grammar
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / LoopStrengthReduce.cpp
1 //===- LoopStrengthReduce.cpp - Strength Reduce IVs in Loops --------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This transformation analyzes and transforms the induction variables (and
11 // computations derived from them) into forms suitable for efficient execution
12 // on the target.
13 //
14 // This pass performs a strength reduction on array references inside loops that
15 // have as one or more of their components the loop induction variable, it
16 // rewrites expressions to take advantage of scaled-index addressing modes
17 // available on the target, and it performs a variety of other optimizations
18 // related to loop induction variables.
19 //
20 //===----------------------------------------------------------------------===//
21
22 #define DEBUG_TYPE "loop-reduce"
23 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
24 #include "llvm/Constants.h"
25 #include "llvm/Instructions.h"
26 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
27 #include "llvm/Type.h"
28 #include "llvm/DerivedTypes.h"
29 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
30 #include "llvm/Analysis/IVUsers.h"
31 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
32 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
33 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
34 #include "llvm/Transforms/Utils/AddrModeMatcher.h"
35 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
36 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
37 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
38 #include "llvm/Support/CFG.h"
39 #include "llvm/Support/Debug.h"
40 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
41 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
42 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
43 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
44 #include <algorithm>
45 using namespace llvm;
46
47 STATISTIC(NumReduced ,    "Number of IV uses strength reduced");
48 STATISTIC(NumInserted,    "Number of PHIs inserted");
49 STATISTIC(NumVariable,    "Number of PHIs with variable strides");
50 STATISTIC(NumEliminated,  "Number of strides eliminated");
51 STATISTIC(NumShadow,      "Number of Shadow IVs optimized");
52 STATISTIC(NumImmSunk,     "Number of common expr immediates sunk into uses");
53 STATISTIC(NumLoopCond,    "Number of loop terminating conds optimized");
54 STATISTIC(NumCountZero,   "Number of count iv optimized to count toward zero");
55
56 static cl::opt<bool> EnableFullLSRMode("enable-full-lsr",
57                                        cl::init(false),
58                                        cl::Hidden);
59
60 namespace {
61
62   struct BasedUser;
63
64   /// IVInfo - This structure keeps track of one IV expression inserted during
65   /// StrengthReduceStridedIVUsers. It contains the stride, the common base, as
66   /// well as the PHI node and increment value created for rewrite.
67   struct IVExpr {
68     const SCEV *Stride;
69     const SCEV *Base;
70     PHINode    *PHI;
71
72     IVExpr(const SCEV *const stride, const SCEV *const base, PHINode *phi)
73       : Stride(stride), Base(base), PHI(phi) {}
74   };
75
76   /// IVsOfOneStride - This structure keeps track of all IV expression inserted
77   /// during StrengthReduceStridedIVUsers for a particular stride of the IV.
78   struct IVsOfOneStride {
79     std::vector<IVExpr> IVs;
80
81     void addIV(const SCEV *const Stride, const SCEV *const Base, PHINode *PHI) {
82       IVs.push_back(IVExpr(Stride, Base, PHI));
83     }
84   };
85
86   class LoopStrengthReduce : public LoopPass {
87     IVUsers *IU;
88     LoopInfo *LI;
89     DominatorTree *DT;
90     ScalarEvolution *SE;
91     bool Changed;
92
93     /// IVsByStride - Keep track of all IVs that have been inserted for a
94     /// particular stride.
95     std::map<const SCEV *, IVsOfOneStride> IVsByStride;
96
97     /// StrideNoReuse - Keep track of all the strides whose ivs cannot be
98     /// reused (nor should they be rewritten to reuse other strides).
99     SmallSet<const SCEV *, 4> StrideNoReuse;
100
101     /// DeadInsts - Keep track of instructions we may have made dead, so that
102     /// we can remove them after we are done working.
103     SmallVector<WeakVH, 16> DeadInsts;
104
105     /// TLI - Keep a pointer of a TargetLowering to consult for determining
106     /// transformation profitability.
107     const TargetLowering *TLI;
108
109   public:
110     static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
111     explicit LoopStrengthReduce(const TargetLowering *tli = NULL) :
112       LoopPass(&ID), TLI(tli) {
113     }
114
115     bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
116
117     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
118       // We split critical edges, so we change the CFG.  However, we do update
119       // many analyses if they are around.
120       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
121       AU.addPreserved<LoopInfo>();
122       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
123       AU.addPreserved<DominatorTree>();
124
125       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
126       AU.addRequired<LoopInfo>();
127       AU.addRequired<DominatorTree>();
128       AU.addRequired<ScalarEvolution>();
129       AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
130       AU.addRequired<IVUsers>();
131       AU.addPreserved<IVUsers>();
132     }
133
134   private:
135     void OptimizeIndvars(Loop *L);
136
137     /// OptimizeLoopTermCond - Change loop terminating condition to use the
138     /// postinc iv when possible.
139     void OptimizeLoopTermCond(Loop *L);
140
141     /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
142     /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
143     void OptimizeShadowIV(Loop *L);
144
145     /// OptimizeMax - Rewrite the loop's terminating condition
146     /// if it uses a max computation.
147     ICmpInst *OptimizeMax(Loop *L, ICmpInst *Cond,
148                           IVStrideUse* &CondUse);
149
150     /// OptimizeLoopCountIV - If, after all sharing of IVs, the IV used for
151     /// deciding when to exit the loop is used only for that purpose, try to
152     /// rearrange things so it counts down to a test against zero.
153     bool OptimizeLoopCountIV(Loop *L);
154     bool OptimizeLoopCountIVOfStride(const SCEV* &Stride,
155                                      IVStrideUse* &CondUse, Loop *L);
156
157     /// StrengthReduceIVUsersOfStride - Strength reduce all of the users of a
158     /// single stride of IV.  All of the users may have different starting
159     /// values, and this may not be the only stride.
160     void StrengthReduceIVUsersOfStride(const SCEV *const &Stride,
161                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
162                                       Loop *L);
163     void StrengthReduceIVUsers(Loop *L);
164
165     ICmpInst *ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
166                                   IVStrideUse* &CondUse,
167                                   const SCEV* &CondStride,
168                                   bool PostPass = false);
169
170     bool FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
171                            const SCEV* &CondStride);
172     bool RequiresTypeConversion(const Type *Ty, const Type *NewTy);
173     const SCEV *CheckForIVReuse(bool, bool, bool, const SCEV *const&,
174                              IVExpr&, const Type*,
175                              const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
176     bool ValidScale(bool, int64_t,
177                     const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
178     bool ValidOffset(bool, int64_t, int64_t,
179                      const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
180     const SCEV *CollectIVUsers(const SCEV *const &Stride,
181                               IVUsersOfOneStride &Uses,
182                               Loop *L,
183                               bool &AllUsesAreAddresses,
184                               bool &AllUsesAreOutsideLoop,
185                               std::vector<BasedUser> &UsersToProcess);
186     bool StrideMightBeShared(const SCEV *Stride, Loop *L, bool CheckPreInc);
187     bool ShouldUseFullStrengthReductionMode(
188                                 const std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
189                                 const Loop *L,
190                                 bool AllUsesAreAddresses,
191                                 const SCEV *Stride);
192     void PrepareToStrengthReduceFully(
193                              std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
194                              const SCEV *Stride,
195                              const SCEV *CommonExprs,
196                              const Loop *L,
197                              SCEVExpander &PreheaderRewriter);
198     void PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(
199                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
200                                          Value *CommonBaseV,
201                                          const IVExpr &ReuseIV,
202                                          Instruction *PreInsertPt);
203     void PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(
204                                   std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
205                                   const SCEV *Stride,
206                                   const SCEV *CommonExprs,
207                                   Value *CommonBaseV,
208                                   Instruction *IVIncInsertPt,
209                                   const Loop *L,
210                                   SCEVExpander &PreheaderRewriter);
211
212     void DeleteTriviallyDeadInstructions();
213   };
214 }
215
216 char LoopStrengthReduce::ID = 0;
217 static RegisterPass<LoopStrengthReduce>
218 X("loop-reduce", "Loop Strength Reduction");
219
220 Pass *llvm::createLoopStrengthReducePass(const TargetLowering *TLI) {
221   return new LoopStrengthReduce(TLI);
222 }
223
224 /// DeleteTriviallyDeadInstructions - If any of the instructions is the
225 /// specified set are trivially dead, delete them and see if this makes any of
226 /// their operands subsequently dead.
227 void LoopStrengthReduce::DeleteTriviallyDeadInstructions() {
228   if (DeadInsts.empty()) return;
229
230   while (!DeadInsts.empty()) {
231     Instruction *I = dyn_cast_or_null<Instruction>(DeadInsts.back());
232     DeadInsts.pop_back();
233
234     if (I == 0 || !isInstructionTriviallyDead(I))
235       continue;
236
237     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI) {
238       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
239         *OI = 0;
240         if (U->use_empty())
241           DeadInsts.push_back(U);
242       }
243     }
244
245     I->eraseFromParent();
246     Changed = true;
247   }
248 }
249
250 /// containsAddRecFromDifferentLoop - Determine whether expression S involves a
251 /// subexpression that is an AddRec from a loop other than L.  An outer loop
252 /// of L is OK, but not an inner loop nor a disjoint loop.
253 static bool containsAddRecFromDifferentLoop(const SCEV *S, Loop *L) {
254   // This is very common, put it first.
255   if (isa<SCEVConstant>(S))
256     return false;
257   if (const SCEVCommutativeExpr *AE = dyn_cast<SCEVCommutativeExpr>(S)) {
258     for (unsigned int i=0; i< AE->getNumOperands(); i++)
259       if (containsAddRecFromDifferentLoop(AE->getOperand(i), L))
260         return true;
261     return false;
262   }
263   if (const SCEVAddRecExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
264     if (const Loop *newLoop = AE->getLoop()) {
265       if (newLoop == L)
266         return false;
267       // if newLoop is an outer loop of L, this is OK.
268       if (!LoopInfo::isNotAlreadyContainedIn(L, newLoop))
269         return false;
270     }
271     return true;
272   }
273   if (const SCEVUDivExpr *DE = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S))
274     return containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getLHS(), L) ||
275            containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getRHS(), L);
276 #if 0
277   // SCEVSDivExpr has been backed out temporarily, but will be back; we'll
278   // need this when it is.
279   if (const SCEVSDivExpr *DE = dyn_cast<SCEVSDivExpr>(S))
280     return containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getLHS(), L) ||
281            containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getRHS(), L);
282 #endif
283   if (const SCEVCastExpr *CE = dyn_cast<SCEVCastExpr>(S))
284     return containsAddRecFromDifferentLoop(CE->getOperand(), L);
285   return false;
286 }
287
288 /// isAddressUse - Returns true if the specified instruction is using the
289 /// specified value as an address.
290 static bool isAddressUse(Instruction *Inst, Value *OperandVal) {
291   bool isAddress = isa<LoadInst>(Inst);
292   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
293     if (SI->getOperand(1) == OperandVal)
294       isAddress = true;
295   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
296     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
297     // of intrinsics.
298     switch (II->getIntrinsicID()) {
299       default: break;
300       case Intrinsic::prefetch:
301       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_dq:
302       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_pd:
303       case Intrinsic::x86_sse_loadu_ps:
304       case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
305       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
306       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
307       case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
308         if (II->getOperand(1) == OperandVal)
309           isAddress = true;
310         break;
311     }
312   }
313   return isAddress;
314 }
315
316 /// getAccessType - Return the type of the memory being accessed.
317 static const Type *getAccessType(const Instruction *Inst) {
318   const Type *AccessTy = Inst->getType();
319   if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
320     AccessTy = SI->getOperand(0)->getType();
321   else if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
322     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
323     // of intrinsics.
324     switch (II->getIntrinsicID()) {
325     default: break;
326     case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
327     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
328     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
329     case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
330       AccessTy = II->getOperand(1)->getType();
331       break;
332     }
333   }
334   return AccessTy;
335 }
336
337 namespace {
338   /// BasedUser - For a particular base value, keep information about how we've
339   /// partitioned the expression so far.
340   struct BasedUser {
341     /// SE - The current ScalarEvolution object.
342     ScalarEvolution *SE;
343
344     /// Base - The Base value for the PHI node that needs to be inserted for
345     /// this use.  As the use is processed, information gets moved from this
346     /// field to the Imm field (below).  BasedUser values are sorted by this
347     /// field.
348     const SCEV *Base;
349
350     /// Inst - The instruction using the induction variable.
351     Instruction *Inst;
352
353     /// OperandValToReplace - The operand value of Inst to replace with the
354     /// EmittedBase.
355     Value *OperandValToReplace;
356
357     /// Imm - The immediate value that should be added to the base immediately
358     /// before Inst, because it will be folded into the imm field of the
359     /// instruction.  This is also sometimes used for loop-variant values that
360     /// must be added inside the loop.
361     const SCEV *Imm;
362
363     /// Phi - The induction variable that performs the striding that
364     /// should be used for this user.
365     PHINode *Phi;
366
367     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
368     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
369     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
370     // instruction for a loop and uses outside the loop that are dominated by
371     // the loop.
372     bool isUseOfPostIncrementedValue;
373
374     BasedUser(IVStrideUse &IVSU, ScalarEvolution *se)
375       : SE(se), Base(IVSU.getOffset()), Inst(IVSU.getUser()),
376         OperandValToReplace(IVSU.getOperandValToReplace()),
377         Imm(SE->getIntegerSCEV(0, Base->getType())),
378         isUseOfPostIncrementedValue(IVSU.isUseOfPostIncrementedValue()) {}
379
380     // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
381     // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
382     // to it.
383     void RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEV *const &NewBase,
384                                         Instruction *InsertPt,
385                                        SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
386                                         LoopInfo &LI,
387                                         SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts);
388
389     Value *InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEV *const &NewBase,
390                                        const Type *Ty,
391                                        SCEVExpander &Rewriter,
392                                        Instruction *IP, Loop *L,
393                                        LoopInfo &LI);
394     void dump() const;
395   };
396 }
397
398 void BasedUser::dump() const {
399   errs() << " Base=" << *Base;
400   errs() << " Imm=" << *Imm;
401   errs() << "   Inst: " << *Inst;
402 }
403
404 Value *BasedUser::InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEV *const &NewBase,
405                                               const Type *Ty,
406                                               SCEVExpander &Rewriter,
407                                               Instruction *IP, Loop *L,
408                                               LoopInfo &LI) {
409   // Figure out where we *really* want to insert this code.  In particular, if
410   // the user is inside of a loop that is nested inside of L, we really don't
411   // want to insert this expression before the user, we'd rather pull it out as
412   // many loops as possible.
413   Instruction *BaseInsertPt = IP;
414
415   // Figure out the most-nested loop that IP is in.
416   Loop *InsertLoop = LI.getLoopFor(IP->getParent());
417
418   // If InsertLoop is not L, and InsertLoop is nested inside of L, figure out
419   // the preheader of the outer-most loop where NewBase is not loop invariant.
420   if (L->contains(IP->getParent()))
421     while (InsertLoop && NewBase->isLoopInvariant(InsertLoop)) {
422       BaseInsertPt = InsertLoop->getLoopPreheader()->getTerminator();
423       InsertLoop = InsertLoop->getParentLoop();
424     }
425
426   Value *Base = Rewriter.expandCodeFor(NewBase, 0, BaseInsertPt);
427
428   const SCEV *NewValSCEV = SE->getUnknown(Base);
429
430   // Always emit the immediate into the same block as the user.
431   NewValSCEV = SE->getAddExpr(NewValSCEV, Imm);
432
433   return Rewriter.expandCodeFor(NewValSCEV, Ty, IP);
434 }
435
436
437 // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
438 // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
439 // to it. NewBasePt is the last instruction which contributes to the
440 // value of NewBase in the case that it's a diffferent instruction from
441 // the PHI that NewBase is computed from, or null otherwise.
442 //
443 void BasedUser::RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEV *const &NewBase,
444                                                Instruction *NewBasePt,
445                                       SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
446                                       LoopInfo &LI,
447                                       SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) {
448   if (!isa<PHINode>(Inst)) {
449     // By default, insert code at the user instruction.
450     BasicBlock::iterator InsertPt = Inst;
451
452     // However, if the Operand is itself an instruction, the (potentially
453     // complex) inserted code may be shared by many users.  Because of this, we
454     // want to emit code for the computation of the operand right before its old
455     // computation.  This is usually safe, because we obviously used to use the
456     // computation when it was computed in its current block.  However, in some
457     // cases (e.g. use of a post-incremented induction variable) the NewBase
458     // value will be pinned to live somewhere after the original computation.
459     // In this case, we have to back off.
460     //
461     // If this is a use outside the loop (which means after, since it is based
462     // on a loop indvar) we use the post-incremented value, so that we don't
463     // artificially make the preinc value live out the bottom of the loop.
464     if (!isUseOfPostIncrementedValue && L->contains(Inst->getParent())) {
465       if (NewBasePt && isa<PHINode>(OperandValToReplace)) {
466         InsertPt = NewBasePt;
467         ++InsertPt;
468       } else if (Instruction *OpInst
469                  = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace)) {
470         InsertPt = OpInst;
471         while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
472       }
473     }
474     Value *NewVal = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase,
475                                                 OperandValToReplace->getType(),
476                                                 Rewriter, InsertPt, L, LI);
477     // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
478     Inst->replaceUsesOfWith(OperandValToReplace, NewVal);
479
480     DEBUG(errs() << "      Replacing with ");
481     DEBUG(WriteAsOperand(errs(), NewVal, /*PrintType=*/false));
482     DEBUG(errs() << ", which has value " << *NewBase << " plus IMM "
483                  << *Imm << "\n");
484     return;
485   }
486
487   // PHI nodes are more complex.  We have to insert one copy of the NewBase+Imm
488   // expression into each operand block that uses it.  Note that PHI nodes can
489   // have multiple entries for the same predecessor.  We use a map to make sure
490   // that a PHI node only has a single Value* for each predecessor (which also
491   // prevents us from inserting duplicate code in some blocks).
492   DenseMap<BasicBlock*, Value*> InsertedCode;
493   PHINode *PN = cast<PHINode>(Inst);
494   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
495     if (PN->getIncomingValue(i) == OperandValToReplace) {
496       // If the original expression is outside the loop, put the replacement
497       // code in the same place as the original expression,
498       // which need not be an immediate predecessor of this PHI.  This way we
499       // need only one copy of it even if it is referenced multiple times in
500       // the PHI.  We don't do this when the original expression is inside the
501       // loop because multiple copies sometimes do useful sinking of code in
502       // that case(?).
503       Instruction *OldLoc = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace);
504       BasicBlock *PHIPred = PN->getIncomingBlock(i);
505       if (L->contains(OldLoc->getParent())) {
506         // If this is a critical edge, split the edge so that we do not insert
507         // the code on all predecessor/successor paths.  We do this unless this
508         // is the canonical backedge for this loop, as this can make some
509         // inserted code be in an illegal position.
510         if (e != 1 && PHIPred->getTerminator()->getNumSuccessors() > 1 &&
511             !isa<IndirectBrInst>(PHIPred->getTerminator()) &&
512             (PN->getParent() != L->getHeader() || !L->contains(PHIPred))) {
513
514           // First step, split the critical edge.
515           BasicBlock *NewBB = SplitCriticalEdge(PHIPred, PN->getParent(),
516                                                 P, false);
517
518           // Next step: move the basic block.  In particular, if the PHI node
519           // is outside of the loop, and PredTI is in the loop, we want to
520           // move the block to be immediately before the PHI block, not
521           // immediately after PredTI.
522           if (L->contains(PHIPred) && !L->contains(PN->getParent()))
523             NewBB->moveBefore(PN->getParent());
524
525           // Splitting the edge can reduce the number of PHI entries we have.
526           e = PN->getNumIncomingValues();
527           PHIPred = NewBB;
528           i = PN->getBasicBlockIndex(PHIPred);
529         }
530       }
531       Value *&Code = InsertedCode[PHIPred];
532       if (!Code) {
533         // Insert the code into the end of the predecessor block.
534         Instruction *InsertPt = (L->contains(OldLoc->getParent())) ?
535                                 PHIPred->getTerminator() :
536                                 OldLoc->getParent()->getTerminator();
537         Code = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, PN->getType(),
538                                            Rewriter, InsertPt, L, LI);
539
540         DEBUG(errs() << "      Changing PHI use to ");
541         DEBUG(WriteAsOperand(errs(), Code, /*PrintType=*/false));
542         DEBUG(errs() << ", which has value " << *NewBase << " plus IMM "
543                      << *Imm << "\n");
544       }
545
546       // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
547       PN->setIncomingValue(i, Code);
548       Rewriter.clear();
549     }
550   }
551
552   // PHI node might have become a constant value after SplitCriticalEdge.
553   DeadInsts.push_back(Inst);
554 }
555
556
557 /// fitsInAddressMode - Return true if V can be subsumed within an addressing
558 /// mode, and does not need to be put in a register first.
559 static bool fitsInAddressMode(const SCEV *const &V, const Type *AccessTy,
560                              const TargetLowering *TLI, bool HasBaseReg) {
561   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
562     int64_t VC = SC->getValue()->getSExtValue();
563     if (TLI) {
564       TargetLowering::AddrMode AM;
565       AM.BaseOffs = VC;
566       AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
567       return TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy);
568     } else {
569       // Defaults to PPC. PPC allows a sign-extended 16-bit immediate field.
570       return (VC > -(1 << 16) && VC < (1 << 16)-1);
571     }
572   }
573
574   if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V))
575     if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(SU->getValue())) {
576       if (TLI) {
577         TargetLowering::AddrMode AM;
578         AM.BaseGV = GV;
579         AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
580         return TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy);
581       } else {
582         // Default: assume global addresses are not legal.
583       }
584     }
585
586   return false;
587 }
588
589 /// MoveLoopVariantsToImmediateField - Move any subexpressions from Val that are
590 /// loop varying to the Imm operand.
591 static void MoveLoopVariantsToImmediateField(const SCEV *&Val, const SCEV *&Imm,
592                                              Loop *L, ScalarEvolution *SE) {
593   if (Val->isLoopInvariant(L)) return;  // Nothing to do.
594
595   if (const SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
596     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
597     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
598
599     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i)
600       if (!SAE->getOperand(i)->isLoopInvariant(L)) {
601         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
602         // field of the expression.
603         Imm = SE->getAddExpr(Imm, SAE->getOperand(i));
604       } else {
605         NewOps.push_back(SAE->getOperand(i));
606       }
607
608     if (NewOps.empty())
609       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
610     else
611       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
612   } else if (const SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
613     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
614     const SCEV *Start = SARE->getStart();
615     MoveLoopVariantsToImmediateField(Start, Imm, L, SE);
616
617     SmallVector<const SCEV *, 4> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
618     Ops[0] = Start;
619     Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
620   } else {
621     // Otherwise, all of Val is variant, move the whole thing over.
622     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
623     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
624   }
625 }
626
627
628 /// MoveImmediateValues - Look at Val, and pull out any additions of constants
629 /// that can fit into the immediate field of instructions in the target.
630 /// Accumulate these immediate values into the Imm value.
631 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
632                                 const Type *AccessTy,
633                                 const SCEV *&Val, const SCEV *&Imm,
634                                 bool isAddress, Loop *L,
635                                 ScalarEvolution *SE) {
636   if (const SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
637     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
638     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
639
640     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i) {
641       const SCEV *NewOp = SAE->getOperand(i);
642       MoveImmediateValues(TLI, AccessTy, NewOp, Imm, isAddress, L, SE);
643
644       if (!NewOp->isLoopInvariant(L)) {
645         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
646         // field of the expression.
647         Imm = SE->getAddExpr(Imm, NewOp);
648       } else {
649         NewOps.push_back(NewOp);
650       }
651     }
652
653     if (NewOps.empty())
654       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
655     else
656       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
657     return;
658   } else if (const SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
659     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
660     const SCEV *Start = SARE->getStart();
661     MoveImmediateValues(TLI, AccessTy, Start, Imm, isAddress, L, SE);
662
663     if (Start != SARE->getStart()) {
664       SmallVector<const SCEV *, 4> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
665       Ops[0] = Start;
666       Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
667     }
668     return;
669   } else if (const SCEVMulExpr *SME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Val)) {
670     // Transform "8 * (4 + v)" -> "32 + 8*V" if "32" fits in the immed field.
671     if (isAddress &&
672         fitsInAddressMode(SME->getOperand(0), AccessTy, TLI, false) &&
673         SME->getNumOperands() == 2 && SME->isLoopInvariant(L)) {
674
675       const SCEV *SubImm = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
676       const SCEV *NewOp = SME->getOperand(1);
677       MoveImmediateValues(TLI, AccessTy, NewOp, SubImm, isAddress, L, SE);
678
679       // If we extracted something out of the subexpressions, see if we can
680       // simplify this!
681       if (NewOp != SME->getOperand(1)) {
682         // Scale SubImm up by "8".  If the result is a target constant, we are
683         // good.
684         SubImm = SE->getMulExpr(SubImm, SME->getOperand(0));
685         if (fitsInAddressMode(SubImm, AccessTy, TLI, false)) {
686           // Accumulate the immediate.
687           Imm = SE->getAddExpr(Imm, SubImm);
688
689           // Update what is left of 'Val'.
690           Val = SE->getMulExpr(SME->getOperand(0), NewOp);
691           return;
692         }
693       }
694     }
695   }
696
697   // Loop-variant expressions must stay in the immediate field of the
698   // expression.
699   if ((isAddress && fitsInAddressMode(Val, AccessTy, TLI, false)) ||
700       !Val->isLoopInvariant(L)) {
701     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
702     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
703     return;
704   }
705
706   // Otherwise, no immediates to move.
707 }
708
709 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
710                                 Instruction *User,
711                                 const SCEV *&Val, const SCEV *&Imm,
712                                 bool isAddress, Loop *L,
713                                 ScalarEvolution *SE) {
714   const Type *AccessTy = getAccessType(User);
715   MoveImmediateValues(TLI, AccessTy, Val, Imm, isAddress, L, SE);
716 }
717
718 /// SeparateSubExprs - Decompose Expr into all of the subexpressions that are
719 /// added together.  This is used to reassociate common addition subexprs
720 /// together for maximal sharing when rewriting bases.
721 static void SeparateSubExprs(SmallVector<const SCEV *, 16> &SubExprs,
722                              const SCEV *Expr,
723                              ScalarEvolution *SE) {
724   if (const SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Expr)) {
725     for (unsigned j = 0, e = AE->getNumOperands(); j != e; ++j)
726       SeparateSubExprs(SubExprs, AE->getOperand(j), SE);
727   } else if (const SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Expr)) {
728     const SCEV *Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Expr->getType());
729     if (SARE->getOperand(0) == Zero) {
730       SubExprs.push_back(Expr);
731     } else {
732       // Compute the addrec with zero as its base.
733       SmallVector<const SCEV *, 4> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
734       Ops[0] = Zero;   // Start with zero base.
735       SubExprs.push_back(SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop()));
736
737
738       SeparateSubExprs(SubExprs, SARE->getOperand(0), SE);
739     }
740   } else if (!Expr->isZero()) {
741     // Do not add zero.
742     SubExprs.push_back(Expr);
743   }
744 }
745
746 // This is logically local to the following function, but C++ says we have
747 // to make it file scope.
748 struct SubExprUseData { unsigned Count; bool notAllUsesAreFree; };
749
750 /// RemoveCommonExpressionsFromUseBases - Look through all of the Bases of all
751 /// the Uses, removing any common subexpressions, except that if all such
752 /// subexpressions can be folded into an addressing mode for all uses inside
753 /// the loop (this case is referred to as "free" in comments herein) we do
754 /// not remove anything.  This looks for things like (a+b+c) and
755 /// (a+c+d) and computes the common (a+c) subexpression.  The common expression
756 /// is *removed* from the Bases and returned.
757 static const SCEV *
758 RemoveCommonExpressionsFromUseBases(std::vector<BasedUser> &Uses,
759                                     ScalarEvolution *SE, Loop *L,
760                                     const TargetLowering *TLI) {
761   unsigned NumUses = Uses.size();
762
763   // Only one use?  This is a very common case, so we handle it specially and
764   // cheaply.
765   const SCEV *Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Uses[0].Base->getType());
766   const SCEV *Result = Zero;
767   const SCEV *FreeResult = Zero;
768   if (NumUses == 1) {
769     // If the use is inside the loop, use its base, regardless of what it is:
770     // it is clearly shared across all the IV's.  If the use is outside the loop
771     // (which means after it) we don't want to factor anything *into* the loop,
772     // so just use 0 as the base.
773     if (L->contains(Uses[0].Inst->getParent()))
774       std::swap(Result, Uses[0].Base);
775     return Result;
776   }
777
778   // To find common subexpressions, count how many of Uses use each expression.
779   // If any subexpressions are used Uses.size() times, they are common.
780   // Also track whether all uses of each expression can be moved into an
781   // an addressing mode "for free"; such expressions are left within the loop.
782   // struct SubExprUseData { unsigned Count; bool notAllUsesAreFree; };
783   std::map<const SCEV *, SubExprUseData> SubExpressionUseData;
784
785   // UniqueSubExprs - Keep track of all of the subexpressions we see in the
786   // order we see them.
787   SmallVector<const SCEV *, 16> UniqueSubExprs;
788
789   SmallVector<const SCEV *, 16> SubExprs;
790   unsigned NumUsesInsideLoop = 0;
791   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
792     // If the user is outside the loop, just ignore it for base computation.
793     // Since the user is outside the loop, it must be *after* the loop (if it
794     // were before, it could not be based on the loop IV).  We don't want users
795     // after the loop to affect base computation of values *inside* the loop,
796     // because we can always add their offsets to the result IV after the loop
797     // is done, ensuring we get good code inside the loop.
798     if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent()))
799       continue;
800     NumUsesInsideLoop++;
801
802     // If the base is zero (which is common), return zero now, there are no
803     // CSEs we can find.
804     if (Uses[i].Base == Zero) return Zero;
805
806     // If this use is as an address we may be able to put CSEs in the addressing
807     // mode rather than hoisting them.
808     bool isAddrUse = isAddressUse(Uses[i].Inst, Uses[i].OperandValToReplace);
809     // We may need the AccessTy below, but only when isAddrUse, so compute it
810     // only in that case.
811     const Type *AccessTy = 0;
812     if (isAddrUse)
813       AccessTy = getAccessType(Uses[i].Inst);
814
815     // Split the expression into subexprs.
816     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
817     // Add one to SubExpressionUseData.Count for each subexpr present, and
818     // if the subexpr is not a valid immediate within an addressing mode use,
819     // set SubExpressionUseData.notAllUsesAreFree.  We definitely want to
820     // hoist these out of the loop (if they are common to all uses).
821     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j) {
822       if (++SubExpressionUseData[SubExprs[j]].Count == 1)
823         UniqueSubExprs.push_back(SubExprs[j]);
824       if (!isAddrUse || !fitsInAddressMode(SubExprs[j], AccessTy, TLI, false))
825         SubExpressionUseData[SubExprs[j]].notAllUsesAreFree = true;
826     }
827     SubExprs.clear();
828   }
829
830   // Now that we know how many times each is used, build Result.  Iterate over
831   // UniqueSubexprs so that we have a stable ordering.
832   for (unsigned i = 0, e = UniqueSubExprs.size(); i != e; ++i) {
833     std::map<const SCEV *, SubExprUseData>::iterator I =
834        SubExpressionUseData.find(UniqueSubExprs[i]);
835     assert(I != SubExpressionUseData.end() && "Entry not found?");
836     if (I->second.Count == NumUsesInsideLoop) { // Found CSE!
837       if (I->second.notAllUsesAreFree)
838         Result = SE->getAddExpr(Result, I->first);
839       else
840         FreeResult = SE->getAddExpr(FreeResult, I->first);
841     } else
842       // Remove non-cse's from SubExpressionUseData.
843       SubExpressionUseData.erase(I);
844   }
845
846   if (FreeResult != Zero) {
847     // We have some subexpressions that can be subsumed into addressing
848     // modes in every use inside the loop.  However, it's possible that
849     // there are so many of them that the combined FreeResult cannot
850     // be subsumed, or that the target cannot handle both a FreeResult
851     // and a Result in the same instruction (for example because it would
852     // require too many registers).  Check this.
853     for (unsigned i=0; i<NumUses; ++i) {
854       if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent()))
855         continue;
856       // We know this is an addressing mode use; if there are any uses that
857       // are not, FreeResult would be Zero.
858       const Type *AccessTy = getAccessType(Uses[i].Inst);
859       if (!fitsInAddressMode(FreeResult, AccessTy, TLI, Result!=Zero)) {
860         // FIXME:  could split up FreeResult into pieces here, some hoisted
861         // and some not.  There is no obvious advantage to this.
862         Result = SE->getAddExpr(Result, FreeResult);
863         FreeResult = Zero;
864         break;
865       }
866     }
867   }
868
869   // If we found no CSE's, return now.
870   if (Result == Zero) return Result;
871
872   // If we still have a FreeResult, remove its subexpressions from
873   // SubExpressionUseData.  This means they will remain in the use Bases.
874   if (FreeResult != Zero) {
875     SeparateSubExprs(SubExprs, FreeResult, SE);
876     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j) {
877       std::map<const SCEV *, SubExprUseData>::iterator I =
878          SubExpressionUseData.find(SubExprs[j]);
879       SubExpressionUseData.erase(I);
880     }
881     SubExprs.clear();
882   }
883
884   // Otherwise, remove all of the CSE's we found from each of the base values.
885   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
886     // Uses outside the loop don't necessarily include the common base, but
887     // the final IV value coming into those uses does.  Instead of trying to
888     // remove the pieces of the common base, which might not be there,
889     // subtract off the base to compensate for this.
890     if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent())) {
891       Uses[i].Base = SE->getMinusSCEV(Uses[i].Base, Result);
892       continue;
893     }
894
895     // Split the expression into subexprs.
896     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
897
898     // Remove any common subexpressions.
899     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
900       if (SubExpressionUseData.count(SubExprs[j])) {
901         SubExprs.erase(SubExprs.begin()+j);
902         --j; --e;
903       }
904
905     // Finally, add the non-shared expressions together.
906     if (SubExprs.empty())
907       Uses[i].Base = Zero;
908     else
909       Uses[i].Base = SE->getAddExpr(SubExprs);
910     SubExprs.clear();
911   }
912
913   return Result;
914 }
915
916 /// ValidScale - Check whether the given Scale is valid for all loads and
917 /// stores in UsersToProcess.
918 ///
919 bool LoopStrengthReduce::ValidScale(bool HasBaseReg, 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.HasBaseReg = HasBaseReg || !UsersToProcess[i].Base->isZero();
938     AM.Scale = Scale;
939
940     // If load[imm+r*scale] is illegal, bail out.
941     if (!TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
942       return false;
943   }
944   return true;
945 }
946
947 /// ValidOffset - Check whether the given Offset is valid for all loads and
948 /// stores in UsersToProcess.
949 ///
950 bool LoopStrengthReduce::ValidOffset(bool HasBaseReg,
951                                int64_t Offset,
952                                int64_t Scale,
953                                const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
954   if (!TLI)
955     return true;
956
957   for (unsigned i=0, e = UsersToProcess.size(); i!=e; ++i) {
958     // If this is a load or other access, pass the type of the access in.
959     const Type *AccessTy =
960         Type::getVoidTy(UsersToProcess[i].Inst->getContext());
961     if (isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
962                      UsersToProcess[i].OperandValToReplace))
963       AccessTy = getAccessType(UsersToProcess[i].Inst);
964     else if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst))
965       continue;
966
967     TargetLowering::AddrMode AM;
968     if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(UsersToProcess[i].Imm))
969       AM.BaseOffs = SC->getValue()->getSExtValue();
970     AM.BaseOffs = (uint64_t)AM.BaseOffs + (uint64_t)Offset;
971     AM.HasBaseReg = HasBaseReg || !UsersToProcess[i].Base->isZero();
972     AM.Scale = Scale;
973
974     // If load[imm+r*scale] is illegal, bail out.
975     if (!TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
976       return false;
977   }
978   return true;
979 }
980
981 /// RequiresTypeConversion - Returns true if converting Ty1 to Ty2 is not
982 /// a nop.
983 bool LoopStrengthReduce::RequiresTypeConversion(const Type *Ty1,
984                                                 const Type *Ty2) {
985   if (Ty1 == Ty2)
986     return false;
987   Ty1 = SE->getEffectiveSCEVType(Ty1);
988   Ty2 = SE->getEffectiveSCEVType(Ty2);
989   if (Ty1 == Ty2)
990     return false;
991   if (Ty1->canLosslesslyBitCastTo(Ty2))
992     return false;
993   if (TLI && TLI->isTruncateFree(Ty1, Ty2))
994     return false;
995   return true;
996 }
997
998 /// CheckForIVReuse - Returns the multiple if the stride is the multiple
999 /// of a previous stride and it is a legal value for the target addressing
1000 /// mode scale component and optional base reg. This allows the users of
1001 /// this stride to be rewritten as prev iv * factor. It returns 0 if no
1002 /// reuse is possible.  Factors can be negative on same targets, e.g. ARM.
1003 ///
1004 /// If all uses are outside the loop, we don't require that all multiplies
1005 /// be folded into the addressing mode, nor even that the factor be constant;
1006 /// a multiply (executed once) outside the loop is better than another IV
1007 /// within.  Well, usually.
1008 const SCEV *LoopStrengthReduce::CheckForIVReuse(bool HasBaseReg,
1009                                 bool AllUsesAreAddresses,
1010                                 bool AllUsesAreOutsideLoop,
1011                                 const SCEV *const &Stride,
1012                                 IVExpr &IV, const Type *Ty,
1013                                 const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
1014   if (StrideNoReuse.count(Stride))
1015     return SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1016
1017   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Stride)) {
1018     int64_t SInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1019     for (unsigned NewStride = 0, e = IU->StrideOrder.size();
1020          NewStride != e; ++NewStride) {
1021       std::map<const SCEV *, IVsOfOneStride>::iterator SI =
1022                 IVsByStride.find(IU->StrideOrder[NewStride]);
1023       if (SI == IVsByStride.end() || !isa<SCEVConstant>(SI->first) ||
1024           StrideNoReuse.count(SI->first))
1025         continue;
1026       // The other stride has no uses, don't reuse it.
1027       std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator UI =
1028         IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[NewStride]);
1029       if (UI->second->Users.empty())
1030         continue;
1031       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1032       if (SI->first != Stride &&
1033           (unsigned(abs64(SInt)) < SSInt || (SInt % SSInt) != 0))
1034         continue;
1035       int64_t Scale = SInt / SSInt;
1036       // Check that this stride is valid for all the types used for loads and
1037       // stores; if it can be used for some and not others, we might as well use
1038       // the original stride everywhere, since we have to create the IV for it
1039       // anyway. If the scale is 1, then we don't need to worry about folding
1040       // multiplications.
1041       if (Scale == 1 ||
1042           (AllUsesAreAddresses &&
1043            ValidScale(HasBaseReg, Scale, UsersToProcess))) {
1044         // Prefer to reuse an IV with a base of zero.
1045         for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1046                IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1047           // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion
1048           // and if the base difference can be folded.
1049           if (II->Base->isZero() &&
1050               !RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1051             IV = *II;
1052             return SE->getIntegerSCEV(Scale, Stride->getType());
1053           }
1054         // Otherwise, settle for an IV with a foldable base.
1055         if (AllUsesAreAddresses)
1056           for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1057                  IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1058             // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion
1059             // and if the base difference can be folded.
1060             if (SE->getEffectiveSCEVType(II->Base->getType()) ==
1061                 SE->getEffectiveSCEVType(Ty) &&
1062                 isa<SCEVConstant>(II->Base)) {
1063               int64_t Base =
1064                 cast<SCEVConstant>(II->Base)->getValue()->getSExtValue();
1065               if (Base > INT32_MIN && Base <= INT32_MAX &&
1066                   ValidOffset(HasBaseReg, -Base * Scale,
1067                               Scale, UsersToProcess)) {
1068                 IV = *II;
1069                 return SE->getIntegerSCEV(Scale, Stride->getType());
1070               }
1071             }
1072       }
1073     }
1074   } else if (AllUsesAreOutsideLoop) {
1075     // Accept nonconstant strides here; it is really really right to substitute
1076     // an existing IV if we can.
1077     for (unsigned NewStride = 0, e = IU->StrideOrder.size();
1078          NewStride != e; ++NewStride) {
1079       std::map<const SCEV *, IVsOfOneStride>::iterator SI =
1080                 IVsByStride.find(IU->StrideOrder[NewStride]);
1081       if (SI == IVsByStride.end() || !isa<SCEVConstant>(SI->first))
1082         continue;
1083       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1084       if (SI->first != Stride && SSInt != 1)
1085         continue;
1086       for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1087              IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1088         // Accept nonzero base here.
1089         // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion.
1090         if (!RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1091           IV = *II;
1092           return Stride;
1093         }
1094     }
1095     // Special case, old IV is -1*x and this one is x.  Can treat this one as
1096     // -1*old.
1097     for (unsigned NewStride = 0, e = IU->StrideOrder.size();
1098          NewStride != e; ++NewStride) {
1099       std::map<const SCEV *, IVsOfOneStride>::iterator SI =
1100                 IVsByStride.find(IU->StrideOrder[NewStride]);
1101       if (SI == IVsByStride.end())
1102         continue;
1103       if (const SCEVMulExpr *ME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(SI->first))
1104         if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(ME->getOperand(0)))
1105           if (Stride == ME->getOperand(1) &&
1106               SC->getValue()->getSExtValue() == -1LL)
1107             for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1108                    IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1109               // Accept nonzero base here.
1110               // Only reuse previous IV if it would not require type conversion.
1111               if (!RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1112                 IV = *II;
1113                 return SE->getIntegerSCEV(-1LL, Stride->getType());
1114               }
1115     }
1116   }
1117   return SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1118 }
1119
1120 /// PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue - Simple boolean predicate that
1121 /// returns true if Val's isUseOfPostIncrementedValue is true.
1122 static bool PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue(const BasedUser &Val) {
1123   return Val.isUseOfPostIncrementedValue;
1124 }
1125
1126 /// isNonConstantNegative - Return true if the specified scev is negated, but
1127 /// not a constant.
1128 static bool isNonConstantNegative(const SCEV *const &Expr) {
1129   const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Expr);
1130   if (!Mul) return false;
1131
1132   // If there is a constant factor, it will be first.
1133   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0));
1134   if (!SC) return false;
1135
1136   // Return true if the value is negative, this matches things like (-42 * V).
1137   return SC->getValue()->getValue().isNegative();
1138 }
1139
1140 /// CollectIVUsers - Transform our list of users and offsets to a bit more
1141 /// complex table. In this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base', the
1142 /// base of the strided accesses, as well as the old information from Uses. We
1143 /// progressively move information from the Base field to the Imm field, until
1144 /// we eventually have the full access expression to rewrite the use.
1145 const SCEV *LoopStrengthReduce::CollectIVUsers(const SCEV *const &Stride,
1146                                               IVUsersOfOneStride &Uses,
1147                                               Loop *L,
1148                                               bool &AllUsesAreAddresses,
1149                                               bool &AllUsesAreOutsideLoop,
1150                                        std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
1151   // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
1152   if (!Stride->isLoopInvariant(L))
1153     return SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1154
1155   UsersToProcess.reserve(Uses.Users.size());
1156   for (ilist<IVStrideUse>::iterator I = Uses.Users.begin(),
1157        E = Uses.Users.end(); I != E; ++I) {
1158     UsersToProcess.push_back(BasedUser(*I, SE));
1159
1160     // Move any loop variant operands from the offset field to the immediate
1161     // field of the use, so that we don't try to use something before it is
1162     // computed.
1163     MoveLoopVariantsToImmediateField(UsersToProcess.back().Base,
1164                                      UsersToProcess.back().Imm, L, SE);
1165     assert(UsersToProcess.back().Base->isLoopInvariant(L) &&
1166            "Base value is not loop invariant!");
1167   }
1168
1169   // We now have a whole bunch of uses of like-strided induction variables, but
1170   // they might all have different bases.  We want to emit one PHI node for this
1171   // stride which we fold as many common expressions (between the IVs) into as
1172   // possible.  Start by identifying the common expressions in the base values
1173   // for the strides (e.g. if we have "A+C+B" and "A+B+D" as our bases, find
1174   // "A+B"), emit it to the preheader, then remove the expression from the
1175   // UsersToProcess base values.
1176   const SCEV *CommonExprs =
1177     RemoveCommonExpressionsFromUseBases(UsersToProcess, SE, L, TLI);
1178
1179   // Next, figure out what we can represent in the immediate fields of
1180   // instructions.  If we can represent anything there, move it to the imm
1181   // fields of the BasedUsers.  We do this so that it increases the commonality
1182   // of the remaining uses.
1183   unsigned NumPHI = 0;
1184   bool HasAddress = false;
1185   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1186     // If the user is not in the current loop, this means it is using the exit
1187     // value of the IV.  Do not put anything in the base, make sure it's all in
1188     // the immediate field to allow as much factoring as possible.
1189     if (!L->contains(UsersToProcess[i].Inst->getParent())) {
1190       UsersToProcess[i].Imm = SE->getAddExpr(UsersToProcess[i].Imm,
1191                                              UsersToProcess[i].Base);
1192       UsersToProcess[i].Base =
1193         SE->getIntegerSCEV(0, UsersToProcess[i].Base->getType());
1194     } else {
1195       // Not all uses are outside the loop.
1196       AllUsesAreOutsideLoop = false;
1197
1198       // Addressing modes can be folded into loads and stores.  Be careful that
1199       // the store is through the expression, not of the expression though.
1200       bool isPHI = false;
1201       bool isAddress = isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
1202                                     UsersToProcess[i].OperandValToReplace);
1203       if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst)) {
1204         isPHI = true;
1205         ++NumPHI;
1206       }
1207
1208       if (isAddress)
1209         HasAddress = true;
1210
1211       // If this use isn't an address, then not all uses are addresses.
1212       if (!isAddress && !isPHI)
1213         AllUsesAreAddresses = false;
1214
1215       MoveImmediateValues(TLI, UsersToProcess[i].Inst, UsersToProcess[i].Base,
1216                           UsersToProcess[i].Imm, isAddress, L, SE);
1217     }
1218   }
1219
1220   // If one of the use is a PHI node and all other uses are addresses, still
1221   // allow iv reuse. Essentially we are trading one constant multiplication
1222   // for one fewer iv.
1223   if (NumPHI > 1)
1224     AllUsesAreAddresses = false;
1225
1226   // There are no in-loop address uses.
1227   if (AllUsesAreAddresses && (!HasAddress && !AllUsesAreOutsideLoop))
1228     AllUsesAreAddresses = false;
1229
1230   return CommonExprs;
1231 }
1232
1233 /// ShouldUseFullStrengthReductionMode - Test whether full strength-reduction
1234 /// is valid and profitable for the given set of users of a stride. In
1235 /// full strength-reduction mode, all addresses at the current stride are
1236 /// strength-reduced all the way down to pointer arithmetic.
1237 ///
1238 bool LoopStrengthReduce::ShouldUseFullStrengthReductionMode(
1239                                    const std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1240                                    const Loop *L,
1241                                    bool AllUsesAreAddresses,
1242                                    const SCEV *Stride) {
1243   if (!EnableFullLSRMode)
1244     return false;
1245
1246   // The heuristics below aim to avoid increasing register pressure, but
1247   // fully strength-reducing all the addresses increases the number of
1248   // add instructions, so don't do this when optimizing for size.
1249   // TODO: If the loop is large, the savings due to simpler addresses
1250   // may oughtweight the costs of the extra increment instructions.
1251   if (L->getHeader()->getParent()->hasFnAttr(Attribute::OptimizeForSize))
1252     return false;
1253
1254   // TODO: For now, don't do full strength reduction if there could
1255   // potentially be greater-stride multiples of the current stride
1256   // which could reuse the current stride IV.
1257   if (IU->StrideOrder.back() != Stride)
1258     return false;
1259
1260   // Iterate through the uses to find conditions that automatically rule out
1261   // full-lsr mode.
1262   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ) {
1263     const SCEV *Base = UsersToProcess[i].Base;
1264     const SCEV *Imm = UsersToProcess[i].Imm;
1265     // If any users have a loop-variant component, they can't be fully
1266     // strength-reduced.
1267     if (Imm && !Imm->isLoopInvariant(L))
1268       return false;
1269     // If there are to users with the same base and the difference between
1270     // the two Imm values can't be folded into the address, full
1271     // strength reduction would increase register pressure.
1272     do {
1273       const SCEV *CurImm = UsersToProcess[i].Imm;
1274       if ((CurImm || Imm) && CurImm != Imm) {
1275         if (!CurImm) CurImm = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1276         if (!Imm)       Imm = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1277         const Instruction *Inst = UsersToProcess[i].Inst;
1278         const Type *AccessTy = getAccessType(Inst);
1279         const SCEV *Diff = SE->getMinusSCEV(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1280         if (!Diff->isZero() &&
1281             (!AllUsesAreAddresses ||
1282              !fitsInAddressMode(Diff, AccessTy, TLI, /*HasBaseReg=*/true)))
1283           return false;
1284       }
1285     } while (++i != e && Base == UsersToProcess[i].Base);
1286   }
1287
1288   // If there's exactly one user in this stride, fully strength-reducing it
1289   // won't increase register pressure. If it's starting from a non-zero base,
1290   // it'll be simpler this way.
1291   if (UsersToProcess.size() == 1 && !UsersToProcess[0].Base->isZero())
1292     return true;
1293
1294   // Otherwise, if there are any users in this stride that don't require
1295   // a register for their base, full strength-reduction will increase
1296   // register pressure.
1297   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1298     if (UsersToProcess[i].Base->isZero())
1299       return false;
1300
1301   // Otherwise, go for it.
1302   return true;
1303 }
1304
1305 /// InsertAffinePhi Create and insert a PHI node for an induction variable
1306 /// with the specified start and step values in the specified loop.
1307 ///
1308 /// If NegateStride is true, the stride should be negated by using a
1309 /// subtract instead of an add.
1310 ///
1311 /// Return the created phi node.
1312 ///
1313 static PHINode *InsertAffinePhi(const SCEV *Start, const SCEV *Step,
1314                                 Instruction *IVIncInsertPt,
1315                                 const Loop *L,
1316                                 SCEVExpander &Rewriter) {
1317   assert(Start->isLoopInvariant(L) && "New PHI start is not loop invariant!");
1318   assert(Step->isLoopInvariant(L) && "New PHI stride is not loop invariant!");
1319
1320   BasicBlock *Header = L->getHeader();
1321   BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
1322   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1323   const Type *Ty = Start->getType();
1324   Ty = Rewriter.SE.getEffectiveSCEVType(Ty);
1325
1326   PHINode *PN = PHINode::Create(Ty, "lsr.iv", Header->begin());
1327   PN->addIncoming(Rewriter.expandCodeFor(Start, Ty, Preheader->getTerminator()),
1328                   Preheader);
1329
1330   // If the stride is negative, insert a sub instead of an add for the
1331   // increment.
1332   bool isNegative = isNonConstantNegative(Step);
1333   const SCEV *IncAmount = Step;
1334   if (isNegative)
1335     IncAmount = Rewriter.SE.getNegativeSCEV(Step);
1336
1337   // Insert an add instruction right before the terminator corresponding
1338   // to the back-edge or just before the only use. The location is determined
1339   // by the caller and passed in as IVIncInsertPt.
1340   Value *StepV = Rewriter.expandCodeFor(IncAmount, Ty,
1341                                         Preheader->getTerminator());
1342   Instruction *IncV;
1343   if (isNegative) {
1344     IncV = BinaryOperator::CreateSub(PN, StepV, "lsr.iv.next",
1345                                      IVIncInsertPt);
1346   } else {
1347     IncV = BinaryOperator::CreateAdd(PN, StepV, "lsr.iv.next",
1348                                      IVIncInsertPt);
1349   }
1350   if (!isa<ConstantInt>(StepV)) ++NumVariable;
1351
1352   PN->addIncoming(IncV, LatchBlock);
1353
1354   ++NumInserted;
1355   return PN;
1356 }
1357
1358 static void SortUsersToProcess(std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
1359   // We want to emit code for users inside the loop first.  To do this, we
1360   // rearrange BasedUser so that the entries at the end have
1361   // isUseOfPostIncrementedValue = false, because we pop off the end of the
1362   // vector (so we handle them first).
1363   std::partition(UsersToProcess.begin(), UsersToProcess.end(),
1364                  PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue);
1365
1366   // Sort this by base, so that things with the same base are handled
1367   // together.  By partitioning first and stable-sorting later, we are
1368   // guaranteed that within each base we will pop off users from within the
1369   // loop before users outside of the loop with a particular base.
1370   //
1371   // We would like to use stable_sort here, but we can't.  The problem is that
1372   // const SCEV *'s don't have a deterministic ordering w.r.t to each other, so
1373   // we don't have anything to do a '<' comparison on.  Because we think the
1374   // number of uses is small, do a horrible bubble sort which just relies on
1375   // ==.
1376   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1377     // Get a base value.
1378     const SCEV *Base = UsersToProcess[i].Base;
1379
1380     // Compact everything with this base to be consecutive with this one.
1381     for (unsigned j = i+1; j != e; ++j) {
1382       if (UsersToProcess[j].Base == Base) {
1383         std::swap(UsersToProcess[i+1], UsersToProcess[j]);
1384         ++i;
1385       }
1386     }
1387   }
1388 }
1389
1390 /// PrepareToStrengthReduceFully - Prepare to fully strength-reduce
1391 /// UsersToProcess, meaning lowering addresses all the way down to direct
1392 /// pointer arithmetic.
1393 ///
1394 void
1395 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceFully(
1396                                         std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1397                                         const SCEV *Stride,
1398                                         const SCEV *CommonExprs,
1399                                         const Loop *L,
1400                                         SCEVExpander &PreheaderRewriter) {
1401   DEBUG(errs() << "  Fully reducing all users\n");
1402
1403   // Rewrite the UsersToProcess records, creating a separate PHI for each
1404   // unique Base value.
1405   Instruction *IVIncInsertPt = L->getLoopLatch()->getTerminator();
1406   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ) {
1407     // TODO: The uses are grouped by base, but not sorted. We arbitrarily
1408     // pick the first Imm value here to start with, and adjust it for the
1409     // other uses.
1410     const SCEV *Imm = UsersToProcess[i].Imm;
1411     const SCEV *Base = UsersToProcess[i].Base;
1412     const SCEV *Start = SE->getAddExpr(CommonExprs, Base, Imm);
1413     PHINode *Phi = InsertAffinePhi(Start, Stride, IVIncInsertPt, L,
1414                                    PreheaderRewriter);
1415     // Loop over all the users with the same base.
1416     do {
1417       UsersToProcess[i].Base = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1418       UsersToProcess[i].Imm = SE->getMinusSCEV(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1419       UsersToProcess[i].Phi = Phi;
1420       assert(UsersToProcess[i].Imm->isLoopInvariant(L) &&
1421              "ShouldUseFullStrengthReductionMode should reject this!");
1422     } while (++i != e && Base == UsersToProcess[i].Base);
1423   }
1424 }
1425
1426 /// FindIVIncInsertPt - Return the location to insert the increment instruction.
1427 /// If the only use if a use of postinc value, (must be the loop termination
1428 /// condition), then insert it just before the use.
1429 static Instruction *FindIVIncInsertPt(std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1430                                       const Loop *L) {
1431   if (UsersToProcess.size() == 1 &&
1432       UsersToProcess[0].isUseOfPostIncrementedValue &&
1433       L->contains(UsersToProcess[0].Inst->getParent()))
1434     return UsersToProcess[0].Inst;
1435   return L->getLoopLatch()->getTerminator();
1436 }
1437
1438 /// PrepareToStrengthReduceWithNewPhi - Insert a new induction variable for the
1439 /// given users to share.
1440 ///
1441 void
1442 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(
1443                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1444                                          const SCEV *Stride,
1445                                          const SCEV *CommonExprs,
1446                                          Value *CommonBaseV,
1447                                          Instruction *IVIncInsertPt,
1448                                          const Loop *L,
1449                                          SCEVExpander &PreheaderRewriter) {
1450   DEBUG(errs() << "  Inserting new PHI:\n");
1451
1452   PHINode *Phi = InsertAffinePhi(SE->getUnknown(CommonBaseV),
1453                                  Stride, IVIncInsertPt, L,
1454                                  PreheaderRewriter);
1455
1456   // Remember this in case a later stride is multiple of this.
1457   IVsByStride[Stride].addIV(Stride, CommonExprs, Phi);
1458
1459   // All the users will share this new IV.
1460   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1461     UsersToProcess[i].Phi = Phi;
1462
1463   DEBUG(errs() << "    IV=");
1464   DEBUG(WriteAsOperand(errs(), Phi, /*PrintType=*/false));
1465   DEBUG(errs() << "\n");
1466 }
1467
1468 /// PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride - Prepare for the given users to
1469 /// reuse an induction variable with a stride that is a factor of the current
1470 /// induction variable.
1471 ///
1472 void
1473 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(
1474                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1475                                          Value *CommonBaseV,
1476                                          const IVExpr &ReuseIV,
1477                                          Instruction *PreInsertPt) {
1478   DEBUG(errs() << "  Rewriting in terms of existing IV of STRIDE "
1479                << *ReuseIV.Stride << " and BASE " << *ReuseIV.Base << "\n");
1480
1481   // All the users will share the reused IV.
1482   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1483     UsersToProcess[i].Phi = ReuseIV.PHI;
1484
1485   Constant *C = dyn_cast<Constant>(CommonBaseV);
1486   if (C &&
1487       (!C->isNullValue() &&
1488        !fitsInAddressMode(SE->getUnknown(CommonBaseV), CommonBaseV->getType(),
1489                          TLI, false)))
1490     // We want the common base emitted into the preheader! This is just
1491     // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1492     CommonBaseV = new BitCastInst(CommonBaseV, CommonBaseV->getType(),
1493                                   "commonbase", PreInsertPt);
1494 }
1495
1496 static bool IsImmFoldedIntoAddrMode(GlobalValue *GV, int64_t Offset,
1497                                     const Type *AccessTy,
1498                                    std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1499                                    const TargetLowering *TLI) {
1500   SmallVector<Instruction*, 16> AddrModeInsts;
1501   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1502     if (UsersToProcess[i].isUseOfPostIncrementedValue)
1503       continue;
1504     ExtAddrMode AddrMode =
1505       AddressingModeMatcher::Match(UsersToProcess[i].OperandValToReplace,
1506                                    AccessTy, UsersToProcess[i].Inst,
1507                                    AddrModeInsts, *TLI);
1508     if (GV && GV != AddrMode.BaseGV)
1509       return false;
1510     if (Offset && !AddrMode.BaseOffs)
1511       // FIXME: How to accurate check it's immediate offset is folded.
1512       return false;
1513     AddrModeInsts.clear();
1514   }
1515   return true;
1516 }
1517
1518 /// StrengthReduceIVUsersOfStride - Strength reduce all of the users of a single
1519 /// stride of IV.  All of the users may have different starting values, and this
1520 /// may not be the only stride.
1521 void
1522 LoopStrengthReduce::StrengthReduceIVUsersOfStride(const SCEV *const &Stride,
1523                                                   IVUsersOfOneStride &Uses,
1524                                                   Loop *L) {
1525   // If all the users are moved to another stride, then there is nothing to do.
1526   if (Uses.Users.empty())
1527     return;
1528
1529   // Keep track if every use in UsersToProcess is an address. If they all are,
1530   // we may be able to rewrite the entire collection of them in terms of a
1531   // smaller-stride IV.
1532   bool AllUsesAreAddresses = true;
1533
1534   // Keep track if every use of a single stride is outside the loop.  If so,
1535   // we want to be more aggressive about reusing a smaller-stride IV; a
1536   // multiply outside the loop is better than another IV inside.  Well, usually.
1537   bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
1538
1539   // Transform our list of users and offsets to a bit more complex table.  In
1540   // this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base' the base of the
1541   // strided accessas well as the old information from Uses.  We progressively
1542   // move information from the Base field to the Imm field, until we eventually
1543   // have the full access expression to rewrite the use.
1544   std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
1545   const SCEV *CommonExprs = CollectIVUsers(Stride, Uses, L, AllUsesAreAddresses,
1546                                            AllUsesAreOutsideLoop,
1547                                            UsersToProcess);
1548
1549   // Sort the UsersToProcess array so that users with common bases are
1550   // next to each other.
1551   SortUsersToProcess(UsersToProcess);
1552
1553   // If we managed to find some expressions in common, we'll need to carry
1554   // their value in a register and add it in for each use. This will take up
1555   // a register operand, which potentially restricts what stride values are
1556   // valid.
1557   bool HaveCommonExprs = !CommonExprs->isZero();
1558   const Type *ReplacedTy = CommonExprs->getType();
1559
1560   // If all uses are addresses, consider sinking the immediate part of the
1561   // common expression back into uses if they can fit in the immediate fields.
1562   if (TLI && HaveCommonExprs && AllUsesAreAddresses) {
1563     const SCEV *NewCommon = CommonExprs;
1564     const SCEV *Imm = SE->getIntegerSCEV(0, ReplacedTy);
1565     MoveImmediateValues(TLI, Type::getVoidTy(
1566                         L->getLoopPreheader()->getContext()),
1567                         NewCommon, Imm, true, L, SE);
1568     if (!Imm->isZero()) {
1569       bool DoSink = true;
1570
1571       // If the immediate part of the common expression is a GV, check if it's
1572       // possible to fold it into the target addressing mode.
1573       GlobalValue *GV = 0;
1574       if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(Imm))
1575         GV = dyn_cast<GlobalValue>(SU->getValue());
1576       int64_t Offset = 0;
1577       if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Imm))
1578         Offset = SC->getValue()->getSExtValue();
1579       if (GV || Offset)
1580         // Pass VoidTy as the AccessTy to be conservative, because
1581         // there could be multiple access types among all the uses.
1582         DoSink = IsImmFoldedIntoAddrMode(GV, Offset,
1583                           Type::getVoidTy(L->getLoopPreheader()->getContext()),
1584                                          UsersToProcess, TLI);
1585
1586       if (DoSink) {
1587         DEBUG(errs() << "  Sinking " << *Imm << " back down into uses\n");
1588         for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1589           UsersToProcess[i].Imm = SE->getAddExpr(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1590         CommonExprs = NewCommon;
1591         HaveCommonExprs = !CommonExprs->isZero();
1592         ++NumImmSunk;
1593       }
1594     }
1595   }
1596
1597   // Now that we know what we need to do, insert the PHI node itself.
1598   //
1599   DEBUG(errs() << "LSR: Examining IVs of TYPE " << *ReplacedTy << " of STRIDE "
1600                << *Stride << ":\n"
1601                << "  Common base: " << *CommonExprs << "\n");
1602
1603   SCEVExpander Rewriter(*SE);
1604   SCEVExpander PreheaderRewriter(*SE);
1605
1606   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
1607   Instruction *PreInsertPt = Preheader->getTerminator();
1608   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1609   Instruction *IVIncInsertPt = LatchBlock->getTerminator();
1610
1611   Value *CommonBaseV = Constant::getNullValue(ReplacedTy);
1612
1613   const SCEV *RewriteFactor = SE->getIntegerSCEV(0, ReplacedTy);
1614   IVExpr   ReuseIV(SE->getIntegerSCEV(0,
1615                                     Type::getInt32Ty(Preheader->getContext())),
1616                    SE->getIntegerSCEV(0,
1617                                     Type::getInt32Ty(Preheader->getContext())),
1618                    0);
1619
1620   // Choose a strength-reduction strategy and prepare for it by creating
1621   // the necessary PHIs and adjusting the bookkeeping.
1622   if (ShouldUseFullStrengthReductionMode(UsersToProcess, L,
1623                                          AllUsesAreAddresses, Stride)) {
1624     PrepareToStrengthReduceFully(UsersToProcess, Stride, CommonExprs, L,
1625                                  PreheaderRewriter);
1626   } else {
1627     // Emit the initial base value into the loop preheader.
1628     CommonBaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(CommonExprs, ReplacedTy,
1629                                                   PreInsertPt);
1630
1631     // If all uses are addresses, check if it is possible to reuse an IV.  The
1632     // new IV must have a stride that is a multiple of the old stride; the
1633     // multiple must be a number that can be encoded in the scale field of the
1634     // target addressing mode; and we must have a valid instruction after this
1635     // substitution, including the immediate field, if any.
1636     RewriteFactor = CheckForIVReuse(HaveCommonExprs, AllUsesAreAddresses,
1637                                     AllUsesAreOutsideLoop,
1638                                     Stride, ReuseIV, ReplacedTy,
1639                                     UsersToProcess);
1640     if (!RewriteFactor->isZero())
1641       PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(UsersToProcess, CommonBaseV,
1642                                                ReuseIV, PreInsertPt);
1643     else {
1644       IVIncInsertPt = FindIVIncInsertPt(UsersToProcess, L);
1645       PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(UsersToProcess, Stride, CommonExprs,
1646                                         CommonBaseV, IVIncInsertPt,
1647                                         L, PreheaderRewriter);
1648     }
1649   }
1650
1651   // Process all the users now, replacing their strided uses with
1652   // strength-reduced forms.  This outer loop handles all bases, the inner
1653   // loop handles all users of a particular base.
1654   while (!UsersToProcess.empty()) {
1655     const SCEV *Base = UsersToProcess.back().Base;
1656     Instruction *Inst = UsersToProcess.back().Inst;
1657
1658     // Emit the code for Base into the preheader.
1659     Value *BaseV = 0;
1660     if (!Base->isZero()) {
1661       BaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(Base, 0, PreInsertPt);
1662
1663       DEBUG(errs() << "  INSERTING code for BASE = " << *Base << ":");
1664       if (BaseV->hasName())
1665         DEBUG(errs() << " Result value name = %" << BaseV->getName());
1666       DEBUG(errs() << "\n");
1667
1668       // If BaseV is a non-zero constant, make sure that it gets inserted into
1669       // the preheader, instead of being forward substituted into the uses.  We
1670       // do this by forcing a BitCast (noop cast) to be inserted into the
1671       // preheader in this case.
1672       if (!fitsInAddressMode(Base, getAccessType(Inst), TLI, false) &&
1673           isa<Constant>(BaseV)) {
1674         // We want this constant emitted into the preheader! This is just
1675         // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1676         BaseV = new BitCastInst(BaseV, BaseV->getType(), "preheaderinsert",
1677                                 PreInsertPt);
1678       }
1679     }
1680
1681     // Emit the code to add the immediate offset to the Phi value, just before
1682     // the instructions that we identified as using this stride and base.
1683     do {
1684       // FIXME: Use emitted users to emit other users.
1685       BasedUser &User = UsersToProcess.back();
1686
1687       DEBUG(errs() << "    Examining ");
1688       if (User.isUseOfPostIncrementedValue)
1689         DEBUG(errs() << "postinc");
1690       else
1691         DEBUG(errs() << "preinc");
1692       DEBUG(errs() << " use ");
1693       DEBUG(WriteAsOperand(errs(), UsersToProcess.back().OperandValToReplace,
1694                            /*PrintType=*/false));
1695       DEBUG(errs() << " in Inst: " << *User.Inst);
1696
1697       // If this instruction wants to use the post-incremented value, move it
1698       // after the post-inc and use its value instead of the PHI.
1699       Value *RewriteOp = User.Phi;
1700       if (User.isUseOfPostIncrementedValue) {
1701         RewriteOp = User.Phi->getIncomingValueForBlock(LatchBlock);
1702         // If this user is in the loop, make sure it is the last thing in the
1703         // loop to ensure it is dominated by the increment. In case it's the
1704         // only use of the iv, the increment instruction is already before the
1705         // use.
1706         if (L->contains(User.Inst->getParent()) && User.Inst != IVIncInsertPt)
1707           User.Inst->moveBefore(IVIncInsertPt);
1708       }
1709
1710       const SCEV *RewriteExpr = SE->getUnknown(RewriteOp);
1711
1712       if (SE->getEffectiveSCEVType(RewriteOp->getType()) !=
1713           SE->getEffectiveSCEVType(ReplacedTy)) {
1714         assert(SE->getTypeSizeInBits(RewriteOp->getType()) >
1715                SE->getTypeSizeInBits(ReplacedTy) &&
1716                "Unexpected widening cast!");
1717         RewriteExpr = SE->getTruncateExpr(RewriteExpr, ReplacedTy);
1718       }
1719
1720       // If we had to insert new instructions for RewriteOp, we have to
1721       // consider that they may not have been able to end up immediately
1722       // next to RewriteOp, because non-PHI instructions may never precede
1723       // PHI instructions in a block. In this case, remember where the last
1724       // instruction was inserted so that if we're replacing a different
1725       // PHI node, we can use the later point to expand the final
1726       // RewriteExpr.
1727       Instruction *NewBasePt = dyn_cast<Instruction>(RewriteOp);
1728       if (RewriteOp == User.Phi) NewBasePt = 0;
1729
1730       // Clear the SCEVExpander's expression map so that we are guaranteed
1731       // to have the code emitted where we expect it.
1732       Rewriter.clear();
1733
1734       // If we are reusing the iv, then it must be multiplied by a constant
1735       // factor to take advantage of the addressing mode scale component.
1736       if (!RewriteFactor->isZero()) {
1737         // If we're reusing an IV with a nonzero base (currently this happens
1738         // only when all reuses are outside the loop) subtract that base here.
1739         // The base has been used to initialize the PHI node but we don't want
1740         // it here.
1741         if (!ReuseIV.Base->isZero()) {
1742           const SCEV *typedBase = ReuseIV.Base;
1743           if (SE->getEffectiveSCEVType(RewriteExpr->getType()) !=
1744               SE->getEffectiveSCEVType(ReuseIV.Base->getType())) {
1745             // It's possible the original IV is a larger type than the new IV,
1746             // in which case we have to truncate the Base.  We checked in
1747             // RequiresTypeConversion that this is valid.
1748             assert(SE->getTypeSizeInBits(RewriteExpr->getType()) <
1749                    SE->getTypeSizeInBits(ReuseIV.Base->getType()) &&
1750                    "Unexpected lengthening conversion!");
1751             typedBase = SE->getTruncateExpr(ReuseIV.Base,
1752                                             RewriteExpr->getType());
1753           }
1754           RewriteExpr = SE->getMinusSCEV(RewriteExpr, typedBase);
1755         }
1756
1757         // Multiply old variable, with base removed, by new scale factor.
1758         RewriteExpr = SE->getMulExpr(RewriteFactor,
1759                                      RewriteExpr);
1760
1761         // The common base is emitted in the loop preheader. But since we
1762         // are reusing an IV, it has not been used to initialize the PHI node.
1763         // Add it to the expression used to rewrite the uses.
1764         // When this use is outside the loop, we earlier subtracted the
1765         // common base, and are adding it back here.  Use the same expression
1766         // as before, rather than CommonBaseV, so DAGCombiner will zap it.
1767         if (!CommonExprs->isZero()) {
1768           if (L->contains(User.Inst->getParent()))
1769             RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr,
1770                                        SE->getUnknown(CommonBaseV));
1771           else
1772             RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, CommonExprs);
1773         }
1774       }
1775
1776       // Now that we know what we need to do, insert code before User for the
1777       // immediate and any loop-variant expressions.
1778       if (BaseV)
1779         // Add BaseV to the PHI value if needed.
1780         RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, SE->getUnknown(BaseV));
1781
1782       User.RewriteInstructionToUseNewBase(RewriteExpr, NewBasePt,
1783                                           Rewriter, L, this, *LI,
1784                                           DeadInsts);
1785
1786       // Mark old value we replaced as possibly dead, so that it is eliminated
1787       // if we just replaced the last use of that value.
1788       DeadInsts.push_back(User.OperandValToReplace);
1789
1790       UsersToProcess.pop_back();
1791       ++NumReduced;
1792
1793       // If there are any more users to process with the same base, process them
1794       // now.  We sorted by base above, so we just have to check the last elt.
1795     } while (!UsersToProcess.empty() && UsersToProcess.back().Base == Base);
1796     // TODO: Next, find out which base index is the most common, pull it out.
1797   }
1798
1799   // IMPORTANT TODO: Figure out how to partition the IV's with this stride, but
1800   // different starting values, into different PHIs.
1801 }
1802
1803 void LoopStrengthReduce::StrengthReduceIVUsers(Loop *L) {
1804   // Note: this processes each stride/type pair individually.  All users
1805   // passed into StrengthReduceIVUsersOfStride have the same type AND stride.
1806   // Also, note that we iterate over IVUsesByStride indirectly by using
1807   // StrideOrder. This extra layer of indirection makes the ordering of
1808   // strides deterministic - not dependent on map order.
1809   for (unsigned Stride = 0, e = IU->StrideOrder.size(); Stride != e; ++Stride) {
1810     std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
1811       IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[Stride]);
1812     assert(SI != IU->IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1813     // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
1814     if (!SI->first->isLoopInvariant(L))
1815       continue;
1816     StrengthReduceIVUsersOfStride(SI->first, *SI->second, L);
1817   }
1818 }
1819
1820 /// FindIVUserForCond - If Cond has an operand that is an expression of an IV,
1821 /// set the IV user and stride information and return true, otherwise return
1822 /// false.
1823 bool LoopStrengthReduce::FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond,
1824                                            IVStrideUse *&CondUse,
1825                                            const SCEV* &CondStride) {
1826   for (unsigned Stride = 0, e = IU->StrideOrder.size();
1827        Stride != e && !CondUse; ++Stride) {
1828     std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
1829       IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[Stride]);
1830     assert(SI != IU->IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1831
1832     for (ilist<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second->Users.begin(),
1833          E = SI->second->Users.end(); UI != E; ++UI)
1834       if (UI->getUser() == Cond) {
1835         // NOTE: we could handle setcc instructions with multiple uses here, but
1836         // InstCombine does it as well for simple uses, it's not clear that it
1837         // occurs enough in real life to handle.
1838         CondUse = UI;
1839         CondStride = SI->first;
1840         return true;
1841       }
1842   }
1843   return false;
1844 }
1845
1846 namespace {
1847   // Constant strides come first which in turns are sorted by their absolute
1848   // values. If absolute values are the same, then positive strides comes first.
1849   // e.g.
1850   // 4, -1, X, 1, 2 ==> 1, -1, 2, 4, X
1851   struct StrideCompare {
1852     const ScalarEvolution *SE;
1853     explicit StrideCompare(const ScalarEvolution *se) : SE(se) {}
1854
1855     bool operator()(const SCEV *const &LHS, const SCEV *const &RHS) {
1856       const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS);
1857       const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS);
1858       if (LHSC && RHSC) {
1859         int64_t  LV = LHSC->getValue()->getSExtValue();
1860         int64_t  RV = RHSC->getValue()->getSExtValue();
1861         uint64_t ALV = (LV < 0) ? -LV : LV;
1862         uint64_t ARV = (RV < 0) ? -RV : RV;
1863         if (ALV == ARV) {
1864           if (LV != RV)
1865             return LV > RV;
1866         } else {
1867           return ALV < ARV;
1868         }
1869
1870         // If it's the same value but different type, sort by bit width so
1871         // that we emit larger induction variables before smaller
1872         // ones, letting the smaller be re-written in terms of larger ones.
1873         return SE->getTypeSizeInBits(RHS->getType()) <
1874                SE->getTypeSizeInBits(LHS->getType());
1875       }
1876       return LHSC && !RHSC;
1877     }
1878   };
1879 }
1880
1881 /// ChangeCompareStride - If a loop termination compare instruction is the
1882 /// only use of its stride, and the compaison is against a constant value,
1883 /// try eliminate the stride by moving the compare instruction to another
1884 /// stride and change its constant operand accordingly. e.g.
1885 ///
1886 /// loop:
1887 /// ...
1888 /// v1 = v1 + 3
1889 /// v2 = v2 + 1
1890 /// if (v2 < 10) goto loop
1891 /// =>
1892 /// loop:
1893 /// ...
1894 /// v1 = v1 + 3
1895 /// if (v1 < 30) goto loop
1896 ICmpInst *LoopStrengthReduce::ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
1897                                                   IVStrideUse* &CondUse,
1898                                                   const SCEV* &CondStride,
1899                                                   bool PostPass) {
1900   // If there's only one stride in the loop, there's nothing to do here.
1901   if (IU->StrideOrder.size() < 2)
1902     return Cond;
1903   // If there are other users of the condition's stride, don't bother
1904   // trying to change the condition because the stride will still
1905   // remain.
1906   std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator I =
1907     IU->IVUsesByStride.find(CondStride);
1908   if (I == IU->IVUsesByStride.end())
1909     return Cond;
1910   if (I->second->Users.size() > 1) {
1911     for (ilist<IVStrideUse>::iterator II = I->second->Users.begin(),
1912            EE = I->second->Users.end(); II != EE; ++II) {
1913       if (II->getUser() == Cond)
1914         continue;
1915       if (!isInstructionTriviallyDead(II->getUser()))
1916         return Cond;
1917     }
1918   }
1919   // Only handle constant strides for now.
1920   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(CondStride);
1921   if (!SC) return Cond;
1922
1923   ICmpInst::Predicate Predicate = Cond->getPredicate();
1924   int64_t CmpSSInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1925   unsigned BitWidth = SE->getTypeSizeInBits(CondStride->getType());
1926   uint64_t SignBit = 1ULL << (BitWidth-1);
1927   const Type *CmpTy = Cond->getOperand(0)->getType();
1928   const Type *NewCmpTy = NULL;
1929   unsigned TyBits = SE->getTypeSizeInBits(CmpTy);
1930   unsigned NewTyBits = 0;
1931   const SCEV *NewStride = NULL;
1932   Value *NewCmpLHS = NULL;
1933   Value *NewCmpRHS = NULL;
1934   int64_t Scale = 1;
1935   const SCEV *NewOffset = SE->getIntegerSCEV(0, CmpTy);
1936
1937   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Cond->getOperand(1))) {
1938     int64_t CmpVal = C->getValue().getSExtValue();
1939
1940     // Check the relevant induction variable for conformance to
1941     // the pattern.
1942     const SCEV *IV = SE->getSCEV(Cond->getOperand(0));
1943     const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
1944     if (!AR || !AR->isAffine())
1945       return Cond;
1946
1947     const SCEVConstant *StartC = dyn_cast<SCEVConstant>(AR->getStart());
1948     // Check stride constant and the comparision constant signs to detect
1949     // overflow.
1950     if (StartC) {
1951       if ((StartC->getValue()->getSExtValue() < CmpVal && CmpSSInt < 0) ||
1952           (StartC->getValue()->getSExtValue() > CmpVal && CmpSSInt > 0))
1953         return Cond;
1954     } else {
1955       // More restrictive check for the other cases.
1956       if ((CmpVal & SignBit) != (CmpSSInt & SignBit))
1957         return Cond;
1958     }
1959
1960     // Look for a suitable stride / iv as replacement.
1961     for (unsigned i = 0, e = IU->StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
1962       std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
1963         IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[i]);
1964       if (!isa<SCEVConstant>(SI->first) || SI->second->Users.empty())
1965         continue;
1966       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1967       if (SSInt == CmpSSInt ||
1968           abs64(SSInt) < abs64(CmpSSInt) ||
1969           (SSInt % CmpSSInt) != 0)
1970         continue;
1971
1972       Scale = SSInt / CmpSSInt;
1973       int64_t NewCmpVal = CmpVal * Scale;
1974
1975       // If old icmp value fits in icmp immediate field, but the new one doesn't
1976       // try something else.
1977       if (TLI &&
1978           TLI->isLegalICmpImmediate(CmpVal) &&
1979           !TLI->isLegalICmpImmediate(NewCmpVal))
1980         continue;
1981
1982       APInt Mul = APInt(BitWidth*2, CmpVal, true);
1983       Mul = Mul * APInt(BitWidth*2, Scale, true);
1984       // Check for overflow.
1985       if (!Mul.isSignedIntN(BitWidth))
1986         continue;
1987       // Check for overflow in the stride's type too.
1988       if (!Mul.isSignedIntN(SE->getTypeSizeInBits(SI->first->getType())))
1989         continue;
1990
1991       // Watch out for overflow.
1992       if (ICmpInst::isSigned(Predicate) &&
1993           (CmpVal & SignBit) != (NewCmpVal & SignBit))
1994         continue;
1995
1996       // Pick the best iv to use trying to avoid a cast.
1997       NewCmpLHS = NULL;
1998       for (ilist<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second->Users.begin(),
1999              E = SI->second->Users.end(); UI != E; ++UI) {
2000         Value *Op = UI->getOperandValToReplace();
2001
2002         // If the IVStrideUse implies a cast, check for an actual cast which
2003         // can be used to find the original IV expression.
2004         if (SE->getEffectiveSCEVType(Op->getType()) !=
2005             SE->getEffectiveSCEVType(SI->first->getType())) {
2006           CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(Op);
2007           // If it's not a simple cast, it's complicated.
2008           if (!CI)
2009             continue;
2010           // If it's a cast from a type other than the stride type,
2011           // it's complicated.
2012           if (CI->getOperand(0)->getType() != SI->first->getType())
2013             continue;
2014           // Ok, we found the IV expression in the stride's type.
2015           Op = CI->getOperand(0);
2016         }
2017
2018         NewCmpLHS = Op;
2019         if (NewCmpLHS->getType() == CmpTy)
2020           break;
2021       }
2022       if (!NewCmpLHS)
2023         continue;
2024
2025       NewCmpTy = NewCmpLHS->getType();
2026       NewTyBits = SE->getTypeSizeInBits(NewCmpTy);
2027       const Type *NewCmpIntTy = IntegerType::get(Cond->getContext(), NewTyBits);
2028       if (RequiresTypeConversion(NewCmpTy, CmpTy)) {
2029         // Check if it is possible to rewrite it using
2030         // an iv / stride of a smaller integer type.
2031         unsigned Bits = NewTyBits;
2032         if (ICmpInst::isSigned(Predicate))
2033           --Bits;
2034         uint64_t Mask = (1ULL << Bits) - 1;
2035         if (((uint64_t)NewCmpVal & Mask) != (uint64_t)NewCmpVal)
2036           continue;
2037       }
2038
2039       // Don't rewrite if use offset is non-constant and the new type is
2040       // of a different type.
2041       // FIXME: too conservative?
2042       if (NewTyBits != TyBits && !isa<SCEVConstant>(CondUse->getOffset()))
2043         continue;
2044
2045       if (!PostPass) {
2046         bool AllUsesAreAddresses = true;
2047         bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
2048         std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
2049         const SCEV *CommonExprs = CollectIVUsers(SI->first, *SI->second, L,
2050                                                  AllUsesAreAddresses,
2051                                                  AllUsesAreOutsideLoop,
2052                                                  UsersToProcess);
2053         // Avoid rewriting the compare instruction with an iv of new stride
2054         // if it's likely the new stride uses will be rewritten using the
2055         // stride of the compare instruction.
2056         if (AllUsesAreAddresses &&
2057             ValidScale(!CommonExprs->isZero(), Scale, UsersToProcess))
2058           continue;
2059       }
2060
2061       // Avoid rewriting the compare instruction with an iv which has
2062       // implicit extension or truncation built into it.
2063       // TODO: This is over-conservative.
2064       if (SE->getTypeSizeInBits(CondUse->getOffset()->getType()) != TyBits)
2065         continue;
2066
2067       // If scale is negative, use swapped predicate unless it's testing
2068       // for equality.
2069       if (Scale < 0 && !Cond->isEquality())
2070         Predicate = ICmpInst::getSwappedPredicate(Predicate);
2071
2072       NewStride = IU->StrideOrder[i];
2073       if (!isa<PointerType>(NewCmpTy))
2074         NewCmpRHS = ConstantInt::get(NewCmpTy, NewCmpVal);
2075       else {
2076         Constant *CI = ConstantInt::get(NewCmpIntTy, NewCmpVal);
2077         NewCmpRHS = ConstantExpr::getIntToPtr(CI, NewCmpTy);
2078       }
2079       NewOffset = TyBits == NewTyBits
2080         ? SE->getMulExpr(CondUse->getOffset(),
2081                          SE->getConstant(CmpTy, Scale))
2082         : SE->getConstant(NewCmpIntTy,
2083           cast<SCEVConstant>(CondUse->getOffset())->getValue()
2084             ->getSExtValue()*Scale);
2085       break;
2086     }
2087   }
2088
2089   // Forgo this transformation if it the increment happens to be
2090   // unfortunately positioned after the condition, and the condition
2091   // has multiple uses which prevent it from being moved immediately
2092   // before the branch. See
2093   // test/Transforms/LoopStrengthReduce/change-compare-stride-trickiness-*.ll
2094   // for an example of this situation.
2095   if (!Cond->hasOneUse()) {
2096     for (BasicBlock::iterator I = Cond, E = Cond->getParent()->end();
2097          I != E; ++I)
2098       if (I == NewCmpLHS)
2099         return Cond;
2100   }
2101
2102   if (NewCmpRHS) {
2103     // Create a new compare instruction using new stride / iv.
2104     ICmpInst *OldCond = Cond;
2105     // Insert new compare instruction.
2106     Cond = new ICmpInst(OldCond, Predicate, NewCmpLHS, NewCmpRHS,
2107                         L->getHeader()->getName() + ".termcond");
2108
2109     DEBUG(errs() << "    Change compare stride in Inst " << *OldCond);
2110     DEBUG(errs() << " to " << *Cond << '\n');
2111
2112     // Remove the old compare instruction. The old indvar is probably dead too.
2113     DeadInsts.push_back(CondUse->getOperandValToReplace());
2114     OldCond->replaceAllUsesWith(Cond);
2115     OldCond->eraseFromParent();
2116
2117     IU->IVUsesByStride[NewStride]->addUser(NewOffset, Cond, NewCmpLHS);
2118     CondUse = &IU->IVUsesByStride[NewStride]->Users.back();
2119     CondStride = NewStride;
2120     ++NumEliminated;
2121     Changed = true;
2122   }
2123
2124   return Cond;
2125 }
2126
2127 /// OptimizeMax - Rewrite the loop's terminating condition if it uses
2128 /// a max computation.
2129 ///
2130 /// This is a narrow solution to a specific, but acute, problem. For loops
2131 /// like this:
2132 ///
2133 ///   i = 0;
2134 ///   do {
2135 ///     p[i] = 0.0;
2136 ///   } while (++i < n);
2137 ///
2138 /// the trip count isn't just 'n', because 'n' might not be positive. And
2139 /// unfortunately this can come up even for loops where the user didn't use
2140 /// a C do-while loop. For example, seemingly well-behaved top-test loops
2141 /// will commonly be lowered like this:
2142 //
2143 ///   if (n > 0) {
2144 ///     i = 0;
2145 ///     do {
2146 ///       p[i] = 0.0;
2147 ///     } while (++i < n);
2148 ///   }
2149 ///
2150 /// and then it's possible for subsequent optimization to obscure the if
2151 /// test in such a way that indvars can't find it.
2152 ///
2153 /// When indvars can't find the if test in loops like this, it creates a
2154 /// max expression, which allows it to give the loop a canonical
2155 /// induction variable:
2156 ///
2157 ///   i = 0;
2158 ///   max = n < 1 ? 1 : n;
2159 ///   do {
2160 ///     p[i] = 0.0;
2161 ///   } while (++i != max);
2162 ///
2163 /// Canonical induction variables are necessary because the loop passes
2164 /// are designed around them. The most obvious example of this is the
2165 /// LoopInfo analysis, which doesn't remember trip count values. It
2166 /// expects to be able to rediscover the trip count each time it is
2167 /// needed, and it does this using a simple analyis that only succeeds if
2168 /// the loop has a canonical induction variable.
2169 ///
2170 /// However, when it comes time to generate code, the maximum operation
2171 /// can be quite costly, especially if it's inside of an outer loop.
2172 ///
2173 /// This function solves this problem by detecting this type of loop and
2174 /// rewriting their conditions from ICMP_NE back to ICMP_SLT, and deleting
2175 /// the instructions for the maximum computation.
2176 ///
2177 ICmpInst *LoopStrengthReduce::OptimizeMax(Loop *L, ICmpInst *Cond,
2178                                           IVStrideUse* &CondUse) {
2179   // Check that the loop matches the pattern we're looking for.
2180   if (Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_EQ &&
2181       Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_NE)
2182     return Cond;
2183
2184   SelectInst *Sel = dyn_cast<SelectInst>(Cond->getOperand(1));
2185   if (!Sel || !Sel->hasOneUse()) return Cond;
2186
2187   const SCEV *BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
2188   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
2189     return Cond;
2190   const SCEV *One = SE->getIntegerSCEV(1, BackedgeTakenCount->getType());
2191
2192   // Add one to the backedge-taken count to get the trip count.
2193   const SCEV *IterationCount = SE->getAddExpr(BackedgeTakenCount, One);
2194
2195   // Check for a max calculation that matches the pattern.
2196   if (!isa<SCEVSMaxExpr>(IterationCount) && !isa<SCEVUMaxExpr>(IterationCount))
2197     return Cond;
2198   const SCEVNAryExpr *Max = cast<SCEVNAryExpr>(IterationCount);
2199   if (Max != SE->getSCEV(Sel)) return Cond;
2200
2201   // To handle a max with more than two operands, this optimization would
2202   // require additional checking and setup.
2203   if (Max->getNumOperands() != 2)
2204     return Cond;
2205
2206   const SCEV *MaxLHS = Max->getOperand(0);
2207   const SCEV *MaxRHS = Max->getOperand(1);
2208   if (!MaxLHS || MaxLHS != One) return Cond;
2209
2210   // Check the relevant induction variable for conformance to
2211   // the pattern.
2212   const SCEV *IV = SE->getSCEV(Cond->getOperand(0));
2213   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
2214   if (!AR || !AR->isAffine() ||
2215       AR->getStart() != One ||
2216       AR->getStepRecurrence(*SE) != One)
2217     return Cond;
2218
2219   assert(AR->getLoop() == L &&
2220          "Loop condition operand is an addrec in a different loop!");
2221
2222   // Check the right operand of the select, and remember it, as it will
2223   // be used in the new comparison instruction.
2224   Value *NewRHS = 0;
2225   if (SE->getSCEV(Sel->getOperand(1)) == MaxRHS)
2226     NewRHS = Sel->getOperand(1);
2227   else if (SE->getSCEV(Sel->getOperand(2)) == MaxRHS)
2228     NewRHS = Sel->getOperand(2);
2229   if (!NewRHS) return Cond;
2230
2231   // Determine the new comparison opcode. It may be signed or unsigned,
2232   // and the original comparison may be either equality or inequality.
2233   CmpInst::Predicate Pred =
2234     isa<SCEVSMaxExpr>(Max) ? CmpInst::ICMP_SLT : CmpInst::ICMP_ULT;
2235   if (Cond->getPredicate() == CmpInst::ICMP_EQ)
2236     Pred = CmpInst::getInversePredicate(Pred);
2237
2238   // Ok, everything looks ok to change the condition into an SLT or SGE and
2239   // delete the max calculation.
2240   ICmpInst *NewCond =
2241     new ICmpInst(Cond, Pred, Cond->getOperand(0), NewRHS, "scmp");
2242
2243   // Delete the max calculation instructions.
2244   Cond->replaceAllUsesWith(NewCond);
2245   CondUse->setUser(NewCond);
2246   Instruction *Cmp = cast<Instruction>(Sel->getOperand(0));
2247   Cond->eraseFromParent();
2248   Sel->eraseFromParent();
2249   if (Cmp->use_empty())
2250     Cmp->eraseFromParent();
2251   return NewCond;
2252 }
2253
2254 /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
2255 /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
2256 void LoopStrengthReduce::OptimizeShadowIV(Loop *L) {
2257
2258   const SCEV *BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
2259   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
2260     return;
2261
2262   for (unsigned Stride = 0, e = IU->StrideOrder.size(); Stride != e;
2263        ++Stride) {
2264     std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
2265       IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[Stride]);
2266     assert(SI != IU->IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2267     if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
2268       continue;
2269
2270     for (ilist<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second->Users.begin(),
2271            E = SI->second->Users.end(); UI != E; /* empty */) {
2272       ilist<IVStrideUse>::iterator CandidateUI = UI;
2273       ++UI;
2274       Instruction *ShadowUse = CandidateUI->getUser();
2275       const Type *DestTy = NULL;
2276
2277       /* If shadow use is a int->float cast then insert a second IV
2278          to eliminate this cast.
2279
2280            for (unsigned i = 0; i < n; ++i)
2281              foo((double)i);
2282
2283          is transformed into
2284
2285            double d = 0.0;
2286            for (unsigned i = 0; i < n; ++i, ++d)
2287              foo(d);
2288       */
2289       if (UIToFPInst *UCast = dyn_cast<UIToFPInst>(CandidateUI->getUser()))
2290         DestTy = UCast->getDestTy();
2291       else if (SIToFPInst *SCast = dyn_cast<SIToFPInst>(CandidateUI->getUser()))
2292         DestTy = SCast->getDestTy();
2293       if (!DestTy) continue;
2294
2295       if (TLI) {
2296         // If target does not support DestTy natively then do not apply
2297         // this transformation.
2298         EVT DVT = TLI->getValueType(DestTy);
2299         if (!TLI->isTypeLegal(DVT)) continue;
2300       }
2301
2302       PHINode *PH = dyn_cast<PHINode>(ShadowUse->getOperand(0));
2303       if (!PH) continue;
2304       if (PH->getNumIncomingValues() != 2) continue;
2305
2306       const Type *SrcTy = PH->getType();
2307       int Mantissa = DestTy->getFPMantissaWidth();
2308       if (Mantissa == -1) continue;
2309       if ((int)SE->getTypeSizeInBits(SrcTy) > Mantissa)
2310         continue;
2311
2312       unsigned Entry, Latch;
2313       if (PH->getIncomingBlock(0) == L->getLoopPreheader()) {
2314         Entry = 0;
2315         Latch = 1;
2316       } else {
2317         Entry = 1;
2318         Latch = 0;
2319       }
2320
2321       ConstantInt *Init = dyn_cast<ConstantInt>(PH->getIncomingValue(Entry));
2322       if (!Init) continue;
2323       Constant *NewInit = ConstantFP::get(DestTy, Init->getZExtValue());
2324
2325       BinaryOperator *Incr =
2326         dyn_cast<BinaryOperator>(PH->getIncomingValue(Latch));
2327       if (!Incr) continue;
2328       if (Incr->getOpcode() != Instruction::Add
2329           && Incr->getOpcode() != Instruction::Sub)
2330         continue;
2331
2332       /* Initialize new IV, double d = 0.0 in above example. */
2333       ConstantInt *C = NULL;
2334       if (Incr->getOperand(0) == PH)
2335         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(1));
2336       else if (Incr->getOperand(1) == PH)
2337         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(0));
2338       else
2339         continue;
2340
2341       if (!C) continue;
2342
2343       // Ignore negative constants, as the code below doesn't handle them
2344       // correctly. TODO: Remove this restriction.
2345       if (!C->getValue().isStrictlyPositive()) continue;
2346
2347       /* Add new PHINode. */
2348       PHINode *NewPH = PHINode::Create(DestTy, "IV.S.", PH);
2349
2350       /* create new increment. '++d' in above example. */
2351       Constant *CFP = ConstantFP::get(DestTy, C->getZExtValue());
2352       BinaryOperator *NewIncr =
2353         BinaryOperator::Create(Incr->getOpcode() == Instruction::Add ?
2354                                  Instruction::FAdd : Instruction::FSub,
2355                                NewPH, CFP, "IV.S.next.", Incr);
2356
2357       NewPH->addIncoming(NewInit, PH->getIncomingBlock(Entry));
2358       NewPH->addIncoming(NewIncr, PH->getIncomingBlock(Latch));
2359
2360       /* Remove cast operation */
2361       ShadowUse->replaceAllUsesWith(NewPH);
2362       ShadowUse->eraseFromParent();
2363       NumShadow++;
2364       break;
2365     }
2366   }
2367 }
2368
2369 /// OptimizeIndvars - Now that IVUsesByStride is set up with all of the indvar
2370 /// uses in the loop, look to see if we can eliminate some, in favor of using
2371 /// common indvars for the different uses.
2372 void LoopStrengthReduce::OptimizeIndvars(Loop *L) {
2373   // TODO: implement optzns here.
2374
2375   OptimizeShadowIV(L);
2376 }
2377
2378 bool LoopStrengthReduce::StrideMightBeShared(const SCEV* Stride, Loop *L,
2379                                              bool CheckPreInc) {
2380   int64_t SInt = cast<SCEVConstant>(Stride)->getValue()->getSExtValue();
2381   for (unsigned i = 0, e = IU->StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
2382     std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
2383       IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[i]);
2384     const SCEV *Share = SI->first;
2385     if (!isa<SCEVConstant>(SI->first) || Share == Stride)
2386       continue;
2387     int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(Share)->getValue()->getSExtValue();
2388     if (SSInt == SInt)
2389       return true; // This can definitely be reused.
2390     if (unsigned(abs64(SSInt)) < SInt || (SSInt % SInt) != 0)
2391       continue;
2392     int64_t Scale = SSInt / SInt;
2393     bool AllUsesAreAddresses = true;
2394     bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
2395     std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
2396     const SCEV *CommonExprs = CollectIVUsers(SI->first, *SI->second, L,
2397                                              AllUsesAreAddresses,
2398                                              AllUsesAreOutsideLoop,
2399                                              UsersToProcess);
2400     if (AllUsesAreAddresses &&
2401         ValidScale(!CommonExprs->isZero(), Scale, UsersToProcess)) {
2402       if (!CheckPreInc)
2403         return true;
2404       // Any pre-inc iv use?
2405       IVUsersOfOneStride &StrideUses = *IU->IVUsesByStride[Share];
2406       for (ilist<IVStrideUse>::iterator I = StrideUses.Users.begin(),
2407              E = StrideUses.Users.end(); I != E; ++I) {
2408         if (!I->isUseOfPostIncrementedValue())
2409           return true;
2410       }
2411     }
2412   }
2413   return false;
2414 }
2415
2416 /// isUsedByExitBranch - Return true if icmp is used by a loop terminating
2417 /// conditional branch or it's and / or with other conditions before being used
2418 /// as the condition.
2419 static bool isUsedByExitBranch(ICmpInst *Cond, Loop *L) {
2420   BasicBlock *CondBB = Cond->getParent();
2421   if (!L->isLoopExiting(CondBB))
2422     return false;
2423   BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(CondBB->getTerminator());
2424   if (!TermBr || !TermBr->isConditional())
2425     return false;
2426
2427   Value *User = *Cond->use_begin();
2428   Instruction *UserInst = dyn_cast<Instruction>(User);
2429   while (UserInst &&
2430          (UserInst->getOpcode() == Instruction::And ||
2431           UserInst->getOpcode() == Instruction::Or)) {
2432     if (!UserInst->hasOneUse() || UserInst->getParent() != CondBB)
2433       return false;
2434     User = *User->use_begin();
2435     UserInst = dyn_cast<Instruction>(User);
2436   }
2437   return User == TermBr;
2438 }
2439
2440 static bool ShouldCountToZero(ICmpInst *Cond, IVStrideUse* &CondUse,
2441                               ScalarEvolution *SE, Loop *L,
2442                               const TargetLowering *TLI = 0) {
2443   if (!L->contains(Cond->getParent()))
2444     return false;
2445
2446   if (!isa<SCEVConstant>(CondUse->getOffset()))
2447     return false;
2448
2449   // Handle only tests for equality for the moment.
2450   if (!Cond->isEquality() || !Cond->hasOneUse())
2451     return false;
2452   if (!isUsedByExitBranch(Cond, L))
2453     return false;
2454
2455   Value *CondOp0 = Cond->getOperand(0);
2456   const SCEV *IV = SE->getSCEV(CondOp0);
2457   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
2458   if (!AR || !AR->isAffine())
2459     return false;
2460
2461   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(AR->getStepRecurrence(*SE));
2462   if (!SC || SC->getValue()->getSExtValue() < 0)
2463     // If it's already counting down, don't do anything.
2464     return false;
2465
2466   // If the RHS of the comparison is not an loop invariant, the rewrite
2467   // cannot be done. Also bail out if it's already comparing against a zero.
2468   // If we are checking this before cmp stride optimization, check if it's
2469   // comparing against a already legal immediate.
2470   Value *RHS = Cond->getOperand(1);
2471   ConstantInt *RHSC = dyn_cast<ConstantInt>(RHS);
2472   if (!L->isLoopInvariant(RHS) ||
2473       (RHSC && RHSC->isZero()) ||
2474       (RHSC && TLI && TLI->isLegalICmpImmediate(RHSC->getSExtValue())))
2475     return false;
2476
2477   // Make sure the IV is only used for counting.  Value may be preinc or
2478   // postinc; 2 uses in either case.
2479   if (!CondOp0->hasNUses(2))
2480     return false;
2481
2482   return true;
2483 }
2484
2485 /// OptimizeLoopTermCond - Change loop terminating condition to use the
2486 /// postinc iv when possible.
2487 void LoopStrengthReduce::OptimizeLoopTermCond(Loop *L) {
2488   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
2489   bool LatchExit = L->isLoopExiting(LatchBlock);
2490   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitingBlocks;
2491   L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
2492
2493   for (unsigned i = 0, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i) {
2494     BasicBlock *ExitingBlock = ExitingBlocks[i];
2495
2496     // Finally, get the terminating condition for the loop if possible.  If we
2497     // can, we want to change it to use a post-incremented version of its
2498     // induction variable, to allow coalescing the live ranges for the IV into
2499     // one register value.
2500
2501     BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
2502     if (!TermBr)
2503       continue;
2504     // FIXME: Overly conservative, termination condition could be an 'or' etc..
2505     if (TermBr->isUnconditional() || !isa<ICmpInst>(TermBr->getCondition()))
2506       continue;
2507
2508     // Search IVUsesByStride to find Cond's IVUse if there is one.
2509     IVStrideUse *CondUse = 0;
2510     const SCEV *CondStride = 0;
2511     ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(TermBr->getCondition());
2512     if (!FindIVUserForCond(Cond, CondUse, CondStride))
2513       continue;
2514
2515     // If the latch block is exiting and it's not a single block loop, it's
2516     // not safe to use postinc iv in other exiting blocks. FIXME: overly
2517     // conservative? How about icmp stride optimization?
2518     bool UsePostInc =  !(e > 1 && LatchExit && ExitingBlock != LatchBlock);
2519     if (UsePostInc && ExitingBlock != LatchBlock) {
2520       if (!Cond->hasOneUse())
2521         // See below, we don't want the condition to be cloned.
2522         UsePostInc = false;
2523       else {
2524         // If exiting block is the latch block, we know it's safe and profitable
2525         // to transform the icmp to use post-inc iv. Otherwise do so only if it
2526         // would not reuse another iv and its iv would be reused by other uses.
2527         // We are optimizing for the case where the icmp is the only use of the
2528         // iv.
2529         IVUsersOfOneStride &StrideUses = *IU->IVUsesByStride[CondStride];
2530         for (ilist<IVStrideUse>::iterator I = StrideUses.Users.begin(),
2531                E = StrideUses.Users.end(); I != E; ++I) {
2532           if (I->getUser() == Cond)
2533             continue;
2534           if (!I->isUseOfPostIncrementedValue()) {
2535             UsePostInc = false;
2536             break;
2537           }
2538         }
2539       }
2540
2541       // If iv for the stride might be shared and any of the users use pre-inc
2542       // iv might be used, then it's not safe to use post-inc iv.
2543       if (UsePostInc &&
2544           isa<SCEVConstant>(CondStride) &&
2545           StrideMightBeShared(CondStride, L, true))
2546         UsePostInc = false;
2547     }
2548
2549     // If the trip count is computed in terms of a max (due to ScalarEvolution
2550     // being unable to find a sufficient guard, for example), change the loop
2551     // comparison to use SLT or ULT instead of NE.
2552     Cond = OptimizeMax(L, Cond, CondUse);
2553
2554     // If possible, change stride and operands of the compare instruction to
2555     // eliminate one stride. However, avoid rewriting the compare instruction
2556     // with an iv of new stride if it's likely the new stride uses will be
2557     // rewritten using the stride of the compare instruction.
2558     if (ExitingBlock == LatchBlock && isa<SCEVConstant>(CondStride)) {
2559       // If the condition stride is a constant and it's the only use, we might
2560       // want to optimize it first by turning it to count toward zero.
2561       if (!StrideMightBeShared(CondStride, L, false) &&
2562           !ShouldCountToZero(Cond, CondUse, SE, L, TLI))
2563         Cond = ChangeCompareStride(L, Cond, CondUse, CondStride);
2564     }
2565
2566     if (!UsePostInc)
2567       continue;
2568
2569     DEBUG(errs() << "  Change loop exiting icmp to use postinc iv: "
2570           << *Cond << '\n');
2571
2572     // It's possible for the setcc instruction to be anywhere in the loop, and
2573     // possible for it to have multiple users.  If it is not immediately before
2574     // the exiting block branch, move it.
2575     if (&*++BasicBlock::iterator(Cond) != (Instruction*)TermBr) {
2576       if (Cond->hasOneUse()) {   // Condition has a single use, just move it.
2577         Cond->moveBefore(TermBr);
2578       } else {
2579         // Otherwise, clone the terminating condition and insert into the
2580         // loopend.
2581         Cond = cast<ICmpInst>(Cond->clone());
2582         Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
2583         ExitingBlock->getInstList().insert(TermBr, Cond);
2584
2585         // Clone the IVUse, as the old use still exists!
2586         IU->IVUsesByStride[CondStride]->addUser(CondUse->getOffset(), Cond,
2587                                              CondUse->getOperandValToReplace());
2588         CondUse = &IU->IVUsesByStride[CondStride]->Users.back();
2589       }
2590     }
2591
2592     // If we get to here, we know that we can transform the setcc instruction to
2593     // use the post-incremented version of the IV, allowing us to coalesce the
2594     // live ranges for the IV correctly.
2595     CondUse->setOffset(SE->getMinusSCEV(CondUse->getOffset(), CondStride));
2596     CondUse->setIsUseOfPostIncrementedValue(true);
2597     Changed = true;
2598
2599     ++NumLoopCond;
2600   }
2601 }
2602
2603 bool LoopStrengthReduce::OptimizeLoopCountIVOfStride(const SCEV* &Stride,
2604                                                      IVStrideUse* &CondUse,
2605                                                      Loop *L) {
2606   // If the only use is an icmp of a loop exiting conditional branch, then
2607   // attempt the optimization.
2608   BasedUser User = BasedUser(*CondUse, SE);
2609   assert(isa<ICmpInst>(User.Inst) && "Expecting an ICMPInst!");
2610   ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(User.Inst);
2611
2612   // Less strict check now that compare stride optimization is done.
2613   if (!ShouldCountToZero(Cond, CondUse, SE, L))
2614     return false;
2615
2616   Value *CondOp0 = Cond->getOperand(0);
2617   PHINode *PHIExpr = dyn_cast<PHINode>(CondOp0);
2618   Instruction *Incr;
2619   if (!PHIExpr) {
2620     // Value tested is postinc. Find the phi node.
2621     Incr = dyn_cast<BinaryOperator>(CondOp0);
2622     // FIXME: Just use User.OperandValToReplace here?
2623     if (!Incr || Incr->getOpcode() != Instruction::Add)
2624       return false;
2625
2626     PHIExpr = dyn_cast<PHINode>(Incr->getOperand(0));
2627     if (!PHIExpr)
2628       return false;
2629     // 1 use for preinc value, the increment.
2630     if (!PHIExpr->hasOneUse())
2631       return false;
2632   } else {
2633     assert(isa<PHINode>(CondOp0) &&
2634            "Unexpected loop exiting counting instruction sequence!");
2635     PHIExpr = cast<PHINode>(CondOp0);
2636     // Value tested is preinc.  Find the increment.
2637     // A CmpInst is not a BinaryOperator; we depend on this.
2638     Instruction::use_iterator UI = PHIExpr->use_begin();
2639     Incr = dyn_cast<BinaryOperator>(UI);
2640     if (!Incr)
2641       Incr = dyn_cast<BinaryOperator>(++UI);
2642     // One use for postinc value, the phi.  Unnecessarily conservative?
2643     if (!Incr || !Incr->hasOneUse() || Incr->getOpcode() != Instruction::Add)
2644       return false;
2645   }
2646
2647   // Replace the increment with a decrement.
2648   DEBUG(errs() << "LSR: Examining use ");
2649   DEBUG(WriteAsOperand(errs(), CondOp0, /*PrintType=*/false));
2650   DEBUG(errs() << " in Inst: " << *Cond << '\n');
2651   BinaryOperator *Decr =  BinaryOperator::Create(Instruction::Sub,
2652                          Incr->getOperand(0), Incr->getOperand(1), "tmp", Incr);
2653   Incr->replaceAllUsesWith(Decr);
2654   Incr->eraseFromParent();
2655
2656   // Substitute endval-startval for the original startval, and 0 for the
2657   // original endval.  Since we're only testing for equality this is OK even
2658   // if the computation wraps around.
2659   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
2660   Instruction *PreInsertPt = Preheader->getTerminator();
2661   unsigned InBlock = L->contains(PHIExpr->getIncomingBlock(0)) ? 1 : 0;
2662   Value *StartVal = PHIExpr->getIncomingValue(InBlock);
2663   Value *EndVal = Cond->getOperand(1);
2664   DEBUG(errs() << "    Optimize loop counting iv to count down ["
2665         << *EndVal << " .. " << *StartVal << "]\n");
2666
2667   // FIXME: check for case where both are constant.
2668   Constant* Zero = ConstantInt::get(Cond->getOperand(1)->getType(), 0);
2669   BinaryOperator *NewStartVal = BinaryOperator::Create(Instruction::Sub,
2670                                           EndVal, StartVal, "tmp", PreInsertPt);
2671   PHIExpr->setIncomingValue(InBlock, NewStartVal);
2672   Cond->setOperand(1, Zero);
2673   DEBUG(errs() << "    New icmp: " << *Cond << "\n");
2674
2675   int64_t SInt = cast<SCEVConstant>(Stride)->getValue()->getSExtValue();
2676   const SCEV *NewStride = 0;
2677   bool Found = false;
2678   for (unsigned i = 0, e = IU->StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
2679     const SCEV *OldStride = IU->StrideOrder[i];
2680     if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(OldStride))
2681       if (SC->getValue()->getSExtValue() == -SInt) {
2682         Found = true;
2683         NewStride = OldStride;
2684         break;
2685       }
2686   }
2687
2688   if (!Found)
2689     NewStride = SE->getIntegerSCEV(-SInt, Stride->getType());
2690   IU->AddUser(NewStride, CondUse->getOffset(), Cond, Cond->getOperand(0));
2691   IU->IVUsesByStride[Stride]->removeUser(CondUse);
2692
2693   CondUse = &IU->IVUsesByStride[NewStride]->Users.back();
2694   Stride = NewStride;
2695
2696   ++NumCountZero;
2697
2698   return true;
2699 }
2700
2701 /// OptimizeLoopCountIV - If, after all sharing of IVs, the IV used for deciding
2702 /// when to exit the loop is used only for that purpose, try to rearrange things
2703 /// so it counts down to a test against zero.
2704 bool LoopStrengthReduce::OptimizeLoopCountIV(Loop *L) {
2705   bool ThisChanged = false;
2706   for (unsigned i = 0, e = IU->StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
2707     const SCEV *Stride = IU->StrideOrder[i];
2708     std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
2709       IU->IVUsesByStride.find(Stride);
2710     assert(SI != IU->IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2711     // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
2712     if (!SI->first->isLoopInvariant(L))
2713       continue;
2714     // If stride is a constant and it has an icmpinst use, check if we can
2715     // optimize the loop to count down.
2716     if (isa<SCEVConstant>(Stride) && SI->second->Users.size() == 1) {
2717       Instruction *User = SI->second->Users.begin()->getUser();
2718       if (!isa<ICmpInst>(User))
2719         continue;
2720       const SCEV *CondStride = Stride;
2721       IVStrideUse *Use = &*SI->second->Users.begin();
2722       if (!OptimizeLoopCountIVOfStride(CondStride, Use, L))
2723         continue;
2724       ThisChanged = true;
2725
2726       // Now check if it's possible to reuse this iv for other stride uses.
2727       for (unsigned j = 0, ee = IU->StrideOrder.size(); j != ee; ++j) {
2728         const SCEV *SStride = IU->StrideOrder[j];
2729         if (SStride == CondStride)
2730           continue;
2731         std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator SII =
2732           IU->IVUsesByStride.find(SStride);
2733         assert(SII != IU->IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2734         // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
2735         if (!SII->first->isLoopInvariant(L))
2736           continue;
2737         // FIXME: Rewrite other stride using CondStride.
2738       }
2739     }
2740   }
2741
2742   Changed |= ThisChanged;
2743   return ThisChanged;
2744 }
2745
2746 bool LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
2747   IU = &getAnalysis<IVUsers>();
2748   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
2749   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
2750   SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
2751   Changed = false;
2752
2753   // If LoopSimplify form is not available, stay out of trouble.
2754   if (!L->getLoopPreheader() || !L->getLoopLatch())
2755     return false;
2756
2757   if (!IU->IVUsesByStride.empty()) {
2758     DEBUG(errs() << "\nLSR on \"" << L->getHeader()->getParent()->getName()
2759           << "\" ";
2760           L->dump());
2761
2762     // Sort the StrideOrder so we process larger strides first.
2763     std::stable_sort(IU->StrideOrder.begin(), IU->StrideOrder.end(),
2764                      StrideCompare(SE));
2765
2766     // Optimize induction variables.  Some indvar uses can be transformed to use
2767     // strides that will be needed for other purposes.  A common example of this
2768     // is the exit test for the loop, which can often be rewritten to use the
2769     // computation of some other indvar to decide when to terminate the loop.
2770     OptimizeIndvars(L);
2771
2772     // Change loop terminating condition to use the postinc iv when possible
2773     // and optimize loop terminating compare. FIXME: Move this after
2774     // StrengthReduceIVUsersOfStride?
2775     OptimizeLoopTermCond(L);
2776
2777     // FIXME: We can shrink overlarge IV's here.  e.g. if the code has
2778     // computation in i64 values and the target doesn't support i64, demote
2779     // the computation to 32-bit if safe.
2780
2781     // FIXME: Attempt to reuse values across multiple IV's.  In particular, we
2782     // could have something like "for(i) { foo(i*8); bar(i*16) }", which should
2783     // be codegened as "for (j = 0;; j+=8) { foo(j); bar(j+j); }" on X86/PPC.
2784     // Need to be careful that IV's are all the same type.  Only works for
2785     // intptr_t indvars.
2786
2787     // IVsByStride keeps IVs for one particular loop.
2788     assert(IVsByStride.empty() && "Stale entries in IVsByStride?");
2789
2790     StrengthReduceIVUsers(L);
2791
2792     // After all sharing is done, see if we can adjust the loop to test against
2793     // zero instead of counting up to a maximum.  This is usually faster.
2794     OptimizeLoopCountIV(L);
2795   }
2796
2797   // We're done analyzing this loop; release all the state we built up for it.
2798   IVsByStride.clear();
2799   StrideNoReuse.clear();
2800
2801   // Clean up after ourselves
2802   if (!DeadInsts.empty())
2803     DeleteTriviallyDeadInstructions();
2804
2805   // At this point, it is worth checking to see if any recurrence PHIs are also
2806   // dead, so that we can remove them as well.
2807   DeleteDeadPHIs(L->getHeader());
2808
2809   return Changed;
2810 }