Fix a thinko; isNotAlreadyContainedIn had a built-in negative, so the
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / LoopStrengthReduce.cpp
1 //===- LoopStrengthReduce.cpp - Strength Reduce IVs in Loops --------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This transformation analyzes and transforms the induction variables (and
11 // computations derived from them) into forms suitable for efficient execution
12 // on the target.
13 //
14 // This pass performs a strength reduction on array references inside loops that
15 // have as one or more of their components the loop induction variable, it
16 // rewrites expressions to take advantage of scaled-index addressing modes
17 // available on the target, and it performs a variety of other optimizations
18 // related to loop induction variables.
19 //
20 //===----------------------------------------------------------------------===//
21
22 #define DEBUG_TYPE "loop-reduce"
23 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
24 #include "llvm/Constants.h"
25 #include "llvm/Instructions.h"
26 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
27 #include "llvm/DerivedTypes.h"
28 #include "llvm/Analysis/IVUsers.h"
29 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
30 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
31 #include "llvm/Transforms/Utils/AddrModeMatcher.h"
32 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
33 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
34 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
35 #include "llvm/Support/Debug.h"
36 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
37 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
38 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
39 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
40 #include <algorithm>
41 using namespace llvm;
42
43 STATISTIC(NumReduced ,    "Number of IV uses strength reduced");
44 STATISTIC(NumInserted,    "Number of PHIs inserted");
45 STATISTIC(NumVariable,    "Number of PHIs with variable strides");
46 STATISTIC(NumEliminated,  "Number of strides eliminated");
47 STATISTIC(NumShadow,      "Number of Shadow IVs optimized");
48 STATISTIC(NumImmSunk,     "Number of common expr immediates sunk into uses");
49 STATISTIC(NumLoopCond,    "Number of loop terminating conds optimized");
50 STATISTIC(NumCountZero,   "Number of count iv optimized to count toward zero");
51
52 static cl::opt<bool> EnableFullLSRMode("enable-full-lsr",
53                                        cl::init(false),
54                                        cl::Hidden);
55
56 namespace {
57
58   struct BasedUser;
59
60   /// IVInfo - This structure keeps track of one IV expression inserted during
61   /// StrengthReduceStridedIVUsers. It contains the stride, the common base, as
62   /// well as the PHI node and increment value created for rewrite.
63   struct IVExpr {
64     const SCEV *Stride;
65     const SCEV *Base;
66     PHINode    *PHI;
67
68     IVExpr(const SCEV *const stride, const SCEV *const base, PHINode *phi)
69       : Stride(stride), Base(base), PHI(phi) {}
70   };
71
72   /// IVsOfOneStride - This structure keeps track of all IV expression inserted
73   /// during StrengthReduceStridedIVUsers for a particular stride of the IV.
74   struct IVsOfOneStride {
75     std::vector<IVExpr> IVs;
76
77     void addIV(const SCEV *const Stride, const SCEV *const Base, PHINode *PHI) {
78       IVs.push_back(IVExpr(Stride, Base, PHI));
79     }
80   };
81
82   class LoopStrengthReduce : public LoopPass {
83     IVUsers *IU;
84     ScalarEvolution *SE;
85     bool Changed;
86
87     /// IVsByStride - Keep track of all IVs that have been inserted for a
88     /// particular stride.
89     std::map<const SCEV *, IVsOfOneStride> IVsByStride;
90
91     /// DeadInsts - Keep track of instructions we may have made dead, so that
92     /// we can remove them after we are done working.
93     SmallVector<WeakVH, 16> DeadInsts;
94
95     /// TLI - Keep a pointer of a TargetLowering to consult for determining
96     /// transformation profitability.
97     const TargetLowering *TLI;
98
99   public:
100     static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
101     explicit LoopStrengthReduce(const TargetLowering *tli = NULL) :
102       LoopPass(&ID), TLI(tli) {}
103
104     bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
105
106     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
107       // We split critical edges, so we change the CFG.  However, we do update
108       // many analyses if they are around.
109       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
110       AU.addPreserved("loops");
111       AU.addPreserved("domfrontier");
112       AU.addPreserved("domtree");
113
114       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
115       AU.addRequired<ScalarEvolution>();
116       AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
117       AU.addRequired<IVUsers>();
118       AU.addPreserved<IVUsers>();
119     }
120
121   private:
122     void OptimizeIndvars(Loop *L);
123
124     /// OptimizeLoopTermCond - Change loop terminating condition to use the
125     /// postinc iv when possible.
126     void OptimizeLoopTermCond(Loop *L);
127
128     /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
129     /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
130     void OptimizeShadowIV(Loop *L);
131
132     /// OptimizeMax - Rewrite the loop's terminating condition
133     /// if it uses a max computation.
134     ICmpInst *OptimizeMax(Loop *L, ICmpInst *Cond,
135                           IVStrideUse* &CondUse);
136
137     /// OptimizeLoopCountIV - If, after all sharing of IVs, the IV used for
138     /// deciding when to exit the loop is used only for that purpose, try to
139     /// rearrange things so it counts down to a test against zero.
140     bool OptimizeLoopCountIV(Loop *L);
141     bool OptimizeLoopCountIVOfStride(const SCEV* &Stride,
142                                      IVStrideUse* &CondUse, Loop *L);
143
144     /// StrengthReduceIVUsersOfStride - Strength reduce all of the users of a
145     /// single stride of IV.  All of the users may have different starting
146     /// values, and this may not be the only stride.
147     void StrengthReduceIVUsersOfStride(const SCEV *const &Stride,
148                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
149                                       Loop *L);
150     void StrengthReduceIVUsers(Loop *L);
151
152     ICmpInst *ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
153                                   IVStrideUse* &CondUse,
154                                   const SCEV* &CondStride,
155                                   bool PostPass = false);
156
157     bool FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
158                            const SCEV* &CondStride);
159     bool RequiresTypeConversion(const Type *Ty, const Type *NewTy);
160     const SCEV *CheckForIVReuse(bool, bool, bool, const SCEV *const&,
161                              IVExpr&, const Type*,
162                              const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
163     bool ValidScale(bool, int64_t,
164                     const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
165     bool ValidOffset(bool, int64_t, int64_t,
166                      const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
167     const SCEV *CollectIVUsers(const SCEV *const &Stride,
168                               IVUsersOfOneStride &Uses,
169                               Loop *L,
170                               bool &AllUsesAreAddresses,
171                               bool &AllUsesAreOutsideLoop,
172                               std::vector<BasedUser> &UsersToProcess);
173     bool StrideMightBeShared(const SCEV *Stride, Loop *L, bool CheckPreInc);
174     bool ShouldUseFullStrengthReductionMode(
175                                 const std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
176                                 const Loop *L,
177                                 bool AllUsesAreAddresses,
178                                 const SCEV *Stride);
179     void PrepareToStrengthReduceFully(
180                              std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
181                              const SCEV *Stride,
182                              const SCEV *CommonExprs,
183                              const Loop *L,
184                              SCEVExpander &PreheaderRewriter);
185     void PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(
186                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
187                                          Value *CommonBaseV,
188                                          const IVExpr &ReuseIV,
189                                          Instruction *PreInsertPt);
190     void PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(
191                                   std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
192                                   const SCEV *Stride,
193                                   const SCEV *CommonExprs,
194                                   Value *CommonBaseV,
195                                   Instruction *IVIncInsertPt,
196                                   const Loop *L,
197                                   SCEVExpander &PreheaderRewriter);
198
199     void DeleteTriviallyDeadInstructions();
200   };
201 }
202
203 char LoopStrengthReduce::ID = 0;
204 static RegisterPass<LoopStrengthReduce>
205 X("loop-reduce", "Loop Strength Reduction");
206
207 Pass *llvm::createLoopStrengthReducePass(const TargetLowering *TLI) {
208   return new LoopStrengthReduce(TLI);
209 }
210
211 /// DeleteTriviallyDeadInstructions - If any of the instructions is the
212 /// specified set are trivially dead, delete them and see if this makes any of
213 /// their operands subsequently dead.
214 void LoopStrengthReduce::DeleteTriviallyDeadInstructions() {
215   if (DeadInsts.empty()) return;
216
217   while (!DeadInsts.empty()) {
218     Instruction *I = dyn_cast_or_null<Instruction>(DeadInsts.pop_back_val());
219
220     if (I == 0 || !isInstructionTriviallyDead(I))
221       continue;
222
223     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI)
224       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
225         *OI = 0;
226         if (U->use_empty())
227           DeadInsts.push_back(U);
228       }
229
230     I->eraseFromParent();
231     Changed = true;
232   }
233 }
234
235 /// containsAddRecFromDifferentLoop - Determine whether expression S involves a
236 /// subexpression that is an AddRec from a loop other than L.  An outer loop
237 /// of L is OK, but not an inner loop nor a disjoint loop.
238 static bool containsAddRecFromDifferentLoop(const SCEV *S, Loop *L) {
239   // This is very common, put it first.
240   if (isa<SCEVConstant>(S))
241     return false;
242   if (const SCEVCommutativeExpr *AE = dyn_cast<SCEVCommutativeExpr>(S)) {
243     for (unsigned int i=0; i< AE->getNumOperands(); i++)
244       if (containsAddRecFromDifferentLoop(AE->getOperand(i), L))
245         return true;
246     return false;
247   }
248   if (const SCEVAddRecExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
249     if (const Loop *newLoop = AE->getLoop()) {
250       if (newLoop == L)
251         return false;
252       // if newLoop is an outer loop of L, this is OK.
253       if (newLoop->contains(L->getHeader()))
254         return false;
255     }
256     return true;
257   }
258   if (const SCEVUDivExpr *DE = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S))
259     return containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getLHS(), L) ||
260            containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getRHS(), L);
261 #if 0
262   // SCEVSDivExpr has been backed out temporarily, but will be back; we'll
263   // need this when it is.
264   if (const SCEVSDivExpr *DE = dyn_cast<SCEVSDivExpr>(S))
265     return containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getLHS(), L) ||
266            containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getRHS(), L);
267 #endif
268   if (const SCEVCastExpr *CE = dyn_cast<SCEVCastExpr>(S))
269     return containsAddRecFromDifferentLoop(CE->getOperand(), L);
270   return false;
271 }
272
273 /// isAddressUse - Returns true if the specified instruction is using the
274 /// specified value as an address.
275 static bool isAddressUse(Instruction *Inst, Value *OperandVal) {
276   bool isAddress = isa<LoadInst>(Inst);
277   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
278     if (SI->getOperand(1) == OperandVal)
279       isAddress = true;
280   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
281     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
282     // of intrinsics.
283     switch (II->getIntrinsicID()) {
284       default: break;
285       case Intrinsic::prefetch:
286       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_dq:
287       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_pd:
288       case Intrinsic::x86_sse_loadu_ps:
289       case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
290       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
291       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
292       case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
293         if (II->getOperand(1) == OperandVal)
294           isAddress = true;
295         break;
296     }
297   }
298   return isAddress;
299 }
300
301 /// getAccessType - Return the type of the memory being accessed.
302 static const Type *getAccessType(const Instruction *Inst) {
303   const Type *AccessTy = Inst->getType();
304   if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
305     AccessTy = SI->getOperand(0)->getType();
306   else if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
307     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
308     // of intrinsics.
309     switch (II->getIntrinsicID()) {
310     default: break;
311     case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
312     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
313     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
314     case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
315       AccessTy = II->getOperand(1)->getType();
316       break;
317     }
318   }
319   return AccessTy;
320 }
321
322 namespace {
323   /// BasedUser - For a particular base value, keep information about how we've
324   /// partitioned the expression so far.
325   struct BasedUser {
326     /// Base - The Base value for the PHI node that needs to be inserted for
327     /// this use.  As the use is processed, information gets moved from this
328     /// field to the Imm field (below).  BasedUser values are sorted by this
329     /// field.
330     const SCEV *Base;
331
332     /// Inst - The instruction using the induction variable.
333     Instruction *Inst;
334
335     /// OperandValToReplace - The operand value of Inst to replace with the
336     /// EmittedBase.
337     Value *OperandValToReplace;
338
339     /// Imm - The immediate value that should be added to the base immediately
340     /// before Inst, because it will be folded into the imm field of the
341     /// instruction.  This is also sometimes used for loop-variant values that
342     /// must be added inside the loop.
343     const SCEV *Imm;
344
345     /// Phi - The induction variable that performs the striding that
346     /// should be used for this user.
347     PHINode *Phi;
348
349     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
350     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
351     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
352     // instruction for a loop and uses outside the loop that are dominated by
353     // the loop.
354     bool isUseOfPostIncrementedValue;
355
356     BasedUser(IVStrideUse &IVSU, ScalarEvolution *se)
357       : Base(IVSU.getOffset()), Inst(IVSU.getUser()),
358         OperandValToReplace(IVSU.getOperandValToReplace()),
359         Imm(se->getIntegerSCEV(0, Base->getType())),
360         isUseOfPostIncrementedValue(IVSU.isUseOfPostIncrementedValue()) {}
361
362     // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
363     // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
364     // to it.
365     void RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEV *const &NewBase,
366                                         Instruction *InsertPt,
367                                        SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
368                                         SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
369                                         ScalarEvolution *SE);
370
371     Value *InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEV *const &NewBase,
372                                        const Type *Ty,
373                                        SCEVExpander &Rewriter,
374                                        Instruction *IP,
375                                        ScalarEvolution *SE);
376     void dump() const;
377   };
378 }
379
380 void BasedUser::dump() const {
381   errs() << " Base=" << *Base;
382   errs() << " Imm=" << *Imm;
383   errs() << "   Inst: " << *Inst;
384 }
385
386 Value *BasedUser::InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEV *const &NewBase,
387                                               const Type *Ty,
388                                               SCEVExpander &Rewriter,
389                                               Instruction *IP,
390                                               ScalarEvolution *SE) {
391   Value *Base = Rewriter.expandCodeFor(NewBase, 0, IP);
392
393   // Wrap the base in a SCEVUnknown so that ScalarEvolution doesn't try to
394   // re-analyze it.
395   const SCEV *NewValSCEV = SE->getUnknown(Base);
396
397   // Always emit the immediate into the same block as the user.
398   NewValSCEV = SE->getAddExpr(NewValSCEV, Imm);
399
400   return Rewriter.expandCodeFor(NewValSCEV, Ty, IP);
401 }
402
403
404 // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
405 // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
406 // to it. NewBasePt is the last instruction which contributes to the
407 // value of NewBase in the case that it's a diffferent instruction from
408 // the PHI that NewBase is computed from, or null otherwise.
409 //
410 void BasedUser::RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEV *const &NewBase,
411                                                Instruction *NewBasePt,
412                                       SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
413                                       SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
414                                       ScalarEvolution *SE) {
415   if (!isa<PHINode>(Inst)) {
416     // By default, insert code at the user instruction.
417     BasicBlock::iterator InsertPt = Inst;
418
419     // However, if the Operand is itself an instruction, the (potentially
420     // complex) inserted code may be shared by many users.  Because of this, we
421     // want to emit code for the computation of the operand right before its old
422     // computation.  This is usually safe, because we obviously used to use the
423     // computation when it was computed in its current block.  However, in some
424     // cases (e.g. use of a post-incremented induction variable) the NewBase
425     // value will be pinned to live somewhere after the original computation.
426     // In this case, we have to back off.
427     //
428     // If this is a use outside the loop (which means after, since it is based
429     // on a loop indvar) we use the post-incremented value, so that we don't
430     // artificially make the preinc value live out the bottom of the loop.
431     if (!isUseOfPostIncrementedValue && L->contains(Inst->getParent())) {
432       if (NewBasePt && isa<PHINode>(OperandValToReplace)) {
433         InsertPt = NewBasePt;
434         ++InsertPt;
435       } else if (Instruction *OpInst
436                  = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace)) {
437         InsertPt = OpInst;
438         while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
439       }
440     }
441     Value *NewVal = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase,
442                                                 OperandValToReplace->getType(),
443                                                 Rewriter, InsertPt, SE);
444     // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
445     Inst->replaceUsesOfWith(OperandValToReplace, NewVal);
446
447     DEBUG(errs() << "      Replacing with ");
448     DEBUG(WriteAsOperand(errs(), NewVal, /*PrintType=*/false));
449     DEBUG(errs() << ", which has value " << *NewBase << " plus IMM "
450                  << *Imm << "\n");
451     return;
452   }
453
454   // PHI nodes are more complex.  We have to insert one copy of the NewBase+Imm
455   // expression into each operand block that uses it.  Note that PHI nodes can
456   // have multiple entries for the same predecessor.  We use a map to make sure
457   // that a PHI node only has a single Value* for each predecessor (which also
458   // prevents us from inserting duplicate code in some blocks).
459   DenseMap<BasicBlock*, Value*> InsertedCode;
460   PHINode *PN = cast<PHINode>(Inst);
461   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
462     if (PN->getIncomingValue(i) == OperandValToReplace) {
463       // If the original expression is outside the loop, put the replacement
464       // code in the same place as the original expression,
465       // which need not be an immediate predecessor of this PHI.  This way we
466       // need only one copy of it even if it is referenced multiple times in
467       // the PHI.  We don't do this when the original expression is inside the
468       // loop because multiple copies sometimes do useful sinking of code in
469       // that case(?).
470       Instruction *OldLoc = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace);
471       BasicBlock *PHIPred = PN->getIncomingBlock(i);
472       if (L->contains(OldLoc->getParent())) {
473         // If this is a critical edge, split the edge so that we do not insert
474         // the code on all predecessor/successor paths.  We do this unless this
475         // is the canonical backedge for this loop, as this can make some
476         // inserted code be in an illegal position.
477         if (e != 1 && PHIPred->getTerminator()->getNumSuccessors() > 1 &&
478             !isa<IndirectBrInst>(PHIPred->getTerminator()) &&
479             (PN->getParent() != L->getHeader() || !L->contains(PHIPred))) {
480
481           // First step, split the critical edge.
482           BasicBlock *NewBB = SplitCriticalEdge(PHIPred, PN->getParent(),
483                                                 P, false);
484
485           // Next step: move the basic block.  In particular, if the PHI node
486           // is outside of the loop, and PredTI is in the loop, we want to
487           // move the block to be immediately before the PHI block, not
488           // immediately after PredTI.
489           if (L->contains(PHIPred) && !L->contains(PN->getParent()))
490             NewBB->moveBefore(PN->getParent());
491
492           // Splitting the edge can reduce the number of PHI entries we have.
493           e = PN->getNumIncomingValues();
494           PHIPred = NewBB;
495           i = PN->getBasicBlockIndex(PHIPred);
496         }
497       }
498       Value *&Code = InsertedCode[PHIPred];
499       if (!Code) {
500         // Insert the code into the end of the predecessor block.
501         Instruction *InsertPt = (L->contains(OldLoc->getParent())) ?
502                                 PHIPred->getTerminator() :
503                                 OldLoc->getParent()->getTerminator();
504         Code = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, PN->getType(),
505                                            Rewriter, InsertPt, SE);
506
507         DEBUG(errs() << "      Changing PHI use to ");
508         DEBUG(WriteAsOperand(errs(), Code, /*PrintType=*/false));
509         DEBUG(errs() << ", which has value " << *NewBase << " plus IMM "
510                      << *Imm << "\n");
511       }
512
513       // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
514       PN->setIncomingValue(i, Code);
515       Rewriter.clear();
516     }
517   }
518
519   // PHI node might have become a constant value after SplitCriticalEdge.
520   DeadInsts.push_back(Inst);
521 }
522
523
524 /// fitsInAddressMode - Return true if V can be subsumed within an addressing
525 /// mode, and does not need to be put in a register first.
526 static bool fitsInAddressMode(const SCEV *const &V, const Type *AccessTy,
527                              const TargetLowering *TLI, bool HasBaseReg) {
528   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
529     int64_t VC = SC->getValue()->getSExtValue();
530     if (TLI) {
531       TargetLowering::AddrMode AM;
532       AM.BaseOffs = VC;
533       AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
534       return TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy);
535     } else {
536       // Defaults to PPC. PPC allows a sign-extended 16-bit immediate field.
537       return (VC > -(1 << 16) && VC < (1 << 16)-1);
538     }
539   }
540
541   if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V))
542     if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(SU->getValue())) {
543       if (TLI) {
544         TargetLowering::AddrMode AM;
545         AM.BaseGV = GV;
546         AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
547         return TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy);
548       } else {
549         // Default: assume global addresses are not legal.
550       }
551     }
552
553   return false;
554 }
555
556 /// MoveLoopVariantsToImmediateField - Move any subexpressions from Val that are
557 /// loop varying to the Imm operand.
558 static void MoveLoopVariantsToImmediateField(const SCEV *&Val, const SCEV *&Imm,
559                                              Loop *L, ScalarEvolution *SE) {
560   if (Val->isLoopInvariant(L)) return;  // Nothing to do.
561
562   if (const SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
563     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
564     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
565
566     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i)
567       if (!SAE->getOperand(i)->isLoopInvariant(L)) {
568         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
569         // field of the expression.
570         Imm = SE->getAddExpr(Imm, SAE->getOperand(i));
571       } else {
572         NewOps.push_back(SAE->getOperand(i));
573       }
574
575     if (NewOps.empty())
576       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
577     else
578       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
579   } else if (const SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
580     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
581     const SCEV *Start = SARE->getStart();
582     MoveLoopVariantsToImmediateField(Start, Imm, L, SE);
583
584     SmallVector<const SCEV *, 4> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
585     Ops[0] = Start;
586     Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
587   } else {
588     // Otherwise, all of Val is variant, move the whole thing over.
589     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
590     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
591   }
592 }
593
594
595 /// MoveImmediateValues - Look at Val, and pull out any additions of constants
596 /// that can fit into the immediate field of instructions in the target.
597 /// Accumulate these immediate values into the Imm value.
598 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
599                                 const Type *AccessTy,
600                                 const SCEV *&Val, const SCEV *&Imm,
601                                 bool isAddress, Loop *L,
602                                 ScalarEvolution *SE) {
603   if (const SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
604     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
605     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
606
607     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i) {
608       const SCEV *NewOp = SAE->getOperand(i);
609       MoveImmediateValues(TLI, AccessTy, NewOp, Imm, isAddress, L, SE);
610
611       if (!NewOp->isLoopInvariant(L)) {
612         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
613         // field of the expression.
614         Imm = SE->getAddExpr(Imm, NewOp);
615       } else {
616         NewOps.push_back(NewOp);
617       }
618     }
619
620     if (NewOps.empty())
621       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
622     else
623       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
624     return;
625   } else if (const SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
626     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
627     const SCEV *Start = SARE->getStart();
628     MoveImmediateValues(TLI, AccessTy, Start, Imm, isAddress, L, SE);
629
630     if (Start != SARE->getStart()) {
631       SmallVector<const SCEV *, 4> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
632       Ops[0] = Start;
633       Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
634     }
635     return;
636   } else if (const SCEVMulExpr *SME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Val)) {
637     // Transform "8 * (4 + v)" -> "32 + 8*V" if "32" fits in the immed field.
638     if (isAddress &&
639         fitsInAddressMode(SME->getOperand(0), AccessTy, TLI, false) &&
640         SME->getNumOperands() == 2 && SME->isLoopInvariant(L)) {
641
642       const SCEV *SubImm = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
643       const SCEV *NewOp = SME->getOperand(1);
644       MoveImmediateValues(TLI, AccessTy, NewOp, SubImm, isAddress, L, SE);
645
646       // If we extracted something out of the subexpressions, see if we can
647       // simplify this!
648       if (NewOp != SME->getOperand(1)) {
649         // Scale SubImm up by "8".  If the result is a target constant, we are
650         // good.
651         SubImm = SE->getMulExpr(SubImm, SME->getOperand(0));
652         if (fitsInAddressMode(SubImm, AccessTy, TLI, false)) {
653           // Accumulate the immediate.
654           Imm = SE->getAddExpr(Imm, SubImm);
655
656           // Update what is left of 'Val'.
657           Val = SE->getMulExpr(SME->getOperand(0), NewOp);
658           return;
659         }
660       }
661     }
662   }
663
664   // Loop-variant expressions must stay in the immediate field of the
665   // expression.
666   if ((isAddress && fitsInAddressMode(Val, AccessTy, TLI, false)) ||
667       !Val->isLoopInvariant(L)) {
668     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
669     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
670     return;
671   }
672
673   // Otherwise, no immediates to move.
674 }
675
676 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
677                                 Instruction *User,
678                                 const SCEV *&Val, const SCEV *&Imm,
679                                 bool isAddress, Loop *L,
680                                 ScalarEvolution *SE) {
681   const Type *AccessTy = getAccessType(User);
682   MoveImmediateValues(TLI, AccessTy, Val, Imm, isAddress, L, SE);
683 }
684
685 /// SeparateSubExprs - Decompose Expr into all of the subexpressions that are
686 /// added together.  This is used to reassociate common addition subexprs
687 /// together for maximal sharing when rewriting bases.
688 static void SeparateSubExprs(SmallVector<const SCEV *, 16> &SubExprs,
689                              const SCEV *Expr,
690                              ScalarEvolution *SE) {
691   if (const SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Expr)) {
692     for (unsigned j = 0, e = AE->getNumOperands(); j != e; ++j)
693       SeparateSubExprs(SubExprs, AE->getOperand(j), SE);
694   } else if (const SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Expr)) {
695     const SCEV *Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Expr->getType());
696     if (SARE->getOperand(0) == Zero) {
697       SubExprs.push_back(Expr);
698     } else {
699       // Compute the addrec with zero as its base.
700       SmallVector<const SCEV *, 4> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
701       Ops[0] = Zero;   // Start with zero base.
702       SubExprs.push_back(SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop()));
703
704
705       SeparateSubExprs(SubExprs, SARE->getOperand(0), SE);
706     }
707   } else if (!Expr->isZero()) {
708     // Do not add zero.
709     SubExprs.push_back(Expr);
710   }
711 }
712
713 // This is logically local to the following function, but C++ says we have
714 // to make it file scope.
715 struct SubExprUseData { unsigned Count; bool notAllUsesAreFree; };
716
717 /// RemoveCommonExpressionsFromUseBases - Look through all of the Bases of all
718 /// the Uses, removing any common subexpressions, except that if all such
719 /// subexpressions can be folded into an addressing mode for all uses inside
720 /// the loop (this case is referred to as "free" in comments herein) we do
721 /// not remove anything.  This looks for things like (a+b+c) and
722 /// (a+c+d) and computes the common (a+c) subexpression.  The common expression
723 /// is *removed* from the Bases and returned.
724 static const SCEV *
725 RemoveCommonExpressionsFromUseBases(std::vector<BasedUser> &Uses,
726                                     ScalarEvolution *SE, Loop *L,
727                                     const TargetLowering *TLI) {
728   unsigned NumUses = Uses.size();
729
730   // Only one use?  This is a very common case, so we handle it specially and
731   // cheaply.
732   const SCEV *Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Uses[0].Base->getType());
733   const SCEV *Result = Zero;
734   const SCEV *FreeResult = Zero;
735   if (NumUses == 1) {
736     // If the use is inside the loop, use its base, regardless of what it is:
737     // it is clearly shared across all the IV's.  If the use is outside the loop
738     // (which means after it) we don't want to factor anything *into* the loop,
739     // so just use 0 as the base.
740     if (L->contains(Uses[0].Inst->getParent()))
741       std::swap(Result, Uses[0].Base);
742     return Result;
743   }
744
745   // To find common subexpressions, count how many of Uses use each expression.
746   // If any subexpressions are used Uses.size() times, they are common.
747   // Also track whether all uses of each expression can be moved into an
748   // an addressing mode "for free"; such expressions are left within the loop.
749   // struct SubExprUseData { unsigned Count; bool notAllUsesAreFree; };
750   std::map<const SCEV *, SubExprUseData> SubExpressionUseData;
751
752   // UniqueSubExprs - Keep track of all of the subexpressions we see in the
753   // order we see them.
754   SmallVector<const SCEV *, 16> UniqueSubExprs;
755
756   SmallVector<const SCEV *, 16> SubExprs;
757   unsigned NumUsesInsideLoop = 0;
758   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
759     // If the user is outside the loop, just ignore it for base computation.
760     // Since the user is outside the loop, it must be *after* the loop (if it
761     // were before, it could not be based on the loop IV).  We don't want users
762     // after the loop to affect base computation of values *inside* the loop,
763     // because we can always add their offsets to the result IV after the loop
764     // is done, ensuring we get good code inside the loop.
765     if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent()))
766       continue;
767     NumUsesInsideLoop++;
768
769     // If the base is zero (which is common), return zero now, there are no
770     // CSEs we can find.
771     if (Uses[i].Base == Zero) return Zero;
772
773     // If this use is as an address we may be able to put CSEs in the addressing
774     // mode rather than hoisting them.
775     bool isAddrUse = isAddressUse(Uses[i].Inst, Uses[i].OperandValToReplace);
776     // We may need the AccessTy below, but only when isAddrUse, so compute it
777     // only in that case.
778     const Type *AccessTy = 0;
779     if (isAddrUse)
780       AccessTy = getAccessType(Uses[i].Inst);
781
782     // Split the expression into subexprs.
783     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
784     // Add one to SubExpressionUseData.Count for each subexpr present, and
785     // if the subexpr is not a valid immediate within an addressing mode use,
786     // set SubExpressionUseData.notAllUsesAreFree.  We definitely want to
787     // hoist these out of the loop (if they are common to all uses).
788     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j) {
789       if (++SubExpressionUseData[SubExprs[j]].Count == 1)
790         UniqueSubExprs.push_back(SubExprs[j]);
791       if (!isAddrUse || !fitsInAddressMode(SubExprs[j], AccessTy, TLI, false))
792         SubExpressionUseData[SubExprs[j]].notAllUsesAreFree = true;
793     }
794     SubExprs.clear();
795   }
796
797   // Now that we know how many times each is used, build Result.  Iterate over
798   // UniqueSubexprs so that we have a stable ordering.
799   for (unsigned i = 0, e = UniqueSubExprs.size(); i != e; ++i) {
800     std::map<const SCEV *, SubExprUseData>::iterator I =
801        SubExpressionUseData.find(UniqueSubExprs[i]);
802     assert(I != SubExpressionUseData.end() && "Entry not found?");
803     if (I->second.Count == NumUsesInsideLoop) { // Found CSE!
804       if (I->second.notAllUsesAreFree)
805         Result = SE->getAddExpr(Result, I->first);
806       else
807         FreeResult = SE->getAddExpr(FreeResult, I->first);
808     } else
809       // Remove non-cse's from SubExpressionUseData.
810       SubExpressionUseData.erase(I);
811   }
812
813   if (FreeResult != Zero) {
814     // We have some subexpressions that can be subsumed into addressing
815     // modes in every use inside the loop.  However, it's possible that
816     // there are so many of them that the combined FreeResult cannot
817     // be subsumed, or that the target cannot handle both a FreeResult
818     // and a Result in the same instruction (for example because it would
819     // require too many registers).  Check this.
820     for (unsigned i=0; i<NumUses; ++i) {
821       if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent()))
822         continue;
823       // We know this is an addressing mode use; if there are any uses that
824       // are not, FreeResult would be Zero.
825       const Type *AccessTy = getAccessType(Uses[i].Inst);
826       if (!fitsInAddressMode(FreeResult, AccessTy, TLI, Result!=Zero)) {
827         // FIXME:  could split up FreeResult into pieces here, some hoisted
828         // and some not.  There is no obvious advantage to this.
829         Result = SE->getAddExpr(Result, FreeResult);
830         FreeResult = Zero;
831         break;
832       }
833     }
834   }
835
836   // If we found no CSE's, return now.
837   if (Result == Zero) return Result;
838
839   // If we still have a FreeResult, remove its subexpressions from
840   // SubExpressionUseData.  This means they will remain in the use Bases.
841   if (FreeResult != Zero) {
842     SeparateSubExprs(SubExprs, FreeResult, SE);
843     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j) {
844       std::map<const SCEV *, SubExprUseData>::iterator I =
845          SubExpressionUseData.find(SubExprs[j]);
846       SubExpressionUseData.erase(I);
847     }
848     SubExprs.clear();
849   }
850
851   // Otherwise, remove all of the CSE's we found from each of the base values.
852   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
853     // Uses outside the loop don't necessarily include the common base, but
854     // the final IV value coming into those uses does.  Instead of trying to
855     // remove the pieces of the common base, which might not be there,
856     // subtract off the base to compensate for this.
857     if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent())) {
858       Uses[i].Base = SE->getMinusSCEV(Uses[i].Base, Result);
859       continue;
860     }
861
862     // Split the expression into subexprs.
863     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
864
865     // Remove any common subexpressions.
866     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
867       if (SubExpressionUseData.count(SubExprs[j])) {
868         SubExprs.erase(SubExprs.begin()+j);
869         --j; --e;
870       }
871
872     // Finally, add the non-shared expressions together.
873     if (SubExprs.empty())
874       Uses[i].Base = Zero;
875     else
876       Uses[i].Base = SE->getAddExpr(SubExprs);
877     SubExprs.clear();
878   }
879
880   return Result;
881 }
882
883 /// ValidScale - Check whether the given Scale is valid for all loads and
884 /// stores in UsersToProcess.
885 ///
886 bool LoopStrengthReduce::ValidScale(bool HasBaseReg, int64_t Scale,
887                                const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
888   if (!TLI)
889     return true;
890
891   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i!=e; ++i) {
892     // If this is a load or other access, pass the type of the access in.
893     const Type *AccessTy =
894         Type::getVoidTy(UsersToProcess[i].Inst->getContext());
895     if (isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
896                      UsersToProcess[i].OperandValToReplace))
897       AccessTy = getAccessType(UsersToProcess[i].Inst);
898     else if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst))
899       continue;
900
901     TargetLowering::AddrMode AM;
902     if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(UsersToProcess[i].Imm))
903       AM.BaseOffs = SC->getValue()->getSExtValue();
904     AM.HasBaseReg = HasBaseReg || !UsersToProcess[i].Base->isZero();
905     AM.Scale = Scale;
906
907     // If load[imm+r*scale] is illegal, bail out.
908     if (!TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
909       return false;
910   }
911   return true;
912 }
913
914 /// ValidOffset - Check whether the given Offset is valid for all loads and
915 /// stores in UsersToProcess.
916 ///
917 bool LoopStrengthReduce::ValidOffset(bool HasBaseReg,
918                                int64_t Offset,
919                                int64_t Scale,
920                                const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
921   if (!TLI)
922     return true;
923
924   for (unsigned i=0, e = UsersToProcess.size(); i!=e; ++i) {
925     // If this is a load or other access, pass the type of the access in.
926     const Type *AccessTy =
927         Type::getVoidTy(UsersToProcess[i].Inst->getContext());
928     if (isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
929                      UsersToProcess[i].OperandValToReplace))
930       AccessTy = getAccessType(UsersToProcess[i].Inst);
931     else if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst))
932       continue;
933
934     TargetLowering::AddrMode AM;
935     if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(UsersToProcess[i].Imm))
936       AM.BaseOffs = SC->getValue()->getSExtValue();
937     AM.BaseOffs = (uint64_t)AM.BaseOffs + (uint64_t)Offset;
938     AM.HasBaseReg = HasBaseReg || !UsersToProcess[i].Base->isZero();
939     AM.Scale = Scale;
940
941     // If load[imm+r*scale] is illegal, bail out.
942     if (!TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
943       return false;
944   }
945   return true;
946 }
947
948 /// RequiresTypeConversion - Returns true if converting Ty1 to Ty2 is not
949 /// a nop.
950 bool LoopStrengthReduce::RequiresTypeConversion(const Type *Ty1,
951                                                 const Type *Ty2) {
952   if (Ty1 == Ty2)
953     return false;
954   Ty1 = SE->getEffectiveSCEVType(Ty1);
955   Ty2 = SE->getEffectiveSCEVType(Ty2);
956   if (Ty1 == Ty2)
957     return false;
958   if (Ty1->canLosslesslyBitCastTo(Ty2))
959     return false;
960   if (TLI && TLI->isTruncateFree(Ty1, Ty2))
961     return false;
962   return true;
963 }
964
965 /// CheckForIVReuse - Returns the multiple if the stride is the multiple
966 /// of a previous stride and it is a legal value for the target addressing
967 /// mode scale component and optional base reg. This allows the users of
968 /// this stride to be rewritten as prev iv * factor. It returns 0 if no
969 /// reuse is possible.  Factors can be negative on same targets, e.g. ARM.
970 ///
971 /// If all uses are outside the loop, we don't require that all multiplies
972 /// be folded into the addressing mode, nor even that the factor be constant;
973 /// a multiply (executed once) outside the loop is better than another IV
974 /// within.  Well, usually.
975 const SCEV *LoopStrengthReduce::CheckForIVReuse(bool HasBaseReg,
976                                 bool AllUsesAreAddresses,
977                                 bool AllUsesAreOutsideLoop,
978                                 const SCEV *const &Stride,
979                                 IVExpr &IV, const Type *Ty,
980                                 const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
981   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Stride)) {
982     int64_t SInt = SC->getValue()->getSExtValue();
983     for (unsigned NewStride = 0, e = IU->StrideOrder.size();
984          NewStride != e; ++NewStride) {
985       std::map<const SCEV *, IVsOfOneStride>::iterator SI =
986                 IVsByStride.find(IU->StrideOrder[NewStride]);
987       if (SI == IVsByStride.end() || !isa<SCEVConstant>(SI->first))
988         continue;
989       // The other stride has no uses, don't reuse it.
990       std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator UI =
991         IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[NewStride]);
992       if (UI->second->Users.empty())
993         continue;
994       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
995       if (SI->first != Stride &&
996           (unsigned(abs64(SInt)) < SSInt || (SInt % SSInt) != 0))
997         continue;
998       int64_t Scale = SInt / SSInt;
999       // Check that this stride is valid for all the types used for loads and
1000       // stores; if it can be used for some and not others, we might as well use
1001       // the original stride everywhere, since we have to create the IV for it
1002       // anyway. If the scale is 1, then we don't need to worry about folding
1003       // multiplications.
1004       if (Scale == 1 ||
1005           (AllUsesAreAddresses &&
1006            ValidScale(HasBaseReg, Scale, UsersToProcess))) {
1007         // Prefer to reuse an IV with a base of zero.
1008         for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1009                IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1010           // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion
1011           // and if the base difference can be folded.
1012           if (II->Base->isZero() &&
1013               !RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1014             IV = *II;
1015             return SE->getIntegerSCEV(Scale, Stride->getType());
1016           }
1017         // Otherwise, settle for an IV with a foldable base.
1018         if (AllUsesAreAddresses)
1019           for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1020                  IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1021             // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion
1022             // and if the base difference can be folded.
1023             if (SE->getEffectiveSCEVType(II->Base->getType()) ==
1024                 SE->getEffectiveSCEVType(Ty) &&
1025                 isa<SCEVConstant>(II->Base)) {
1026               int64_t Base =
1027                 cast<SCEVConstant>(II->Base)->getValue()->getSExtValue();
1028               if (Base > INT32_MIN && Base <= INT32_MAX &&
1029                   ValidOffset(HasBaseReg, -Base * Scale,
1030                               Scale, UsersToProcess)) {
1031                 IV = *II;
1032                 return SE->getIntegerSCEV(Scale, Stride->getType());
1033               }
1034             }
1035       }
1036     }
1037   } else if (AllUsesAreOutsideLoop) {
1038     // Accept nonconstant strides here; it is really really right to substitute
1039     // an existing IV if we can.
1040     for (unsigned NewStride = 0, e = IU->StrideOrder.size();
1041          NewStride != e; ++NewStride) {
1042       std::map<const SCEV *, IVsOfOneStride>::iterator SI =
1043                 IVsByStride.find(IU->StrideOrder[NewStride]);
1044       if (SI == IVsByStride.end() || !isa<SCEVConstant>(SI->first))
1045         continue;
1046       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1047       if (SI->first != Stride && SSInt != 1)
1048         continue;
1049       for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1050              IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1051         // Accept nonzero base here.
1052         // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion.
1053         if (!RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1054           IV = *II;
1055           return Stride;
1056         }
1057     }
1058     // Special case, old IV is -1*x and this one is x.  Can treat this one as
1059     // -1*old.
1060     for (unsigned NewStride = 0, e = IU->StrideOrder.size();
1061          NewStride != e; ++NewStride) {
1062       std::map<const SCEV *, IVsOfOneStride>::iterator SI =
1063                 IVsByStride.find(IU->StrideOrder[NewStride]);
1064       if (SI == IVsByStride.end())
1065         continue;
1066       if (const SCEVMulExpr *ME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(SI->first))
1067         if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(ME->getOperand(0)))
1068           if (Stride == ME->getOperand(1) &&
1069               SC->getValue()->getSExtValue() == -1LL)
1070             for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1071                    IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1072               // Accept nonzero base here.
1073               // Only reuse previous IV if it would not require type conversion.
1074               if (!RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1075                 IV = *II;
1076                 return SE->getIntegerSCEV(-1LL, Stride->getType());
1077               }
1078     }
1079   }
1080   return SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1081 }
1082
1083 /// PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue - Simple boolean predicate that
1084 /// returns true if Val's isUseOfPostIncrementedValue is true.
1085 static bool PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue(const BasedUser &Val) {
1086   return Val.isUseOfPostIncrementedValue;
1087 }
1088
1089 /// isNonConstantNegative - Return true if the specified scev is negated, but
1090 /// not a constant.
1091 static bool isNonConstantNegative(const SCEV *const &Expr) {
1092   const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Expr);
1093   if (!Mul) return false;
1094
1095   // If there is a constant factor, it will be first.
1096   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0));
1097   if (!SC) return false;
1098
1099   // Return true if the value is negative, this matches things like (-42 * V).
1100   return SC->getValue()->getValue().isNegative();
1101 }
1102
1103 /// CollectIVUsers - Transform our list of users and offsets to a bit more
1104 /// complex table. In this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base', the
1105 /// base of the strided accesses, as well as the old information from Uses. We
1106 /// progressively move information from the Base field to the Imm field, until
1107 /// we eventually have the full access expression to rewrite the use.
1108 const SCEV *LoopStrengthReduce::CollectIVUsers(const SCEV *const &Stride,
1109                                               IVUsersOfOneStride &Uses,
1110                                               Loop *L,
1111                                               bool &AllUsesAreAddresses,
1112                                               bool &AllUsesAreOutsideLoop,
1113                                        std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
1114   // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
1115   if (!Stride->isLoopInvariant(L))
1116     return SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1117
1118   UsersToProcess.reserve(Uses.Users.size());
1119   for (ilist<IVStrideUse>::iterator I = Uses.Users.begin(),
1120        E = Uses.Users.end(); I != E; ++I) {
1121     UsersToProcess.push_back(BasedUser(*I, SE));
1122
1123     // Move any loop variant operands from the offset field to the immediate
1124     // field of the use, so that we don't try to use something before it is
1125     // computed.
1126     MoveLoopVariantsToImmediateField(UsersToProcess.back().Base,
1127                                      UsersToProcess.back().Imm, L, SE);
1128     assert(UsersToProcess.back().Base->isLoopInvariant(L) &&
1129            "Base value is not loop invariant!");
1130   }
1131
1132   // We now have a whole bunch of uses of like-strided induction variables, but
1133   // they might all have different bases.  We want to emit one PHI node for this
1134   // stride which we fold as many common expressions (between the IVs) into as
1135   // possible.  Start by identifying the common expressions in the base values
1136   // for the strides (e.g. if we have "A+C+B" and "A+B+D" as our bases, find
1137   // "A+B"), emit it to the preheader, then remove the expression from the
1138   // UsersToProcess base values.
1139   const SCEV *CommonExprs =
1140     RemoveCommonExpressionsFromUseBases(UsersToProcess, SE, L, TLI);
1141
1142   // Next, figure out what we can represent in the immediate fields of
1143   // instructions.  If we can represent anything there, move it to the imm
1144   // fields of the BasedUsers.  We do this so that it increases the commonality
1145   // of the remaining uses.
1146   unsigned NumPHI = 0;
1147   bool HasAddress = false;
1148   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1149     // If the user is not in the current loop, this means it is using the exit
1150     // value of the IV.  Do not put anything in the base, make sure it's all in
1151     // the immediate field to allow as much factoring as possible.
1152     if (!L->contains(UsersToProcess[i].Inst->getParent())) {
1153       UsersToProcess[i].Imm = SE->getAddExpr(UsersToProcess[i].Imm,
1154                                              UsersToProcess[i].Base);
1155       UsersToProcess[i].Base =
1156         SE->getIntegerSCEV(0, UsersToProcess[i].Base->getType());
1157     } else {
1158       // Not all uses are outside the loop.
1159       AllUsesAreOutsideLoop = false;
1160
1161       // Addressing modes can be folded into loads and stores.  Be careful that
1162       // the store is through the expression, not of the expression though.
1163       bool isPHI = false;
1164       bool isAddress = isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
1165                                     UsersToProcess[i].OperandValToReplace);
1166       if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst)) {
1167         isPHI = true;
1168         ++NumPHI;
1169       }
1170
1171       if (isAddress)
1172         HasAddress = true;
1173
1174       // If this use isn't an address, then not all uses are addresses.
1175       if (!isAddress && !isPHI)
1176         AllUsesAreAddresses = false;
1177
1178       MoveImmediateValues(TLI, UsersToProcess[i].Inst, UsersToProcess[i].Base,
1179                           UsersToProcess[i].Imm, isAddress, L, SE);
1180     }
1181   }
1182
1183   // If one of the use is a PHI node and all other uses are addresses, still
1184   // allow iv reuse. Essentially we are trading one constant multiplication
1185   // for one fewer iv.
1186   if (NumPHI > 1)
1187     AllUsesAreAddresses = false;
1188
1189   // There are no in-loop address uses.
1190   if (AllUsesAreAddresses && (!HasAddress && !AllUsesAreOutsideLoop))
1191     AllUsesAreAddresses = false;
1192
1193   return CommonExprs;
1194 }
1195
1196 /// ShouldUseFullStrengthReductionMode - Test whether full strength-reduction
1197 /// is valid and profitable for the given set of users of a stride. In
1198 /// full strength-reduction mode, all addresses at the current stride are
1199 /// strength-reduced all the way down to pointer arithmetic.
1200 ///
1201 bool LoopStrengthReduce::ShouldUseFullStrengthReductionMode(
1202                                    const std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1203                                    const Loop *L,
1204                                    bool AllUsesAreAddresses,
1205                                    const SCEV *Stride) {
1206   if (!EnableFullLSRMode)
1207     return false;
1208
1209   // The heuristics below aim to avoid increasing register pressure, but
1210   // fully strength-reducing all the addresses increases the number of
1211   // add instructions, so don't do this when optimizing for size.
1212   // TODO: If the loop is large, the savings due to simpler addresses
1213   // may oughtweight the costs of the extra increment instructions.
1214   if (L->getHeader()->getParent()->hasFnAttr(Attribute::OptimizeForSize))
1215     return false;
1216
1217   // TODO: For now, don't do full strength reduction if there could
1218   // potentially be greater-stride multiples of the current stride
1219   // which could reuse the current stride IV.
1220   if (IU->StrideOrder.back() != Stride)
1221     return false;
1222
1223   // Iterate through the uses to find conditions that automatically rule out
1224   // full-lsr mode.
1225   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ) {
1226     const SCEV *Base = UsersToProcess[i].Base;
1227     const SCEV *Imm = UsersToProcess[i].Imm;
1228     // If any users have a loop-variant component, they can't be fully
1229     // strength-reduced.
1230     if (Imm && !Imm->isLoopInvariant(L))
1231       return false;
1232     // If there are to users with the same base and the difference between
1233     // the two Imm values can't be folded into the address, full
1234     // strength reduction would increase register pressure.
1235     do {
1236       const SCEV *CurImm = UsersToProcess[i].Imm;
1237       if ((CurImm || Imm) && CurImm != Imm) {
1238         if (!CurImm) CurImm = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1239         if (!Imm)       Imm = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1240         const Instruction *Inst = UsersToProcess[i].Inst;
1241         const Type *AccessTy = getAccessType(Inst);
1242         const SCEV *Diff = SE->getMinusSCEV(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1243         if (!Diff->isZero() &&
1244             (!AllUsesAreAddresses ||
1245              !fitsInAddressMode(Diff, AccessTy, TLI, /*HasBaseReg=*/true)))
1246           return false;
1247       }
1248     } while (++i != e && Base == UsersToProcess[i].Base);
1249   }
1250
1251   // If there's exactly one user in this stride, fully strength-reducing it
1252   // won't increase register pressure. If it's starting from a non-zero base,
1253   // it'll be simpler this way.
1254   if (UsersToProcess.size() == 1 && !UsersToProcess[0].Base->isZero())
1255     return true;
1256
1257   // Otherwise, if there are any users in this stride that don't require
1258   // a register for their base, full strength-reduction will increase
1259   // register pressure.
1260   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1261     if (UsersToProcess[i].Base->isZero())
1262       return false;
1263
1264   // Otherwise, go for it.
1265   return true;
1266 }
1267
1268 /// InsertAffinePhi Create and insert a PHI node for an induction variable
1269 /// with the specified start and step values in the specified loop.
1270 ///
1271 /// If NegateStride is true, the stride should be negated by using a
1272 /// subtract instead of an add.
1273 ///
1274 /// Return the created phi node.
1275 ///
1276 static PHINode *InsertAffinePhi(const SCEV *Start, const SCEV *Step,
1277                                 Instruction *IVIncInsertPt,
1278                                 const Loop *L,
1279                                 SCEVExpander &Rewriter) {
1280   assert(Start->isLoopInvariant(L) && "New PHI start is not loop invariant!");
1281   assert(Step->isLoopInvariant(L) && "New PHI stride is not loop invariant!");
1282
1283   BasicBlock *Header = L->getHeader();
1284   BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
1285   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1286   const Type *Ty = Start->getType();
1287   Ty = Rewriter.SE.getEffectiveSCEVType(Ty);
1288
1289   PHINode *PN = PHINode::Create(Ty, "lsr.iv", Header->begin());
1290   PN->addIncoming(Rewriter.expandCodeFor(Start, Ty, Preheader->getTerminator()),
1291                   Preheader);
1292
1293   // If the stride is negative, insert a sub instead of an add for the
1294   // increment.
1295   bool isNegative = isNonConstantNegative(Step);
1296   const SCEV *IncAmount = Step;
1297   if (isNegative)
1298     IncAmount = Rewriter.SE.getNegativeSCEV(Step);
1299
1300   // Insert an add instruction right before the terminator corresponding
1301   // to the back-edge or just before the only use. The location is determined
1302   // by the caller and passed in as IVIncInsertPt.
1303   Value *StepV = Rewriter.expandCodeFor(IncAmount, Ty,
1304                                         Preheader->getTerminator());
1305   Instruction *IncV;
1306   if (isNegative) {
1307     IncV = BinaryOperator::CreateSub(PN, StepV, "lsr.iv.next",
1308                                      IVIncInsertPt);
1309   } else {
1310     IncV = BinaryOperator::CreateAdd(PN, StepV, "lsr.iv.next",
1311                                      IVIncInsertPt);
1312   }
1313   if (!isa<ConstantInt>(StepV)) ++NumVariable;
1314
1315   PN->addIncoming(IncV, LatchBlock);
1316
1317   ++NumInserted;
1318   return PN;
1319 }
1320
1321 static void SortUsersToProcess(std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
1322   // We want to emit code for users inside the loop first.  To do this, we
1323   // rearrange BasedUser so that the entries at the end have
1324   // isUseOfPostIncrementedValue = false, because we pop off the end of the
1325   // vector (so we handle them first).
1326   std::partition(UsersToProcess.begin(), UsersToProcess.end(),
1327                  PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue);
1328
1329   // Sort this by base, so that things with the same base are handled
1330   // together.  By partitioning first and stable-sorting later, we are
1331   // guaranteed that within each base we will pop off users from within the
1332   // loop before users outside of the loop with a particular base.
1333   //
1334   // We would like to use stable_sort here, but we can't.  The problem is that
1335   // const SCEV *'s don't have a deterministic ordering w.r.t to each other, so
1336   // we don't have anything to do a '<' comparison on.  Because we think the
1337   // number of uses is small, do a horrible bubble sort which just relies on
1338   // ==.
1339   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1340     // Get a base value.
1341     const SCEV *Base = UsersToProcess[i].Base;
1342
1343     // Compact everything with this base to be consecutive with this one.
1344     for (unsigned j = i+1; j != e; ++j) {
1345       if (UsersToProcess[j].Base == Base) {
1346         std::swap(UsersToProcess[i+1], UsersToProcess[j]);
1347         ++i;
1348       }
1349     }
1350   }
1351 }
1352
1353 /// PrepareToStrengthReduceFully - Prepare to fully strength-reduce
1354 /// UsersToProcess, meaning lowering addresses all the way down to direct
1355 /// pointer arithmetic.
1356 ///
1357 void
1358 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceFully(
1359                                         std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1360                                         const SCEV *Stride,
1361                                         const SCEV *CommonExprs,
1362                                         const Loop *L,
1363                                         SCEVExpander &PreheaderRewriter) {
1364   DEBUG(errs() << "  Fully reducing all users\n");
1365
1366   // Rewrite the UsersToProcess records, creating a separate PHI for each
1367   // unique Base value.
1368   Instruction *IVIncInsertPt = L->getLoopLatch()->getTerminator();
1369   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ) {
1370     // TODO: The uses are grouped by base, but not sorted. We arbitrarily
1371     // pick the first Imm value here to start with, and adjust it for the
1372     // other uses.
1373     const SCEV *Imm = UsersToProcess[i].Imm;
1374     const SCEV *Base = UsersToProcess[i].Base;
1375     const SCEV *Start = SE->getAddExpr(CommonExprs, Base, Imm);
1376     PHINode *Phi = InsertAffinePhi(Start, Stride, IVIncInsertPt, L,
1377                                    PreheaderRewriter);
1378     // Loop over all the users with the same base.
1379     do {
1380       UsersToProcess[i].Base = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1381       UsersToProcess[i].Imm = SE->getMinusSCEV(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1382       UsersToProcess[i].Phi = Phi;
1383       assert(UsersToProcess[i].Imm->isLoopInvariant(L) &&
1384              "ShouldUseFullStrengthReductionMode should reject this!");
1385     } while (++i != e && Base == UsersToProcess[i].Base);
1386   }
1387 }
1388
1389 /// FindIVIncInsertPt - Return the location to insert the increment instruction.
1390 /// If the only use if a use of postinc value, (must be the loop termination
1391 /// condition), then insert it just before the use.
1392 static Instruction *FindIVIncInsertPt(std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1393                                       const Loop *L) {
1394   if (UsersToProcess.size() == 1 &&
1395       UsersToProcess[0].isUseOfPostIncrementedValue &&
1396       L->contains(UsersToProcess[0].Inst->getParent()))
1397     return UsersToProcess[0].Inst;
1398   return L->getLoopLatch()->getTerminator();
1399 }
1400
1401 /// PrepareToStrengthReduceWithNewPhi - Insert a new induction variable for the
1402 /// given users to share.
1403 ///
1404 void
1405 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(
1406                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1407                                          const SCEV *Stride,
1408                                          const SCEV *CommonExprs,
1409                                          Value *CommonBaseV,
1410                                          Instruction *IVIncInsertPt,
1411                                          const Loop *L,
1412                                          SCEVExpander &PreheaderRewriter) {
1413   DEBUG(errs() << "  Inserting new PHI:\n");
1414
1415   PHINode *Phi = InsertAffinePhi(SE->getUnknown(CommonBaseV),
1416                                  Stride, IVIncInsertPt, L,
1417                                  PreheaderRewriter);
1418
1419   // Remember this in case a later stride is multiple of this.
1420   IVsByStride[Stride].addIV(Stride, CommonExprs, Phi);
1421
1422   // All the users will share this new IV.
1423   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1424     UsersToProcess[i].Phi = Phi;
1425
1426   DEBUG(errs() << "    IV=");
1427   DEBUG(WriteAsOperand(errs(), Phi, /*PrintType=*/false));
1428   DEBUG(errs() << "\n");
1429 }
1430
1431 /// PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride - Prepare for the given users to
1432 /// reuse an induction variable with a stride that is a factor of the current
1433 /// induction variable.
1434 ///
1435 void
1436 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(
1437                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1438                                          Value *CommonBaseV,
1439                                          const IVExpr &ReuseIV,
1440                                          Instruction *PreInsertPt) {
1441   DEBUG(errs() << "  Rewriting in terms of existing IV of STRIDE "
1442                << *ReuseIV.Stride << " and BASE " << *ReuseIV.Base << "\n");
1443
1444   // All the users will share the reused IV.
1445   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1446     UsersToProcess[i].Phi = ReuseIV.PHI;
1447
1448   Constant *C = dyn_cast<Constant>(CommonBaseV);
1449   if (C &&
1450       (!C->isNullValue() &&
1451        !fitsInAddressMode(SE->getUnknown(CommonBaseV), CommonBaseV->getType(),
1452                          TLI, false)))
1453     // We want the common base emitted into the preheader! This is just
1454     // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1455     CommonBaseV = new BitCastInst(CommonBaseV, CommonBaseV->getType(),
1456                                   "commonbase", PreInsertPt);
1457 }
1458
1459 static bool IsImmFoldedIntoAddrMode(GlobalValue *GV, int64_t Offset,
1460                                     const Type *AccessTy,
1461                                    std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1462                                    const TargetLowering *TLI) {
1463   SmallVector<Instruction*, 16> AddrModeInsts;
1464   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1465     if (UsersToProcess[i].isUseOfPostIncrementedValue)
1466       continue;
1467     ExtAddrMode AddrMode =
1468       AddressingModeMatcher::Match(UsersToProcess[i].OperandValToReplace,
1469                                    AccessTy, UsersToProcess[i].Inst,
1470                                    AddrModeInsts, *TLI);
1471     if (GV && GV != AddrMode.BaseGV)
1472       return false;
1473     if (Offset && !AddrMode.BaseOffs)
1474       // FIXME: How to accurate check it's immediate offset is folded.
1475       return false;
1476     AddrModeInsts.clear();
1477   }
1478   return true;
1479 }
1480
1481 /// StrengthReduceIVUsersOfStride - Strength reduce all of the users of a single
1482 /// stride of IV.  All of the users may have different starting values, and this
1483 /// may not be the only stride.
1484 void
1485 LoopStrengthReduce::StrengthReduceIVUsersOfStride(const SCEV *const &Stride,
1486                                                   IVUsersOfOneStride &Uses,
1487                                                   Loop *L) {
1488   // If all the users are moved to another stride, then there is nothing to do.
1489   if (Uses.Users.empty())
1490     return;
1491
1492   // Keep track if every use in UsersToProcess is an address. If they all are,
1493   // we may be able to rewrite the entire collection of them in terms of a
1494   // smaller-stride IV.
1495   bool AllUsesAreAddresses = true;
1496
1497   // Keep track if every use of a single stride is outside the loop.  If so,
1498   // we want to be more aggressive about reusing a smaller-stride IV; a
1499   // multiply outside the loop is better than another IV inside.  Well, usually.
1500   bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
1501
1502   // Transform our list of users and offsets to a bit more complex table.  In
1503   // this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base' the base of the
1504   // strided accessas well as the old information from Uses.  We progressively
1505   // move information from the Base field to the Imm field, until we eventually
1506   // have the full access expression to rewrite the use.
1507   std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
1508   const SCEV *CommonExprs = CollectIVUsers(Stride, Uses, L, AllUsesAreAddresses,
1509                                            AllUsesAreOutsideLoop,
1510                                            UsersToProcess);
1511
1512   // Sort the UsersToProcess array so that users with common bases are
1513   // next to each other.
1514   SortUsersToProcess(UsersToProcess);
1515
1516   // If we managed to find some expressions in common, we'll need to carry
1517   // their value in a register and add it in for each use. This will take up
1518   // a register operand, which potentially restricts what stride values are
1519   // valid.
1520   bool HaveCommonExprs = !CommonExprs->isZero();
1521   const Type *ReplacedTy = CommonExprs->getType();
1522
1523   // If all uses are addresses, consider sinking the immediate part of the
1524   // common expression back into uses if they can fit in the immediate fields.
1525   if (TLI && HaveCommonExprs && AllUsesAreAddresses) {
1526     const SCEV *NewCommon = CommonExprs;
1527     const SCEV *Imm = SE->getIntegerSCEV(0, ReplacedTy);
1528     MoveImmediateValues(TLI, Type::getVoidTy(
1529                         L->getLoopPreheader()->getContext()),
1530                         NewCommon, Imm, true, L, SE);
1531     if (!Imm->isZero()) {
1532       bool DoSink = true;
1533
1534       // If the immediate part of the common expression is a GV, check if it's
1535       // possible to fold it into the target addressing mode.
1536       GlobalValue *GV = 0;
1537       if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(Imm))
1538         GV = dyn_cast<GlobalValue>(SU->getValue());
1539       int64_t Offset = 0;
1540       if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Imm))
1541         Offset = SC->getValue()->getSExtValue();
1542       if (GV || Offset)
1543         // Pass VoidTy as the AccessTy to be conservative, because
1544         // there could be multiple access types among all the uses.
1545         DoSink = IsImmFoldedIntoAddrMode(GV, Offset,
1546                           Type::getVoidTy(L->getLoopPreheader()->getContext()),
1547                                          UsersToProcess, TLI);
1548
1549       if (DoSink) {
1550         DEBUG(errs() << "  Sinking " << *Imm << " back down into uses\n");
1551         for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1552           UsersToProcess[i].Imm = SE->getAddExpr(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1553         CommonExprs = NewCommon;
1554         HaveCommonExprs = !CommonExprs->isZero();
1555         ++NumImmSunk;
1556       }
1557     }
1558   }
1559
1560   // Now that we know what we need to do, insert the PHI node itself.
1561   //
1562   DEBUG(errs() << "LSR: Examining IVs of TYPE " << *ReplacedTy << " of STRIDE "
1563                << *Stride << ":\n"
1564                << "  Common base: " << *CommonExprs << "\n");
1565
1566   SCEVExpander Rewriter(*SE);
1567   SCEVExpander PreheaderRewriter(*SE);
1568
1569   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
1570   Instruction *PreInsertPt = Preheader->getTerminator();
1571   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1572   Instruction *IVIncInsertPt = LatchBlock->getTerminator();
1573
1574   Value *CommonBaseV = Constant::getNullValue(ReplacedTy);
1575
1576   const SCEV *RewriteFactor = SE->getIntegerSCEV(0, ReplacedTy);
1577   IVExpr   ReuseIV(SE->getIntegerSCEV(0,
1578                                     Type::getInt32Ty(Preheader->getContext())),
1579                    SE->getIntegerSCEV(0,
1580                                     Type::getInt32Ty(Preheader->getContext())),
1581                    0);
1582
1583   // Choose a strength-reduction strategy and prepare for it by creating
1584   // the necessary PHIs and adjusting the bookkeeping.
1585   if (ShouldUseFullStrengthReductionMode(UsersToProcess, L,
1586                                          AllUsesAreAddresses, Stride)) {
1587     PrepareToStrengthReduceFully(UsersToProcess, Stride, CommonExprs, L,
1588                                  PreheaderRewriter);
1589   } else {
1590     // Emit the initial base value into the loop preheader.
1591     CommonBaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(CommonExprs, ReplacedTy,
1592                                                   PreInsertPt);
1593
1594     // If all uses are addresses, check if it is possible to reuse an IV.  The
1595     // new IV must have a stride that is a multiple of the old stride; the
1596     // multiple must be a number that can be encoded in the scale field of the
1597     // target addressing mode; and we must have a valid instruction after this
1598     // substitution, including the immediate field, if any.
1599     RewriteFactor = CheckForIVReuse(HaveCommonExprs, AllUsesAreAddresses,
1600                                     AllUsesAreOutsideLoop,
1601                                     Stride, ReuseIV, ReplacedTy,
1602                                     UsersToProcess);
1603     if (!RewriteFactor->isZero())
1604       PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(UsersToProcess, CommonBaseV,
1605                                                ReuseIV, PreInsertPt);
1606     else {
1607       IVIncInsertPt = FindIVIncInsertPt(UsersToProcess, L);
1608       PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(UsersToProcess, Stride, CommonExprs,
1609                                         CommonBaseV, IVIncInsertPt,
1610                                         L, PreheaderRewriter);
1611     }
1612   }
1613
1614   // Process all the users now, replacing their strided uses with
1615   // strength-reduced forms.  This outer loop handles all bases, the inner
1616   // loop handles all users of a particular base.
1617   while (!UsersToProcess.empty()) {
1618     const SCEV *Base = UsersToProcess.back().Base;
1619     Instruction *Inst = UsersToProcess.back().Inst;
1620
1621     // Emit the code for Base into the preheader.
1622     Value *BaseV = 0;
1623     if (!Base->isZero()) {
1624       BaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(Base, 0, PreInsertPt);
1625
1626       DEBUG(errs() << "  INSERTING code for BASE = " << *Base << ":");
1627       if (BaseV->hasName())
1628         DEBUG(errs() << " Result value name = %" << BaseV->getName());
1629       DEBUG(errs() << "\n");
1630
1631       // If BaseV is a non-zero constant, make sure that it gets inserted into
1632       // the preheader, instead of being forward substituted into the uses.  We
1633       // do this by forcing a BitCast (noop cast) to be inserted into the
1634       // preheader in this case.
1635       if (!fitsInAddressMode(Base, getAccessType(Inst), TLI, false) &&
1636           isa<Constant>(BaseV)) {
1637         // We want this constant emitted into the preheader! This is just
1638         // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1639         BaseV = new BitCastInst(BaseV, BaseV->getType(), "preheaderinsert",
1640                                 PreInsertPt);
1641       }
1642     }
1643
1644     // Emit the code to add the immediate offset to the Phi value, just before
1645     // the instructions that we identified as using this stride and base.
1646     do {
1647       // FIXME: Use emitted users to emit other users.
1648       BasedUser &User = UsersToProcess.back();
1649
1650       DEBUG(errs() << "    Examining ");
1651       if (User.isUseOfPostIncrementedValue)
1652         DEBUG(errs() << "postinc");
1653       else
1654         DEBUG(errs() << "preinc");
1655       DEBUG(errs() << " use ");
1656       DEBUG(WriteAsOperand(errs(), UsersToProcess.back().OperandValToReplace,
1657                            /*PrintType=*/false));
1658       DEBUG(errs() << " in Inst: " << *User.Inst);
1659
1660       // If this instruction wants to use the post-incremented value, move it
1661       // after the post-inc and use its value instead of the PHI.
1662       Value *RewriteOp = User.Phi;
1663       if (User.isUseOfPostIncrementedValue) {
1664         RewriteOp = User.Phi->getIncomingValueForBlock(LatchBlock);
1665         // If this user is in the loop, make sure it is the last thing in the
1666         // loop to ensure it is dominated by the increment. In case it's the
1667         // only use of the iv, the increment instruction is already before the
1668         // use.
1669         if (L->contains(User.Inst->getParent()) && User.Inst != IVIncInsertPt)
1670           User.Inst->moveBefore(IVIncInsertPt);
1671       }
1672
1673       const SCEV *RewriteExpr = SE->getUnknown(RewriteOp);
1674
1675       if (SE->getEffectiveSCEVType(RewriteOp->getType()) !=
1676           SE->getEffectiveSCEVType(ReplacedTy)) {
1677         assert(SE->getTypeSizeInBits(RewriteOp->getType()) >
1678                SE->getTypeSizeInBits(ReplacedTy) &&
1679                "Unexpected widening cast!");
1680         RewriteExpr = SE->getTruncateExpr(RewriteExpr, ReplacedTy);
1681       }
1682
1683       // If we had to insert new instructions for RewriteOp, we have to
1684       // consider that they may not have been able to end up immediately
1685       // next to RewriteOp, because non-PHI instructions may never precede
1686       // PHI instructions in a block. In this case, remember where the last
1687       // instruction was inserted so that if we're replacing a different
1688       // PHI node, we can use the later point to expand the final
1689       // RewriteExpr.
1690       Instruction *NewBasePt = dyn_cast<Instruction>(RewriteOp);
1691       if (RewriteOp == User.Phi) NewBasePt = 0;
1692
1693       // Clear the SCEVExpander's expression map so that we are guaranteed
1694       // to have the code emitted where we expect it.
1695       Rewriter.clear();
1696
1697       // If we are reusing the iv, then it must be multiplied by a constant
1698       // factor to take advantage of the addressing mode scale component.
1699       if (!RewriteFactor->isZero()) {
1700         // If we're reusing an IV with a nonzero base (currently this happens
1701         // only when all reuses are outside the loop) subtract that base here.
1702         // The base has been used to initialize the PHI node but we don't want
1703         // it here.
1704         if (!ReuseIV.Base->isZero()) {
1705           const SCEV *typedBase = ReuseIV.Base;
1706           if (SE->getEffectiveSCEVType(RewriteExpr->getType()) !=
1707               SE->getEffectiveSCEVType(ReuseIV.Base->getType())) {
1708             // It's possible the original IV is a larger type than the new IV,
1709             // in which case we have to truncate the Base.  We checked in
1710             // RequiresTypeConversion that this is valid.
1711             assert(SE->getTypeSizeInBits(RewriteExpr->getType()) <
1712                    SE->getTypeSizeInBits(ReuseIV.Base->getType()) &&
1713                    "Unexpected lengthening conversion!");
1714             typedBase = SE->getTruncateExpr(ReuseIV.Base,
1715                                             RewriteExpr->getType());
1716           }
1717           RewriteExpr = SE->getMinusSCEV(RewriteExpr, typedBase);
1718         }
1719
1720         // Multiply old variable, with base removed, by new scale factor.
1721         RewriteExpr = SE->getMulExpr(RewriteFactor,
1722                                      RewriteExpr);
1723
1724         // The common base is emitted in the loop preheader. But since we
1725         // are reusing an IV, it has not been used to initialize the PHI node.
1726         // Add it to the expression used to rewrite the uses.
1727         // When this use is outside the loop, we earlier subtracted the
1728         // common base, and are adding it back here.  Use the same expression
1729         // as before, rather than CommonBaseV, so DAGCombiner will zap it.
1730         if (!CommonExprs->isZero()) {
1731           if (L->contains(User.Inst->getParent()))
1732             RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr,
1733                                        SE->getUnknown(CommonBaseV));
1734           else
1735             RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, CommonExprs);
1736         }
1737       }
1738
1739       // Now that we know what we need to do, insert code before User for the
1740       // immediate and any loop-variant expressions.
1741       if (BaseV)
1742         // Add BaseV to the PHI value if needed.
1743         RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, SE->getUnknown(BaseV));
1744
1745       User.RewriteInstructionToUseNewBase(RewriteExpr, NewBasePt,
1746                                           Rewriter, L, this,
1747                                           DeadInsts, SE);
1748
1749       // Mark old value we replaced as possibly dead, so that it is eliminated
1750       // if we just replaced the last use of that value.
1751       DeadInsts.push_back(User.OperandValToReplace);
1752
1753       UsersToProcess.pop_back();
1754       ++NumReduced;
1755
1756       // If there are any more users to process with the same base, process them
1757       // now.  We sorted by base above, so we just have to check the last elt.
1758     } while (!UsersToProcess.empty() && UsersToProcess.back().Base == Base);
1759     // TODO: Next, find out which base index is the most common, pull it out.
1760   }
1761
1762   // IMPORTANT TODO: Figure out how to partition the IV's with this stride, but
1763   // different starting values, into different PHIs.
1764 }
1765
1766 void LoopStrengthReduce::StrengthReduceIVUsers(Loop *L) {
1767   // Note: this processes each stride/type pair individually.  All users
1768   // passed into StrengthReduceIVUsersOfStride have the same type AND stride.
1769   // Also, note that we iterate over IVUsesByStride indirectly by using
1770   // StrideOrder. This extra layer of indirection makes the ordering of
1771   // strides deterministic - not dependent on map order.
1772   for (unsigned Stride = 0, e = IU->StrideOrder.size(); Stride != e; ++Stride) {
1773     std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
1774       IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[Stride]);
1775     assert(SI != IU->IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1776     // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
1777     if (!SI->first->isLoopInvariant(L))
1778       continue;
1779     StrengthReduceIVUsersOfStride(SI->first, *SI->second, L);
1780   }
1781 }
1782
1783 /// FindIVUserForCond - If Cond has an operand that is an expression of an IV,
1784 /// set the IV user and stride information and return true, otherwise return
1785 /// false.
1786 bool LoopStrengthReduce::FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond,
1787                                            IVStrideUse *&CondUse,
1788                                            const SCEV* &CondStride) {
1789   for (unsigned Stride = 0, e = IU->StrideOrder.size();
1790        Stride != e && !CondUse; ++Stride) {
1791     std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
1792       IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[Stride]);
1793     assert(SI != IU->IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1794
1795     for (ilist<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second->Users.begin(),
1796          E = SI->second->Users.end(); UI != E; ++UI)
1797       if (UI->getUser() == Cond) {
1798         // NOTE: we could handle setcc instructions with multiple uses here, but
1799         // InstCombine does it as well for simple uses, it's not clear that it
1800         // occurs enough in real life to handle.
1801         CondUse = UI;
1802         CondStride = SI->first;
1803         return true;
1804       }
1805   }
1806   return false;
1807 }
1808
1809 namespace {
1810   // Constant strides come first which in turns are sorted by their absolute
1811   // values. If absolute values are the same, then positive strides comes first.
1812   // e.g.
1813   // 4, -1, X, 1, 2 ==> 1, -1, 2, 4, X
1814   struct StrideCompare {
1815     const ScalarEvolution *SE;
1816     explicit StrideCompare(const ScalarEvolution *se) : SE(se) {}
1817
1818     bool operator()(const SCEV *const &LHS, const SCEV *const &RHS) {
1819       const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS);
1820       const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS);
1821       if (LHSC && RHSC) {
1822         int64_t  LV = LHSC->getValue()->getSExtValue();
1823         int64_t  RV = RHSC->getValue()->getSExtValue();
1824         uint64_t ALV = (LV < 0) ? -LV : LV;
1825         uint64_t ARV = (RV < 0) ? -RV : RV;
1826         if (ALV == ARV) {
1827           if (LV != RV)
1828             return LV > RV;
1829         } else {
1830           return ALV < ARV;
1831         }
1832
1833         // If it's the same value but different type, sort by bit width so
1834         // that we emit larger induction variables before smaller
1835         // ones, letting the smaller be re-written in terms of larger ones.
1836         return SE->getTypeSizeInBits(RHS->getType()) <
1837                SE->getTypeSizeInBits(LHS->getType());
1838       }
1839       return LHSC && !RHSC;
1840     }
1841   };
1842 }
1843
1844 /// ChangeCompareStride - If a loop termination compare instruction is the
1845 /// only use of its stride, and the compaison is against a constant value,
1846 /// try eliminate the stride by moving the compare instruction to another
1847 /// stride and change its constant operand accordingly. e.g.
1848 ///
1849 /// loop:
1850 /// ...
1851 /// v1 = v1 + 3
1852 /// v2 = v2 + 1
1853 /// if (v2 < 10) goto loop
1854 /// =>
1855 /// loop:
1856 /// ...
1857 /// v1 = v1 + 3
1858 /// if (v1 < 30) goto loop
1859 ICmpInst *LoopStrengthReduce::ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
1860                                                   IVStrideUse* &CondUse,
1861                                                   const SCEV* &CondStride,
1862                                                   bool PostPass) {
1863   // If there's only one stride in the loop, there's nothing to do here.
1864   if (IU->StrideOrder.size() < 2)
1865     return Cond;
1866   // If there are other users of the condition's stride, don't bother
1867   // trying to change the condition because the stride will still
1868   // remain.
1869   std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator I =
1870     IU->IVUsesByStride.find(CondStride);
1871   if (I == IU->IVUsesByStride.end())
1872     return Cond;
1873   if (I->second->Users.size() > 1) {
1874     for (ilist<IVStrideUse>::iterator II = I->second->Users.begin(),
1875            EE = I->second->Users.end(); II != EE; ++II) {
1876       if (II->getUser() == Cond)
1877         continue;
1878       if (!isInstructionTriviallyDead(II->getUser()))
1879         return Cond;
1880     }
1881   }
1882   // Only handle constant strides for now.
1883   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(CondStride);
1884   if (!SC) return Cond;
1885
1886   ICmpInst::Predicate Predicate = Cond->getPredicate();
1887   int64_t CmpSSInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1888   unsigned BitWidth = SE->getTypeSizeInBits(CondStride->getType());
1889   uint64_t SignBit = 1ULL << (BitWidth-1);
1890   const Type *CmpTy = Cond->getOperand(0)->getType();
1891   const Type *NewCmpTy = NULL;
1892   unsigned TyBits = SE->getTypeSizeInBits(CmpTy);
1893   unsigned NewTyBits = 0;
1894   const SCEV *NewStride = NULL;
1895   Value *NewCmpLHS = NULL;
1896   Value *NewCmpRHS = NULL;
1897   int64_t Scale = 1;
1898   const SCEV *NewOffset = SE->getIntegerSCEV(0, CmpTy);
1899
1900   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Cond->getOperand(1))) {
1901     int64_t CmpVal = C->getValue().getSExtValue();
1902
1903     // Check the relevant induction variable for conformance to
1904     // the pattern.
1905     const SCEV *IV = SE->getSCEV(Cond->getOperand(0));
1906     const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
1907     if (!AR || !AR->isAffine())
1908       return Cond;
1909
1910     const SCEVConstant *StartC = dyn_cast<SCEVConstant>(AR->getStart());
1911     // Check stride constant and the comparision constant signs to detect
1912     // overflow.
1913     if (StartC) {
1914       if ((StartC->getValue()->getSExtValue() < CmpVal && CmpSSInt < 0) ||
1915           (StartC->getValue()->getSExtValue() > CmpVal && CmpSSInt > 0))
1916         return Cond;
1917     } else {
1918       // More restrictive check for the other cases.
1919       if ((CmpVal & SignBit) != (CmpSSInt & SignBit))
1920         return Cond;
1921     }
1922
1923     // Look for a suitable stride / iv as replacement.
1924     for (unsigned i = 0, e = IU->StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
1925       std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
1926         IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[i]);
1927       if (!isa<SCEVConstant>(SI->first) || SI->second->Users.empty())
1928         continue;
1929       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1930       if (SSInt == CmpSSInt ||
1931           abs64(SSInt) < abs64(CmpSSInt) ||
1932           (SSInt % CmpSSInt) != 0)
1933         continue;
1934
1935       Scale = SSInt / CmpSSInt;
1936       int64_t NewCmpVal = CmpVal * Scale;
1937
1938       // If old icmp value fits in icmp immediate field, but the new one doesn't
1939       // try something else.
1940       if (TLI &&
1941           TLI->isLegalICmpImmediate(CmpVal) &&
1942           !TLI->isLegalICmpImmediate(NewCmpVal))
1943         continue;
1944
1945       APInt Mul = APInt(BitWidth*2, CmpVal, true);
1946       Mul = Mul * APInt(BitWidth*2, Scale, true);
1947       // Check for overflow.
1948       if (!Mul.isSignedIntN(BitWidth))
1949         continue;
1950       // Check for overflow in the stride's type too.
1951       if (!Mul.isSignedIntN(SE->getTypeSizeInBits(SI->first->getType())))
1952         continue;
1953
1954       // Watch out for overflow.
1955       if (ICmpInst::isSigned(Predicate) &&
1956           (CmpVal & SignBit) != (NewCmpVal & SignBit))
1957         continue;
1958
1959       // Pick the best iv to use trying to avoid a cast.
1960       NewCmpLHS = NULL;
1961       for (ilist<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second->Users.begin(),
1962              E = SI->second->Users.end(); UI != E; ++UI) {
1963         Value *Op = UI->getOperandValToReplace();
1964
1965         // If the IVStrideUse implies a cast, check for an actual cast which
1966         // can be used to find the original IV expression.
1967         if (SE->getEffectiveSCEVType(Op->getType()) !=
1968             SE->getEffectiveSCEVType(SI->first->getType())) {
1969           CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(Op);
1970           // If it's not a simple cast, it's complicated.
1971           if (!CI)
1972             continue;
1973           // If it's a cast from a type other than the stride type,
1974           // it's complicated.
1975           if (CI->getOperand(0)->getType() != SI->first->getType())
1976             continue;
1977           // Ok, we found the IV expression in the stride's type.
1978           Op = CI->getOperand(0);
1979         }
1980
1981         NewCmpLHS = Op;
1982         if (NewCmpLHS->getType() == CmpTy)
1983           break;
1984       }
1985       if (!NewCmpLHS)
1986         continue;
1987
1988       NewCmpTy = NewCmpLHS->getType();
1989       NewTyBits = SE->getTypeSizeInBits(NewCmpTy);
1990       const Type *NewCmpIntTy = IntegerType::get(Cond->getContext(), NewTyBits);
1991       if (RequiresTypeConversion(NewCmpTy, CmpTy)) {
1992         // Check if it is possible to rewrite it using
1993         // an iv / stride of a smaller integer type.
1994         unsigned Bits = NewTyBits;
1995         if (ICmpInst::isSigned(Predicate))
1996           --Bits;
1997         uint64_t Mask = (1ULL << Bits) - 1;
1998         if (((uint64_t)NewCmpVal & Mask) != (uint64_t)NewCmpVal)
1999           continue;
2000       }
2001
2002       // Don't rewrite if use offset is non-constant and the new type is
2003       // of a different type.
2004       // FIXME: too conservative?
2005       if (NewTyBits != TyBits && !isa<SCEVConstant>(CondUse->getOffset()))
2006         continue;
2007
2008       if (!PostPass) {
2009         bool AllUsesAreAddresses = true;
2010         bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
2011         std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
2012         const SCEV *CommonExprs = CollectIVUsers(SI->first, *SI->second, L,
2013                                                  AllUsesAreAddresses,
2014                                                  AllUsesAreOutsideLoop,
2015                                                  UsersToProcess);
2016         // Avoid rewriting the compare instruction with an iv of new stride
2017         // if it's likely the new stride uses will be rewritten using the
2018         // stride of the compare instruction.
2019         if (AllUsesAreAddresses &&
2020             ValidScale(!CommonExprs->isZero(), Scale, UsersToProcess))
2021           continue;
2022       }
2023
2024       // Avoid rewriting the compare instruction with an iv which has
2025       // implicit extension or truncation built into it.
2026       // TODO: This is over-conservative.
2027       if (SE->getTypeSizeInBits(CondUse->getOffset()->getType()) != TyBits)
2028         continue;
2029
2030       // If scale is negative, use swapped predicate unless it's testing
2031       // for equality.
2032       if (Scale < 0 && !Cond->isEquality())
2033         Predicate = ICmpInst::getSwappedPredicate(Predicate);
2034
2035       NewStride = IU->StrideOrder[i];
2036       if (!isa<PointerType>(NewCmpTy))
2037         NewCmpRHS = ConstantInt::get(NewCmpTy, NewCmpVal);
2038       else {
2039         Constant *CI = ConstantInt::get(NewCmpIntTy, NewCmpVal);
2040         NewCmpRHS = ConstantExpr::getIntToPtr(CI, NewCmpTy);
2041       }
2042       NewOffset = TyBits == NewTyBits
2043         ? SE->getMulExpr(CondUse->getOffset(),
2044                          SE->getConstant(CmpTy, Scale))
2045         : SE->getConstant(NewCmpIntTy,
2046           cast<SCEVConstant>(CondUse->getOffset())->getValue()
2047             ->getSExtValue()*Scale);
2048       break;
2049     }
2050   }
2051
2052   // Forgo this transformation if it the increment happens to be
2053   // unfortunately positioned after the condition, and the condition
2054   // has multiple uses which prevent it from being moved immediately
2055   // before the branch. See
2056   // test/Transforms/LoopStrengthReduce/change-compare-stride-trickiness-*.ll
2057   // for an example of this situation.
2058   if (!Cond->hasOneUse()) {
2059     for (BasicBlock::iterator I = Cond, E = Cond->getParent()->end();
2060          I != E; ++I)
2061       if (I == NewCmpLHS)
2062         return Cond;
2063   }
2064
2065   if (NewCmpRHS) {
2066     // Create a new compare instruction using new stride / iv.
2067     ICmpInst *OldCond = Cond;
2068     // Insert new compare instruction.
2069     Cond = new ICmpInst(OldCond, Predicate, NewCmpLHS, NewCmpRHS,
2070                         L->getHeader()->getName() + ".termcond");
2071
2072     DEBUG(errs() << "    Change compare stride in Inst " << *OldCond);
2073     DEBUG(errs() << " to " << *Cond << '\n');
2074
2075     // Remove the old compare instruction. The old indvar is probably dead too.
2076     DeadInsts.push_back(CondUse->getOperandValToReplace());
2077     OldCond->replaceAllUsesWith(Cond);
2078     OldCond->eraseFromParent();
2079
2080     IU->IVUsesByStride[NewStride]->addUser(NewOffset, Cond, NewCmpLHS);
2081     CondUse = &IU->IVUsesByStride[NewStride]->Users.back();
2082     CondStride = NewStride;
2083     ++NumEliminated;
2084     Changed = true;
2085   }
2086
2087   return Cond;
2088 }
2089
2090 /// OptimizeMax - Rewrite the loop's terminating condition if it uses
2091 /// a max computation.
2092 ///
2093 /// This is a narrow solution to a specific, but acute, problem. For loops
2094 /// like this:
2095 ///
2096 ///   i = 0;
2097 ///   do {
2098 ///     p[i] = 0.0;
2099 ///   } while (++i < n);
2100 ///
2101 /// the trip count isn't just 'n', because 'n' might not be positive. And
2102 /// unfortunately this can come up even for loops where the user didn't use
2103 /// a C do-while loop. For example, seemingly well-behaved top-test loops
2104 /// will commonly be lowered like this:
2105 //
2106 ///   if (n > 0) {
2107 ///     i = 0;
2108 ///     do {
2109 ///       p[i] = 0.0;
2110 ///     } while (++i < n);
2111 ///   }
2112 ///
2113 /// and then it's possible for subsequent optimization to obscure the if
2114 /// test in such a way that indvars can't find it.
2115 ///
2116 /// When indvars can't find the if test in loops like this, it creates a
2117 /// max expression, which allows it to give the loop a canonical
2118 /// induction variable:
2119 ///
2120 ///   i = 0;
2121 ///   max = n < 1 ? 1 : n;
2122 ///   do {
2123 ///     p[i] = 0.0;
2124 ///   } while (++i != max);
2125 ///
2126 /// Canonical induction variables are necessary because the loop passes
2127 /// are designed around them. The most obvious example of this is the
2128 /// LoopInfo analysis, which doesn't remember trip count values. It
2129 /// expects to be able to rediscover the trip count each time it is
2130 /// needed, and it does this using a simple analyis that only succeeds if
2131 /// the loop has a canonical induction variable.
2132 ///
2133 /// However, when it comes time to generate code, the maximum operation
2134 /// can be quite costly, especially if it's inside of an outer loop.
2135 ///
2136 /// This function solves this problem by detecting this type of loop and
2137 /// rewriting their conditions from ICMP_NE back to ICMP_SLT, and deleting
2138 /// the instructions for the maximum computation.
2139 ///
2140 ICmpInst *LoopStrengthReduce::OptimizeMax(Loop *L, ICmpInst *Cond,
2141                                           IVStrideUse* &CondUse) {
2142   // Check that the loop matches the pattern we're looking for.
2143   if (Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_EQ &&
2144       Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_NE)
2145     return Cond;
2146
2147   SelectInst *Sel = dyn_cast<SelectInst>(Cond->getOperand(1));
2148   if (!Sel || !Sel->hasOneUse()) return Cond;
2149
2150   const SCEV *BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
2151   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
2152     return Cond;
2153   const SCEV *One = SE->getIntegerSCEV(1, BackedgeTakenCount->getType());
2154
2155   // Add one to the backedge-taken count to get the trip count.
2156   const SCEV *IterationCount = SE->getAddExpr(BackedgeTakenCount, One);
2157
2158   // Check for a max calculation that matches the pattern.
2159   if (!isa<SCEVSMaxExpr>(IterationCount) && !isa<SCEVUMaxExpr>(IterationCount))
2160     return Cond;
2161   const SCEVNAryExpr *Max = cast<SCEVNAryExpr>(IterationCount);
2162   if (Max != SE->getSCEV(Sel)) return Cond;
2163
2164   // To handle a max with more than two operands, this optimization would
2165   // require additional checking and setup.
2166   if (Max->getNumOperands() != 2)
2167     return Cond;
2168
2169   const SCEV *MaxLHS = Max->getOperand(0);
2170   const SCEV *MaxRHS = Max->getOperand(1);
2171   if (!MaxLHS || MaxLHS != One) return Cond;
2172
2173   // Check the relevant induction variable for conformance to
2174   // the pattern.
2175   const SCEV *IV = SE->getSCEV(Cond->getOperand(0));
2176   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
2177   if (!AR || !AR->isAffine() ||
2178       AR->getStart() != One ||
2179       AR->getStepRecurrence(*SE) != One)
2180     return Cond;
2181
2182   assert(AR->getLoop() == L &&
2183          "Loop condition operand is an addrec in a different loop!");
2184
2185   // Check the right operand of the select, and remember it, as it will
2186   // be used in the new comparison instruction.
2187   Value *NewRHS = 0;
2188   if (SE->getSCEV(Sel->getOperand(1)) == MaxRHS)
2189     NewRHS = Sel->getOperand(1);
2190   else if (SE->getSCEV(Sel->getOperand(2)) == MaxRHS)
2191     NewRHS = Sel->getOperand(2);
2192   if (!NewRHS) return Cond;
2193
2194   // Determine the new comparison opcode. It may be signed or unsigned,
2195   // and the original comparison may be either equality or inequality.
2196   CmpInst::Predicate Pred =
2197     isa<SCEVSMaxExpr>(Max) ? CmpInst::ICMP_SLT : CmpInst::ICMP_ULT;
2198   if (Cond->getPredicate() == CmpInst::ICMP_EQ)
2199     Pred = CmpInst::getInversePredicate(Pred);
2200
2201   // Ok, everything looks ok to change the condition into an SLT or SGE and
2202   // delete the max calculation.
2203   ICmpInst *NewCond =
2204     new ICmpInst(Cond, Pred, Cond->getOperand(0), NewRHS, "scmp");
2205
2206   // Delete the max calculation instructions.
2207   Cond->replaceAllUsesWith(NewCond);
2208   CondUse->setUser(NewCond);
2209   Instruction *Cmp = cast<Instruction>(Sel->getOperand(0));
2210   Cond->eraseFromParent();
2211   Sel->eraseFromParent();
2212   if (Cmp->use_empty())
2213     Cmp->eraseFromParent();
2214   return NewCond;
2215 }
2216
2217 /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
2218 /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
2219 void LoopStrengthReduce::OptimizeShadowIV(Loop *L) {
2220
2221   const SCEV *BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
2222   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
2223     return;
2224
2225   for (unsigned Stride = 0, e = IU->StrideOrder.size(); Stride != e;
2226        ++Stride) {
2227     std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
2228       IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[Stride]);
2229     assert(SI != IU->IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2230     if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
2231       continue;
2232
2233     for (ilist<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second->Users.begin(),
2234            E = SI->second->Users.end(); UI != E; /* empty */) {
2235       ilist<IVStrideUse>::iterator CandidateUI = UI;
2236       ++UI;
2237       Instruction *ShadowUse = CandidateUI->getUser();
2238       const Type *DestTy = NULL;
2239
2240       /* If shadow use is a int->float cast then insert a second IV
2241          to eliminate this cast.
2242
2243            for (unsigned i = 0; i < n; ++i)
2244              foo((double)i);
2245
2246          is transformed into
2247
2248            double d = 0.0;
2249            for (unsigned i = 0; i < n; ++i, ++d)
2250              foo(d);
2251       */
2252       if (UIToFPInst *UCast = dyn_cast<UIToFPInst>(CandidateUI->getUser()))
2253         DestTy = UCast->getDestTy();
2254       else if (SIToFPInst *SCast = dyn_cast<SIToFPInst>(CandidateUI->getUser()))
2255         DestTy = SCast->getDestTy();
2256       if (!DestTy) continue;
2257
2258       if (TLI) {
2259         // If target does not support DestTy natively then do not apply
2260         // this transformation.
2261         EVT DVT = TLI->getValueType(DestTy);
2262         if (!TLI->isTypeLegal(DVT)) continue;
2263       }
2264
2265       PHINode *PH = dyn_cast<PHINode>(ShadowUse->getOperand(0));
2266       if (!PH) continue;
2267       if (PH->getNumIncomingValues() != 2) continue;
2268
2269       const Type *SrcTy = PH->getType();
2270       int Mantissa = DestTy->getFPMantissaWidth();
2271       if (Mantissa == -1) continue;
2272       if ((int)SE->getTypeSizeInBits(SrcTy) > Mantissa)
2273         continue;
2274
2275       unsigned Entry, Latch;
2276       if (PH->getIncomingBlock(0) == L->getLoopPreheader()) {
2277         Entry = 0;
2278         Latch = 1;
2279       } else {
2280         Entry = 1;
2281         Latch = 0;
2282       }
2283
2284       ConstantInt *Init = dyn_cast<ConstantInt>(PH->getIncomingValue(Entry));
2285       if (!Init) continue;
2286       Constant *NewInit = ConstantFP::get(DestTy, Init->getZExtValue());
2287
2288       BinaryOperator *Incr =
2289         dyn_cast<BinaryOperator>(PH->getIncomingValue(Latch));
2290       if (!Incr) continue;
2291       if (Incr->getOpcode() != Instruction::Add
2292           && Incr->getOpcode() != Instruction::Sub)
2293         continue;
2294
2295       /* Initialize new IV, double d = 0.0 in above example. */
2296       ConstantInt *C = NULL;
2297       if (Incr->getOperand(0) == PH)
2298         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(1));
2299       else if (Incr->getOperand(1) == PH)
2300         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(0));
2301       else
2302         continue;
2303
2304       if (!C) continue;
2305
2306       // Ignore negative constants, as the code below doesn't handle them
2307       // correctly. TODO: Remove this restriction.
2308       if (!C->getValue().isStrictlyPositive()) continue;
2309
2310       /* Add new PHINode. */
2311       PHINode *NewPH = PHINode::Create(DestTy, "IV.S.", PH);
2312
2313       /* create new increment. '++d' in above example. */
2314       Constant *CFP = ConstantFP::get(DestTy, C->getZExtValue());
2315       BinaryOperator *NewIncr =
2316         BinaryOperator::Create(Incr->getOpcode() == Instruction::Add ?
2317                                  Instruction::FAdd : Instruction::FSub,
2318                                NewPH, CFP, "IV.S.next.", Incr);
2319
2320       NewPH->addIncoming(NewInit, PH->getIncomingBlock(Entry));
2321       NewPH->addIncoming(NewIncr, PH->getIncomingBlock(Latch));
2322
2323       /* Remove cast operation */
2324       ShadowUse->replaceAllUsesWith(NewPH);
2325       ShadowUse->eraseFromParent();
2326       NumShadow++;
2327       break;
2328     }
2329   }
2330 }
2331
2332 /// OptimizeIndvars - Now that IVUsesByStride is set up with all of the indvar
2333 /// uses in the loop, look to see if we can eliminate some, in favor of using
2334 /// common indvars for the different uses.
2335 void LoopStrengthReduce::OptimizeIndvars(Loop *L) {
2336   // TODO: implement optzns here.
2337
2338   OptimizeShadowIV(L);
2339 }
2340
2341 bool LoopStrengthReduce::StrideMightBeShared(const SCEV* Stride, Loop *L,
2342                                              bool CheckPreInc) {
2343   int64_t SInt = cast<SCEVConstant>(Stride)->getValue()->getSExtValue();
2344   for (unsigned i = 0, e = IU->StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
2345     std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
2346       IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[i]);
2347     const SCEV *Share = SI->first;
2348     if (!isa<SCEVConstant>(SI->first) || Share == Stride)
2349       continue;
2350     int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(Share)->getValue()->getSExtValue();
2351     if (SSInt == SInt)
2352       return true; // This can definitely be reused.
2353     if (unsigned(abs64(SSInt)) < SInt || (SSInt % SInt) != 0)
2354       continue;
2355     int64_t Scale = SSInt / SInt;
2356     bool AllUsesAreAddresses = true;
2357     bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
2358     std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
2359     const SCEV *CommonExprs = CollectIVUsers(SI->first, *SI->second, L,
2360                                              AllUsesAreAddresses,
2361                                              AllUsesAreOutsideLoop,
2362                                              UsersToProcess);
2363     if (AllUsesAreAddresses &&
2364         ValidScale(!CommonExprs->isZero(), Scale, UsersToProcess)) {
2365       if (!CheckPreInc)
2366         return true;
2367       // Any pre-inc iv use?
2368       IVUsersOfOneStride &StrideUses = *IU->IVUsesByStride[Share];
2369       for (ilist<IVStrideUse>::iterator I = StrideUses.Users.begin(),
2370              E = StrideUses.Users.end(); I != E; ++I) {
2371         if (!I->isUseOfPostIncrementedValue())
2372           return true;
2373       }
2374     }
2375   }
2376   return false;
2377 }
2378
2379 /// isUsedByExitBranch - Return true if icmp is used by a loop terminating
2380 /// conditional branch or it's and / or with other conditions before being used
2381 /// as the condition.
2382 static bool isUsedByExitBranch(ICmpInst *Cond, Loop *L) {
2383   BasicBlock *CondBB = Cond->getParent();
2384   if (!L->isLoopExiting(CondBB))
2385     return false;
2386   BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(CondBB->getTerminator());
2387   if (!TermBr || !TermBr->isConditional())
2388     return false;
2389
2390   Value *User = *Cond->use_begin();
2391   Instruction *UserInst = dyn_cast<Instruction>(User);
2392   while (UserInst &&
2393          (UserInst->getOpcode() == Instruction::And ||
2394           UserInst->getOpcode() == Instruction::Or)) {
2395     if (!UserInst->hasOneUse() || UserInst->getParent() != CondBB)
2396       return false;
2397     User = *User->use_begin();
2398     UserInst = dyn_cast<Instruction>(User);
2399   }
2400   return User == TermBr;
2401 }
2402
2403 static bool ShouldCountToZero(ICmpInst *Cond, IVStrideUse* &CondUse,
2404                               ScalarEvolution *SE, Loop *L,
2405                               const TargetLowering *TLI = 0) {
2406   if (!L->contains(Cond->getParent()))
2407     return false;
2408
2409   if (!isa<SCEVConstant>(CondUse->getOffset()))
2410     return false;
2411
2412   // Handle only tests for equality for the moment.
2413   if (!Cond->isEquality() || !Cond->hasOneUse())
2414     return false;
2415   if (!isUsedByExitBranch(Cond, L))
2416     return false;
2417
2418   Value *CondOp0 = Cond->getOperand(0);
2419   const SCEV *IV = SE->getSCEV(CondOp0);
2420   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
2421   if (!AR || !AR->isAffine())
2422     return false;
2423
2424   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(AR->getStepRecurrence(*SE));
2425   if (!SC || SC->getValue()->getSExtValue() < 0)
2426     // If it's already counting down, don't do anything.
2427     return false;
2428
2429   // If the RHS of the comparison is not an loop invariant, the rewrite
2430   // cannot be done. Also bail out if it's already comparing against a zero.
2431   // If we are checking this before cmp stride optimization, check if it's
2432   // comparing against a already legal immediate.
2433   Value *RHS = Cond->getOperand(1);
2434   ConstantInt *RHSC = dyn_cast<ConstantInt>(RHS);
2435   if (!L->isLoopInvariant(RHS) ||
2436       (RHSC && RHSC->isZero()) ||
2437       (RHSC && TLI && TLI->isLegalICmpImmediate(RHSC->getSExtValue())))
2438     return false;
2439
2440   // Make sure the IV is only used for counting.  Value may be preinc or
2441   // postinc; 2 uses in either case.
2442   if (!CondOp0->hasNUses(2))
2443     return false;
2444
2445   return true;
2446 }
2447
2448 /// OptimizeLoopTermCond - Change loop terminating condition to use the
2449 /// postinc iv when possible.
2450 void LoopStrengthReduce::OptimizeLoopTermCond(Loop *L) {
2451   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
2452   bool LatchExit = L->isLoopExiting(LatchBlock);
2453   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitingBlocks;
2454   L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
2455
2456   for (unsigned i = 0, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i) {
2457     BasicBlock *ExitingBlock = ExitingBlocks[i];
2458
2459     // Finally, get the terminating condition for the loop if possible.  If we
2460     // can, we want to change it to use a post-incremented version of its
2461     // induction variable, to allow coalescing the live ranges for the IV into
2462     // one register value.
2463
2464     BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
2465     if (!TermBr)
2466       continue;
2467     // FIXME: Overly conservative, termination condition could be an 'or' etc..
2468     if (TermBr->isUnconditional() || !isa<ICmpInst>(TermBr->getCondition()))
2469       continue;
2470
2471     // Search IVUsesByStride to find Cond's IVUse if there is one.
2472     IVStrideUse *CondUse = 0;
2473     const SCEV *CondStride = 0;
2474     ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(TermBr->getCondition());
2475     if (!FindIVUserForCond(Cond, CondUse, CondStride))
2476       continue;
2477
2478     // If the latch block is exiting and it's not a single block loop, it's
2479     // not safe to use postinc iv in other exiting blocks. FIXME: overly
2480     // conservative? How about icmp stride optimization?
2481     bool UsePostInc =  !(e > 1 && LatchExit && ExitingBlock != LatchBlock);
2482     if (UsePostInc && ExitingBlock != LatchBlock) {
2483       if (!Cond->hasOneUse())
2484         // See below, we don't want the condition to be cloned.
2485         UsePostInc = false;
2486       else {
2487         // If exiting block is the latch block, we know it's safe and profitable
2488         // to transform the icmp to use post-inc iv. Otherwise do so only if it
2489         // would not reuse another iv and its iv would be reused by other uses.
2490         // We are optimizing for the case where the icmp is the only use of the
2491         // iv.
2492         IVUsersOfOneStride &StrideUses = *IU->IVUsesByStride[CondStride];
2493         for (ilist<IVStrideUse>::iterator I = StrideUses.Users.begin(),
2494                E = StrideUses.Users.end(); I != E; ++I) {
2495           if (I->getUser() == Cond)
2496             continue;
2497           if (!I->isUseOfPostIncrementedValue()) {
2498             UsePostInc = false;
2499             break;
2500           }
2501         }
2502       }
2503
2504       // If iv for the stride might be shared and any of the users use pre-inc
2505       // iv might be used, then it's not safe to use post-inc iv.
2506       if (UsePostInc &&
2507           isa<SCEVConstant>(CondStride) &&
2508           StrideMightBeShared(CondStride, L, true))
2509         UsePostInc = false;
2510     }
2511
2512     // If the trip count is computed in terms of a max (due to ScalarEvolution
2513     // being unable to find a sufficient guard, for example), change the loop
2514     // comparison to use SLT or ULT instead of NE.
2515     Cond = OptimizeMax(L, Cond, CondUse);
2516
2517     // If possible, change stride and operands of the compare instruction to
2518     // eliminate one stride. However, avoid rewriting the compare instruction
2519     // with an iv of new stride if it's likely the new stride uses will be
2520     // rewritten using the stride of the compare instruction.
2521     if (ExitingBlock == LatchBlock && isa<SCEVConstant>(CondStride)) {
2522       // If the condition stride is a constant and it's the only use, we might
2523       // want to optimize it first by turning it to count toward zero.
2524       if (!StrideMightBeShared(CondStride, L, false) &&
2525           !ShouldCountToZero(Cond, CondUse, SE, L, TLI))
2526         Cond = ChangeCompareStride(L, Cond, CondUse, CondStride);
2527     }
2528
2529     if (!UsePostInc)
2530       continue;
2531
2532     DEBUG(errs() << "  Change loop exiting icmp to use postinc iv: "
2533           << *Cond << '\n');
2534
2535     // It's possible for the setcc instruction to be anywhere in the loop, and
2536     // possible for it to have multiple users.  If it is not immediately before
2537     // the exiting block branch, move it.
2538     if (&*++BasicBlock::iterator(Cond) != (Instruction*)TermBr) {
2539       if (Cond->hasOneUse()) {   // Condition has a single use, just move it.
2540         Cond->moveBefore(TermBr);
2541       } else {
2542         // Otherwise, clone the terminating condition and insert into the
2543         // loopend.
2544         Cond = cast<ICmpInst>(Cond->clone());
2545         Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
2546         ExitingBlock->getInstList().insert(TermBr, Cond);
2547
2548         // Clone the IVUse, as the old use still exists!
2549         IU->IVUsesByStride[CondStride]->addUser(CondUse->getOffset(), Cond,
2550                                              CondUse->getOperandValToReplace());
2551         CondUse = &IU->IVUsesByStride[CondStride]->Users.back();
2552       }
2553     }
2554
2555     // If we get to here, we know that we can transform the setcc instruction to
2556     // use the post-incremented version of the IV, allowing us to coalesce the
2557     // live ranges for the IV correctly.
2558     CondUse->setOffset(SE->getMinusSCEV(CondUse->getOffset(), CondStride));
2559     CondUse->setIsUseOfPostIncrementedValue(true);
2560     Changed = true;
2561
2562     ++NumLoopCond;
2563   }
2564 }
2565
2566 bool LoopStrengthReduce::OptimizeLoopCountIVOfStride(const SCEV* &Stride,
2567                                                      IVStrideUse* &CondUse,
2568                                                      Loop *L) {
2569   // If the only use is an icmp of a loop exiting conditional branch, then
2570   // attempt the optimization.
2571   BasedUser User = BasedUser(*CondUse, SE);
2572   assert(isa<ICmpInst>(User.Inst) && "Expecting an ICMPInst!");
2573   ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(User.Inst);
2574
2575   // Less strict check now that compare stride optimization is done.
2576   if (!ShouldCountToZero(Cond, CondUse, SE, L))
2577     return false;
2578
2579   Value *CondOp0 = Cond->getOperand(0);
2580   PHINode *PHIExpr = dyn_cast<PHINode>(CondOp0);
2581   Instruction *Incr;
2582   if (!PHIExpr) {
2583     // Value tested is postinc. Find the phi node.
2584     Incr = dyn_cast<BinaryOperator>(CondOp0);
2585     // FIXME: Just use User.OperandValToReplace here?
2586     if (!Incr || Incr->getOpcode() != Instruction::Add)
2587       return false;
2588
2589     PHIExpr = dyn_cast<PHINode>(Incr->getOperand(0));
2590     if (!PHIExpr)
2591       return false;
2592     // 1 use for preinc value, the increment.
2593     if (!PHIExpr->hasOneUse())
2594       return false;
2595   } else {
2596     assert(isa<PHINode>(CondOp0) &&
2597            "Unexpected loop exiting counting instruction sequence!");
2598     PHIExpr = cast<PHINode>(CondOp0);
2599     // Value tested is preinc.  Find the increment.
2600     // A CmpInst is not a BinaryOperator; we depend on this.
2601     Instruction::use_iterator UI = PHIExpr->use_begin();
2602     Incr = dyn_cast<BinaryOperator>(UI);
2603     if (!Incr)
2604       Incr = dyn_cast<BinaryOperator>(++UI);
2605     // One use for postinc value, the phi.  Unnecessarily conservative?
2606     if (!Incr || !Incr->hasOneUse() || Incr->getOpcode() != Instruction::Add)
2607       return false;
2608   }
2609
2610   // Replace the increment with a decrement.
2611   DEBUG(errs() << "LSR: Examining use ");
2612   DEBUG(WriteAsOperand(errs(), CondOp0, /*PrintType=*/false));
2613   DEBUG(errs() << " in Inst: " << *Cond << '\n');
2614   BinaryOperator *Decr =  BinaryOperator::Create(Instruction::Sub,
2615                          Incr->getOperand(0), Incr->getOperand(1), "tmp", Incr);
2616   Incr->replaceAllUsesWith(Decr);
2617   Incr->eraseFromParent();
2618
2619   // Substitute endval-startval for the original startval, and 0 for the
2620   // original endval.  Since we're only testing for equality this is OK even
2621   // if the computation wraps around.
2622   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
2623   Instruction *PreInsertPt = Preheader->getTerminator();
2624   unsigned InBlock = L->contains(PHIExpr->getIncomingBlock(0)) ? 1 : 0;
2625   Value *StartVal = PHIExpr->getIncomingValue(InBlock);
2626   Value *EndVal = Cond->getOperand(1);
2627   DEBUG(errs() << "    Optimize loop counting iv to count down ["
2628         << *EndVal << " .. " << *StartVal << "]\n");
2629
2630   // FIXME: check for case where both are constant.
2631   Constant* Zero = ConstantInt::get(Cond->getOperand(1)->getType(), 0);
2632   BinaryOperator *NewStartVal = BinaryOperator::Create(Instruction::Sub,
2633                                           EndVal, StartVal, "tmp", PreInsertPt);
2634   PHIExpr->setIncomingValue(InBlock, NewStartVal);
2635   Cond->setOperand(1, Zero);
2636   DEBUG(errs() << "    New icmp: " << *Cond << "\n");
2637
2638   int64_t SInt = cast<SCEVConstant>(Stride)->getValue()->getSExtValue();
2639   const SCEV *NewStride = 0;
2640   bool Found = false;
2641   for (unsigned i = 0, e = IU->StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
2642     const SCEV *OldStride = IU->StrideOrder[i];
2643     if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(OldStride))
2644       if (SC->getValue()->getSExtValue() == -SInt) {
2645         Found = true;
2646         NewStride = OldStride;
2647         break;
2648       }
2649   }
2650
2651   if (!Found)
2652     NewStride = SE->getIntegerSCEV(-SInt, Stride->getType());
2653   IU->AddUser(NewStride, CondUse->getOffset(), Cond, Cond->getOperand(0));
2654   IU->IVUsesByStride[Stride]->removeUser(CondUse);
2655
2656   CondUse = &IU->IVUsesByStride[NewStride]->Users.back();
2657   Stride = NewStride;
2658
2659   ++NumCountZero;
2660
2661   return true;
2662 }
2663
2664 /// OptimizeLoopCountIV - If, after all sharing of IVs, the IV used for deciding
2665 /// when to exit the loop is used only for that purpose, try to rearrange things
2666 /// so it counts down to a test against zero.
2667 bool LoopStrengthReduce::OptimizeLoopCountIV(Loop *L) {
2668   bool ThisChanged = false;
2669   for (unsigned i = 0, e = IU->StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
2670     const SCEV *Stride = IU->StrideOrder[i];
2671     std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
2672       IU->IVUsesByStride.find(Stride);
2673     assert(SI != IU->IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2674     // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
2675     if (!SI->first->isLoopInvariant(L))
2676       continue;
2677     // If stride is a constant and it has an icmpinst use, check if we can
2678     // optimize the loop to count down.
2679     if (isa<SCEVConstant>(Stride) && SI->second->Users.size() == 1) {
2680       Instruction *User = SI->second->Users.begin()->getUser();
2681       if (!isa<ICmpInst>(User))
2682         continue;
2683       const SCEV *CondStride = Stride;
2684       IVStrideUse *Use = &*SI->second->Users.begin();
2685       if (!OptimizeLoopCountIVOfStride(CondStride, Use, L))
2686         continue;
2687       ThisChanged = true;
2688
2689       // Now check if it's possible to reuse this iv for other stride uses.
2690       for (unsigned j = 0, ee = IU->StrideOrder.size(); j != ee; ++j) {
2691         const SCEV *SStride = IU->StrideOrder[j];
2692         if (SStride == CondStride)
2693           continue;
2694         std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator SII =
2695           IU->IVUsesByStride.find(SStride);
2696         assert(SII != IU->IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2697         // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
2698         if (!SII->first->isLoopInvariant(L))
2699           continue;
2700         // FIXME: Rewrite other stride using CondStride.
2701       }
2702     }
2703   }
2704
2705   Changed |= ThisChanged;
2706   return ThisChanged;
2707 }
2708
2709 bool LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
2710   IU = &getAnalysis<IVUsers>();
2711   SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
2712   Changed = false;
2713
2714   // If LoopSimplify form is not available, stay out of trouble.
2715   if (!L->getLoopPreheader() || !L->getLoopLatch())
2716     return false;
2717
2718   if (!IU->IVUsesByStride.empty()) {
2719     DEBUG(errs() << "\nLSR on \"" << L->getHeader()->getParent()->getName()
2720           << "\" ";
2721           L->dump());
2722
2723     // Sort the StrideOrder so we process larger strides first.
2724     std::stable_sort(IU->StrideOrder.begin(), IU->StrideOrder.end(),
2725                      StrideCompare(SE));
2726
2727     // Optimize induction variables.  Some indvar uses can be transformed to use
2728     // strides that will be needed for other purposes.  A common example of this
2729     // is the exit test for the loop, which can often be rewritten to use the
2730     // computation of some other indvar to decide when to terminate the loop.
2731     OptimizeIndvars(L);
2732
2733     // Change loop terminating condition to use the postinc iv when possible
2734     // and optimize loop terminating compare. FIXME: Move this after
2735     // StrengthReduceIVUsersOfStride?
2736     OptimizeLoopTermCond(L);
2737
2738     // FIXME: We can shrink overlarge IV's here.  e.g. if the code has
2739     // computation in i64 values and the target doesn't support i64, demote
2740     // the computation to 32-bit if safe.
2741
2742     // FIXME: Attempt to reuse values across multiple IV's.  In particular, we
2743     // could have something like "for(i) { foo(i*8); bar(i*16) }", which should
2744     // be codegened as "for (j = 0;; j+=8) { foo(j); bar(j+j); }" on X86/PPC.
2745     // Need to be careful that IV's are all the same type.  Only works for
2746     // intptr_t indvars.
2747
2748     // IVsByStride keeps IVs for one particular loop.
2749     assert(IVsByStride.empty() && "Stale entries in IVsByStride?");
2750
2751     StrengthReduceIVUsers(L);
2752
2753     // After all sharing is done, see if we can adjust the loop to test against
2754     // zero instead of counting up to a maximum.  This is usually faster.
2755     OptimizeLoopCountIV(L);
2756
2757     // We're done analyzing this loop; release all the state we built up for it.
2758     IVsByStride.clear();
2759
2760     // Clean up after ourselves
2761     if (!DeadInsts.empty())
2762       DeleteTriviallyDeadInstructions();
2763   }
2764
2765   // At this point, it is worth checking to see if any recurrence PHIs are also
2766   // dead, so that we can remove them as well.
2767   DeleteDeadPHIs(L->getHeader());
2768
2769   return Changed;
2770 }