1022 #endif
1023
1024   // Add the formula to the list.
1025   Formulae.push_back(F);
1026
1027   // Record registers now being used by this use.
1028   if (F.ScaledReg) Regs.insert(F.ScaledReg);
1029   Regs.insert(F.BaseRegs.begin(), F.BaseRegs.end());
1030
1031   return true;
1032 }
1033
1034 /// DeleteFormula - Remove the given formula from this use's list.
1035 void LSRUse::DeleteFormula(Formula &F) {
1036   if (&F != &Formulae.back())
1037     std::swap(F, Formulae.back());
1038   Formulae.pop_back();
1039   assert(!Formulae.empty() && "LSRUse has no formulae left!");
1040 }
1041
1042 /// RecomputeRegs - Recompute the Regs field, and update RegUses.
1043 void LSRUse::RecomputeRegs(size_t LUIdx, RegUseTracker &RegUses) {
1044   // Now that we've filtered out some formulae, recompute the Regs set.
1045   SmallPtrSet<const SCEV *, 4> OldRegs = Regs;
1046   Regs.clear();
1047   for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator I = Formulae.begin(),
1048        E = Formulae.end(); I != E; ++I) {
1049     const Formula &F = *I;
1050     if (F.ScaledReg) Regs.insert(F.ScaledReg);
1051     Regs.insert(F.BaseRegs.begin(), F.BaseRegs.end());
1052   }
1053
1054   // Update the RegTracker.
1055   for (SmallPtrSet<const SCEV *, 4>::iterator I = OldRegs.begin(),
1056        E = OldRegs.end(); I != E; ++I)
1057     if (!Regs.count(*I))
1058       RegUses.DropRegister(*I, LUIdx);
1059 }
1060
1061 void LSRUse::print(raw_ostream &OS) const {
1062   OS << "LSR Use: Kind=";
1063   switch (Kind) {
1064   case Basic:    OS << "Basic"; break;
1065   case Special:  OS << "Special"; break;
1066   case ICmpZero: OS << "ICmpZero"; break;
1067   case Address:
1068     OS << "Address of ";
1069     if (AccessTy->isPointerTy())
1070       OS << "pointer"; // the full pointer type could be really verbose
1071     else
1072       OS << *AccessTy;
1073   }
1074
1075   OS << ", Offsets={";
1076   for (SmallVectorImpl<int64_t>::const_iterator I = Offsets.begin(),
1077        E = Offsets.end(); I != E; ++I) {
1078     OS << *I;
1079     if (next(I) != E)
1080       OS << ',';
1081   }
1082   OS << '}';
1083
1084   if (AllFixupsOutsideLoop)
1085     OS << ", all-fixups-outside-loop";
1086 }
1087
1088 void LSRUse::dump() const {
1089   print(errs()); errs() << '\n';
1090 }
1091
1092 /// isLegalUse - Test whether the use described by AM is "legal", meaning it can
1093 /// be completely folded into the user instruction at isel time. This includes
1094 /// address-mode folding and special icmp tricks.
1095 static bool isLegalUse(const TargetLowering::AddrMode &AM,
1096                        LSRUse::KindType Kind, const Type *AccessTy,
1097                        const TargetLowering *TLI) {
1098   switch (Kind) {
1099   case LSRUse::Address:
1100     // If we have low-level target information, ask the target if it can
1101     // completely fold this address.
1102     if (TLI) return TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy);
1103
1104     // Otherwise, just guess that reg+reg addressing is legal.
1105     return !AM.BaseGV && AM.BaseOffs == 0 && AM.Scale <= 1;
1106
1107   case LSRUse::ICmpZero:
1108     // There's not even a target hook for querying whether it would be legal to
1109     // fold a GV into an ICmp.
1110     if (AM.BaseGV)
1111       return false;
1112
1113     // ICmp only has two operands; don't allow more than two non-trivial parts.
1114     if (AM.Scale != 0 && AM.HasBaseReg && AM.BaseOffs != 0)
1115       return false;
1116
1117     // ICmp only supports no scale or a -1 scale, as we can "fold" a -1 scale by
1118     // putting the scaled register in the other operand of the icmp.
1119     if (AM.Scale != 0 && AM.Scale != -1)
1120       return false;
1121
1122     // If we have low-level target information, ask the target if it can fold an
1123     // integer immediate on an icmp.
1124     if (AM.BaseOffs != 0) {
1125       if (TLI) return TLI->isLegalICmpImmediate(-AM.BaseOffs);
1126       return false;
1127     }
1128
1129     return true;
1130
1131   case LSRUse::Basic:
1132     // Only handle single-register values.
1133     return !AM.BaseGV && AM.Scale == 0 && AM.BaseOffs == 0;
1134
1135   case LSRUse::Special:
1136     // Only handle -1 scales, or no scale.
1137     return AM.Scale == 0 || AM.Scale == -1;
1138   }
1139
1140   return false;
1141 }
1142
1143 static bool isLegalUse(TargetLowering::AddrMode AM,
1144                        int64_t MinOffset, int64_t MaxOffset,
1145                        LSRUse::KindType Kind, const Type *AccessTy,
1146                        const TargetLowering *TLI) {
1147   // Check for overflow.
1148   if (((int64_t)((uint64_t)AM.BaseOffs + MinOffset) > AM.BaseOffs) !=
1149       (MinOffset > 0))
1150     return false;
1151   AM.BaseOffs = (uint64_t)AM.BaseOffs + MinOffset;
1152   if (isLegalUse(AM, Kind, AccessTy, TLI)) {
1153     AM.BaseOffs = (uint64_t)AM.BaseOffs - MinOffset;
1154     // Check for overflow.
1155     if (((int64_t)((uint64_t)AM.BaseOffs + MaxOffset) > AM.BaseOffs) !=
1156         (MaxOffset > 0))
1157       return false;
1158     AM.BaseOffs = (uint64_t)AM.BaseOffs + MaxOffset;
1159     return isLegalUse(AM, Kind, AccessTy, TLI);
1160   }
1161   return false;
1162 }
1163
1164 static bool isAlwaysFoldable(int64_t BaseOffs,
1165                              GlobalValue *BaseGV,
1166                              bool HasBaseReg,
1167                              LSRUse::KindType Kind, const Type *AccessTy,
1168                              const TargetLowering *TLI) {
1169   // Fast-path: zero is always foldable.
1170   if (BaseOffs == 0 && !BaseGV) return true;
1171
1172   // Conservatively, create an address with an immediate and a
1173   // base and a scale.
1174   TargetLowering::AddrMode AM;
1175   AM.BaseOffs = BaseOffs;
1176   AM.BaseGV = BaseGV;
1177   AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
1178   AM.Scale = Kind == LSRUse::ICmpZero ? -1 : 1;
1179
1180   // Canonicalize a scale of 1 to a base register if the formula doesn't
1181   // already have a base register.
1182   if (!AM.HasBaseReg && AM.Scale == 1) {
1183     AM.Scale = 0;
1184     AM.HasBaseReg = true;
1185   }
1186
1187   return isLegalUse(AM, Kind, AccessTy, TLI);
1188 }
1189
1190 static bool isAlwaysFoldable(const SCEV *S,
1191                              int64_t MinOffset, int64_t MaxOffset,
1192                              bool HasBaseReg,
1193                              LSRUse::KindType Kind, const Type *AccessTy,
1194                              const TargetLowering *TLI,
1195                              ScalarEvolution &SE) {
1196   // Fast-path: zero is always foldable.
1197   if (S->isZero()) return true;
1198
1199   // Conservatively, create an address with an immediate and a
1200   // base and a scale.
1201   int64_t BaseOffs = ExtractImmediate(S, SE);
1202   GlobalValue *BaseGV = ExtractSymbol(S, SE);
1203
1204   // If there's anything else involved, it's not foldable.
1205   if (!S->isZero()) return false;
1206
1207   // Fast-path: zero is always foldable.
1208   if (BaseOffs == 0 && !BaseGV) return true;
1209
1210   // Conservatively, create an address with an immediate and a
1211   // base and a scale.
1212   TargetLowering::AddrMode AM;
1213   AM.BaseOffs = BaseOffs;
1214   AM.BaseGV = BaseGV;
1215   AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
1216   AM.Scale = Kind == LSRUse::ICmpZero ? -1 : 1;
1217
1218   return isLegalUse(AM, MinOffset, MaxOffset, Kind, AccessTy, TLI);
1219 }
1220
1221 namespace {
1222
1223 /// UseMapDenseMapInfo - A DenseMapInfo implementation for holding
1224 /// DenseMaps and DenseSets of pairs of const SCEV* and LSRUse::Kind.
1225 struct UseMapDenseMapInfo {
1226   static std::pair<const SCEV *, LSRUse::KindType> getEmptyKey() {
1227     return std::make_pair(reinterpret_cast<const SCEV *>(-1), LSRUse::Basic);
1228   }
1229
1230   static std::pair<const SCEV *, LSRUse::KindType> getTombstoneKey() {
1231     return std::make_pair(reinterpret_cast<const SCEV *>(-2), LSRUse::Basic);
1232   }
1233
1234   static unsigned
1235   getHashValue(const std::pair<const SCEV *, LSRUse::KindType> &V) {
1236     unsigned Result = DenseMapInfo<const SCEV *>::getHashValue(V.first);
1237     Result ^= DenseMapInfo<unsigned>::getHashValue(unsigned(V.second));
1238     return Result;
1239   }
1240
1241   static bool isEqual(const std::pair<const SCEV *, LSRUse::KindType> &LHS,
1242                       const std::pair<const SCEV *, LSRUse::KindType> &RHS) {
1243     return LHS == RHS;
1244   }
1245 };
1246
1247 /// FormulaSorter - This class implements an ordering for formulae which sorts
1248 /// the by their standalone cost.
1249 class FormulaSorter {
1250   /// These two sets are kept empty, so that we compute standalone costs.
1251   DenseSet<const SCEV *> VisitedRegs;
1252   SmallPtrSet<const SCEV *, 16> Regs;
1253   Loop *L;
1254   LSRUse *LU;
1255   ScalarEvolution &SE;
1256   DominatorTree &DT;
1257
1258 public:
1259   FormulaSorter(Loop *l, LSRUse &lu, ScalarEvolution &se, DominatorTree &dt)
1260     : L(l), LU(&lu), SE(se), DT(dt) {}
1261
1262   bool operator()(const Formula &A, const Formula &B) {
1263     Cost CostA;
1264     CostA.RateFormula(A, Regs, VisitedRegs, L, LU->Offsets, SE, DT);
1265     Regs.clear();
1266     Cost CostB;
1267     CostB.RateFormula(B, Regs, VisitedRegs, L, LU->Offsets, SE, DT);
1268     Regs.clear();
1269     return CostA < CostB;
1270   }
1271 };
1272
1273 /// LSRInstance - This class holds state for the main loop strength reduction
1274 /// logic.
1275 class LSRInstance {
1276   IVUsers &IU;
1277   ScalarEvolution &SE;
1278   DominatorTree &DT;
1279   LoopInfo &LI;
1280   const TargetLowering *const TLI;
1281   Loop *const L;
1282   bool Changed;
1283
1284   /// IVIncInsertPos - This is the insert position that the current loop's
1285   /// induction variable increment should be placed. In simple loops, this is
1286   /// the latch block's terminator. But in more complicated cases, this is a
1287   /// position which will dominate all the in-loop post-increment users.
1288   Instruction *IVIncInsertPos;
1289
1290   /// Factors - Interesting factors between use strides.
1291   SmallSetVector<int64_t, 8> Factors;
1292
1293   /// Types - Interesting use types, to facilitate truncation reuse.
1294   SmallSetVector<const Type *, 4> Types;
1295
1296   /// Fixups - The list of operands which are to be replaced.
1297   SmallVector<LSRFixup, 16> Fixups;
1298
1299   /// Uses - The list of interesting uses.
1300   SmallVector<LSRUse, 16> Uses;
1301
1302   /// RegUses - Track which uses use which register candidates.
1303   RegUseTracker RegUses;
1304
1305   void OptimizeShadowIV();
1306   bool FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse);
1307   ICmpInst *OptimizeMax(ICmpInst *Cond, IVStrideUse* &CondUse);
1308   void OptimizeLoopTermCond();
1309
1310   void CollectInterestingTypesAndFactors();
1311   void CollectFixupsAndInitialFormulae();
1312
1313   LSRFixup &getNewFixup() {
1314     Fixups.push_back(LSRFixup());
1315     return Fixups.back();
1316   }
1317
1318   // Support for sharing of LSRUses between LSRFixups.
1319   typedef DenseMap<std::pair<const SCEV *, LSRUse::KindType>,
1320                    size_t,
1321                    UseMapDenseMapInfo> UseMapTy;
1322   UseMapTy UseMap;
1323
1324   bool reconcileNewOffset(LSRUse &LU, int64_t NewOffset, bool HasBaseReg,
1325                           LSRUse::KindType Kind, const Type *AccessTy);
1326
1327   std::pair<size_t, int64_t> getUse(const SCEV *&Expr,
1328                                     LSRUse::KindType Kind,
1329                                     const Type *AccessTy);
1330
1331   void DeleteUse(LSRUse &LU);
1332
1333   LSRUse *FindUseWithSimilarFormula(const Formula &F, const LSRUse &OrigLU);
1334
1335 public:
1336   void InsertInitialFormula(const SCEV *S, LSRUse &LU, size_t LUIdx);
1337   void InsertSupplementalFormula(const SCEV *S, LSRUse &LU, size_t LUIdx);
1338   void CountRegisters(const Formula &F, size_t LUIdx);
1339   bool InsertFormula(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, const Formula &F);
1340
1341   void CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae();
1342
1343   void GenerateReassociations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base,
1344                               unsigned Depth = 0);
1345   void GenerateCombinations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1346   void GenerateSymbolicOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1347   void GenerateConstantOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1348   void GenerateICmpZeroScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1349   void GenerateScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1350   void GenerateTruncates(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1351   void GenerateCrossUseConstantOffsets();
1352   void GenerateAllReuseFormulae();
1353
1354   void FilterOutUndesirableDedicatedRegisters();
1355
1356   size_t EstimateSearchSpaceComplexity() const;
1357   void NarrowSearchSpaceUsingHeuristics();
1358
1359   void SolveRecurse(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
1360                     Cost &SolutionCost,
1361                     SmallVectorImpl<const Formula *> &Workspace,
1362                     const Cost &CurCost,
1363                     const SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &CurRegs,
1364                     DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs) const;
1365   void Solve(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution) const;
1366
1367   BasicBlock::iterator
1368     HoistInsertPosition(BasicBlock::iterator IP,
1369                         const SmallVectorImpl<Instruction *> &Inputs) const;
1370   BasicBlock::iterator AdjustInsertPositionForExpand(BasicBlock::iterator IP,
1371                                                      const LSRFixup &LF,
1372                                                      const LSRUse &LU) const;
1373
1374   Value *Expand(const LSRFixup &LF,
1375                 const Formula &F,
1376                 BasicBlock::iterator IP,
1377                 SCEVExpander &Rewriter,
1378                 SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) const;
1379   void RewriteForPHI(PHINode *PN, const LSRFixup &LF,
1380                      const Formula &F,
1381                      SCEVExpander &Rewriter,
1382                      SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
1383                      Pass *P) const;
1384   void Rewrite(const LSRFixup &LF,
1385                const Formula &F,
1386                SCEVExpander &Rewriter,
1387                SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
1388                Pass *P) const;
1389   void ImplementSolution(const SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
1390                          Pass *P);
1391
1392   LSRInstance(const TargetLowering *tli, Loop *l, Pass *P);
1393
1394   bool getChanged() const { return Changed; }
1395
1396   void print_factors_and_types(raw_ostream &OS) const;
1397   void print_fixups(raw_ostream &OS) const;
1398   void print_uses(raw_ostream &OS) const;
1399   void print(raw_ostream &OS) const;
1400   void dump() const;
1401 };
1402
1403 }
1404
1405 /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
1406 /// inside the loop then try to eliminate the cast operation.
1407 void LSRInstance::OptimizeShadowIV() {
1408   const SCEV *BackedgeTakenCount = SE.getBackedgeTakenCount(L);
1409   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
1410     return;
1411
1412   for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end();
1413        UI != E; /* empty */) {
1414     IVUsers::const_iterator CandidateUI = UI;
1415     ++UI;
1416     Instruction *ShadowUse = CandidateUI->getUser();
1417     const Type *DestTy = NULL;
1418
1419     /* If shadow use is a int->float cast then insert a second IV
1420        to eliminate this cast.
1421
1422          for (unsigned i = 0; i < n; ++i)
1423            foo((double)i);
1424
1425        is transformed into
1426
1427          double d = 0.0;
1428          for (unsigned i = 0; i < n; ++i, ++d)
1429            foo(d);
1430     */
1431     if (UIToFPInst *UCast = dyn_cast<UIToFPInst>(CandidateUI->getUser()))
1432       DestTy = UCast->getDestTy();
1433     else if (SIToFPInst *SCast = dyn_cast<SIToFPInst>(CandidateUI->getUser()))
1434       DestTy = SCast->getDestTy();
1435     if (!DestTy) continue;
1436
1437     if (TLI) {
1438       // If target does not support DestTy natively then do not apply
1439       // this transformation.
1440       EVT DVT = TLI->getValueType(DestTy);
1441       if (!TLI->isTypeLegal(DVT)) continue;
1442     }
1443
1444     PHINode *PH = dyn_cast<PHINode>(ShadowUse->getOperand(0));
1445     if (!PH) continue;
1446     if (PH->getNumIncomingValues() != 2) continue;
1447
1448     const Type *SrcTy = PH->getType();
1449     int Mantissa = DestTy->getFPMantissaWidth();
1450     if (Mantissa == -1) continue;
1451     if ((int)SE.getTypeSizeInBits(SrcTy) > Mantissa)
1452       continue;
1453
1454     unsigned Entry, Latch;
1455     if (PH->getIncomingBlock(0) == L->getLoopPreheader()) {
1456       Entry = 0;
1457       Latch = 1;
1458     } else {
1459       Entry = 1;
1460       Latch = 0;
1461     }
1462
1463     ConstantInt *Init = dyn_cast<ConstantInt>(PH->getIncomingValue(Entry));
1464     if (!Init) continue;
1465     Constant *NewInit = ConstantFP::get(DestTy, Init->getZExtValue());
1466
1467     BinaryOperator *Incr =
1468       dyn_cast<BinaryOperator>(PH->getIncomingValue(Latch));
1469     if (!Incr) continue;
1470     if (Incr->getOpcode() != Instruction::Add
1471         && Incr->getOpcode() != Instruction::Sub)
1472       continue;
1473
1474     /* Initialize new IV, double d = 0.0 in above example. */
1475     ConstantInt *C = NULL;
1476     if (Incr->getOperand(0) == PH)
1477       C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(1));
1478     else if (Incr->getOperand(1) == PH)
1479       C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(0));
1480     else
1481       continue;
1482
1483     if (!C) continue;
1484
1485     // Ignore negative constants, as the code below doesn't handle them
1486     // correctly. TODO: Remove this restriction.
1487     if (!C->getValue().isStrictlyPositive()) continue;
1488
1489     /* Add new PHINode. */
1490     PHINode *NewPH = PHINode::Create(DestTy, "IV.S.", PH);
1491
1492     /* create new increment. '++d' in above example. */
1493     Constant *CFP = ConstantFP::get(DestTy, C->getZExtValue());
1494     BinaryOperator *NewIncr =
1495       BinaryOperator::Create(Incr->getOpcode() == Instruction::Add ?
1496                                Instruction::FAdd : Instruction::FSub,
1497                              NewPH, CFP, "IV.S.next.", Incr);
1498
1499     NewPH->addIncoming(NewInit, PH->getIncomingBlock(Entry));
1500     NewPH->addIncoming(NewIncr, PH->getIncomingBlock(Latch));
1501
1502     /* Remove cast operation */
1503     ShadowUse->replaceAllUsesWith(NewPH);
1504     ShadowUse->eraseFromParent();
1505     Changed = true;
1506     break;
1507   }
1508 }
1509
1510 /// FindIVUserForCond - If Cond has an operand that is an expression of an IV,
1511 /// set the IV user and stride information and return true, otherwise return
1512 /// false.
1513 bool LSRInstance::FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse) {
1514   for (IVUsers::iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI)
1515     if (UI->getUser() == Cond) {
1516       // NOTE: we could handle setcc instructions with multiple uses here, but
1517       // InstCombine does it as well for simple uses, it's not clear that it
1518       // occurs enough in real life to handle.
1519       CondUse = UI;
1520       return true;
1521     }
1522   return false;
1523 }
1524
1525 /// OptimizeMax - Rewrite the loop's terminating condition if it uses
1526 /// a max computation.
1527 ///
1528 /// This is a narrow solution to a specific, but acute, problem. For loops
1529 /// like this:
1530 ///
1531 ///   i = 0;
1532 ///   do {
1533 ///     p[i] = 0.0;
1534 ///   } while (++i < n);
1535 ///
1536 /// the trip count isn't just 'n', because 'n' might not be positive. And
1537 /// unfortunately this can come up even for loops where the user didn't use
1538 /// a C do-while loop. For example, seemingly well-behaved top-test loops
1539 /// will commonly be lowered like this:
1540 //
1541 ///   if (n > 0) {
1542 ///     i = 0;
1543 ///     do {
1544 ///       p[i] = 0.0;
1545 ///     } while (++i < n);
1546 ///   }
1547 ///
1548 /// and then it's possible for subsequent optimization to obscure the if
1549 /// test in such a way that indvars can't find it.
1550 ///
1551 /// When indvars can't find the if test in loops like this, it creates a
1552 /// max expression, which allows it to give the loop a canonical
1553 /// induction variable:
1554 ///
1555 ///   i = 0;
1556 ///   max = n < 1 ? 1 : n;
1557 ///   do {
1558 ///     p[i] = 0.0;
1559 ///   } while (++i != max);
1560 ///
1561 /// Canonical induction variables are necessary because the loop passes
1562 /// are designed around them. The most obvious example of this is the
1563 /// LoopInfo analysis, which doesn't remember trip count values. It
1564 /// expects to be able to rediscover the trip count each time it is
1565 /// needed, and it does this using a simple analysis that only succeeds if
1566 /// the loop has a canonical induction variable.
1567 ///
1568 /// However, when it comes time to generate code, the maximum operation
1569 /// can be quite costly, especially if it's inside of an outer loop.
1570 ///
1571 /// This function solves this problem by detecting this type of loop and
1572 /// rewriting their conditions from ICMP_NE back to ICMP_SLT, and deleting
1573 /// the instructions for the maximum computation.
1574 ///
1575 ICmpInst *LSRInstance::OptimizeMax(ICmpInst *Cond, IVStrideUse* &CondUse) {
1576   // Check that the loop matches the pattern we're looking for.
1577   if (Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_EQ &&
1578       Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_NE)
1579     return Cond;
1580
1581   SelectInst *Sel = dyn_cast<SelectInst>(Cond->getOperand(1));
1582   if (!Sel || !Sel->hasOneUse()) return Cond;
1583
1584   const SCEV *BackedgeTakenCount = SE.getBackedgeTakenCount(L);
1585   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
1586     return Cond;
1587   const SCEV *One = SE.getConstant(BackedgeTakenCount->getType(), 1);
1588
1589   // Add one to the backedge-taken count to get the trip count.
1590   const SCEV *IterationCount = SE.getAddExpr(BackedgeTakenCount, One);
1591   if (IterationCount != SE.getSCEV(Sel)) return Cond;
1592
1593   // Check for a max calculation that matches the pattern. There's no check
1594   // for ICMP_ULE here because the comparison would be with zero, which
1595   // isn't interesting.
1596   CmpInst::Predicate Pred = ICmpInst::BAD_ICMP_PREDICATE;
1597   const SCEVNAryExpr *Max = 0;
1598   if (const SCEVSMaxExpr *S = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(BackedgeTakenCount)) {
1599     Pred = ICmpInst::ICMP_SLE;
1600     Max = S;
1601   } else if (const SCEVSMaxExpr *S = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(IterationCount)) {
1602     Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
1603     Max = S;
1604   } else if (const SCEVUMaxExpr *U = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(IterationCount)) {
1605     Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
1606     Max = U;
1607   } else {
1608     // No match; bail.
1609     return Cond;
1610   }
1611
1612   // To handle a max with more than two operands, this optimization would
1613   // require additional checking and setup.
1614   if (Max->getNumOperands() != 2)
1615     return Cond;
1616
1617   const SCEV *MaxLHS = Max->getOperand(0);
1618   const SCEV *MaxRHS = Max->getOperand(1);
1619
1620   // ScalarEvolution canonicalizes constants to the left. For < and >, look
1621   // for a comparison with 1. For <= and >=, a comparison with zero.
1622   if (!MaxLHS ||
1623       (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred) ? !MaxLHS->isZero() : (MaxLHS != One)))
1624     return Cond;
1625
1626   // Check the relevant induction variable for conformance to
1627   // the pattern.
1628   const SCEV *IV = SE.getSCEV(Cond->getOperand(0));
1629   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
1630   if (!AR || !AR->isAffine() ||
1631       AR->getStart() != One ||
1632       AR->getStepRecurrence(SE) != One)
1633     return Cond;
1634
1635   assert(AR->getLoop() == L &&
1636          "Loop condition operand is an addrec in a different loop!");
1637
1638   // Check the right operand of the select, and remember it, as it will
1639   // be used in the new comparison instruction.
1640   Value *NewRHS = 0;
1641   if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred)) {
1642     // Look for n+1, and grab n.
1643     if (AddOperator *BO = dyn_cast<AddOperator>(Sel->getOperand(1)))
1644       if (isa<ConstantInt>(BO->getOperand(1)) &&
1645           cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1))->isOne() &&
1646           SE.getSCEV(BO->getOperand(0)) == MaxRHS)
1647         NewRHS = BO->getOperand(0);
1648     if (AddOperator *BO = dyn_cast<AddOperator>(Sel->getOperand(2)))
1649       if (isa<ConstantInt>(BO->getOperand(1)) &&
1650           cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1))->isOne() &&
1651           SE.getSCEV(BO->getOperand(0)) == MaxRHS)
1652         NewRHS = BO->getOperand(0);
1653     if (!NewRHS)
1654       return Cond;
1655   } else if (SE.getSCEV(Sel->getOperand(1)) == MaxRHS)
1656     NewRHS = Sel->getOperand(1);
1657   else if (SE.getSCEV(Sel->getOperand(2)) == MaxRHS)
1658     NewRHS = Sel->getOperand(2);
1659   else if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(MaxRHS))
1660     NewRHS = SU->getValue();
1661   else
1662     // Max doesn't match expected pattern.
1663     return Cond;
1664
1665   // Determine the new comparison opcode. It may be signed or unsigned,
1666   // and the original comparison may be either equality or inequality.
1667   if (Cond->getPredicate() == CmpInst::ICMP_EQ)
1668     Pred = CmpInst::getInversePredicate(Pred);
1669
1670   // Ok, everything looks ok to change the condition into an SLT or SGE and
1671   // delete the max calculation.
1672   ICmpInst *NewCond =
1673     new ICmpInst(Cond, Pred, Cond->getOperand(0), NewRHS, "scmp");
1674
1675   // Delete the max calculation instructions.
1676   Cond->replaceAllUsesWith(NewCond);
1677   CondUse->setUser(NewCond);
1678   Instruction *Cmp = cast<Instruction>(Sel->getOperand(0));
1679   Cond->eraseFromParent();
1680   Sel->eraseFromParent();
1681   if (Cmp->use_empty())
1682     Cmp->eraseFromParent();
1683   return NewCond;
1684 }
1685
1686 /// OptimizeLoopTermCond - Change loop terminating condition to use the
1687 /// postinc iv when possible.
1688 void
1689 LSRInstance::OptimizeLoopTermCond() {
1690   SmallPtrSet<Instruction *, 4> PostIncs;
1691
1692   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1693   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitingBlocks;
1694   L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
1695
1696   for (unsigned i = 0, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i) {
1697     BasicBlock *ExitingBlock = ExitingBlocks[i];
1698
1699     // Get the terminating condition for the loop if possible.  If we
1700     // can, we want to change it to use a post-incremented version of its
1701     // induction variable, to allow coalescing the live ranges for the IV into
1702     // one register value.
1703
1704     BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
1705     if (!TermBr)
1706       continue;
1707     // FIXME: Overly conservative, termination condition could be an 'or' etc..
1708     if (TermBr->isUnconditional() || !isa<ICmpInst>(TermBr->getCondition()))
1709       continue;
1710
1711     // Search IVUsesByStride to find Cond's IVUse if there is one.
1712     IVStrideUse *CondUse = 0;
1713     ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(TermBr->getCondition());
1714     if (!FindIVUserForCond(Cond, CondUse))
1715       continue;
1716
1717     // If the trip count is computed in terms of a max (due to ScalarEvolution
1718     // being unable to find a sufficient guard, for example), change the loop
1719     // comparison to use SLT or ULT instead of NE.
1720     // One consequence of doing this now is that it disrupts the count-down
1721     // optimization. That's not always a bad thing though, because in such
1722     // cases it may still be worthwhile to avoid a max.
1723     Cond = OptimizeMax(Cond, CondUse);
1724
1725     // If this exiting block dominates the latch block, it may also use
1726     // the post-inc value if it won't be shared with other uses.
1727     // Check for dominance.
1728     if (!DT.dominates(ExitingBlock, LatchBlock))
1729       continue;
1730
1731     // Conservatively avoid trying to use the post-inc value in non-latch
1732     // exits if there may be pre-inc users in intervening blocks.
1733     if (LatchBlock != ExitingBlock)
1734       for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI)
1735         // Test if the use is reachable from the exiting block. This dominator
1736         // query is a conservative approximation of reachability.
1737         if (&*UI != CondUse &&
1738             !DT.properlyDominates(UI->getUser()->getParent(), ExitingBlock)) {
1739           // Conservatively assume there may be reuse if the quotient of their
1740           // strides could be a legal scale.
1741           const SCEV *A = IU.getStride(*CondUse, L);
1742           const SCEV *B = IU.getStride(*UI, L);
1743           if (!A || !B) continue;
1744           if (SE.getTypeSizeInBits(A->getType()) !=
1745               SE.getTypeSizeInBits(B->getType())) {
1746             if (SE.getTypeSizeInBits(A->getType()) >
1747                 SE.getTypeSizeInBits(B->getType()))
1748               B = SE.getSignExtendExpr(B, A->getType());
1749             else
1750               A = SE.getSignExtendExpr(A, B->getType());
1751           }
1752           if (const SCEVConstant *D =
1753                 dyn_cast_or_null<SCEVConstant>(getExactSDiv(B, A, SE))) {
1754             const ConstantInt *C = D->getValue();
1755             // Stride of one or negative one can have reuse with non-addresses.
1756             if (C->isOne() || C->isAllOnesValue())
1757               goto decline_post_inc;
1758             // Avoid weird situations.
1759             if (C->getValue().getMinSignedBits() >= 64 ||
1760                 C->getValue().isMinSignedValue())
1761               goto decline_post_inc;
1762             // Without TLI, assume that any stride might be valid, and so any
1763             // use might be shared.
1764             if (!TLI)
1765               goto decline_post_inc;
1766             // Check for possible scaled-address reuse.
1767             const Type *AccessTy = getAccessType(UI->getUser());
1768             TargetLowering::AddrMode AM;
1769             AM.Scale = C->getSExtValue();
1770             if (TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
1771               goto decline_post_inc;
1772             AM.Scale = -AM.Scale;
1773             if (TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
1774               goto decline_post_inc;
1775           }
1776         }
1777
1778     DEBUG(dbgs() << "  Change loop exiting icmp to use postinc iv: "
1779                  << *Cond << '\n');
1780
1781     // It's possible for the setcc instruction to be anywhere in the loop, and
1782     // possible for it to have multiple users.  If it is not immediately before
1783     // the exiting block branch, move it.
1784     if (&*++BasicBlock::iterator(Cond) != TermBr) {
1785       if (Cond->hasOneUse()) {
1786         Cond->moveBefore(TermBr);
1787       } else {
1788         // Clone the terminating condition and insert into the loopend.
1789         ICmpInst *OldCond = Cond;
1790         Cond = cast<ICmpInst>(Cond->clone());
1791         Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
1792         ExitingBlock->getInstList().insert(TermBr, Cond);
1793
1794         // Clone the IVUse, as the old use still exists!
1795         CondUse = &IU.AddUser(Cond, CondUse->getOperandValToReplace());
1796         TermBr->replaceUsesOfWith(OldCond, Cond);
1797       }
1798     }
1799
1800     // If we get to here, we know that we can transform the setcc instruction to
1801     // use the post-incremented version of the IV, allowing us to coalesce the
1802     // live ranges for the IV correctly.
1803     CondUse->transformToPostInc(L);
1804     Changed = true;
1805
1806     PostIncs.insert(Cond);
1807   decline_post_inc:;
1808   }
1809
1810   // Determine an insertion point for the loop induction variable increment. It
1811   // must dominate all the post-inc comparisons we just set up, and it must
1812   // dominate the loop latch edge.
1813   IVIncInsertPos = L->getLoopLatch()->getTerminator();
1814   for (SmallPtrSet<Instruction *, 4>::const_iterator I = PostIncs.begin(),
1815        E = PostIncs.end(); I != E; ++I) {
1816     BasicBlock *BB =
1817       DT.findNearestCommonDominator(IVIncInsertPos->getParent(),
1818                                     (*I)->getParent());
1819     if (BB == (*I)->getParent())
1820       IVIncInsertPos = *I;
1821     else if (BB != IVIncInsertPos->getParent())
1822       IVIncInsertPos = BB->getTerminator();
1823   }
1824 }
1825
1826 /// reconcileNewOffset - Determine if the given use can accomodate a fixup
1827 /// at the given offset and other details. If so, update the use and
1828 /// return true.
1829 bool
1830 LSRInstance::reconcileNewOffset(LSRUse &LU, int64_t NewOffset, bool HasBaseReg,
1831                                 LSRUse::KindType Kind, const Type *AccessTy) {
1832   int64_t NewMinOffset = LU.MinOffset;
1833   int64_t NewMaxOffset = LU.MaxOffset;
1834   const Type *NewAccessTy = AccessTy;
1835
1836   // Check for a mismatched kind. It's tempting to collapse mismatched kinds to
1837   // something conservative, however this can pessimize in the case that one of
1838   // the uses will have all its uses outside the loop, for example.
1839   if (LU.Kind != Kind)
1840     return false;
1841   // Conservatively assume HasBaseReg is true for now.
1842   if (NewOffset < LU.MinOffset) {
1843     if (!isAlwaysFoldable(LU.MaxOffset - NewOffset, 0, HasBaseReg,
1844                           Kind, AccessTy, TLI))
1845       return false;
1846     NewMinOffset = NewOffset;
1847   } else if (NewOffset > LU.MaxOffset) {
1848     if (!isAlwaysFoldable(NewOffset - LU.MinOffset, 0, HasBaseReg,
1849                           Kind, AccessTy, TLI))
1850       return false;
1851     NewMaxOffset = NewOffset;
1852   }
1853   // Check for a mismatched access type, and fall back conservatively as needed.
1854   // TODO: Be less conservative when the type is similar and can use the same
1855   // addressing modes.
1856   if (Kind == LSRUse::Address && AccessTy != LU.AccessTy)
1857     NewAccessTy = Type::getVoidTy(AccessTy->getContext());
1858
1859   // Update the use.
1860   LU.MinOffset = NewMinOffset;
1861   LU.MaxOffset = NewMaxOffset;
1862   LU.AccessTy = NewAccessTy;
1863   if (NewOffset != LU.Offsets.back())
1864     LU.Offsets.push_back(NewOffset);
1865   return true;
1866 }
1867
1868 /// getUse - Return an LSRUse index and an offset value for a fixup which
1869 /// needs the given expression, with the given kind and optional access type.
1870 /// Either reuse an existing use or create a new one, as needed.
1871 std::pair<size_t, int64_t>
1872 LSRInstance::getUse(const SCEV *&Expr,
1873                     LSRUse::KindType Kind, const Type *AccessTy) {
1874   const SCEV *Copy = Expr;
1875   int64_t Offset = ExtractImmediate(Expr, SE);
1876
1877   // Basic uses can't accept any offset, for example.
1878   if (!isAlwaysFoldable(Offset, 0, /*HasBaseReg=*/true, Kind, AccessTy, TLI)) {
1879     Expr = Copy;
1880     Offset = 0;
1881   }
1882
1883   std::pair<UseMapTy::iterator, bool> P =
1884     UseMap.insert(std::make_pair(std::make_pair(Expr, Kind), 0));
1885   if (!P.second) {
1886     // A use already existed with this base.
1887     size_t LUIdx = P.first->second;
1888     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
1889     if (reconcileNewOffset(LU, Offset, /*HasBaseReg=*/true, Kind, AccessTy))
1890       // Reuse this use.
1891       return std::make_pair(LUIdx, Offset);
1892   }
1893
1894   // Create a new use.
1895   size_t LUIdx = Uses.size();
1896   P.first->second = LUIdx;
1897   Uses.push_back(LSRUse(Kind, AccessTy));
1898   LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
1899
1900   // We don't need to track redundant offsets, but we don't need to go out
1901   // of our way here to avoid them.
1902   if (LU.Offsets.empty() || Offset != LU.Offsets.back())
1903     LU.Offsets.push_back(Offset);
1904
1905   LU.MinOffset = Offset;
1906   LU.MaxOffset = Offset;
1907   return std::make_pair(LUIdx, Offset);
1908 }
1909
1910 /// DeleteUse - Delete the given use from the Uses list.
1911 void LSRInstance::DeleteUse(LSRUse &LU) {
1912   if (&LU != &Uses.back())
1913     std::swap(LU, Uses.back());
1914   Uses.pop_back();
1915 }
1916
1917 /// FindUseWithFormula - Look for a use distinct from OrigLU which is has
1918 /// a formula that has the same registers as the given formula.
1919 LSRUse *
1920 LSRInstance::FindUseWithSimilarFormula(const Formula &OrigF,
1921                                        const LSRUse &OrigLU) {
1922   // Search all uses for the formula. This could be more clever. Ignore
1923   // ICmpZero uses because they may contain formulae generated by
1924   // GenerateICmpZeroScales, in which case adding fixup offsets may
1925   // be invalid.
1926   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
1927     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
1928     if (&LU != &OrigLU &&
1929         LU.Kind != LSRUse::ICmpZero &&
1930         LU.Kind == OrigLU.Kind && OrigLU.AccessTy == LU.AccessTy &&
1931         LU.HasFormulaWithSameRegs(OrigF)) {
1932       for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator I = LU.Formulae.begin(),
1933            E = LU.Formulae.end(); I != E; ++I) {
1934         const Formula &F = *I;
1935         if (F.BaseRegs == OrigF.BaseRegs &&
1936             F.ScaledReg == OrigF.ScaledReg &&
1937             F.AM.BaseGV == OrigF.AM.BaseGV &&
1938             F.AM.Scale == OrigF.AM.Scale &&
1939             LU.Kind) {
1940           if (F.AM.BaseOffs == 0)
1941             return &LU;
1942           break;
1943         }
1944       }
1945     }
1946   }
1947
1948   return 0;
1949 }
1950
1951 void LSRInstance::CollectInterestingTypesAndFactors() {
1952   SmallSetVector<const SCEV *, 4> Strides;
1953
1954   // Collect interesting types and strides.
1955   SmallVector<const SCEV *, 4> Worklist;
1956   for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI) {
1957     const SCEV *Expr = IU.getExpr(*UI);
1958
1959     // Collect interesting types.
1960     Types.insert(SE.getEffectiveSCEVType(Expr->getType()));
1961
1962     // Add strides for mentioned loops.
1963     Worklist.push_back(Expr);
1964     do {
1965       const SCEV *S = Worklist.pop_back_val();
1966       if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
1967         Strides.insert(AR->getStepRecurrence(SE));
1968         Worklist.push_back(AR->getStart());
1969       } else if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
1970         Worklist.append(Add->op_begin(), Add->op_end());
1971       }
1972     } while (!Worklist.empty());
1973   }
1974
1975   // Compute interesting factors from the set of interesting strides.
1976   for (SmallSetVector<const SCEV *, 4>::const_iterator
1977        I = Strides.begin(), E = Strides.end(); I != E; ++I)
1978     for (SmallSetVector<const SCEV *, 4>::const_iterator NewStrideIter =
1979          next(I); NewStrideIter != E; ++NewStrideIter) {
1980       const SCEV *OldStride = *I;
1981       const SCEV *NewStride = *NewStrideIter;
1982
1983       if (SE.getTypeSizeInBits(OldStride->getType()) !=
1984           SE.getTypeSizeInBits(NewStride->getType())) {
1985         if (SE.getTypeSizeInBits(OldStride->getType()) >
1986             SE.getTypeSizeInBits(NewStride->getType()))
1987           NewStride = SE.getSignExtendExpr(NewStride, OldStride->getType());
1988         else
1989           OldStride = SE.getSignExtendExpr(OldStride, NewStride->getType());
1990       }
1991       if (const SCEVConstant *Factor =
1992             dyn_cast_or_null<SCEVConstant>(getExactSDiv(NewStride, OldStride,
1993                                                         SE, true))) {
1994         if (Factor->getValue()->getValue().getMinSignedBits() <= 64)
1995           Factors.insert(Factor->getValue()->getValue().getSExtValue());
1996       } else if (const SCEVConstant *Factor =
1997                    dyn_cast_or_null<SCEVConstant>(getExactSDiv(OldStride,
1998                                                                NewStride,
1999                                                                SE, true))) {
2000         if (Factor->getValue()->getValue().getMinSignedBits() <= 64)
2001           Factors.insert(Factor->getValue()->getValue().getSExtValue());
2002       }
2003     }
2004
2005   // If all uses use the same type, don't bother looking for truncation-based
2006   // reuse.
2007   if (Types.size() == 1)
2008     Types.clear();
2009
2010   DEBUG(print_factors_and_types(dbgs()));
2011 }
2012
2013 void LSRInstance::CollectFixupsAndInitialFormulae() {
2014   for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI) {
2015     // Record the uses.
2016     LSRFixup &LF = getNewFixup();
2017     LF.UserInst = UI->getUser();
2018     LF.OperandValToReplace = UI->getOperandValToReplace();
2019     LF.PostIncLoops = UI->getPostIncLoops();
2020
2021     LSRUse::KindType Kind = LSRUse::Basic;
2022     const Type *AccessTy = 0;
2023     if (isAddressUse(LF.UserInst, LF.OperandValToReplace)) {
2024       Kind = LSRUse::Address;
2025       AccessTy = getAccessType(LF.UserInst);
2026     }
2027
2028     const SCEV *S = IU.getExpr(*UI);
2029
2030     // Equality (== and !=) ICmps are special. We can rewrite (i == N) as
2031     // (N - i == 0), and this allows (N - i) to be the expression that we work
2032     // with rather than just N or i, so we can consider the register
2033     // requirements for both N and i at the same time. Limiting this code to
2034     // equality icmps is not a problem because all interesting loops use
2035     // equality icmps, thanks to IndVarSimplify.
2036     if (ICmpInst *CI = dyn_cast<ICmpInst>(LF.UserInst))
2037       if (CI->isEquality()) {
2038         // Swap the operands if needed to put the OperandValToReplace on the
2039         // left, for consistency.
2040         Value *NV = CI->getOperand(1);
2041         if (NV == LF.OperandValToReplace) {
2042           CI->setOperand(1, CI->getOperand(0));
2043           CI->setOperand(0, NV);
2044           NV = CI->getOperand(1);
2045           Changed = true;
2046         }
2047
2048         // x == y  -->  x - y == 0
2049         const SCEV *N = SE.getSCEV(NV);
2050         if (N->isLoopInvariant(L)) {
2051           Kind = LSRUse::ICmpZero;
2052           S = SE.getMinusSCEV(N, S);
2053         }
2054
2055         // -1 and the negations of all interesting strides (except the negation
2056         // of -1) are now also interesting.
2057         for (size_t i = 0, e = Factors.size(); i != e; ++i)
2058           if (Factors[i] != -1)
2059             Factors.insert(-(uint64_t)Factors[i]);
2060         Factors.insert(-1);
2061       }
2062
2063     // Set up the initial formula for this use.
2064     std::pair<size_t, int64_t> P = getUse(S, Kind, AccessTy);
2065     LF.LUIdx = P.first;
2066     LF.Offset = P.second;
2067     LSRUse &LU = Uses[LF.LUIdx];
2068     LU.AllFixupsOutsideLoop &= LF.isUseFullyOutsideLoop(L);
2069
2070     // If this is the first use of this LSRUse, give it a formula.
2071     if (LU.Formulae.empty()) {
2072       InsertInitialFormula(S, LU, LF.LUIdx);
2073       CountRegisters(LU.Formulae.back(), LF.LUIdx);
2074     }
2075   }
2076
2077   DEBUG(print_fixups(dbgs()));
2078 }
2079
2080 /// InsertInitialFormula - Insert a formula for the given expression into
2081 /// the given use, separating out loop-variant portions from loop-invariant
2082 /// and loop-computable portions.
2083 void
2084 LSRInstance::InsertInitialFormula(const SCEV *S, LSRUse &LU, size_t LUIdx) {
2085   Formula F;
2086   F.InitialMatch(S, L, SE, DT);
2087   bool Inserted = InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2088   assert(Inserted && "Initial formula already exists!"); (void)Inserted;
2089 }
2090
2091 /// InsertSupplementalFormula - Insert a simple single-register formula for
2092 /// the given expression into the given use.
2093 void
2094 LSRInstance::InsertSupplementalFormula(const SCEV *S,
2095                                        LSRUse &LU, size_t LUIdx) {
2096   Formula F;
2097   F.BaseRegs.push_back(S);
2098   F.AM.HasBaseReg = true;
2099   bool Inserted = InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2100   assert(Inserted && "Supplemental formula already exists!"); (void)Inserted;
2101 }
2102
2103 /// CountRegisters - Note which registers are used by the given formula,
2104 /// updating RegUses.
2105 void LSRInstance::CountRegisters(const Formula &F, size_t LUIdx) {
2106   if (F.ScaledReg)
2107     RegUses.CountRegister(F.ScaledReg, LUIdx);
2108   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = F.BaseRegs.begin(),
2109        E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I)
2110     RegUses.CountRegister(*I, LUIdx);
2111 }
2112
2113 /// InsertFormula - If the given formula has not yet been inserted, add it to
2114 /// the list, and return true. Return false otherwise.
2115 bool LSRInstance::InsertFormula(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, const Formula &F) {
2116   if (!LU.InsertFormula(F))
2117     return false;
2118
2119   CountRegisters(F, LUIdx);
2120   return true;
2121 }
2122
2123 /// CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae - Check for other uses of
2124 /// loop-invariant values which we're tracking. These other uses will pin these
2125 /// values in registers, making them less profitable for elimination.
2126 /// TODO: This currently misses non-constant addrec step registers.
2127 /// TODO: Should this give more weight to users inside the loop?
2128 void
2129 LSRInstance::CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae() {
2130   SmallVector<const SCEV *, 8> Worklist(RegUses.begin(), RegUses.end());
2131   SmallPtrSet<const SCEV *, 8> Inserted;
2132
2133   while (!Worklist.empty()) {
2134     const SCEV *S = Worklist.pop_back_val();
2135
2136     if (const SCEVNAryExpr *N = dyn_cast<SCEVNAryExpr>(S))
2137       Worklist.append(N->op_begin(), N->op_end());
2138     else if (const SCEVCastExpr *C = dyn_cast<SCEVCastExpr>(S))
2139       Worklist.push_back(C->getOperand());
2140     else if (const SCEVUDivExpr *D = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
2141       Worklist.push_back(D->getLHS());
2142       Worklist.push_back(D->getRHS());
2143     } else if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
2144       if (!Inserted.insert(U)) continue;
2145       const Value *V = U->getValue();
2146       if (const Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(V)) {
2147         // Look for instructions defined outside the loop.
2148         if (L->contains(Inst)) continue;
2149       } else if (isa<UndefValue>(V))
2150         // Undef doesn't have a live range, so it doesn't matter.
2151         continue;
2152       for (Value::const_use_iterator UI = V->use_begin(), UE = V->use_end();
2153            UI != UE; ++UI) {
2154         const Instruction *UserInst = dyn_cast<Instruction>(*UI);
2155         // Ignore non-instructions.
2156         if (!UserInst)
2157           continue;
2158         // Ignore instructions in other functions (as can happen with
2159         // Constants).
2160         if (UserInst->getParent()->getParent() != L->getHeader()->getParent())
2161           continue;
2162         // Ignore instructions not dominated by the loop.
2163         const BasicBlock *UseBB = !isa<PHINode>(UserInst) ?
2164           UserInst->getParent() :
2165           cast<PHINode>(UserInst)->getIncomingBlock(
2166             PHINode::getIncomingValueNumForOperand(UI.getOperandNo()));
2167         if (!DT.dominates(L->getHeader(), UseBB))
2168           continue;
2169         // Ignore uses which are part of other SCEV expressions, to avoid
2170         // analyzing them multiple times.
2171         if (SE.isSCEVable(UserInst->getType())) {
2172           const SCEV *UserS = SE.getSCEV(const_cast<Instruction *>(UserInst));
2173           // If the user is a no-op, look through to its uses.
2174           if (!isa<SCEVUnknown>(UserS))
2175             continue;
2176           if (UserS == U) {
2177             Worklist.push_back(
2178               SE.getUnknown(const_cast<Instruction *>(UserInst)));
2179             continue;
2180           }
2181         }
2182         // Ignore icmp instructions which are already being analyzed.
2183         if (const ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(UserInst)) {
2184           unsigned OtherIdx = !UI.getOperandNo();
2185           Value *OtherOp = const_cast<Value *>(ICI->getOperand(OtherIdx));
2186           if (SE.getSCEV(OtherOp)->hasComputableLoopEvolution(L))
2187             continue;
2188         }
2189
2190         LSRFixup &LF = getNewFixup();
2191         LF.UserInst = const_cast<Instruction *>(UserInst);
2192         LF.OperandValToReplace = UI.getUse();
2193         std::pair<size_t, int64_t> P = getUse(S, LSRUse::Basic, 0);
2194         LF.LUIdx = P.first;
2195         LF.Offset = P.second;
2196         LSRUse &LU = Uses[LF.LUIdx];
2197         LU.AllFixupsOutsideLoop &= LF.isUseFullyOutsideLoop(L);
2198         InsertSupplementalFormula(U, LU, LF.LUIdx);
2199         CountRegisters(LU.Formulae.back(), Uses.size() - 1);
2200         break;
2201       }
2202     }
2203   }
2204 }
2205
2206 /// CollectSubexprs - Split S into subexpressions which can be pulled out into
2207 /// separate registers. If C is non-null, multiply each subexpression by C.
2208 static void CollectSubexprs(const SCEV *S, const SCEVConstant *C,
2209                             SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
2210                             ScalarEvolution &SE) {
2211   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
2212     // Break out add operands.
2213     for (SCEVAddExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
2214          I != E; ++I)
2215       CollectSubexprs(*I, C, Ops, SE);
2216     return;
2217   } else if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
2218     // Split a non-zero base out of an addrec.
2219     if (!AR->getStart()->isZero()) {
2220       CollectSubexprs(SE.getAddRecExpr(SE.getConstant(AR->getType(), 0),
2221                                        AR->getStepRecurrence(SE),
2222                                        AR->getLoop()), C, Ops, SE);
2223       CollectSubexprs(AR->getStart(), C, Ops, SE);
2224       return;
2225     }
2226   } else if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
2227     // Break (C * (a + b + c)) into C*a + C*b + C*c.
2228     if (Mul->getNumOperands() == 2)
2229       if (const SCEVConstant *Op0 =
2230             dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))) {
2231         CollectSubexprs(Mul->getOperand(1),
2232                         C ? cast<SCEVConstant>(SE.getMulExpr(C, Op0)) : Op0,
2233                         Ops, SE);
2234         return;
2235       }
2236   }
2237
2238   // Otherwise use the value itself.
2239   Ops.push_back(C ? SE.getMulExpr(C, S) : S);
2240 }
2241
2242 /// GenerateReassociations - Split out subexpressions from adds and the bases of
2243 /// addrecs.
2244 void LSRInstance::GenerateReassociations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
2245                                          Formula Base,
2246                                          unsigned Depth) {
2247   // Arbitrarily cap recursion to protect compile time.
2248   if (Depth >= 3) return;
2249
2250   for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i) {
2251     const SCEV *BaseReg = Base.BaseRegs[i];
2252
2253     SmallVector<const SCEV *, 8> AddOps;
2254     CollectSubexprs(BaseReg, 0, AddOps, SE);
2255     if (AddOps.size() == 1) continue;
2256
2257     for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator J = AddOps.begin(),
2258          JE = AddOps.end(); J != JE; ++J) {
2259       // Don't pull a constant into a register if the constant could be folded
2260       // into an immediate field.
2261       if (isAlwaysFoldable(*J, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
2262                            Base.getNumRegs() > 1,
2263                            LU.Kind, LU.AccessTy, TLI, SE))
2264         continue;
2265
2266       // Collect all operands except *J.
2267       SmallVector<const SCEV *, 8> InnerAddOps
2268         (         ((const SmallVector<const SCEV *, 8> &)AddOps).begin(), J);
2269       InnerAddOps.append
2270         (next(J), ((const SmallVector<const SCEV *, 8> &)AddOps).end());
2271
2272       // Don't leave just a constant behind in a register if the constant could
2273       // be folded into an immediate field.
2274       if (InnerAddOps.size() == 1 &&
2275           isAlwaysFoldable(InnerAddOps[0], LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
2276                            Base.getNumRegs() > 1,
2277                            LU.Kind, LU.AccessTy, TLI, SE))
2278         continue;
2279
2280       const SCEV *InnerSum = SE.getAddExpr(InnerAddOps);
2281       if (InnerSum->isZero())
2282         continue;
2283       Formula F = Base;
2284       F.BaseRegs[i] = InnerSum;
2285       F.BaseRegs.push_back(*J);
2286       if (InsertFormula(LU, LUIdx, F))
2287         // If that formula hadn't been seen before, recurse to find more like
2288         // it.
2289         GenerateReassociations(LU, LUIdx, LU.Formulae.back(), Depth+1);
2290     }
2291   }
2292 }
2293
2294 /// GenerateCombinations - Generate a formula consisting of all of the
2295 /// loop-dominating registers added into a single register.
2296 void LSRInstance::GenerateCombinations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
2297                                        Formula Base) {
2298   // This method is only interesting on a plurality of registers.
2299   if (Base.BaseRegs.size() <= 1) return;
2300
2301   Formula F = Base;
2302   F.BaseRegs.clear();
2303   SmallVector<const SCEV *, 4> Ops;
2304   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator
2305        I = Base.BaseRegs.begin(), E = Base.BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
2306     const SCEV *BaseReg = *I;
2307     if (BaseReg->properlyDominates(L->getHeader(), &DT) &&
2308         !BaseReg->hasComputableLoopEvolution(L))
2309       Ops.push_back(BaseReg);
2310     else
2311       F.BaseRegs.push_back(BaseReg);
2312   }
2313   if (Ops.size() > 1) {
2314     const SCEV *Sum = SE.getAddExpr(Ops);
2315     // TODO: If Sum is zero, it probably means ScalarEvolution missed an
2316     // opportunity to fold something. For now, just ignore such cases
2317     // rather than proceed with zero in a register.
2318     if (!Sum->isZero()) {
2319       F.BaseRegs.push_back(Sum);
2320       (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2321     }
2322   }
2323 }
2324
2325 /// GenerateSymbolicOffsets - Generate reuse formulae using symbolic offsets.
2326 void LSRInstance::GenerateSymbolicOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
2327                                           Formula Base) {
2328   // We can't add a symbolic offset if the address already contains one.
2329   if (Base.AM.BaseGV) return;
2330
2331   for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i) {
2332     const SCEV *G = Base.BaseRegs[i];
2333     GlobalValue *GV = ExtractSymbol(G, SE);
2334     if (G->isZero() || !GV)
2335       continue;
2336     Formula F = Base;
2337     F.AM.BaseGV = GV;
2338     if (!isLegalUse(F.AM, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
2339                     LU.Kind, LU.AccessTy, TLI))
2340       continue;
2341     F.BaseRegs[i] = G;
2342     (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2343   }
2344 }
2345
2346 /// GenerateConstantOffsets - Generate reuse formulae using symbolic offsets.
2347 void LSRInstance::GenerateConstantOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
2348                                           Formula Base) {
2349   // TODO: For now, just add the min and max offset, because it usually isn't
2350   // worthwhile looking at everything inbetween.
2351   SmallVector<int64_t, 4> Worklist;
2352   Worklist.push_back(LU.MinOffset);
2353   if (LU.MaxOffset != LU.MinOffset)
2354     Worklist.push_back(LU.MaxOffset);
2355
2356   for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i) {
2357     const SCEV *G = Base.BaseRegs[i];
2358
2359     for (SmallVectorImpl<int64_t>::const_iterator I = Worklist.begin(),
2360          E = Worklist.end(); I != E; ++I) {
2361       Formula F = Base;
2362       F.AM.BaseOffs = (uint64_t)Base.AM.BaseOffs - *I;
2363       if (isLegalUse(F.AM, LU.MinOffset - *I, LU.MaxOffset - *I,
2364                      LU.Kind, LU.AccessTy, TLI)) {
2365         F.BaseRegs[i] = SE.getAddExpr(G, SE.getConstant(G->getType(), *I));
2366
2367         (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2368       }
2369     }
2370
2371     int64_t Imm = ExtractImmediate(G, SE);
2372     if (G->isZero() || Imm == 0)
2373       continue;
2374     Formula F = Base;
2375     F.AM.BaseOffs = (uint64_t)F.AM.BaseOffs + Imm;
2376     if (!isLegalUse(F.AM, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
2377                     LU.Kind, LU.AccessTy, TLI))
2378       continue;
2379     F.BaseRegs[i] = G;
2380     (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2381   }
2382 }
2383
2384 /// GenerateICmpZeroScales - For ICmpZero, check to see if we can scale up
2385 /// the comparison. For example, x == y -> x*c == y*c.
2386 void LSRInstance::GenerateICmpZeroScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
2387                                          Formula Base) {
2388   if (LU.Kind != LSRUse::ICmpZero) return;
2389
2390   // Determine the integer type for the base formula.
2391   const Type *IntTy = Base.getType();
2392   if (!IntTy) return;
2393   if (SE.getTypeSizeInBits(IntTy) > 64) return;
2394
2395   // Don't do this if there is more than one offset.
2396   if (LU.MinOffset != LU.MaxOffset) return;
2397
2398   assert(!Base.AM.BaseGV && "ICmpZero use is not legal!");
2399
2400   // Check each interesting stride.
2401   for (SmallSetVector<int64_t, 8>::const_iterator
2402        I = Factors.begin(), E = Factors.end(); I != E; ++I) {
2403     int64_t Factor = *I;
2404
2405     // Check that the multiplication doesn't overflow.
2406     if (Base.AM.BaseOffs == INT64_MIN && Factor == -1)
2407       continue;
2408     int64_t NewBaseOffs = (uint64_t)Base.AM.BaseOffs * Factor;
2409     if (NewBaseOffs / Factor != Base.AM.BaseOffs)
2410       continue;
2411
2412     // Check that multiplying with the use offset doesn't overflow.
2413     int64_t Offset = LU.MinOffset;
2414     if (Offset == INT64_MIN && Factor == -1)
2415       continue;
2416     Offset = (uint64_t)Offset * Factor;
2417     if (Offset / Factor != LU.MinOffset)
2418       continue;
2419
2420     Formula F = Base;
2421     F.AM.BaseOffs = NewBaseOffs;
2422
2423     // Check that this scale is legal.
2424     if (!isLegalUse(F.AM, Offset, Offset, LU.Kind, LU.AccessTy, TLI))
2425       continue;
2426
2427     // Compensate for the use having MinOffset built into it.
2428     F.AM.BaseOffs = (uint64_t)F.AM.BaseOffs + Offset - LU.MinOffset;
2429
2430     const SCEV *FactorS = SE.getConstant(IntTy, Factor);
2431
2432     // Check that multiplying with each base register doesn't overflow.
2433     for (size_t i = 0, e = F.BaseRegs.size(); i != e; ++i) {
2434       F.BaseRegs[i] = SE.getMulExpr(F.BaseRegs[i], FactorS);
2435       if (getExactSDiv(F.BaseRegs[i], FactorS, SE) != Base.BaseRegs[i])
2436         goto next;
2437     }
2438
2439     // Check that multiplying with the scaled register doesn't overflow.
2440     if (F.ScaledReg) {
2441       F.ScaledReg = SE.getMulExpr(F.ScaledReg, FactorS);
2442       if (getExactSDiv(F.ScaledReg, FactorS, SE) != Base.ScaledReg)
2443         continue;
2444     }
2445
2446     // If we make it here and it's legal, add it.
2447     (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2448   next:;
2449   }
2450 }
2451
2452 /// GenerateScales - Generate stride factor reuse formulae by making use of
2453 /// scaled-offset address modes, for example.
2454 void LSRInstance::GenerateScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base) {
2455   // Determine the integer type for the base formula.
2456   const Type *IntTy = Base.getType();
2457   if (!IntTy) return;
2458
2459   // If this Formula already has a scaled register, we can't add another one.
2460   if (Base.AM.Scale != 0) return;
2461
2462   // Check each interesting stride.
2463   for (SmallSetVector<int64_t, 8>::const_iterator
2464        I = Factors.begin(), E = Factors.end(); I != E; ++I) {
2465     int64_t Factor = *I;
2466
2467     Base.AM.Scale = Factor;
2468     Base.AM.HasBaseReg = Base.BaseRegs.size() > 1;
2469     // Check whether this scale is going to be legal.
2470     if (!isLegalUse(Base.AM, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
2471                     LU.Kind, LU.AccessTy, TLI)) {
2472       // As a special-case, handle special out-of-loop Basic users specially.
2473       // TODO: Reconsider this special case.
2474       if (LU.Kind == LSRUse::Basic &&
2475           isLegalUse(Base.AM, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
2476                      LSRUse::Special, LU.AccessTy, TLI) &&
2477           LU.AllFixupsOutsideLoop)
2478         LU.Kind = LSRUse::Special;
2479       else
2480         continue;
2481     }
2482     // For an ICmpZero, negating a solitary base register won't lead to
2483     // new solutions.
2484     if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero &&
2485         !Base.AM.HasBaseReg && Base.AM.BaseOffs == 0 && !Base.AM.BaseGV)
2486       continue;
2487     // For each addrec base reg, apply the scale, if possible.
2488     for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i)
2489       if (const SCEVAddRecExpr *AR =
2490             dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Base.BaseRegs[i])) {
2491         const SCEV *FactorS = SE.getConstant(IntTy, Factor);
2492         if (FactorS->isZero())
2493           continue;
2494         // Divide out the factor, ignoring high bits, since we'll be
2495         // scaling the value back up in the end.
2496         if (const SCEV *Quotient = getExactSDiv(AR, FactorS, SE, true)) {
2497           // TODO: This could be optimized to avoid all the copying.
2498           Formula F = Base;
2499           F.ScaledReg = Quotient;
2500           F.DeleteBaseReg(F.BaseRegs[i]);
2501           (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2502         }
2503       }
2504   }
2505 }
2506
2507 /// GenerateTruncates - Generate reuse formulae from different IV types.
2508 void LSRInstance::GenerateTruncates(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base) {
2509   // This requires TargetLowering to tell us which truncates are free.
2510   if (!TLI) return;
2511
2512   // Don't bother truncating symbolic values.
2513   if (Base.AM.BaseGV) return;
2514
2515   // Determine the integer type for the base formula.
2516   const Type *DstTy = Base.getType();
2517   if (!DstTy) return;
2518   DstTy = SE.getEffectiveSCEVType(DstTy);
2519
2520   for (SmallSetVector<const Type *, 4>::const_iterator
2521        I = Types.begin(), E = Types.end(); I != E; ++I) {
2522     const Type *SrcTy = *I;
2523     if (SrcTy != DstTy && TLI->isTruncateFree(SrcTy, DstTy)) {
2524       Formula F = Base;
2525
2526       if (F.ScaledReg) F.ScaledReg = SE.getAnyExtendExpr(F.ScaledReg, *I);
2527       for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::iterator J = F.BaseRegs.begin(),
2528            JE = F.BaseRegs.end(); J != JE; ++J)
2529         *J = SE.getAnyExtendExpr(*J, SrcTy);
2530
2531       // TODO: This assumes we've done basic processing on all uses and
2532       // have an idea what the register usage is.
2533       if (!F.hasRegsUsedByUsesOtherThan(LUIdx, RegUses))
2534         continue;
2535
2536       (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2537     }
2538   }
2539 }
2540
2541 namespace {
2542
2543 /// WorkItem - Helper class for GenerateCrossUseConstantOffsets. It's used to
2544 /// defer modifications so that the search phase doesn't have to worry about
2545 /// the data structures moving underneath it.
2546 struct WorkItem {
2547   size_t LUIdx;
2548   int64_t Imm;
2549   const SCEV *OrigReg;
2550
2551   WorkItem(size_t LI, int64_t I, const SCEV *R)
2552     : LUIdx(LI), Imm(I), OrigReg(R) {}
2553
2554   void print(raw_ostream &OS) const;
2555   void dump() const;
2556 };
2557
2558 }
2559
2560 void WorkItem::print(raw_ostream &OS) const {
2561   OS << "in formulae referencing " << *OrigReg << " in use " << LUIdx
2562      << " , add offset " << Imm;
2563 }
2564
2565 void WorkItem::dump() const {
2566   print(errs()); errs() << '\n';
2567 }
2568
2569 /// GenerateCrossUseConstantOffsets - Look for registers which are a constant
2570 /// distance apart and try to form reuse opportunities between them.
2571 void LSRInstance::GenerateCrossUseConstantOffsets() {
2572   // Group the registers by their value without any added constant offset.
2573   typedef std::map<int64_t, const SCEV *> ImmMapTy;
2574   typedef DenseMap<const SCEV *, ImmMapTy> RegMapTy;
2575   RegMapTy Map;
2576   DenseMap<const SCEV *, SmallBitVector> UsedByIndicesMap;
2577   SmallVector<const SCEV *, 8> Sequence;
2578   for (RegUseTracker::const_iterator I = RegUses.begin(), E = RegUses.end();
2579        I != E; ++I) {
2580     const SCEV *Reg = *I;
2581     int64_t Imm = ExtractImmediate(Reg, SE);
2582     std::pair<RegMapTy::iterator, bool> Pair =
2583       Map.insert(std::make_pair(Reg, ImmMapTy()));
2584     if (Pair.second)
2585       Sequence.push_back(Reg);
2586     Pair.first->second.insert(std::make_pair(Imm, *I));
2587     UsedByIndicesMap[Reg] |= RegUses.getUsedByIndices(*I);
2588   }
2589
2590   // Now examine each set of registers with the same base value. Build up
2591   // a list of work to do and do the work in a separate step so that we're
2592   // not adding formulae and register counts while we're searching.
2593   SmallVector<WorkItem, 32> WorkItems;
2594   SmallSet<std::pair<size_t, int64_t>, 32> UniqueItems;
2595   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = Sequence.begin(),
2596        E = Sequence.end(); I != E; ++I) {
2597     const SCEV *Reg = *I;
2598     const ImmMapTy &Imms = Map.find(Reg)->second;
2599
2600     // It's not worthwhile looking for reuse if there's only one offset.
2601     if (Imms.size() == 1)
2602       continue;
2603
2604     DEBUG(dbgs() << "Generating cross-use offsets for " << *Reg << ':';
2605           for (ImmMapTy::const_iterator J = Imms.begin(), JE = Imms.end();
2606                J != JE; ++J)
2607             dbgs() << ' ' << J->first;
2608           dbgs() << '\n');
2609
2610     // Examine each offset.
2611     for (ImmMapTy::const_iterator J = Imms.begin(), JE = Imms.end();
2612          J != JE; ++J) {
2613       const SCEV *OrigReg = J->second;
2614
2615       int64_t JImm = J->first;
2616       const SmallBitVector &UsedByIndices = RegUses.getUsedByIndices(OrigReg);
2617
2618       if (!isa<SCEVConstant>(OrigReg) &&
2619           UsedByIndicesMap[Reg].count() == 1) {
2620         DEBUG(dbgs() << "Skipping cross-use reuse for " << *OrigReg << '\n');
2621         continue;
2622       }
2623
2624       // Conservatively examine offsets between this orig reg a few selected
2625       // other orig regs.
2626       ImmMapTy::const_iterator OtherImms[] = {
2627         Imms.begin(), prior(Imms.end()),
2628         Imms.upper_bound((Imms.begin()->first + prior(Imms.end())->first) / 2)
2629       };
2630       for (size_t i = 0, e = array_lengthof(OtherImms); i != e; ++i) {
2631         ImmMapTy::const_iterator M = OtherImms[i];
2632         if (M == J || M == JE) continue;
2633
2634         // Compute the difference between the two.
2635         int64_t Imm = (uint64_t)JImm - M->first;
2636         for (int LUIdx = UsedByIndices.find_first(); LUIdx != -1;
2637              LUIdx = UsedByIndices.find_next(LUIdx))
2638           // Make a memo of this use, offset, and register tuple.
2639           if (UniqueItems.insert(std::make_pair(LUIdx, Imm)))
2640             WorkItems.push_back(WorkItem(LUIdx, Imm, OrigReg));
2641       }
2642     }
2643   }
2644
2645   Map.clear();
2646   Sequence.clear();
2647   UsedByIndicesMap.clear();
2648   UniqueItems.clear();
2649
2650   // Now iterate through the worklist and add new formulae.
2651   for (SmallVectorImpl<WorkItem>::const_iterator I = WorkItems.begin(),
2652        E = WorkItems.end(); I != E; ++I) {
2653     const WorkItem &WI = *I;
2654     size_t LUIdx = WI.LUIdx;
2655     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2656     int64_t Imm = WI.Imm;
2657     const SCEV *OrigReg = WI.OrigReg;
2658
2659     const Type *IntTy = SE.getEffectiveSCEVType(OrigReg->getType());
2660     const SCEV *NegImmS = SE.getSCEV(ConstantInt::get(IntTy, -(uint64_t)Imm));
2661     unsigned BitWidth = SE.getTypeSizeInBits(IntTy);
2662
2663     // TODO: Use a more targeted data structure.
2664     for (size_t L = 0, LE = LU.Formulae.size(); L != LE; ++L) {
2665       const Formula &F = LU.Formulae[L];
2666       // Use the immediate in the scaled register.
2667       if (F.ScaledReg == OrigReg) {
2668         int64_t Offs = (uint64_t)F.AM.BaseOffs +
2669                        Imm * (uint64_t)F.AM.Scale;
2670         // Don't create 50 + reg(-50).
2671         if (F.referencesReg(SE.getSCEV(
2672                    ConstantInt::get(IntTy, -(uint64_t)Offs))))
2673           continue;
2674         Formula NewF = F;
2675         NewF.AM.BaseOffs = Offs;
2676         if (!isLegalUse(NewF.AM, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
2677                         LU.Kind, LU.AccessTy, TLI))
2678           continue;
2679         NewF.ScaledReg = SE.getAddExpr(NegImmS, NewF.ScaledReg);
2680
2681         // If the new scale is a constant in a register, and adding the constant
2682         // value to the immediate would produce a value closer to zero than the
2683         // immediate itself, then the formula isn't worthwhile.
2684         if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(NewF.ScaledReg))
2685           if (C->getValue()->getValue().isNegative() !=
2686                 (NewF.AM.BaseOffs < 0) &&
2687               (C->getValue()->getValue().abs() * APInt(BitWidth, F.AM.Scale))
2688                 .ule(abs64(NewF.AM.BaseOffs)))
2689             continue;
2690
2691         // OK, looks good.
2692         (void)InsertFormula(LU, LUIdx, NewF);
2693       } else {
2694         // Use the immediate in a base register.
2695         for (size_t N = 0, NE = F.BaseRegs.size(); N != NE; ++N) {
2696           const SCEV *BaseReg = F.BaseRegs[N];
2697           if (BaseReg != OrigReg)
2698             continue;
2699           Formula NewF = F;
2700           NewF.AM.BaseOffs = (uint64_t)NewF.AM.BaseOffs + Imm;
2701           if (!isLegalUse(NewF.AM, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
2702                           LU.Kind, LU.AccessTy, TLI))
2703             continue;
2704           NewF.BaseRegs[N] = SE.getAddExpr(NegImmS, BaseReg);
2705
2706           // If the new formula has a constant in a register, and adding the
2707           // constant value to the immediate would produce a value closer to
2708           // zero than the immediate itself, then the formula isn't worthwhile.
2709           for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator
2710                J = NewF.BaseRegs.begin(), JE = NewF.BaseRegs.end();
2711                J != JE; ++J)
2712             if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(*J))
2713               if ((C->getValue()->getValue() + NewF.AM.BaseOffs).abs().slt(
2714                    abs64(NewF.AM.BaseOffs)) &&
2715                   (C->getValue()->getValue() +
2716                    NewF.AM.BaseOffs).countTrailingZeros() >=
2717                    CountTrailingZeros_64(NewF.AM.BaseOffs))
2718                 goto skip_formula;
2719
2720           // Ok, looks good.
2721           (void)InsertFormula(LU, LUIdx, NewF);
2722           break;
2723         skip_formula:;
2724         }
2725       }
2726     }
2727   }
2728 }
2729
2730 /// GenerateAllReuseFormulae - Generate formulae for each use.
2731 void
2732 LSRInstance::GenerateAllReuseFormulae() {
2733   // This is split into multiple loops so that hasRegsUsedByUsesOtherThan
2734   // queries are more precise.
2735   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
2736     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2737     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
2738       GenerateReassociations(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
2739     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
2740       GenerateCombinations(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
2741   }
2742   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
2743     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2744     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
2745       GenerateSymbolicOffsets(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
2746     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
2747       GenerateConstantOffsets(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
2748     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
2749       GenerateICmpZeroScales(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
2750     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
2751       GenerateScales(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
2752   }
2753   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
2754     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2755     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
2756       GenerateTruncates(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
2757   }
2758
2759   GenerateCrossUseConstantOffsets();
2760 }
2761
2762 /// If their are multiple formulae with the same set of registers used
2763 /// by other uses, pick the best one and delete the others.
2764 void LSRInstance::FilterOutUndesirableDedicatedRegisters() {
2765 #ifndef NDEBUG
2766   bool ChangedFormulae = false;
2767 #endif
2768
2769   // Collect the best formula for each unique set of shared registers. This
2770   // is reset for each use.
2771   typedef DenseMap<SmallVector<const SCEV *, 2>, size_t, UniquifierDenseMapInfo>
2772     BestFormulaeTy;
2773   BestFormulaeTy BestFormulae;
2774
2775   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
2776     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2777     FormulaSorter Sorter(L, LU, SE, DT);
2778     DEBUG(dbgs() << "Filtering for use "; LU.print(dbgs()); dbgs() << '\n');
2779
2780     bool Any = false;
2781     for (size_t FIdx = 0, NumForms = LU.Formulae.size();
2782          FIdx != NumForms; ++FIdx) {
2783       Formula &F = LU.Formulae[FIdx];
2784
2785       SmallVector<const SCEV *, 2> Key;
2786       for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator J = F.BaseRegs.begin(),
2787            JE = F.BaseRegs.end(); J != JE; ++J) {
2788         const SCEV *Reg = *J;
2789         if (RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(Reg, LUIdx))
2790           Key.push_back(Reg);
2791       }
2792       if (F.ScaledReg &&
2793           RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(F.ScaledReg, LUIdx))
2794         Key.push_back(F.ScaledReg);
2795       // Unstable sort by host order ok, because this is only used for
2796       // uniquifying.
2797       std::sort(Key.begin(), Key.end());
2798
2799       std::pair<BestFormulaeTy::const_iterator, bool> P =
2800         BestFormulae.insert(std::make_pair(Key, FIdx));
2801       if (!P.second) {
2802         Formula &Best = LU.Formulae[P.first->second];
2803         if (Sorter.operator()(F, Best))
2804           std::swap(F, Best);
2805         DEBUG(dbgs() << "  Filtering out formula "; F.print(dbgs());
2806               dbgs() << "\n"
2807                         "    in favor of formula "; Best.print(dbgs());
2808               dbgs() << '\n');
2809 #ifndef NDEBUG
2810         ChangedFormulae = true;
2811 #endif
2812         LU.DeleteFormula(F);
2813         --FIdx;
2814         --NumForms;
2815         Any = true;
2816         continue;
2817       }
2818     }
2819
2820     // Now that we've filtered out some formulae, recompute the Regs set.
2821     if (Any)
2822       LU.RecomputeRegs(LUIdx, RegUses);
2823
2824     // Reset this to prepare for the next use.
2825     BestFormulae.clear();
2826   }
2827
2828   DEBUG(if (ChangedFormulae) {
2829           dbgs() << "\n"
2830                     "After filtering out undesirable candidates:\n";
2831           print_uses(dbgs());
2832         });
2833 }
2834
2835 // This is a rough guess that seems to work fairly well.
2836 static const size_t ComplexityLimit = UINT16_MAX;
2837
2838 /// EstimateSearchSpaceComplexity - Estimate the worst-case number of
2839 /// solutions the solver might have to consider. It almost never considers
2840 /// this many solutions because it prune the search space, but the pruning
2841 /// isn't always sufficient.
2842 size_t LSRInstance::EstimateSearchSpaceComplexity() const {
2843   uint32_t Power = 1;
2844   for (SmallVectorImpl<LSRUse>::const_iterator I = Uses.begin(),
2845        E = Uses.end(); I != E; ++I) {
2846     size_t FSize = I->Formulae.size();
2847     if (FSize >= ComplexityLimit) {
2848       Power = ComplexityLimit;
2849       break;
2850     }
2851     Power *= FSize;
2852     if (Power >= ComplexityLimit)
2853       break;
2854   }
2855   return Power;
2856 }
2857
2858 /// NarrowSearchSpaceUsingHeuristics - If there are an extraordinary number of
2859 /// formulae to choose from, use some rough heuristics to prune down the number
2860 /// of formulae. This keeps the main solver from taking an extraordinary amount
2861 /// of time in some worst-case scenarios.
2862 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceUsingHeuristics() {
2863   if (EstimateSearchSpaceComplexity() >= ComplexityLimit) {
2864     DEBUG(dbgs() << "The search space is too complex.\n");
2865
2866     DEBUG(dbgs() << "Narrowing the search space by eliminating formulae "
2867                     "which use a superset of registers used by other "
2868                     "formulae.\n");
2869
2870     for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
2871       LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2872       bool Any = false;
2873       for (size_t i = 0, e = LU.Formulae.size(); i != e; ++i) {
2874         Formula &F = LU.Formulae[i];
2875         // Look for a formula with a constant or GV in a register. If the use
2876         // also has a formula with that same value in an immediate field,
2877         // delete the one that uses a register.
2878         for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator
2879              I = F.BaseRegs.begin(), E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
2880           if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(*I)) {
2881             Formula NewF = F;
2882             NewF.AM.BaseOffs += C->getValue()->getSExtValue();
2883             NewF.BaseRegs.erase(NewF.BaseRegs.begin() +
2884                                 (I - F.BaseRegs.begin()));
2885             if (LU.HasFormulaWithSameRegs(NewF)) {
2886               DEBUG(dbgs() << "  Deleting "; F.print(dbgs()); dbgs() << '\n');
2887               LU.DeleteFormula(F);
2888               --i;
2889               --e;
2890               Any = true;
2891               break;
2892             }
2893           } else if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(*I)) {
2894             if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(U->getValue()))
2895               if (!F.AM.BaseGV) {
2896                 Formula NewF = F;
2897                 NewF.AM.BaseGV = GV;
2898                 NewF.BaseRegs.erase(NewF.BaseRegs.begin() +
2899                                     (I - F.BaseRegs.begin()));
2900                 if (LU.HasFormulaWithSameRegs(NewF)) {
2901                   DEBUG(dbgs() << "  Deleting "; F.print(dbgs());
2902                         dbgs() << '\n');
2903                   LU.DeleteFormula(F);
2904                   --i;
2905                   --e;
2906                   Any = true;
2907                   break;
2908                 }
2909               }
2910           }
2911         }
2912       }
2913       if (Any)
2914         LU.RecomputeRegs(LUIdx, RegUses);
2915     }
2916
2917     DEBUG(dbgs() << "After pre-selection:\n";
2918           print_uses(dbgs()));
2919   }
2920
2921   if (EstimateSearchSpaceComplexity() >= ComplexityLimit) {
2922     DEBUG(dbgs() << "The search space is too complex.\n");
2923
2924     DEBUG(dbgs() << "Narrowing the search space by assuming that uses "
2925                     "separated by a constant offset will use the same "
2926                     "registers.\n");
2927
2928     // This is especially useful for unrolled loops.
2929
2930     for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
2931       LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2932       for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator I = LU.Formulae.begin(),
2933            E = LU.Formulae.end(); I != E; ++I) {
2934         const Formula &F = *I;
2935         if (F.AM.BaseOffs != 0 && F.AM.Scale == 0) {
2936           if (LSRUse *LUThatHas = FindUseWithSimilarFormula(F, LU)) {
2937             if (reconcileNewOffset(*LUThatHas, F.AM.BaseOffs,
2938                                    /*HasBaseReg=*/false,
2939                                    LU.Kind, LU.AccessTy)) {
2940               DEBUG(dbgs() << "  Deleting use "; LU.print(dbgs());
2941                     dbgs() << '\n');
2942
2943               LUThatHas->AllFixupsOutsideLoop &= LU.AllFixupsOutsideLoop;
2944
2945               // Delete formulae from the new use which are no longer legal.
2946               bool Any = false;
2947               for (size_t i = 0, e = LUThatHas->Formulae.size(); i != e; ++i) {
2948                 Formula &F = LUThatHas->Formulae[i];
2949                 if (!isLegalUse(F.AM,
2950                                 LUThatHas->MinOffset, LUThatHas->MaxOffset,
2951                                 LUThatHas->Kind, LUThatHas->AccessTy, TLI)) {
2952                   DEBUG(dbgs() << "  Deleting "; F.print(dbgs());
2953                         dbgs() << '\n');
2954                   LUThatHas->DeleteFormula(F);
2955                   --i;
2956                   --e;
2957                   Any = true;
2958                 }
2959               }
2960               if (Any)
2961                 LUThatHas->RecomputeRegs(LUThatHas - &Uses.front(), RegUses);
2962
2963               // Update the relocs to reference the new use.
2964               for (SmallVectorImpl<LSRFixup>::iterator I = Fixups.begin(),
2965                    E = Fixups.end(); I != E; ++I) {
2966                 LSRFixup &Fixup = *I;
2967                 if (Fixup.LUIdx == LUIdx) {
2968                   Fixup.LUIdx = LUThatHas - &Uses.front();
2969                   Fixup.Offset += F.AM.BaseOffs;
2970                   DEBUG(errs() << "New fixup has offset "
2971                                << Fixup.Offset << '\n');
2972                 }
2973                 if (Fixup.LUIdx == NumUses-1)
2974                   Fixup.LUIdx = LUIdx;
2975               }
2976
2977               // Delete the old use.
2978               DeleteUse(LU);
2979               --LUIdx;
2980               --NumUses;
2981               break;
2982             }
2983           }
2984         }
2985       }
2986     }
2987
2988     DEBUG(dbgs() << "After pre-selection:\n";
2989           print_uses(dbgs()));
2990   }
2991
2992   // With all other options exhausted, loop until the system is simple
2993   // enough to handle.
2994   SmallPtrSet<const SCEV *, 4> Taken;
2995   while (EstimateSearchSpaceComplexity() >= ComplexityLimit) {
2996     // Ok, we have too many of formulae on our hands to conveniently handle.
2997     // Use a rough heuristic to thin out the list.
2998     DEBUG(dbgs() << "The search space is too complex.\n");
2999
3000     // Pick the register which is used by the most LSRUses, which is likely
3001     // to be a good reuse register candidate.
3002     const SCEV *Best = 0;
3003     unsigned BestNum = 0;
3004     for (RegUseTracker::const_iterator I = RegUses.begin(), E = RegUses.end();
3005          I != E; ++I) {
3006       const SCEV *Reg = *I;
3007       if (Taken.count(Reg))
3008         continue;
3009       if (!Best)
3010         Best = Reg;
3011       else {
3012         unsigned Count = RegUses.getUsedByIndices(Reg).count();
3013         if (Count > BestNum) {
3014           Best = Reg;
3015           BestNum = Count;
3016         }
3017       }
3018     }
3019
3020     DEBUG(dbgs() << "Narrowing the search space by assuming " << *Best
3021                  << " will yield profitable reuse.\n");
3022     Taken.insert(Best);
3023
3024     // In any use with formulae which references this register, delete formulae
3025     // which don't reference it.
3026     for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
3027       LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
3028       if (!LU.Regs.count(Best)) continue;
3029
3030       bool Any = false;
3031       for (size_t i = 0, e = LU.Formulae.size(); i != e; ++i) {
3032         Formula &F = LU.Formulae[i];
3033         if (!F.referencesReg(Best)) {
3034           DEBUG(dbgs() << "  Deleting "; F.print(dbgs()); dbgs() << '\n');
3035           LU.DeleteFormula(F);
3036           --e;
3037           --i;
3038           Any = true;
3039           assert(e != 0 && "Use has no formulae left! Is Regs inconsistent?");
3040           continue;
3041         }
3042       }
3043
3044       if (Any)
3045         LU.RecomputeRegs(LUIdx, RegUses);
3046     }
3047
3048     DEBUG(dbgs() << "After pre-selection:\n";
3049           print_uses(dbgs()));
3050   }
3051 }
3052
3053 /// SolveRecurse - This is the recursive solver.
3054 void LSRInstance::SolveRecurse(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
3055                                Cost &SolutionCost,
3056                                SmallVectorImpl<const Formula *> &Workspace,
3057                                const Cost &CurCost,
3058                                const SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &CurRegs,
3059                                DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs) const {
3060   // Some ideas:
3061   //  - prune more:
3062   //    - use more aggressive filtering
3063   //    - sort the formula so that the most profitable solutions are found first
3064   //    - sort the uses too
3065   //  - search faster:
3066   //    - don't compute a cost, and then compare. compare while computing a cost
3067   //      and bail early.
3068   //    - track register sets with SmallBitVector
3069
3070   const LSRUse &LU = Uses[Workspace.size()];
3071
3072   // If this use references any register that's already a part of the
3073   // in-progress solution, consider it a requirement that a formula must
3074   // reference that register in order to be considered. This prunes out
3075   // unprofitable searching.
3076   SmallSetVector<const SCEV *, 4> ReqRegs;
3077   for (SmallPtrSet<const SCEV *, 16>::const_iterator I = CurRegs.begin(),
3078        E = CurRegs.end(); I != E; ++I)
3079     if (LU.Regs.count(*I))
3080       ReqRegs.insert(*I);
3081
3082   bool AnySatisfiedReqRegs = false;
3083   SmallPtrSet<const SCEV *, 16> NewRegs;
3084   Cost NewCost;
3085 retry:
3086   for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator I = LU.Formulae.begin(),
3087        E = LU.Formulae.end(); I != E; ++I) {
3088     const Formula &F = *I;
3089
3090     // Ignore formulae which do not use any of the required registers.
3091     for (SmallSetVector<const SCEV *, 4>::const_iterator J = ReqRegs.begin(),
3092          JE = ReqRegs.end(); J != JE; ++J) {
3093       const SCEV *Reg = *J;
3094       if ((!F.ScaledReg || F.ScaledReg != Reg) &&
3095           std::find(F.BaseRegs.begin(), F.BaseRegs.end(), Reg) ==
3096           F.BaseRegs.end())
3097         goto skip;
3098     }
3099     AnySatisfiedReqRegs = true;
3100
3101     // Evaluate the cost of the current formula. If it's already worse than
3102     // the current best, prune the search at that point.
3103     NewCost = CurCost;
3104     NewRegs = CurRegs;
3105     NewCost.RateFormula(F, NewRegs, VisitedRegs, L, LU.Offsets, SE, DT);
3106     if (NewCost < SolutionCost) {
3107       Workspace.push_back(&F);
3108       if (Workspace.size() != Uses.size()) {
3109         SolveRecurse(Solution, SolutionCost, Workspace, NewCost,
3110                      NewRegs, VisitedRegs);
3111         if (F.getNumRegs() == 1 && Workspace.size() == 1)
3112           VisitedRegs.insert(F.ScaledReg ? F.ScaledReg : F.BaseRegs[0]);
3113       } else {
3114         DEBUG(dbgs() << "New best at "; NewCost.print(dbgs());
3115               dbgs() << ". Regs:";
3116               for (SmallPtrSet<const SCEV *, 16>::const_iterator
3117                    I = NewRegs.begin(), E = NewRegs.end(); I != E; ++I)
3118                 dbgs() << ' ' << **I;
3119               dbgs() << '\n');
3120
3121         SolutionCost = NewCost;
3122         Solution = Workspace;
3123       }
3124       Workspace.pop_back();
3125     }
3126   skip:;
3127   }
3128
3129   // If none of the formulae had all of the required registers, relax the
3130   // constraint so that we don't exclude all formulae.
3131   if (!AnySatisfiedReqRegs) {
3132     assert(!ReqRegs.empty() && "Solver failed even without required registers");
3133     ReqRegs.clear();
3134     goto retry;
3135   }
3136 }
3137
3138 /// Solve - Choose one formula from each use. Return the results in the given
3139 /// Solution vector.
3140 void LSRInstance::Solve(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution) const {
3141   SmallVector<const Formula *, 8> Workspace;
3142   Cost SolutionCost;
3143   SolutionCost.Loose();
3144   Cost CurCost;
3145   SmallPtrSet<const SCEV *, 16> CurRegs;
3146   DenseSet<const SCEV *> VisitedRegs;
3147   Workspace.reserve(Uses.size());
3148
3149   // SolveRecurse does all the work.
3150   SolveRecurse(Solution, SolutionCost, Workspace, CurCost,
3151                CurRegs, VisitedRegs);
3152
3153   // Ok, we've now made all our decisions.
3154   DEBUG(dbgs() << "\n"
3155                   "The chosen solution requires "; SolutionCost.print(dbgs());
3156         dbgs() << ":\n";
3157         for (size_t i = 0, e = Uses.size(); i != e; ++i) {
3158           dbgs() << "  ";
3159           Uses[i].print(dbgs());
3160           dbgs() << "\n"
3161                     "    ";
3162           Solution[i]->print(dbgs());
3163           dbgs() << '\n';
3164         });
3165
3166   assert(Solution.size() == Uses.size() && "Malformed solution!");
3167 }
3168
3169 /// HoistInsertPosition - Helper for AdjustInsertPositionForExpand. Climb up
3170 /// the dominator tree far as we can go while still being dominated by the
3171 /// input positions. This helps canonicalize the insert position, which
3172 /// encourages sharing.
3173 BasicBlock::iterator
3174 LSRInstance::HoistInsertPosition(BasicBlock::iterator IP,
3175                                  const SmallVectorImpl<Instruction *> &Inputs)
3176                                                                          const {
3177   for (;;) {
3178     const Loop *IPLoop = LI.getLoopFor(IP->getParent());
3179     unsigned IPLoopDepth = IPLoop ? IPLoop->getLoopDepth() : 0;
3180
3181     BasicBlock *IDom;
3182     for (DomTreeNode *Rung = DT.getNode(IP->getParent()); ; ) {
3183       if (!Rung) return IP;
3184       Rung = Rung->getIDom();
3185       if (!Rung) return IP;
3186       IDom = Rung->getBlock();
3187
3188       // Don't climb into a loop though.
3189       const Loop *IDomLoop = LI.getLoopFor(IDom);
3190       unsigned IDomDepth = IDomLoop ? IDomLoop->getLoopDepth() : 0;
3191       if (IDomDepth <= IPLoopDepth &&
3192           (IDomDepth != IPLoopDepth || IDomLoop == IPLoop))
3193         break;
3194     }
3195
3196     bool AllDominate = true;
3197     Instruction *BetterPos = 0;
3198     Instruction *Tentative = IDom->getTerminator();
3199     for (SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator I = Inputs.begin(),
3200          E = Inputs.end(); I != E; ++I) {
3201       Instruction *Inst = *I;
3202       if (Inst == Tentative || !DT.dominates(Inst, Tentative)) {
3203         AllDominate = false;
3204         break;
3205       }
3206       // Attempt to find an insert position in the middle of the block,
3207       // instead of at the end, so that it can be used for other expansions.
3208       if (IDom == Inst->getParent() &&
3209           (!BetterPos || DT.dominates(BetterPos, Inst)))
3210         BetterPos = llvm::next(BasicBlock::iterator(Inst));
3211     }
3212     if (!AllDominate)
3213       break;
3214     if (BetterPos)
3215       IP = BetterPos;
3216     else
3217       IP = Tentative;
3218   }
3219
3220   return IP;
3221 }
3222
3223 /// AdjustInsertPositionForExpand - Determine an input position which will be
3224 /// dominated by the operands and which will dominate the result.
3225 BasicBlock::iterator
3226 LSRInstance::AdjustInsertPositionForExpand(BasicBlock::iterator IP,
3227                                            const LSRFixup &LF,
3228                                            const LSRUse &LU) const {
3229   // Collect some instructions which must be dominated by the
3230   // expanding replacement. These must be dominated by any operands that
3231   // will be required in the expansion.
3232   SmallVector<Instruction *, 4> Inputs;
3233   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(LF.OperandValToReplace))
3234     Inputs.push_back(I);
3235   if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero)
3236     if (Instruction *I =
3237           dyn_cast<Instruction>(cast<ICmpInst>(LF.UserInst)->getOperand(1)))
3238       Inputs.push_back(I);
3239   if (LF.PostIncLoops.count(L)) {
3240     if (LF.isUseFullyOutsideLoop(L))
3241       Inputs.push_back(L->getLoopLatch()->getTerminator());
3242     else
3243       Inputs.push_back(IVIncInsertPos);
3244   }
3245   // The expansion must also be dominated by the increment positions of any
3246   // loops it for which it is using post-inc mode.
3247   for (PostIncLoopSet::const_iterator I = LF.PostIncLoops.begin(),
3248        E = LF.PostIncLoops.end(); I != E; ++I) {
3249     const Loop *PIL = *I;
3250     if (PIL == L) continue;
3251
3252     // Be dominated by the loop exit.
3253     SmallVector<BasicBlock *, 4> ExitingBlocks;
3254     PIL->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
3255     if (!ExitingBlocks.empty()) {
3256       BasicBlock *BB = ExitingBlocks[0];
3257       for (unsigned i = 1, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i)
3258         BB = DT.findNearestCommonDominator(BB, ExitingBlocks[i]);
3259       Inputs.push_back(BB->getTerminator());
3260     }
3261   }
3262
3263   // Then, climb up the immediate dominator tree as far as we can go while
3264   // still being dominated by the input positions.
3265   IP = HoistInsertPosition(IP, Inputs);
3266
3267   // Don't insert instructions before PHI nodes.
3268   while (isa<PHINode>(IP)) ++IP;
3269
3270   // Ignore debug intrinsics.
3271   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(IP)) ++IP;
3272
3273   return IP;
3274 }
3275
3276 /// Expand - Emit instructions for the leading candidate expression for this
3277 /// LSRUse (this is called "expanding").
3278 Value *LSRInstance::Expand(const LSRFixup &LF,
3279                            const Formula &F,
3280                            BasicBlock::iterator IP,
3281                            SCEVExpander &Rewriter,
3282                            SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) const {
3283   const LSRUse &LU = Uses[LF.LUIdx];
3284
3285   // Determine an input position which will be dominated by the operands and
3286   // which will dominate the result.
3287   IP = AdjustInsertPositionForExpand(IP, LF, LU);
3288
3289   // Inform the Rewriter if we have a post-increment use, so that it can
3290   // perform an advantageous expansion.
3291   Rewriter.setPostInc(LF.PostIncLoops);
3292
3293   // This is the type that the user actually needs.
3294   const Type *OpTy = LF.OperandValToReplace->getType();
3295   // This will be the type that we'll initially expand to.
3296   const Type *Ty = F.getType();
3297   if (!Ty)
3298     // No type known; just expand directly to the ultimate type.
3299     Ty = OpTy;
3300   else if (SE.getEffectiveSCEVType(Ty) == SE.getEffectiveSCEVType(OpTy))
3301     // Expand directly to the ultimate type if it's the right size.
3302     Ty = OpTy;
3303   // This is the type to do integer arithmetic in.
3304   const Type *IntTy = SE.getEffectiveSCEVType(Ty);
3305
3306   // Build up a list of operands to add together to form the full base.
3307   SmallVector<const SCEV *, 8> Ops;
3308
3309   // Expand the BaseRegs portion.
3310   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = F.BaseRegs.begin(),
3311        E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
3312     const SCEV *Reg = *I;
3313     assert(!Reg->isZero() && "Zero allocated in a base register!");
3314
3315     // If we're expanding for a post-inc user, make the post-inc adjustment.
3316     PostIncLoopSet &Loops = const_cast<PostIncLoopSet &>(LF.PostIncLoops);
3317     Reg = TransformForPostIncUse(Denormalize, Reg,
3318                                  LF.UserInst, LF.OperandValToReplace,
3319                                  Loops, SE, DT);
3320
3321     Ops.push_back(SE.getUnknown(Rewriter.expandCodeFor(Reg, 0, IP)));
3322   }
3323
3324   // Flush the operand list to suppress SCEVExpander hoisting.
3325   if (!Ops.empty()) {
3326     Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty, IP);
3327     Ops.clear();
3328     Ops.push_back(SE.getUnknown(FullV));
3329   }
3330
3331   // Expand the ScaledReg portion.
3332   Value *ICmpScaledV = 0;
3333   if (F.AM.Scale != 0) {
3334     const SCEV *ScaledS = F.ScaledReg;
3335
3336     // If we're expanding for a post-inc user, make the post-inc adjustment.
3337     PostIncLoopSet &Loops = const_cast<PostIncLoopSet &>(LF.PostIncLoops);
3338     ScaledS = TransformForPostIncUse(Denormalize, ScaledS,
3339                                      LF.UserInst, LF.OperandValToReplace,
3340                                      Loops, SE, DT);
3341
3342     if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero) {
3343       // An interesting way of "folding" with an icmp is to use a negated
3344       // scale, which we'll implement by inserting it into the other operand
3345       // of the icmp.
3346       assert(F.AM.Scale == -1 &&
3347              "The only scale supported by ICmpZero uses is -1!");
3348       ICmpScaledV = Rewriter.expandCodeFor(ScaledS, 0, IP);
3349     } else {
3350       // Otherwise just expand the scaled register and an explicit scale,
3351       // which is expected to be matched as part of the address.
3352       ScaledS = SE.getUnknown(Rewriter.expandCodeFor(ScaledS, 0, IP));
3353       ScaledS = SE.getMulExpr(ScaledS,
3354                               SE.getConstant(ScaledS->getType(), F.AM.Scale));
3355       Ops.push_back(ScaledS);
3356
3357       // Flush the operand list to suppress SCEVExpander hoisting.
3358       Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty, IP);
3359       Ops.clear();
3360       Ops.push_back(SE.getUnknown(FullV));
3361     }
3362   }
3363
3364   // Expand the GV portion.
3365   if (F.AM.BaseGV) {
3366     Ops.push_back(SE.getUnknown(F.AM.BaseGV));
3367
3368     // Flush the operand list to suppress SCEVExpander hoisting.
3369     Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty, IP);
3370     Ops.clear();
3371     Ops.push_back(SE.getUnknown(FullV));
3372   }
3373
3374   // Expand the immediate portion.
3375   int64_t Offset = (uint64_t)F.AM.BaseOffs + LF.Offset;
3376   if (Offset != 0) {
3377     if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero) {
3378       // The other interesting way of "folding" with an ICmpZero is to use a
3379       // negated immediate.
3380       if (!ICmpScaledV)
3381         ICmpScaledV = ConstantInt::get(IntTy, -Offset);
3382       else {
3383         Ops.push_back(SE.getUnknown(ICmpScaledV));
3384         ICmpScaledV = ConstantInt::get(IntTy, Offset);
3385       }
3386     } else {
3387       // Just add the immediate values. These again are expected to be matched
3388       // as part of the address.
3389       Ops.push_back(SE.getUnknown(ConstantInt::getSigned(IntTy, Offset)));
3390     }
3391   }
3392
3393   // Emit instructions summing all the operands.
3394   const SCEV *FullS = Ops.empty() ?
3395                       SE.getConstant(IntTy, 0) :
3396                       SE.getAddExpr(Ops);
3397   Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(FullS, Ty, IP);
3398
3399   // We're done expanding now, so reset the rewriter.
3400   Rewriter.clearPostInc();
3401
3402   // An ICmpZero Formula represents an ICmp which we're handling as a
3403   // comparison against zero. Now that we've expanded an expression for that
3404   // form, update the ICmp's other operand.
3405   if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero) {
3406     ICmpInst *CI = cast<ICmpInst>(LF.UserInst);
3407     DeadInsts.push_back(CI->getOperand(1));
3408     assert(!F.AM.BaseGV && "ICmp does not support folding a global value and "
3409                            "a scale at the same time!");
3410     if (F.AM.Scale == -1) {
3411       if (ICmpScaledV->getType() != OpTy) {
3412         Instruction *Cast =
3413           CastInst::Create(CastInst::getCastOpcode(ICmpScaledV, false,
3414                                                    OpTy, false),
3415                            ICmpScaledV, OpTy, "tmp", CI);
3416         ICmpScaledV = Cast;
3417       }
3418       CI->setOperand(1, ICmpScaledV);
3419     } else {
3420       assert(F.AM.Scale == 0 &&
3421              "ICmp does not support folding a global value and "
3422              "a scale at the same time!");
3423       Constant *C = ConstantInt::getSigned(SE.getEffectiveSCEVType(OpTy),
3424                                            -(uint64_t)Offset);
3425       if (C->getType() != OpTy)
3426         C = ConstantExpr::getCast(CastInst::getCastOpcode(C, false,
3427                                                           OpTy, false),
3428                                   C, OpTy);
3429
3430       CI->setOperand(1, C);
3431     }
3432   }
3433
3434   return FullV;
3435 }
3436
3437 /// RewriteForPHI - Helper for Rewrite. PHI nodes are special because the use
3438 /// of their operands effectively happens in their predecessor blocks, so the
3439 /// expression may need to be expanded in multiple places.
3440 void LSRInstance::RewriteForPHI(PHINode *PN,
3441                                 const LSRFixup &LF,
3442                                 const Formula &F,
3443                                 SCEVExpander &Rewriter,
3444                                 SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
3445                                 Pass *P) const {
3446   DenseMap<BasicBlock *, Value *> Inserted;
3447   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
3448     if (PN->getIncomingValue(i) == LF.OperandValToReplace) {
3449       BasicBlock *BB = PN->getIncomingBlock(i);
3450
3451       // If this is a critical edge, split the edge so that we do not insert
3452       // the code on all predecessor/successor paths.  We do this unless this
3453       // is the canonical backedge for this loop, which complicates post-inc
3454       // users.
3455       if (e != 1 && BB->getTerminator()->getNumSuccessors() > 1 &&
3456           !isa<IndirectBrInst>(BB->getTerminator()) &&
3457           (PN->getParent() != L->getHeader() || !L->contains(BB))) {
3458         // Split the critical edge.
3459         BasicBlock *NewBB = SplitCriticalEdge(BB, PN->getParent(), P);
3460
3461         // If PN is outside of the loop and BB is in the loop, we want to
3462         // move the block to be immediately before the PHI block, not
3463         // immediately after BB.
3464         if (L->contains(BB) && !L->contains(PN))
3465           NewBB->moveBefore(PN->getParent());
3466
3467         // Splitting the edge can reduce the number of PHI entries we have.
3468         e = PN->getNumIncomingValues();
3469         BB = NewBB;
3470         i = PN->getBasicBlockIndex(BB);
3471       }
3472
3473       std::pair<DenseMap<BasicBlock *, Value *>::iterator, bool> Pair =
3474         Inserted.insert(std::make_pair(BB, static_cast<Value *>(0)));
3475       if (!Pair.second)
3476         PN->setIncomingValue(i, Pair.first->second);
3477       else {
3478         Value *FullV = Expand(LF, F, BB->getTerminator(), Rewriter, DeadInsts);
3479
3480         // If this is reuse-by-noop-cast, insert the noop cast.
3481         const Type *OpTy = LF.OperandValToReplace->getType();
3482         if (FullV->getType() != OpTy)
3483           FullV =
3484             CastInst::Create(CastInst::getCastOpcode(FullV, false,
3485                                                      OpTy, false),
3486                              FullV, LF.OperandValToReplace->getType(),
3487                              "tmp", BB->getTerminator());
3488
3489         PN->setIncomingValue(i, FullV);
3490         Pair.first->second = FullV;
3491       }
3492     }
3493 }
3494
3495 /// Rewrite - Emit instructions for the leading candidate expression for this
3496 /// LSRUse (this is called "expanding"), and update the UserInst to reference
3497 /// the newly expanded value.
3498 void LSRInstance::Rewrite(const LSRFixup &LF,
3499                           const Formula &F,
3500                           SCEVExpander &Rewriter,
3501                           SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
3502                           Pass *P) const {
3503   // First, find an insertion point that dominates UserInst. For PHI nodes,
3504   // find the nearest block which dominates all the relevant uses.
3505   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(LF.UserInst)) {
3506     RewriteForPHI(PN, LF, F, Rewriter, DeadInsts, P);
3507   } else {
3508     Value *FullV = Expand(LF, F, LF.UserInst, Rewriter, DeadInsts);
3509
3510     // If this is reuse-by-noop-cast, insert the noop cast.
3511     const Type *OpTy = LF.OperandValToReplace->getType();
3512     if (FullV->getType() != OpTy) {
3513       Instruction *Cast =
3514         CastInst::Create(CastInst::getCastOpcode(FullV, false, OpTy, false),
3515                          FullV, OpTy, "tmp", LF.UserInst);
3516       FullV = Cast;
3517     }
3518
3519     // Update the user. ICmpZero is handled specially here (for now) because
3520     // Expand may have updated one of the operands of the icmp already, and
3521     // its new value may happen to be equal to LF.OperandValToReplace, in
3522     // which case doing replaceUsesOfWith leads to replacing both operands
3523     // with the same value. TODO: Reorganize this.
3524     if (Uses[LF.LUIdx].Kind == LSRUse::ICmpZero)
3525       LF.UserInst->setOperand(0, FullV);
3526     else
3527       LF.UserInst->replaceUsesOfWith(LF.OperandValToReplace, FullV);
3528   }
3529
3530   DeadInsts.push_back(LF.OperandValToReplace);
3531 }
3532
3533 /// ImplementSolution - Rewrite all the fixup locations with new values,
3534 /// following the chosen solution.
3535 void
3536 LSRInstance::ImplementSolution(const SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
3537                                Pass *P) {
3538   // Keep track of instructions we may have made dead, so that
3539   // we can remove them after we are done working.
3540   SmallVector<WeakVH, 16> DeadInsts;
3541
3542   SCEVExpander Rewriter(SE);
3543   Rewriter.disableCanonicalMode();
3544   Rewriter.setIVIncInsertPos(L, IVIncInsertPos);
3545
3546   // Expand the new value definitions and update the users.
3547   for (SmallVectorImpl<LSRFixup>::const_iterator I = Fixups.begin(),
3548        E = Fixups.end(); I != E; ++I) {
3549     const LSRFixup &Fixup = *I;
3550
3551     Rewrite(Fixup, *Solution[Fixup.LUIdx], Rewriter, DeadInsts, P);
3552
3553     Changed = true;
3554   }
3555
3556   // Clean up after ourselves. This must be done before deleting any
3557   // instructions.
3558   Rewriter.clear();
3559
3560   Changed |= DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
3561 }
3562
3563 LSRInstance::LSRInstance(const TargetLowering *tli, Loop *l, Pass *P)
3564   : IU(P->getAnalysis<IVUsers>()),
3565     SE(P->getAnalysis<ScalarEvolution>()),
3566     DT(P->getAnalysis<DominatorTree>()),
3567     LI(P->getAnalysis<LoopInfo>()),
3568     TLI(tli), L(l), Changed(false), IVIncInsertPos(0) {
3569
3570   // If LoopSimplify form is not available, stay out of trouble.
3571   if (!L->isLoopSimplifyForm()) return;
3572
3573   // If there's no interesting work to be done, bail early.
3574   if (IU.empty()) return;
3575
3576   DEBUG(dbgs() << "\nLSR on loop ";
3577         WriteAsOperand(dbgs(), L->getHeader(), /*PrintType=*/false);
3578         dbgs() << ":\n");
3579
3580   // First, perform some low-level loop optimizations.
3581   OptimizeShadowIV();
3582   OptimizeLoopTermCond();
3583
3584   // Start collecting data and preparing for the solver.
3585   CollectInterestingTypesAndFactors();
3586   CollectFixupsAndInitialFormulae();
3587   CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae();
3588
3589   DEBUG(dbgs() << "LSR found " << Uses.size() << " uses:\n";
3590         print_uses(dbgs()));
3591
3592   // Now use the reuse data to generate a bunch of interesting ways
3593   // to formulate the values needed for the uses.
3594   GenerateAllReuseFormulae();
3595
3596   DEBUG(dbgs() << "\n"
3597                   "After generating reuse formulae:\n";
3598         print_uses(dbgs()));
3599
3600   FilterOutUndesirableDedicatedRegisters();
3601   NarrowSearchSpaceUsingHeuristics();
3602
3603   SmallVector<const Formula *, 8> Solution;
3604   Solve(Solution);
3605
3606   // Release memory that is no longer needed.
3607   Factors.clear();
3608   Types.clear();
3609   RegUses.clear();
3610
3611 #ifndef NDEBUG
3612   // Formulae should be legal.
3613   for (SmallVectorImpl<LSRUse>::const_iterator I = Uses.begin(),
3614        E = Uses.end(); I != E; ++I) {
3615      const LSRUse &LU = *I;
3616      for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator J = LU.Formulae.begin(),
3617           JE = LU.Formulae.end(); J != JE; ++J)
3618         assert(isLegalUse(J->AM, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
3619                           LU.Kind, LU.AccessTy, TLI) &&
3620                "Illegal formula generated!");
3621   };
3622 #endif
3623
3624   // Now that we've decided what we want, make it so.
3625   ImplementSolution(Solution, P);
3626 }
3627
3628 void LSRInstance::print_factors_and_types(raw_ostream &OS) const {
3629   if (Factors.empty() && Types.empty()) return;
3630
3631   OS << "LSR has identified the following interesting factors and types: ";
3632   bool First = true;
3633
3634   for (SmallSetVector<int64_t, 8>::const_iterator
3635        I = Factors.begin(), E = Factors.end(); I != E; ++I) {
3636     if (!First) OS << ", ";
3637     First = false;
3638     OS << '*' << *I;
3639   }
3640
3641   for (SmallSetVector<const Type *, 4>::const_iterator
3642        I = Types.begin(), E = Types.end(); I != E; ++I) {
3643     if (!First) OS << ", ";
3644     First = false;
3645     OS << '(' << **I << ')';
3646   }
3647   OS << '\n';
3648 }
3649
3650 void LSRInstance::print_fixups(raw_ostream &OS) const {
3651   OS << "LSR is examining the following fixup sites:\n";
3652   for (SmallVectorImpl<LSRFixup>::const_iterator I = Fixups.begin(),
3653        E = Fixups.end(); I != E; ++I) {
3654     dbgs() << "  ";
3655     I->print(OS);
3656     OS << '\n';
3657   }
3658 }
3659
3660 void LSRInstance::print_uses(raw_ostream &OS) const {
3661   OS << "LSR is examining the following uses:\n";
3662   for (SmallVectorImpl<LSRUse>::const_iterator I = Uses.begin(),
3663        E = Uses.end(); I != E; ++I) {
3664     const LSRUse &LU = *I;
3665     dbgs() << "  ";
3666     LU.print(OS);
3667     OS << '\n';
3668     for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator J = LU.Formulae.begin(),
3669          JE = LU.Formulae.end(); J != JE; ++J) {
3670       OS << "    ";
3671       J->print(OS);
3672       OS << '\n';
3673     }
3674   }
3675 }
3676
3677 void LSRInstance::print(raw_ostream &OS) const {
3678   print_factors_and_types(OS);
3679   print_fixups(OS);
3680   print_uses(OS);
3681 }
3682
3683 void LSRInstance::dump() const {
3684   print(errs()); errs() << '\n';
3685 }
3686
3687 namespace {
3688
3689 class LoopStrengthReduce : public LoopPass {
3690   /// TLI - Keep a pointer of a TargetLowering to consult for determining
3691   /// transformation profitability.
3692   const TargetLowering *const TLI;
3693
3694 public:
3695   static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
3696   explicit LoopStrengthReduce(const TargetLowering *tli = 0);
3697
3698 private:
3699   bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
3700   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
3701 };
3702
3703 }
3704
3705 char LoopStrengthReduce::ID = 0;
3706 static RegisterPass<LoopStrengthReduce>
3707 X("loop-reduce", "Loop Strength Reduction");
3708
3709 Pass *llvm::createLoopStrengthReducePass(const TargetLowering *TLI) {
3710   return new LoopStrengthReduce(TLI);
3711 }
3712
3713 LoopStrengthReduce::LoopStrengthReduce(const TargetLowering *tli)
3714   : LoopPass(&ID), TLI(tli) {}
3715
3716 void LoopStrengthReduce::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
3717   // We split critical edges, so we change the CFG.  However, we do update
3718   // many analyses if they are around.
3719   AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
3720   AU.addPreserved("domfrontier");
3721
3722   AU.addRequired<LoopInfo>();
3723   AU.addPreserved<LoopInfo>();
3724   AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
3725   AU.addRequired<DominatorTree>();
3726   AU.addPreserved<DominatorTree>();
3727   AU.addRequired<ScalarEvolution>();
3728   AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
3729   AU.addRequired<IVUsers>();
3730   AU.addPreserved<IVUsers>();
3731 }
3732
3733 bool LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager & /*LPM*/) {
3734   bool Changed = false;
3735
3736   // Run the main LSR transformation.
3737   Changed |= LSRInstance(TLI, L, this).getChanged();
3738
3739   // At this point, it is worth checking to see if any recurrence PHIs are also
3740   // dead, so that we can remove them as well.
3741   Changed |= DeleteDeadPHIs(L->getHeader());
3742
3743   return Changed;
3744 }