- Teach LSR to avoid changing cmp iv stride if it will create an immediate that
[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, const SCEV* &CondStride,
167                                   bool PostPass = false);
168
169     bool FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
170                            const SCEV* &CondStride);
171     bool RequiresTypeConversion(const Type *Ty, const Type *NewTy);
172     const SCEV *CheckForIVReuse(bool, bool, bool, const SCEV *const&,
173                              IVExpr&, const Type*,
174                              const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
175     bool ValidScale(bool, int64_t,
176                     const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
177     bool ValidOffset(bool, int64_t, int64_t,
178                      const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
179     const SCEV *CollectIVUsers(const SCEV *const &Stride,
180                               IVUsersOfOneStride &Uses,
181                               Loop *L,
182                               bool &AllUsesAreAddresses,
183                               bool &AllUsesAreOutsideLoop,
184                               std::vector<BasedUser> &UsersToProcess);
185     bool StrideMightBeShared(const SCEV *Stride, Loop *L, bool CheckPreInc);
186     bool ShouldUseFullStrengthReductionMode(
187                                 const std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
188                                 const Loop *L,
189                                 bool AllUsesAreAddresses,
190                                 const SCEV *Stride);
191     void PrepareToStrengthReduceFully(
192                              std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
193                              const SCEV *Stride,
194                              const SCEV *CommonExprs,
195                              const Loop *L,
196                              SCEVExpander &PreheaderRewriter);
197     void PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(
198                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
199                                          Value *CommonBaseV,
200                                          const IVExpr &ReuseIV,
201                                          Instruction *PreInsertPt);
202     void PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(
203                                   std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
204                                   const SCEV *Stride,
205                                   const SCEV *CommonExprs,
206                                   Value *CommonBaseV,
207                                   Instruction *IVIncInsertPt,
208                                   const Loop *L,
209                                   SCEVExpander &PreheaderRewriter);
210
211     void DeleteTriviallyDeadInstructions();
212   };
213 }
214
215 char LoopStrengthReduce::ID = 0;
216 static RegisterPass<LoopStrengthReduce>
217 X("loop-reduce", "Loop Strength Reduction");
218
219 Pass *llvm::createLoopStrengthReducePass(const TargetLowering *TLI) {
220   return new LoopStrengthReduce(TLI);
221 }
222
223 /// DeleteTriviallyDeadInstructions - If any of the instructions is the
224 /// specified set are trivially dead, delete them and see if this makes any of
225 /// their operands subsequently dead.
226 void LoopStrengthReduce::DeleteTriviallyDeadInstructions() {
227   if (DeadInsts.empty()) return;
228   
229   while (!DeadInsts.empty()) {
230     Instruction *I = dyn_cast_or_null<Instruction>(DeadInsts.back());
231     DeadInsts.pop_back();
232     
233     if (I == 0 || !isInstructionTriviallyDead(I))
234       continue;
235
236     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI) {
237       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
238         *OI = 0;
239         if (U->use_empty())
240           DeadInsts.push_back(U);
241       }
242     }
243     
244     I->eraseFromParent();
245     Changed = true;
246   }
247 }
248
249 /// containsAddRecFromDifferentLoop - Determine whether expression S involves a 
250 /// subexpression that is an AddRec from a loop other than L.  An outer loop 
251 /// of L is OK, but not an inner loop nor a disjoint loop.
252 static bool containsAddRecFromDifferentLoop(const SCEV *S, Loop *L) {
253   // This is very common, put it first.
254   if (isa<SCEVConstant>(S))
255     return false;
256   if (const SCEVCommutativeExpr *AE = dyn_cast<SCEVCommutativeExpr>(S)) {
257     for (unsigned int i=0; i< AE->getNumOperands(); i++)
258       if (containsAddRecFromDifferentLoop(AE->getOperand(i), L))
259         return true;
260     return false;
261   }
262   if (const SCEVAddRecExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
263     if (const Loop *newLoop = AE->getLoop()) {
264       if (newLoop == L)
265         return false;
266       // if newLoop is an outer loop of L, this is OK.
267       if (!LoopInfo::isNotAlreadyContainedIn(L, newLoop))
268         return false;
269     }
270     return true;
271   }
272   if (const SCEVUDivExpr *DE = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S))
273     return containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getLHS(), L) ||
274            containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getRHS(), L);
275 #if 0
276   // SCEVSDivExpr has been backed out temporarily, but will be back; we'll 
277   // need this when it is.
278   if (const SCEVSDivExpr *DE = dyn_cast<SCEVSDivExpr>(S))
279     return containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getLHS(), L) ||
280            containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getRHS(), L);
281 #endif
282   if (const SCEVCastExpr *CE = dyn_cast<SCEVCastExpr>(S))
283     return containsAddRecFromDifferentLoop(CE->getOperand(), L);
284   return false;
285 }
286
287 /// isAddressUse - Returns true if the specified instruction is using the
288 /// specified value as an address.
289 static bool isAddressUse(Instruction *Inst, Value *OperandVal) {
290   bool isAddress = isa<LoadInst>(Inst);
291   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
292     if (SI->getOperand(1) == OperandVal)
293       isAddress = true;
294   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
295     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
296     // of intrinsics.
297     switch (II->getIntrinsicID()) {
298       default: break;
299       case Intrinsic::prefetch:
300       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_dq:
301       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_pd:
302       case Intrinsic::x86_sse_loadu_ps:
303       case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
304       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
305       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
306       case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
307         if (II->getOperand(1) == OperandVal)
308           isAddress = true;
309         break;
310     }
311   }
312   return isAddress;
313 }
314
315 /// getAccessType - Return the type of the memory being accessed.
316 static const Type *getAccessType(const Instruction *Inst) {
317   const Type *AccessTy = Inst->getType();
318   if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
319     AccessTy = SI->getOperand(0)->getType();
320   else if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
321     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
322     // of intrinsics.
323     switch (II->getIntrinsicID()) {
324     default: break;
325     case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
326     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
327     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
328     case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
329       AccessTy = II->getOperand(1)->getType();
330       break;
331     }
332   }
333   return AccessTy;
334 }
335
336 namespace {
337   /// BasedUser - For a particular base value, keep information about how we've
338   /// partitioned the expression so far.
339   struct BasedUser {
340     /// SE - The current ScalarEvolution object.
341     ScalarEvolution *SE;
342
343     /// Base - The Base value for the PHI node that needs to be inserted for
344     /// this use.  As the use is processed, information gets moved from this
345     /// field to the Imm field (below).  BasedUser values are sorted by this
346     /// field.
347     const SCEV *Base;
348     
349     /// Inst - The instruction using the induction variable.
350     Instruction *Inst;
351
352     /// OperandValToReplace - The operand value of Inst to replace with the
353     /// EmittedBase.
354     Value *OperandValToReplace;
355
356     /// Imm - The immediate value that should be added to the base immediately
357     /// before Inst, because it will be folded into the imm field of the
358     /// instruction.  This is also sometimes used for loop-variant values that
359     /// must be added inside the loop.
360     const SCEV *Imm;
361
362     /// Phi - The induction variable that performs the striding that
363     /// should be used for this user.
364     PHINode *Phi;
365
366     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
367     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
368     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
369     // instruction for a loop and uses outside the loop that are dominated by
370     // the loop.
371     bool isUseOfPostIncrementedValue;
372     
373     BasedUser(IVStrideUse &IVSU, ScalarEvolution *se)
374       : SE(se), Base(IVSU.getOffset()), Inst(IVSU.getUser()),
375         OperandValToReplace(IVSU.getOperandValToReplace()),
376         Imm(SE->getIntegerSCEV(0, Base->getType())), 
377         isUseOfPostIncrementedValue(IVSU.isUseOfPostIncrementedValue()) {}
378
379     // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
380     // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
381     // to it.
382     void RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEV *const &NewBase,
383                                         Instruction *InsertPt,
384                                        SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
385                                         LoopInfo &LI,
386                                         SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts);
387     
388     Value *InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEV *const &NewBase, 
389                                        const Type *Ty,
390                                        SCEVExpander &Rewriter,
391                                        Instruction *IP, Loop *L,
392                                        LoopInfo &LI);
393     void dump() const;
394   };
395 }
396
397 void BasedUser::dump() const {
398   errs() << " Base=" << *Base;
399   errs() << " Imm=" << *Imm;
400   errs() << "   Inst: " << *Inst;
401 }
402
403 Value *BasedUser::InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEV *const &NewBase, 
404                                               const Type *Ty,
405                                               SCEVExpander &Rewriter,
406                                               Instruction *IP, Loop *L,
407                                               LoopInfo &LI) {
408   // Figure out where we *really* want to insert this code.  In particular, if
409   // the user is inside of a loop that is nested inside of L, we really don't
410   // want to insert this expression before the user, we'd rather pull it out as
411   // many loops as possible.
412   Instruction *BaseInsertPt = IP;
413   
414   // Figure out the most-nested loop that IP is in.
415   Loop *InsertLoop = LI.getLoopFor(IP->getParent());
416   
417   // If InsertLoop is not L, and InsertLoop is nested inside of L, figure out
418   // the preheader of the outer-most loop where NewBase is not loop invariant.
419   if (L->contains(IP->getParent()))
420     while (InsertLoop && NewBase->isLoopInvariant(InsertLoop)) {
421       BaseInsertPt = InsertLoop->getLoopPreheader()->getTerminator();
422       InsertLoop = InsertLoop->getParentLoop();
423     }
424   
425   Value *Base = Rewriter.expandCodeFor(NewBase, 0, BaseInsertPt);
426
427   const SCEV *NewValSCEV = SE->getUnknown(Base);
428
429   // Always emit the immediate into the same block as the user.
430   NewValSCEV = SE->getAddExpr(NewValSCEV, Imm);
431
432   return Rewriter.expandCodeFor(NewValSCEV, Ty, IP);
433 }
434
435
436 // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
437 // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
438 // to it. NewBasePt is the last instruction which contributes to the
439 // value of NewBase in the case that it's a diffferent instruction from
440 // the PHI that NewBase is computed from, or null otherwise.
441 //
442 void BasedUser::RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEV *const &NewBase,
443                                                Instruction *NewBasePt,
444                                       SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
445                                       LoopInfo &LI,
446                                       SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) {
447   if (!isa<PHINode>(Inst)) {
448     // By default, insert code at the user instruction.
449     BasicBlock::iterator InsertPt = Inst;
450     
451     // However, if the Operand is itself an instruction, the (potentially
452     // complex) inserted code may be shared by many users.  Because of this, we
453     // want to emit code for the computation of the operand right before its old
454     // computation.  This is usually safe, because we obviously used to use the
455     // computation when it was computed in its current block.  However, in some
456     // cases (e.g. use of a post-incremented induction variable) the NewBase
457     // value will be pinned to live somewhere after the original computation.
458     // In this case, we have to back off.
459     //
460     // If this is a use outside the loop (which means after, since it is based
461     // on a loop indvar) we use the post-incremented value, so that we don't
462     // artificially make the preinc value live out the bottom of the loop. 
463     if (!isUseOfPostIncrementedValue && L->contains(Inst->getParent())) {
464       if (NewBasePt && isa<PHINode>(OperandValToReplace)) {
465         InsertPt = NewBasePt;
466         ++InsertPt;
467       } else if (Instruction *OpInst
468                  = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace)) {
469         InsertPt = OpInst;
470         while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
471       }
472     }
473     Value *NewVal = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase,
474                                                 OperandValToReplace->getType(),
475                                                 Rewriter, InsertPt, L, LI);
476     // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
477     Inst->replaceUsesOfWith(OperandValToReplace, NewVal);
478
479     DEBUG(errs() << "      Replacing with ");
480     DEBUG(WriteAsOperand(errs(), NewVal, /*PrintType=*/false));
481     DEBUG(errs() << ", which has value " << *NewBase << " plus IMM "
482                  << *Imm << "\n");
483     return;
484   }
485
486   // PHI nodes are more complex.  We have to insert one copy of the NewBase+Imm
487   // expression into each operand block that uses it.  Note that PHI nodes can
488   // have multiple entries for the same predecessor.  We use a map to make sure
489   // that a PHI node only has a single Value* for each predecessor (which also
490   // prevents us from inserting duplicate code in some blocks).
491   DenseMap<BasicBlock*, Value*> InsertedCode;
492   PHINode *PN = cast<PHINode>(Inst);
493   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
494     if (PN->getIncomingValue(i) == OperandValToReplace) {
495       // If the original expression is outside the loop, put the replacement
496       // code in the same place as the original expression,
497       // which need not be an immediate predecessor of this PHI.  This way we 
498       // need only one copy of it even if it is referenced multiple times in
499       // the PHI.  We don't do this when the original expression is inside the
500       // loop because multiple copies sometimes do useful sinking of code in
501       // that case(?).
502       Instruction *OldLoc = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace);
503       BasicBlock *PHIPred = PN->getIncomingBlock(i);
504       if (L->contains(OldLoc->getParent())) {
505         // If this is a critical edge, split the edge so that we do not insert
506         // the code on all predecessor/successor paths.  We do this unless this
507         // is the canonical backedge for this loop, as this can make some
508         // inserted code be in an illegal position.
509         if (e != 1 && PHIPred->getTerminator()->getNumSuccessors() > 1 &&
510             !isa<IndirectBrInst>(PHIPred->getTerminator()) &&
511             (PN->getParent() != L->getHeader() || !L->contains(PHIPred))) {
512
513           // First step, split the critical edge.
514           BasicBlock *NewBB = SplitCriticalEdge(PHIPred, PN->getParent(),
515                                                 P, false);
516
517           // Next step: move the basic block.  In particular, if the PHI node
518           // is outside of the loop, and PredTI is in the loop, we want to
519           // move the block to be immediately before the PHI block, not
520           // immediately after PredTI.
521           if (L->contains(PHIPred) && !L->contains(PN->getParent()))
522             NewBB->moveBefore(PN->getParent());
523
524           // Splitting the edge can reduce the number of PHI entries we have.
525           e = PN->getNumIncomingValues();
526           PHIPred = NewBB;
527           i = PN->getBasicBlockIndex(PHIPred);
528         }
529       }
530       Value *&Code = InsertedCode[PHIPred];
531       if (!Code) {
532         // Insert the code into the end of the predecessor block.
533         Instruction *InsertPt = (L->contains(OldLoc->getParent())) ?
534                                 PHIPred->getTerminator() :
535                                 OldLoc->getParent()->getTerminator();
536         Code = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, PN->getType(),
537                                            Rewriter, InsertPt, L, LI);
538
539         DEBUG(errs() << "      Changing PHI use to ");
540         DEBUG(WriteAsOperand(errs(), Code, /*PrintType=*/false));
541         DEBUG(errs() << ", which has value " << *NewBase << " plus IMM "
542                      << *Imm << "\n");
543       }
544
545       // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
546       PN->setIncomingValue(i, Code);
547       Rewriter.clear();
548     }
549   }
550
551   // PHI node might have become a constant value after SplitCriticalEdge.
552   DeadInsts.push_back(Inst);
553 }
554
555
556 /// fitsInAddressMode - Return true if V can be subsumed within an addressing
557 /// mode, and does not need to be put in a register first.
558 static bool fitsInAddressMode(const SCEV *const &V, const Type *AccessTy,
559                              const TargetLowering *TLI, bool HasBaseReg) {
560   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
561     int64_t VC = SC->getValue()->getSExtValue();
562     if (TLI) {
563       TargetLowering::AddrMode AM;
564       AM.BaseOffs = VC;
565       AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
566       return TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy);
567     } else {
568       // Defaults to PPC. PPC allows a sign-extended 16-bit immediate field.
569       return (VC > -(1 << 16) && VC < (1 << 16)-1);
570     }
571   }
572
573   if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V))
574     if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(SU->getValue())) {
575       if (TLI) {
576         TargetLowering::AddrMode AM;
577         AM.BaseGV = GV;
578         AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
579         return TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy);
580       } else {
581         // Default: assume global addresses are not legal.
582       }
583     }
584
585   return false;
586 }
587
588 /// MoveLoopVariantsToImmediateField - Move any subexpressions from Val that are
589 /// loop varying to the Imm operand.
590 static void MoveLoopVariantsToImmediateField(const SCEV *&Val, const SCEV *&Imm,
591                                              Loop *L, ScalarEvolution *SE) {
592   if (Val->isLoopInvariant(L)) return;  // Nothing to do.
593   
594   if (const SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
595     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
596     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
597     
598     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i)
599       if (!SAE->getOperand(i)->isLoopInvariant(L)) {
600         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
601         // field of the expression.
602         Imm = SE->getAddExpr(Imm, SAE->getOperand(i));
603       } else {
604         NewOps.push_back(SAE->getOperand(i));
605       }
606
607     if (NewOps.empty())
608       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
609     else
610       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
611   } else if (const SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
612     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
613     const SCEV *Start = SARE->getStart();
614     MoveLoopVariantsToImmediateField(Start, Imm, L, SE);
615     
616     SmallVector<const SCEV *, 4> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
617     Ops[0] = Start;
618     Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
619   } else {
620     // Otherwise, all of Val is variant, move the whole thing over.
621     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
622     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
623   }
624 }
625
626
627 /// MoveImmediateValues - Look at Val, and pull out any additions of constants
628 /// that can fit into the immediate field of instructions in the target.
629 /// Accumulate these immediate values into the Imm value.
630 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
631                                 const Type *AccessTy,
632                                 const SCEV *&Val, const SCEV *&Imm,
633                                 bool isAddress, Loop *L,
634                                 ScalarEvolution *SE) {
635   if (const SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
636     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
637     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
638     
639     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i) {
640       const SCEV *NewOp = SAE->getOperand(i);
641       MoveImmediateValues(TLI, AccessTy, NewOp, Imm, isAddress, L, SE);
642       
643       if (!NewOp->isLoopInvariant(L)) {
644         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
645         // field of the expression.
646         Imm = SE->getAddExpr(Imm, NewOp);
647       } else {
648         NewOps.push_back(NewOp);
649       }
650     }
651
652     if (NewOps.empty())
653       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
654     else
655       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
656     return;
657   } else if (const SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
658     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
659     const SCEV *Start = SARE->getStart();
660     MoveImmediateValues(TLI, AccessTy, Start, Imm, isAddress, L, SE);
661     
662     if (Start != SARE->getStart()) {
663       SmallVector<const SCEV *, 4> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
664       Ops[0] = Start;
665       Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
666     }
667     return;
668   } else if (const SCEVMulExpr *SME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Val)) {
669     // Transform "8 * (4 + v)" -> "32 + 8*V" if "32" fits in the immed field.
670     if (isAddress &&
671         fitsInAddressMode(SME->getOperand(0), AccessTy, TLI, false) &&
672         SME->getNumOperands() == 2 && SME->isLoopInvariant(L)) {
673
674       const SCEV *SubImm = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
675       const SCEV *NewOp = SME->getOperand(1);
676       MoveImmediateValues(TLI, AccessTy, NewOp, SubImm, isAddress, L, SE);
677       
678       // If we extracted something out of the subexpressions, see if we can 
679       // simplify this!
680       if (NewOp != SME->getOperand(1)) {
681         // Scale SubImm up by "8".  If the result is a target constant, we are
682         // good.
683         SubImm = SE->getMulExpr(SubImm, SME->getOperand(0));
684         if (fitsInAddressMode(SubImm, AccessTy, TLI, false)) {
685           // Accumulate the immediate.
686           Imm = SE->getAddExpr(Imm, SubImm);
687           
688           // Update what is left of 'Val'.
689           Val = SE->getMulExpr(SME->getOperand(0), NewOp);
690           return;
691         }
692       }
693     }
694   }
695
696   // Loop-variant expressions must stay in the immediate field of the
697   // expression.
698   if ((isAddress && fitsInAddressMode(Val, AccessTy, TLI, false)) ||
699       !Val->isLoopInvariant(L)) {
700     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
701     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
702     return;
703   }
704
705   // Otherwise, no immediates to move.
706 }
707
708 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
709                                 Instruction *User,
710                                 const SCEV *&Val, const SCEV *&Imm,
711                                 bool isAddress, Loop *L,
712                                 ScalarEvolution *SE) {
713   const Type *AccessTy = getAccessType(User);
714   MoveImmediateValues(TLI, AccessTy, Val, Imm, isAddress, L, SE);
715 }
716
717 /// SeparateSubExprs - Decompose Expr into all of the subexpressions that are
718 /// added together.  This is used to reassociate common addition subexprs
719 /// together for maximal sharing when rewriting bases.
720 static void SeparateSubExprs(SmallVector<const SCEV *, 16> &SubExprs,
721                              const SCEV *Expr,
722                              ScalarEvolution *SE) {
723   if (const SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Expr)) {
724     for (unsigned j = 0, e = AE->getNumOperands(); j != e; ++j)
725       SeparateSubExprs(SubExprs, AE->getOperand(j), SE);
726   } else if (const SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Expr)) {
727     const SCEV *Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Expr->getType());
728     if (SARE->getOperand(0) == Zero) {
729       SubExprs.push_back(Expr);
730     } else {
731       // Compute the addrec with zero as its base.
732       SmallVector<const SCEV *, 4> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
733       Ops[0] = Zero;   // Start with zero base.
734       SubExprs.push_back(SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop()));
735       
736
737       SeparateSubExprs(SubExprs, SARE->getOperand(0), SE);
738     }
739   } else if (!Expr->isZero()) {
740     // Do not add zero.
741     SubExprs.push_back(Expr);
742   }
743 }
744
745 // This is logically local to the following function, but C++ says we have 
746 // to make it file scope.
747 struct SubExprUseData { unsigned Count; bool notAllUsesAreFree; };
748
749 /// RemoveCommonExpressionsFromUseBases - Look through all of the Bases of all
750 /// the Uses, removing any common subexpressions, except that if all such
751 /// subexpressions can be folded into an addressing mode for all uses inside
752 /// the loop (this case is referred to as "free" in comments herein) we do
753 /// not remove anything.  This looks for things like (a+b+c) and
754 /// (a+c+d) and computes the common (a+c) subexpression.  The common expression
755 /// is *removed* from the Bases and returned.
756 static const SCEV *
757 RemoveCommonExpressionsFromUseBases(std::vector<BasedUser> &Uses,
758                                     ScalarEvolution *SE, Loop *L,
759                                     const TargetLowering *TLI) {
760   unsigned NumUses = Uses.size();
761
762   // Only one use?  This is a very common case, so we handle it specially and
763   // cheaply.
764   const SCEV *Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Uses[0].Base->getType());
765   const SCEV *Result = Zero;
766   const SCEV *FreeResult = Zero;
767   if (NumUses == 1) {
768     // If the use is inside the loop, use its base, regardless of what it is:
769     // it is clearly shared across all the IV's.  If the use is outside the loop
770     // (which means after it) we don't want to factor anything *into* the loop,
771     // so just use 0 as the base.
772     if (L->contains(Uses[0].Inst->getParent()))
773       std::swap(Result, Uses[0].Base);
774     return Result;
775   }
776
777   // To find common subexpressions, count how many of Uses use each expression.
778   // If any subexpressions are used Uses.size() times, they are common.
779   // Also track whether all uses of each expression can be moved into an
780   // an addressing mode "for free"; such expressions are left within the loop.
781   // struct SubExprUseData { unsigned Count; bool notAllUsesAreFree; };
782   std::map<const SCEV *, SubExprUseData> SubExpressionUseData;
783   
784   // UniqueSubExprs - Keep track of all of the subexpressions we see in the
785   // order we see them.
786   SmallVector<const SCEV *, 16> UniqueSubExprs;
787
788   SmallVector<const SCEV *, 16> SubExprs;
789   unsigned NumUsesInsideLoop = 0;
790   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
791     // If the user is outside the loop, just ignore it for base computation.
792     // Since the user is outside the loop, it must be *after* the loop (if it
793     // were before, it could not be based on the loop IV).  We don't want users
794     // after the loop to affect base computation of values *inside* the loop,
795     // because we can always add their offsets to the result IV after the loop
796     // is done, ensuring we get good code inside the loop.
797     if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent()))
798       continue;
799     NumUsesInsideLoop++;
800     
801     // If the base is zero (which is common), return zero now, there are no
802     // CSEs we can find.
803     if (Uses[i].Base == Zero) return Zero;
804
805     // If this use is as an address we may be able to put CSEs in the addressing
806     // mode rather than hoisting them.
807     bool isAddrUse = isAddressUse(Uses[i].Inst, Uses[i].OperandValToReplace);
808     // We may need the AccessTy below, but only when isAddrUse, so compute it
809     // only in that case.
810     const Type *AccessTy = 0;
811     if (isAddrUse)
812       AccessTy = getAccessType(Uses[i].Inst);
813
814     // Split the expression into subexprs.
815     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
816     // Add one to SubExpressionUseData.Count for each subexpr present, and
817     // if the subexpr is not a valid immediate within an addressing mode use,
818     // set SubExpressionUseData.notAllUsesAreFree.  We definitely want to
819     // hoist these out of the loop (if they are common to all uses).
820     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j) {
821       if (++SubExpressionUseData[SubExprs[j]].Count == 1)
822         UniqueSubExprs.push_back(SubExprs[j]);
823       if (!isAddrUse || !fitsInAddressMode(SubExprs[j], AccessTy, TLI, false))
824         SubExpressionUseData[SubExprs[j]].notAllUsesAreFree = true;
825     }
826     SubExprs.clear();
827   }
828
829   // Now that we know how many times each is used, build Result.  Iterate over
830   // UniqueSubexprs so that we have a stable ordering.
831   for (unsigned i = 0, e = UniqueSubExprs.size(); i != e; ++i) {
832     std::map<const SCEV *, SubExprUseData>::iterator I = 
833        SubExpressionUseData.find(UniqueSubExprs[i]);
834     assert(I != SubExpressionUseData.end() && "Entry not found?");
835     if (I->second.Count == NumUsesInsideLoop) { // Found CSE! 
836       if (I->second.notAllUsesAreFree)
837         Result = SE->getAddExpr(Result, I->first);
838       else 
839         FreeResult = SE->getAddExpr(FreeResult, I->first);
840     } else
841       // Remove non-cse's from SubExpressionUseData.
842       SubExpressionUseData.erase(I);
843   }
844
845   if (FreeResult != Zero) {
846     // We have some subexpressions that can be subsumed into addressing
847     // modes in every use inside the loop.  However, it's possible that
848     // there are so many of them that the combined FreeResult cannot
849     // be subsumed, or that the target cannot handle both a FreeResult
850     // and a Result in the same instruction (for example because it would
851     // require too many registers).  Check this.
852     for (unsigned i=0; i<NumUses; ++i) {
853       if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent()))
854         continue;
855       // We know this is an addressing mode use; if there are any uses that
856       // are not, FreeResult would be Zero.
857       const Type *AccessTy = getAccessType(Uses[i].Inst);
858       if (!fitsInAddressMode(FreeResult, AccessTy, TLI, Result!=Zero)) {
859         // FIXME:  could split up FreeResult into pieces here, some hoisted
860         // and some not.  There is no obvious advantage to this.
861         Result = SE->getAddExpr(Result, FreeResult);
862         FreeResult = Zero;
863         break;
864       }
865     }
866   }
867
868   // If we found no CSE's, return now.
869   if (Result == Zero) return Result;
870   
871   // If we still have a FreeResult, remove its subexpressions from
872   // SubExpressionUseData.  This means they will remain in the use Bases.
873   if (FreeResult != Zero) {
874     SeparateSubExprs(SubExprs, FreeResult, SE);
875     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j) {
876       std::map<const SCEV *, SubExprUseData>::iterator I = 
877          SubExpressionUseData.find(SubExprs[j]);
878       SubExpressionUseData.erase(I);
879     }
880     SubExprs.clear();
881   }
882
883   // Otherwise, remove all of the CSE's we found from each of the base values.
884   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
885     // Uses outside the loop don't necessarily include the common base, but
886     // the final IV value coming into those uses does.  Instead of trying to
887     // remove the pieces of the common base, which might not be there,
888     // subtract off the base to compensate for this.
889     if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent())) {
890       Uses[i].Base = SE->getMinusSCEV(Uses[i].Base, Result);
891       continue;
892     }
893
894     // Split the expression into subexprs.
895     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
896
897     // Remove any common subexpressions.
898     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
899       if (SubExpressionUseData.count(SubExprs[j])) {
900         SubExprs.erase(SubExprs.begin()+j);
901         --j; --e;
902       }
903     
904     // Finally, add the non-shared expressions together.
905     if (SubExprs.empty())
906       Uses[i].Base = Zero;
907     else
908       Uses[i].Base = SE->getAddExpr(SubExprs);
909     SubExprs.clear();
910   }
911  
912   return Result;
913 }
914
915 /// ValidScale - Check whether the given Scale is valid for all loads and 
916 /// stores in UsersToProcess.
917 ///
918 bool LoopStrengthReduce::ValidScale(bool HasBaseReg, int64_t Scale,
919                                const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
920   if (!TLI)
921     return true;
922
923   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i!=e; ++i) {
924     // If this is a load or other access, pass the type of the access in.
925     const Type *AccessTy =
926         Type::getVoidTy(UsersToProcess[i].Inst->getContext());
927     if (isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
928                      UsersToProcess[i].OperandValToReplace))
929       AccessTy = getAccessType(UsersToProcess[i].Inst);
930     else if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst))
931       continue;
932     
933     TargetLowering::AddrMode AM;
934     if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(UsersToProcess[i].Imm))
935       AM.BaseOffs = SC->getValue()->getSExtValue();
936     AM.HasBaseReg = HasBaseReg || !UsersToProcess[i].Base->isZero();
937     AM.Scale = Scale;
938
939     // If load[imm+r*scale] is illegal, bail out.
940     if (!TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
941       return false;
942   }
943   return true;
944 }
945
946 /// ValidOffset - Check whether the given Offset is valid for all loads and
947 /// stores in UsersToProcess.
948 ///
949 bool LoopStrengthReduce::ValidOffset(bool HasBaseReg,
950                                int64_t Offset,
951                                int64_t Scale,
952                                const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
953   if (!TLI)
954     return true;
955
956   for (unsigned i=0, e = UsersToProcess.size(); i!=e; ++i) {
957     // If this is a load or other access, pass the type of the access in.
958     const Type *AccessTy =
959         Type::getVoidTy(UsersToProcess[i].Inst->getContext());
960     if (isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
961                      UsersToProcess[i].OperandValToReplace))
962       AccessTy = getAccessType(UsersToProcess[i].Inst);
963     else if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst))
964       continue;
965
966     TargetLowering::AddrMode AM;
967     if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(UsersToProcess[i].Imm))
968       AM.BaseOffs = SC->getValue()->getSExtValue();
969     AM.BaseOffs = (uint64_t)AM.BaseOffs + (uint64_t)Offset;
970     AM.HasBaseReg = HasBaseReg || !UsersToProcess[i].Base->isZero();
971     AM.Scale = Scale;
972
973     // If load[imm+r*scale] is illegal, bail out.
974     if (!TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
975       return false;
976   }
977   return true;
978 }
979
980 /// RequiresTypeConversion - Returns true if converting Ty1 to Ty2 is not
981 /// a nop.
982 bool LoopStrengthReduce::RequiresTypeConversion(const Type *Ty1,
983                                                 const Type *Ty2) {
984   if (Ty1 == Ty2)
985     return false;
986   Ty1 = SE->getEffectiveSCEVType(Ty1);
987   Ty2 = SE->getEffectiveSCEVType(Ty2);
988   if (Ty1 == Ty2)
989     return false;
990   if (Ty1->canLosslesslyBitCastTo(Ty2))
991     return false;
992   if (TLI && TLI->isTruncateFree(Ty1, Ty2))
993     return false;
994   return true;
995 }
996
997 /// CheckForIVReuse - Returns the multiple if the stride is the multiple
998 /// of a previous stride and it is a legal value for the target addressing
999 /// mode scale component and optional base reg. This allows the users of
1000 /// this stride to be rewritten as prev iv * factor. It returns 0 if no
1001 /// reuse is possible.  Factors can be negative on same targets, e.g. ARM.
1002 ///
1003 /// If all uses are outside the loop, we don't require that all multiplies
1004 /// be folded into the addressing mode, nor even that the factor be constant; 
1005 /// a multiply (executed once) outside the loop is better than another IV 
1006 /// within.  Well, usually.
1007 const SCEV *LoopStrengthReduce::CheckForIVReuse(bool HasBaseReg,
1008                                 bool AllUsesAreAddresses,
1009                                 bool AllUsesAreOutsideLoop,
1010                                 const SCEV *const &Stride, 
1011                                 IVExpr &IV, const Type *Ty,
1012                                 const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
1013   if (StrideNoReuse.count(Stride))
1014     return SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1015
1016   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Stride)) {
1017     int64_t SInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1018     for (unsigned NewStride = 0, e = IU->StrideOrder.size();
1019          NewStride != e; ++NewStride) {
1020       std::map<const SCEV *, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1021                 IVsByStride.find(IU->StrideOrder[NewStride]);
1022       if (SI == IVsByStride.end() || !isa<SCEVConstant>(SI->first) ||
1023           StrideNoReuse.count(SI->first))
1024         continue;
1025       // The other stride has no uses, don't reuse it.
1026       std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator UI =
1027         IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[NewStride]);
1028       if (UI->second->Users.empty())
1029         continue;
1030       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1031       if (SI->first != Stride &&
1032           (unsigned(abs64(SInt)) < SSInt || (SInt % SSInt) != 0))
1033         continue;
1034       int64_t Scale = SInt / SSInt;
1035       // Check that this stride is valid for all the types used for loads and
1036       // stores; if it can be used for some and not others, we might as well use
1037       // the original stride everywhere, since we have to create the IV for it
1038       // anyway. If the scale is 1, then we don't need to worry about folding
1039       // multiplications.
1040       if (Scale == 1 ||
1041           (AllUsesAreAddresses &&
1042            ValidScale(HasBaseReg, Scale, UsersToProcess))) {
1043         // Prefer to reuse an IV with a base of zero.
1044         for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1045                IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1046           // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion
1047           // and if the base difference can be folded.
1048           if (II->Base->isZero() &&
1049               !RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1050             IV = *II;
1051             return SE->getIntegerSCEV(Scale, Stride->getType());
1052           }
1053         // Otherwise, settle for an IV with a foldable base.
1054         if (AllUsesAreAddresses)
1055           for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1056                  IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1057             // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion
1058             // and if the base difference can be folded.
1059             if (SE->getEffectiveSCEVType(II->Base->getType()) ==
1060                 SE->getEffectiveSCEVType(Ty) &&
1061                 isa<SCEVConstant>(II->Base)) {
1062               int64_t Base =
1063                 cast<SCEVConstant>(II->Base)->getValue()->getSExtValue();
1064               if (Base > INT32_MIN && Base <= INT32_MAX &&
1065                   ValidOffset(HasBaseReg, -Base * Scale,
1066                               Scale, UsersToProcess)) {
1067                 IV = *II;
1068                 return SE->getIntegerSCEV(Scale, Stride->getType());
1069               }
1070             }
1071       }
1072     }
1073   } else if (AllUsesAreOutsideLoop) {
1074     // Accept nonconstant strides here; it is really really right to substitute
1075     // an existing IV if we can.
1076     for (unsigned NewStride = 0, e = IU->StrideOrder.size();
1077          NewStride != e; ++NewStride) {
1078       std::map<const SCEV *, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1079                 IVsByStride.find(IU->StrideOrder[NewStride]);
1080       if (SI == IVsByStride.end() || !isa<SCEVConstant>(SI->first))
1081         continue;
1082       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1083       if (SI->first != Stride && SSInt != 1)
1084         continue;
1085       for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1086              IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1087         // Accept nonzero base here.
1088         // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion.
1089         if (!RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1090           IV = *II;
1091           return Stride;
1092         }
1093     }
1094     // Special case, old IV is -1*x and this one is x.  Can treat this one as
1095     // -1*old.
1096     for (unsigned NewStride = 0, e = IU->StrideOrder.size();
1097          NewStride != e; ++NewStride) {
1098       std::map<const SCEV *, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1099                 IVsByStride.find(IU->StrideOrder[NewStride]);
1100       if (SI == IVsByStride.end()) 
1101         continue;
1102       if (const SCEVMulExpr *ME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(SI->first))
1103         if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(ME->getOperand(0)))
1104           if (Stride == ME->getOperand(1) &&
1105               SC->getValue()->getSExtValue() == -1LL)
1106             for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1107                    IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1108               // Accept nonzero base here.
1109               // Only reuse previous IV if it would not require type conversion.
1110               if (!RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1111                 IV = *II;
1112                 return SE->getIntegerSCEV(-1LL, Stride->getType());
1113               }
1114     }
1115   }
1116   return SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1117 }
1118
1119 /// PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue - Simple boolean predicate that
1120 /// returns true if Val's isUseOfPostIncrementedValue is true.
1121 static bool PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue(const BasedUser &Val) {
1122   return Val.isUseOfPostIncrementedValue;
1123 }
1124
1125 /// isNonConstantNegative - Return true if the specified scev is negated, but
1126 /// not a constant.
1127 static bool isNonConstantNegative(const SCEV *const &Expr) {
1128   const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Expr);
1129   if (!Mul) return false;
1130   
1131   // If there is a constant factor, it will be first.
1132   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0));
1133   if (!SC) return false;
1134   
1135   // Return true if the value is negative, this matches things like (-42 * V).
1136   return SC->getValue()->getValue().isNegative();
1137 }
1138
1139 /// CollectIVUsers - Transform our list of users and offsets to a bit more
1140 /// complex table. In this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base', the base
1141 /// of the strided accesses, as well as the old information from Uses. We
1142 /// progressively move information from the Base field to the Imm field, until
1143 /// we eventually have the full access expression to rewrite the use.
1144 const SCEV *LoopStrengthReduce::CollectIVUsers(const SCEV *const &Stride,
1145                                               IVUsersOfOneStride &Uses,
1146                                               Loop *L,
1147                                               bool &AllUsesAreAddresses,
1148                                               bool &AllUsesAreOutsideLoop,
1149                                        std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
1150   // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
1151   if (!Stride->isLoopInvariant(L))
1152     return SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1153
1154   UsersToProcess.reserve(Uses.Users.size());
1155   for (ilist<IVStrideUse>::iterator I = Uses.Users.begin(),
1156        E = Uses.Users.end(); I != E; ++I) {
1157     UsersToProcess.push_back(BasedUser(*I, SE));
1158
1159     // Move any loop variant operands from the offset field to the immediate
1160     // field of the use, so that we don't try to use something before it is
1161     // computed.
1162     MoveLoopVariantsToImmediateField(UsersToProcess.back().Base,
1163                                      UsersToProcess.back().Imm, L, SE);
1164     assert(UsersToProcess.back().Base->isLoopInvariant(L) &&
1165            "Base value is not loop invariant!");
1166   }
1167
1168   // We now have a whole bunch of uses of like-strided induction variables, but
1169   // they might all have different bases.  We want to emit one PHI node for this
1170   // stride which we fold as many common expressions (between the IVs) into as
1171   // possible.  Start by identifying the common expressions in the base values 
1172   // for the strides (e.g. if we have "A+C+B" and "A+B+D" as our bases, find
1173   // "A+B"), emit it to the preheader, then remove the expression from the
1174   // UsersToProcess base values.
1175   const SCEV *CommonExprs =
1176     RemoveCommonExpressionsFromUseBases(UsersToProcess, SE, L, TLI);
1177
1178   // Next, figure out what we can represent in the immediate fields of
1179   // instructions.  If we can represent anything there, move it to the imm
1180   // fields of the BasedUsers.  We do this so that it increases the commonality
1181   // of the remaining uses.
1182   unsigned NumPHI = 0;
1183   bool HasAddress = false;
1184   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1185     // If the user is not in the current loop, this means it is using the exit
1186     // value of the IV.  Do not put anything in the base, make sure it's all in
1187     // the immediate field to allow as much factoring as possible.
1188     if (!L->contains(UsersToProcess[i].Inst->getParent())) {
1189       UsersToProcess[i].Imm = SE->getAddExpr(UsersToProcess[i].Imm,
1190                                              UsersToProcess[i].Base);
1191       UsersToProcess[i].Base = 
1192         SE->getIntegerSCEV(0, UsersToProcess[i].Base->getType());
1193     } else {
1194       // Not all uses are outside the loop.
1195       AllUsesAreOutsideLoop = false; 
1196
1197       // Addressing modes can be folded into loads and stores.  Be careful that
1198       // the store is through the expression, not of the expression though.
1199       bool isPHI = false;
1200       bool isAddress = isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
1201                                     UsersToProcess[i].OperandValToReplace);
1202       if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst)) {
1203         isPHI = true;
1204         ++NumPHI;
1205       }
1206
1207       if (isAddress)
1208         HasAddress = true;
1209      
1210       // If this use isn't an address, then not all uses are addresses.
1211       if (!isAddress && !isPHI)
1212         AllUsesAreAddresses = false;
1213       
1214       MoveImmediateValues(TLI, UsersToProcess[i].Inst, UsersToProcess[i].Base,
1215                           UsersToProcess[i].Imm, isAddress, L, SE);
1216     }
1217   }
1218
1219   // If one of the use is a PHI node and all other uses are addresses, still
1220   // allow iv reuse. Essentially we are trading one constant multiplication
1221   // for one fewer iv.
1222   if (NumPHI > 1)
1223     AllUsesAreAddresses = false;
1224     
1225   // There are no in-loop address uses.
1226   if (AllUsesAreAddresses && (!HasAddress && !AllUsesAreOutsideLoop))
1227     AllUsesAreAddresses = false;
1228
1229   return CommonExprs;
1230 }
1231
1232 /// ShouldUseFullStrengthReductionMode - Test whether full strength-reduction
1233 /// is valid and profitable for the given set of users of a stride. In
1234 /// full strength-reduction mode, all addresses at the current stride are
1235 /// strength-reduced all the way down to pointer arithmetic.
1236 ///
1237 bool LoopStrengthReduce::ShouldUseFullStrengthReductionMode(
1238                                    const std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1239                                    const Loop *L,
1240                                    bool AllUsesAreAddresses,
1241                                    const SCEV *Stride) {
1242   if (!EnableFullLSRMode)
1243     return false;
1244
1245   // The heuristics below aim to avoid increasing register pressure, but
1246   // fully strength-reducing all the addresses increases the number of
1247   // add instructions, so don't do this when optimizing for size.
1248   // TODO: If the loop is large, the savings due to simpler addresses
1249   // may oughtweight the costs of the extra increment instructions.
1250   if (L->getHeader()->getParent()->hasFnAttr(Attribute::OptimizeForSize))
1251     return false;
1252
1253   // TODO: For now, don't do full strength reduction if there could
1254   // potentially be greater-stride multiples of the current stride
1255   // which could reuse the current stride IV.
1256   if (IU->StrideOrder.back() != Stride)
1257     return false;
1258
1259   // Iterate through the uses to find conditions that automatically rule out
1260   // full-lsr mode.
1261   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ) {
1262     const SCEV *Base = UsersToProcess[i].Base;
1263     const SCEV *Imm = UsersToProcess[i].Imm;
1264     // If any users have a loop-variant component, they can't be fully
1265     // strength-reduced.
1266     if (Imm && !Imm->isLoopInvariant(L))
1267       return false;
1268     // If there are to users with the same base and the difference between
1269     // the two Imm values can't be folded into the address, full
1270     // strength reduction would increase register pressure.
1271     do {
1272       const SCEV *CurImm = UsersToProcess[i].Imm;
1273       if ((CurImm || Imm) && CurImm != Imm) {
1274         if (!CurImm) CurImm = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1275         if (!Imm)       Imm = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1276         const Instruction *Inst = UsersToProcess[i].Inst;
1277         const Type *AccessTy = getAccessType(Inst);
1278         const SCEV *Diff = SE->getMinusSCEV(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1279         if (!Diff->isZero() &&
1280             (!AllUsesAreAddresses ||
1281              !fitsInAddressMode(Diff, AccessTy, TLI, /*HasBaseReg=*/true)))
1282           return false;
1283       }
1284     } while (++i != e && Base == UsersToProcess[i].Base);
1285   }
1286
1287   // If there's exactly one user in this stride, fully strength-reducing it
1288   // won't increase register pressure. If it's starting from a non-zero base,
1289   // it'll be simpler this way.
1290   if (UsersToProcess.size() == 1 && !UsersToProcess[0].Base->isZero())
1291     return true;
1292
1293   // Otherwise, if there are any users in this stride that don't require
1294   // a register for their base, full strength-reduction will increase
1295   // register pressure.
1296   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1297     if (UsersToProcess[i].Base->isZero())
1298       return false;
1299
1300   // Otherwise, go for it.
1301   return true;
1302 }
1303
1304 /// InsertAffinePhi Create and insert a PHI node for an induction variable
1305 /// with the specified start and step values in the specified loop.
1306 ///
1307 /// If NegateStride is true, the stride should be negated by using a
1308 /// subtract instead of an add.
1309 ///
1310 /// Return the created phi node.
1311 ///
1312 static PHINode *InsertAffinePhi(const SCEV *Start, const SCEV *Step,
1313                                 Instruction *IVIncInsertPt,
1314                                 const Loop *L,
1315                                 SCEVExpander &Rewriter) {
1316   assert(Start->isLoopInvariant(L) && "New PHI start is not loop invariant!");
1317   assert(Step->isLoopInvariant(L) && "New PHI stride is not loop invariant!");
1318
1319   BasicBlock *Header = L->getHeader();
1320   BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
1321   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1322   const Type *Ty = Start->getType();
1323   Ty = Rewriter.SE.getEffectiveSCEVType(Ty);
1324
1325   PHINode *PN = PHINode::Create(Ty, "lsr.iv", Header->begin());
1326   PN->addIncoming(Rewriter.expandCodeFor(Start, Ty, Preheader->getTerminator()),
1327                   Preheader);
1328
1329   // If the stride is negative, insert a sub instead of an add for the
1330   // increment.
1331   bool isNegative = isNonConstantNegative(Step);
1332   const SCEV *IncAmount = Step;
1333   if (isNegative)
1334     IncAmount = Rewriter.SE.getNegativeSCEV(Step);
1335
1336   // Insert an add instruction right before the terminator corresponding
1337   // to the back-edge or just before the only use. The location is determined
1338   // by the caller and passed in as IVIncInsertPt.
1339   Value *StepV = Rewriter.expandCodeFor(IncAmount, Ty,
1340                                         Preheader->getTerminator());
1341   Instruction *IncV;
1342   if (isNegative) {
1343     IncV = BinaryOperator::CreateSub(PN, StepV, "lsr.iv.next",
1344                                      IVIncInsertPt);
1345   } else {
1346     IncV = BinaryOperator::CreateAdd(PN, StepV, "lsr.iv.next",
1347                                      IVIncInsertPt);
1348   }
1349   if (!isa<ConstantInt>(StepV)) ++NumVariable;
1350
1351   PN->addIncoming(IncV, LatchBlock);
1352
1353   ++NumInserted;
1354   return PN;
1355 }
1356
1357 static void SortUsersToProcess(std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
1358   // We want to emit code for users inside the loop first.  To do this, we
1359   // rearrange BasedUser so that the entries at the end have
1360   // isUseOfPostIncrementedValue = false, because we pop off the end of the
1361   // vector (so we handle them first).
1362   std::partition(UsersToProcess.begin(), UsersToProcess.end(),
1363                  PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue);
1364
1365   // Sort this by base, so that things with the same base are handled
1366   // together.  By partitioning first and stable-sorting later, we are
1367   // guaranteed that within each base we will pop off users from within the
1368   // loop before users outside of the loop with a particular base.
1369   //
1370   // We would like to use stable_sort here, but we can't.  The problem is that
1371   // const SCEV *'s don't have a deterministic ordering w.r.t to each other, so
1372   // we don't have anything to do a '<' comparison on.  Because we think the
1373   // number of uses is small, do a horrible bubble sort which just relies on
1374   // ==.
1375   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1376     // Get a base value.
1377     const SCEV *Base = UsersToProcess[i].Base;
1378
1379     // Compact everything with this base to be consecutive with this one.
1380     for (unsigned j = i+1; j != e; ++j) {
1381       if (UsersToProcess[j].Base == Base) {
1382         std::swap(UsersToProcess[i+1], UsersToProcess[j]);
1383         ++i;
1384       }
1385     }
1386   }
1387 }
1388
1389 /// PrepareToStrengthReduceFully - Prepare to fully strength-reduce
1390 /// UsersToProcess, meaning lowering addresses all the way down to direct
1391 /// pointer arithmetic.
1392 ///
1393 void
1394 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceFully(
1395                                         std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1396                                         const SCEV *Stride,
1397                                         const SCEV *CommonExprs,
1398                                         const Loop *L,
1399                                         SCEVExpander &PreheaderRewriter) {
1400   DEBUG(errs() << "  Fully reducing all users\n");
1401
1402   // Rewrite the UsersToProcess records, creating a separate PHI for each
1403   // unique Base value.
1404   Instruction *IVIncInsertPt = L->getLoopLatch()->getTerminator();
1405   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ) {
1406     // TODO: The uses are grouped by base, but not sorted. We arbitrarily
1407     // pick the first Imm value here to start with, and adjust it for the
1408     // other uses.
1409     const SCEV *Imm = UsersToProcess[i].Imm;
1410     const SCEV *Base = UsersToProcess[i].Base;
1411     const SCEV *Start = SE->getAddExpr(CommonExprs, Base, Imm);
1412     PHINode *Phi = InsertAffinePhi(Start, Stride, IVIncInsertPt, L,
1413                                    PreheaderRewriter);
1414     // Loop over all the users with the same base.
1415     do {
1416       UsersToProcess[i].Base = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1417       UsersToProcess[i].Imm = SE->getMinusSCEV(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1418       UsersToProcess[i].Phi = Phi;
1419       assert(UsersToProcess[i].Imm->isLoopInvariant(L) &&
1420              "ShouldUseFullStrengthReductionMode should reject this!");
1421     } while (++i != e && Base == UsersToProcess[i].Base);
1422   }
1423 }
1424
1425 /// FindIVIncInsertPt - Return the location to insert the increment instruction.
1426 /// If the only use if a use of postinc value, (must be the loop termination
1427 /// condition), then insert it just before the use.
1428 static Instruction *FindIVIncInsertPt(std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1429                                       const Loop *L) {
1430   if (UsersToProcess.size() == 1 &&
1431       UsersToProcess[0].isUseOfPostIncrementedValue &&
1432       L->contains(UsersToProcess[0].Inst->getParent()))
1433     return UsersToProcess[0].Inst;
1434   return L->getLoopLatch()->getTerminator();
1435 }
1436
1437 /// PrepareToStrengthReduceWithNewPhi - Insert a new induction variable for the
1438 /// given users to share.
1439 ///
1440 void
1441 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(
1442                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1443                                          const SCEV *Stride,
1444                                          const SCEV *CommonExprs,
1445                                          Value *CommonBaseV,
1446                                          Instruction *IVIncInsertPt,
1447                                          const Loop *L,
1448                                          SCEVExpander &PreheaderRewriter) {
1449   DEBUG(errs() << "  Inserting new PHI:\n");
1450
1451   PHINode *Phi = InsertAffinePhi(SE->getUnknown(CommonBaseV),
1452                                  Stride, IVIncInsertPt, L,
1453                                  PreheaderRewriter);
1454
1455   // Remember this in case a later stride is multiple of this.
1456   IVsByStride[Stride].addIV(Stride, CommonExprs, Phi);
1457
1458   // All the users will share this new IV.
1459   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1460     UsersToProcess[i].Phi = Phi;
1461
1462   DEBUG(errs() << "    IV=");
1463   DEBUG(WriteAsOperand(errs(), Phi, /*PrintType=*/false));
1464   DEBUG(errs() << "\n");
1465 }
1466
1467 /// PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride - Prepare for the given users to
1468 /// reuse an induction variable with a stride that is a factor of the current
1469 /// induction variable.
1470 ///
1471 void
1472 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(
1473                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1474                                          Value *CommonBaseV,
1475                                          const IVExpr &ReuseIV,
1476                                          Instruction *PreInsertPt) {
1477   DEBUG(errs() << "  Rewriting in terms of existing IV of STRIDE "
1478                << *ReuseIV.Stride << " and BASE " << *ReuseIV.Base << "\n");
1479
1480   // All the users will share the reused IV.
1481   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1482     UsersToProcess[i].Phi = ReuseIV.PHI;
1483
1484   Constant *C = dyn_cast<Constant>(CommonBaseV);
1485   if (C &&
1486       (!C->isNullValue() &&
1487        !fitsInAddressMode(SE->getUnknown(CommonBaseV), CommonBaseV->getType(),
1488                          TLI, false)))
1489     // We want the common base emitted into the preheader! This is just
1490     // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1491     CommonBaseV = new BitCastInst(CommonBaseV, CommonBaseV->getType(),
1492                                   "commonbase", PreInsertPt);
1493 }
1494
1495 static bool IsImmFoldedIntoAddrMode(GlobalValue *GV, int64_t Offset,
1496                                     const Type *AccessTy,
1497                                    std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1498                                    const TargetLowering *TLI) {
1499   SmallVector<Instruction*, 16> AddrModeInsts;
1500   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1501     if (UsersToProcess[i].isUseOfPostIncrementedValue)
1502       continue;
1503     ExtAddrMode AddrMode =
1504       AddressingModeMatcher::Match(UsersToProcess[i].OperandValToReplace,
1505                                    AccessTy, UsersToProcess[i].Inst,
1506                                    AddrModeInsts, *TLI);
1507     if (GV && GV != AddrMode.BaseGV)
1508       return false;
1509     if (Offset && !AddrMode.BaseOffs)
1510       // FIXME: How to accurate check it's immediate offset is folded.
1511       return false;
1512     AddrModeInsts.clear();
1513   }
1514   return true;
1515 }
1516
1517 /// StrengthReduceIVUsersOfStride - Strength reduce all of the users of a single
1518 /// stride of IV.  All of the users may have different starting values, and this
1519 /// may not be the only stride.
1520 void LoopStrengthReduce::StrengthReduceIVUsersOfStride(const SCEV *const &Stride,
1521                                                        IVUsersOfOneStride &Uses,
1522                                                        Loop *L) {
1523   // If all the users are moved to another stride, then there is nothing to do.
1524   if (Uses.Users.empty())
1525     return;
1526
1527   // Keep track if every use in UsersToProcess is an address. If they all are,
1528   // we may be able to rewrite the entire collection of them in terms of a
1529   // smaller-stride IV.
1530   bool AllUsesAreAddresses = true;
1531
1532   // Keep track if every use of a single stride is outside the loop.  If so,
1533   // we want to be more aggressive about reusing a smaller-stride IV; a
1534   // multiply outside the loop is better than another IV inside.  Well, usually.
1535   bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
1536
1537   // Transform our list of users and offsets to a bit more complex table.  In
1538   // this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base' the base of the
1539   // strided accessas well as the old information from Uses.  We progressively
1540   // move information from the Base field to the Imm field, until we eventually
1541   // have the full access expression to rewrite the use.
1542   std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
1543   const SCEV *CommonExprs = CollectIVUsers(Stride, Uses, L, AllUsesAreAddresses,
1544                                            AllUsesAreOutsideLoop,
1545                                            UsersToProcess);
1546
1547   // Sort the UsersToProcess array so that users with common bases are
1548   // next to each other.
1549   SortUsersToProcess(UsersToProcess);
1550
1551   // If we managed to find some expressions in common, we'll need to carry
1552   // their value in a register and add it in for each use. This will take up
1553   // a register operand, which potentially restricts what stride values are
1554   // valid.
1555   bool HaveCommonExprs = !CommonExprs->isZero();
1556   const Type *ReplacedTy = CommonExprs->getType();
1557
1558   // If all uses are addresses, consider sinking the immediate part of the
1559   // common expression back into uses if they can fit in the immediate fields.
1560   if (TLI && HaveCommonExprs && AllUsesAreAddresses) {
1561     const SCEV *NewCommon = CommonExprs;
1562     const SCEV *Imm = SE->getIntegerSCEV(0, ReplacedTy);
1563     MoveImmediateValues(TLI, Type::getVoidTy(
1564                         L->getLoopPreheader()->getContext()),
1565                         NewCommon, Imm, true, L, SE);
1566     if (!Imm->isZero()) {
1567       bool DoSink = true;
1568
1569       // If the immediate part of the common expression is a GV, check if it's
1570       // possible to fold it into the target addressing mode.
1571       GlobalValue *GV = 0;
1572       if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(Imm))
1573         GV = dyn_cast<GlobalValue>(SU->getValue());
1574       int64_t Offset = 0;
1575       if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Imm))
1576         Offset = SC->getValue()->getSExtValue();
1577       if (GV || Offset)
1578         // Pass VoidTy as the AccessTy to be conservative, because
1579         // there could be multiple access types among all the uses.
1580         DoSink = IsImmFoldedIntoAddrMode(GV, Offset,
1581                           Type::getVoidTy(L->getLoopPreheader()->getContext()),
1582                                          UsersToProcess, TLI);
1583
1584       if (DoSink) {
1585         DEBUG(errs() << "  Sinking " << *Imm << " back down into uses\n");
1586         for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1587           UsersToProcess[i].Imm = SE->getAddExpr(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1588         CommonExprs = NewCommon;
1589         HaveCommonExprs = !CommonExprs->isZero();
1590         ++NumImmSunk;
1591       }
1592     }
1593   }
1594
1595   // Now that we know what we need to do, insert the PHI node itself.
1596   //
1597   DEBUG(errs() << "LSR: Examining IVs of TYPE " << *ReplacedTy << " of STRIDE "
1598                << *Stride << ":\n"
1599                << "  Common base: " << *CommonExprs << "\n");
1600
1601   SCEVExpander Rewriter(*SE);
1602   SCEVExpander PreheaderRewriter(*SE);
1603
1604   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
1605   Instruction *PreInsertPt = Preheader->getTerminator();
1606   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1607   Instruction *IVIncInsertPt = LatchBlock->getTerminator();
1608
1609   Value *CommonBaseV = Constant::getNullValue(ReplacedTy);
1610
1611   const SCEV *RewriteFactor = SE->getIntegerSCEV(0, ReplacedTy);
1612   IVExpr   ReuseIV(SE->getIntegerSCEV(0,
1613                                     Type::getInt32Ty(Preheader->getContext())),
1614                    SE->getIntegerSCEV(0, 
1615                                     Type::getInt32Ty(Preheader->getContext())),
1616                    0);
1617
1618   // Choose a strength-reduction strategy and prepare for it by creating
1619   // the necessary PHIs and adjusting the bookkeeping.
1620   if (ShouldUseFullStrengthReductionMode(UsersToProcess, L,
1621                                          AllUsesAreAddresses, Stride)) {
1622     PrepareToStrengthReduceFully(UsersToProcess, Stride, CommonExprs, L,
1623                                  PreheaderRewriter);
1624   } else {
1625     // Emit the initial base value into the loop preheader.
1626     CommonBaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(CommonExprs, ReplacedTy,
1627                                                   PreInsertPt);
1628
1629     // If all uses are addresses, check if it is possible to reuse an IV.  The
1630     // new IV must have a stride that is a multiple of the old stride; the
1631     // multiple must be a number that can be encoded in the scale field of the
1632     // target addressing mode; and we must have a valid instruction after this 
1633     // substitution, including the immediate field, if any.
1634     RewriteFactor = CheckForIVReuse(HaveCommonExprs, AllUsesAreAddresses,
1635                                     AllUsesAreOutsideLoop,
1636                                     Stride, ReuseIV, ReplacedTy,
1637                                     UsersToProcess);
1638     if (!RewriteFactor->isZero())
1639       PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(UsersToProcess, CommonBaseV,
1640                                                ReuseIV, PreInsertPt);
1641     else {
1642       IVIncInsertPt = FindIVIncInsertPt(UsersToProcess, L);
1643       PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(UsersToProcess, Stride, CommonExprs,
1644                                         CommonBaseV, IVIncInsertPt,
1645                                         L, PreheaderRewriter);
1646     }
1647   }
1648
1649   // Process all the users now, replacing their strided uses with
1650   // strength-reduced forms.  This outer loop handles all bases, the inner
1651   // loop handles all users of a particular base.
1652   while (!UsersToProcess.empty()) {
1653     const SCEV *Base = UsersToProcess.back().Base;
1654     Instruction *Inst = UsersToProcess.back().Inst;
1655
1656     // Emit the code for Base into the preheader.
1657     Value *BaseV = 0;
1658     if (!Base->isZero()) {
1659       BaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(Base, 0, PreInsertPt);
1660
1661       DEBUG(errs() << "  INSERTING code for BASE = " << *Base << ":");
1662       if (BaseV->hasName())
1663         DEBUG(errs() << " Result value name = %" << BaseV->getName());
1664       DEBUG(errs() << "\n");
1665
1666       // If BaseV is a non-zero constant, make sure that it gets inserted into
1667       // the preheader, instead of being forward substituted into the uses.  We
1668       // do this by forcing a BitCast (noop cast) to be inserted into the
1669       // preheader in this case.
1670       if (!fitsInAddressMode(Base, getAccessType(Inst), TLI, false) &&
1671           isa<Constant>(BaseV)) {
1672         // We want this constant emitted into the preheader! This is just
1673         // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1674         BaseV = new BitCastInst(BaseV, BaseV->getType(), "preheaderinsert",
1675                                 PreInsertPt);       
1676       }
1677     }
1678
1679     // Emit the code to add the immediate offset to the Phi value, just before
1680     // the instructions that we identified as using this stride and base.
1681     do {
1682       // FIXME: Use emitted users to emit other users.
1683       BasedUser &User = UsersToProcess.back();
1684
1685       DEBUG(errs() << "    Examining ");
1686       if (User.isUseOfPostIncrementedValue)
1687         DEBUG(errs() << "postinc");
1688       else
1689         DEBUG(errs() << "preinc");
1690       DEBUG(errs() << " use ");
1691       DEBUG(WriteAsOperand(errs(), UsersToProcess.back().OperandValToReplace,
1692                            /*PrintType=*/false));
1693       DEBUG(errs() << " in Inst: " << *User.Inst);
1694
1695       // If this instruction wants to use the post-incremented value, move it
1696       // after the post-inc and use its value instead of the PHI.
1697       Value *RewriteOp = User.Phi;
1698       if (User.isUseOfPostIncrementedValue) {
1699         RewriteOp = User.Phi->getIncomingValueForBlock(LatchBlock);
1700         // If this user is in the loop, make sure it is the last thing in the
1701         // loop to ensure it is dominated by the increment. In case it's the
1702         // only use of the iv, the increment instruction is already before the
1703         // use.
1704         if (L->contains(User.Inst->getParent()) && User.Inst != IVIncInsertPt)
1705           User.Inst->moveBefore(IVIncInsertPt);
1706       }
1707
1708       const SCEV *RewriteExpr = SE->getUnknown(RewriteOp);
1709
1710       if (SE->getEffectiveSCEVType(RewriteOp->getType()) !=
1711           SE->getEffectiveSCEVType(ReplacedTy)) {
1712         assert(SE->getTypeSizeInBits(RewriteOp->getType()) >
1713                SE->getTypeSizeInBits(ReplacedTy) &&
1714                "Unexpected widening cast!");
1715         RewriteExpr = SE->getTruncateExpr(RewriteExpr, ReplacedTy);
1716       }
1717
1718       // If we had to insert new instructions for RewriteOp, we have to
1719       // consider that they may not have been able to end up immediately
1720       // next to RewriteOp, because non-PHI instructions may never precede
1721       // PHI instructions in a block. In this case, remember where the last
1722       // instruction was inserted so that if we're replacing a different
1723       // PHI node, we can use the later point to expand the final
1724       // RewriteExpr.
1725       Instruction *NewBasePt = dyn_cast<Instruction>(RewriteOp);
1726       if (RewriteOp == User.Phi) NewBasePt = 0;
1727
1728       // Clear the SCEVExpander's expression map so that we are guaranteed
1729       // to have the code emitted where we expect it.
1730       Rewriter.clear();
1731
1732       // If we are reusing the iv, then it must be multiplied by a constant
1733       // factor to take advantage of the addressing mode scale component.
1734       if (!RewriteFactor->isZero()) {
1735         // If we're reusing an IV with a nonzero base (currently this happens
1736         // only when all reuses are outside the loop) subtract that base here.
1737         // The base has been used to initialize the PHI node but we don't want
1738         // it here.
1739         if (!ReuseIV.Base->isZero()) {
1740           const SCEV *typedBase = ReuseIV.Base;
1741           if (SE->getEffectiveSCEVType(RewriteExpr->getType()) !=
1742               SE->getEffectiveSCEVType(ReuseIV.Base->getType())) {
1743             // It's possible the original IV is a larger type than the new IV,
1744             // in which case we have to truncate the Base.  We checked in
1745             // RequiresTypeConversion that this is valid.
1746             assert(SE->getTypeSizeInBits(RewriteExpr->getType()) <
1747                    SE->getTypeSizeInBits(ReuseIV.Base->getType()) &&
1748                    "Unexpected lengthening conversion!");
1749             typedBase = SE->getTruncateExpr(ReuseIV.Base, 
1750                                             RewriteExpr->getType());
1751           }
1752           RewriteExpr = SE->getMinusSCEV(RewriteExpr, typedBase);
1753         }
1754
1755         // Multiply old variable, with base removed, by new scale factor.
1756         RewriteExpr = SE->getMulExpr(RewriteFactor,
1757                                      RewriteExpr);
1758
1759         // The common base is emitted in the loop preheader. But since we
1760         // are reusing an IV, it has not been used to initialize the PHI node.
1761         // Add it to the expression used to rewrite the uses.
1762         // When this use is outside the loop, we earlier subtracted the
1763         // common base, and are adding it back here.  Use the same expression
1764         // as before, rather than CommonBaseV, so DAGCombiner will zap it.
1765         if (!CommonExprs->isZero()) {
1766           if (L->contains(User.Inst->getParent()))
1767             RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr,
1768                                        SE->getUnknown(CommonBaseV));
1769           else
1770             RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, CommonExprs);
1771         }
1772       }
1773
1774       // Now that we know what we need to do, insert code before User for the
1775       // immediate and any loop-variant expressions.
1776       if (BaseV)
1777         // Add BaseV to the PHI value if needed.
1778         RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, SE->getUnknown(BaseV));
1779
1780       User.RewriteInstructionToUseNewBase(RewriteExpr, NewBasePt,
1781                                           Rewriter, L, this, *LI,
1782                                           DeadInsts);
1783
1784       // Mark old value we replaced as possibly dead, so that it is eliminated
1785       // if we just replaced the last use of that value.
1786       DeadInsts.push_back(User.OperandValToReplace);
1787
1788       UsersToProcess.pop_back();
1789       ++NumReduced;
1790
1791       // If there are any more users to process with the same base, process them
1792       // now.  We sorted by base above, so we just have to check the last elt.
1793     } while (!UsersToProcess.empty() && UsersToProcess.back().Base == Base);
1794     // TODO: Next, find out which base index is the most common, pull it out.
1795   }
1796
1797   // IMPORTANT TODO: Figure out how to partition the IV's with this stride, but
1798   // different starting values, into different PHIs.
1799 }
1800
1801 void LoopStrengthReduce::StrengthReduceIVUsers(Loop *L) {
1802   // Note: this processes each stride/type pair individually.  All users
1803   // passed into StrengthReduceIVUsersOfStride have the same type AND stride.
1804   // Also, note that we iterate over IVUsesByStride indirectly by using
1805   // StrideOrder. This extra layer of indirection makes the ordering of
1806   // strides deterministic - not dependent on map order.
1807   for (unsigned Stride = 0, e = IU->StrideOrder.size(); Stride != e; ++Stride) {
1808     std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
1809       IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[Stride]);
1810     assert(SI != IU->IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1811     // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
1812     if (!SI->first->isLoopInvariant(L))
1813       continue;
1814     StrengthReduceIVUsersOfStride(SI->first, *SI->second, L);
1815   }
1816 }
1817
1818 /// FindIVUserForCond - If Cond has an operand that is an expression of an IV,
1819 /// set the IV user and stride information and return true, otherwise return
1820 /// false.
1821 bool LoopStrengthReduce::FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
1822                                        const SCEV* &CondStride) {
1823   for (unsigned Stride = 0, e = IU->StrideOrder.size();
1824        Stride != e && !CondUse; ++Stride) {
1825     std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
1826       IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[Stride]);
1827     assert(SI != IU->IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1828
1829     for (ilist<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second->Users.begin(),
1830          E = SI->second->Users.end(); UI != E; ++UI)
1831       if (UI->getUser() == Cond) {
1832         // NOTE: we could handle setcc instructions with multiple uses here, but
1833         // InstCombine does it as well for simple uses, it's not clear that it
1834         // occurs enough in real life to handle.
1835         CondUse = UI;
1836         CondStride = SI->first;
1837         return true;
1838       }
1839   }
1840   return false;
1841 }    
1842
1843 namespace {
1844   // Constant strides come first which in turns are sorted by their absolute
1845   // values. If absolute values are the same, then positive strides comes first.
1846   // e.g.
1847   // 4, -1, X, 1, 2 ==> 1, -1, 2, 4, X
1848   struct StrideCompare {
1849     const ScalarEvolution *SE;
1850     explicit StrideCompare(const ScalarEvolution *se) : SE(se) {}
1851
1852     bool operator()(const SCEV *const &LHS, const SCEV *const &RHS) {
1853       const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS);
1854       const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS);
1855       if (LHSC && RHSC) {
1856         int64_t  LV = LHSC->getValue()->getSExtValue();
1857         int64_t  RV = RHSC->getValue()->getSExtValue();
1858         uint64_t ALV = (LV < 0) ? -LV : LV;
1859         uint64_t ARV = (RV < 0) ? -RV : RV;
1860         if (ALV == ARV) {
1861           if (LV != RV)
1862             return LV > RV;
1863         } else {
1864           return ALV < ARV;
1865         }
1866
1867         // If it's the same value but different type, sort by bit width so
1868         // that we emit larger induction variables before smaller
1869         // ones, letting the smaller be re-written in terms of larger ones.
1870         return SE->getTypeSizeInBits(RHS->getType()) <
1871                SE->getTypeSizeInBits(LHS->getType());
1872       }
1873       return LHSC && !RHSC;
1874     }
1875   };
1876 }
1877
1878 /// ChangeCompareStride - If a loop termination compare instruction is the
1879 /// only use of its stride, and the compaison is against a constant value,
1880 /// try eliminate the stride by moving the compare instruction to another
1881 /// stride and change its constant operand accordingly. e.g.
1882 ///
1883 /// loop:
1884 /// ...
1885 /// v1 = v1 + 3
1886 /// v2 = v2 + 1
1887 /// if (v2 < 10) goto loop
1888 /// =>
1889 /// loop:
1890 /// ...
1891 /// v1 = v1 + 3
1892 /// if (v1 < 30) goto loop
1893 ICmpInst *LoopStrengthReduce::ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
1894                                                   IVStrideUse* &CondUse,
1895                                                   const SCEV* &CondStride,
1896                                                   bool PostPass) {
1897   // If there's only one stride in the loop, there's nothing to do here.
1898   if (IU->StrideOrder.size() < 2)
1899     return Cond;
1900   // If there are other users of the condition's stride, don't bother
1901   // trying to change the condition because the stride will still
1902   // remain.
1903   std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator I =
1904     IU->IVUsesByStride.find(CondStride);
1905   if (I == IU->IVUsesByStride.end())
1906     return Cond;
1907   if (I->second->Users.size() > 1) {
1908     for (ilist<IVStrideUse>::iterator II = I->second->Users.begin(),
1909            EE = I->second->Users.end(); II != EE; ++II) {
1910       if (II->getUser() == Cond)
1911         continue;
1912       if (!isInstructionTriviallyDead(II->getUser()))
1913         return Cond;
1914     }
1915   }
1916   // Only handle constant strides for now.
1917   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(CondStride);
1918   if (!SC) return Cond;
1919
1920   ICmpInst::Predicate Predicate = Cond->getPredicate();
1921   int64_t CmpSSInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1922   unsigned BitWidth = SE->getTypeSizeInBits(CondStride->getType());
1923   uint64_t SignBit = 1ULL << (BitWidth-1);
1924   const Type *CmpTy = Cond->getOperand(0)->getType();
1925   const Type *NewCmpTy = NULL;
1926   unsigned TyBits = SE->getTypeSizeInBits(CmpTy);
1927   unsigned NewTyBits = 0;
1928   const SCEV *NewStride = NULL;
1929   Value *NewCmpLHS = NULL;
1930   Value *NewCmpRHS = NULL;
1931   int64_t Scale = 1;
1932   const SCEV *NewOffset = SE->getIntegerSCEV(0, CmpTy);
1933
1934   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Cond->getOperand(1))) {
1935     int64_t CmpVal = C->getValue().getSExtValue();
1936
1937     // Check the relevant induction variable for conformance to
1938     // the pattern.
1939     const SCEV *IV = SE->getSCEV(Cond->getOperand(0));
1940     const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
1941     if (!AR || !AR->isAffine())
1942       return Cond;
1943
1944     const SCEVConstant *StartC = dyn_cast<SCEVConstant>(AR->getStart());
1945     // Check stride constant and the comparision constant signs to detect
1946     // overflow.
1947     if (StartC) {
1948       if ((StartC->getValue()->getSExtValue() < CmpVal && CmpSSInt < 0) ||
1949           (StartC->getValue()->getSExtValue() > CmpVal && CmpSSInt > 0))
1950         return Cond;
1951     } else {
1952       // More restrictive check for the other cases.
1953       if ((CmpVal & SignBit) != (CmpSSInt & SignBit))
1954         return Cond;
1955     }
1956
1957     // Look for a suitable stride / iv as replacement.
1958     for (unsigned i = 0, e = IU->StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
1959       std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
1960         IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[i]);
1961       if (!isa<SCEVConstant>(SI->first) || SI->second->Users.empty())
1962         continue;
1963       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1964       if (SSInt == CmpSSInt ||
1965           abs64(SSInt) < abs64(CmpSSInt) ||
1966           (SSInt % CmpSSInt) != 0)
1967         continue;
1968
1969       Scale = SSInt / CmpSSInt;
1970       int64_t NewCmpVal = CmpVal * Scale;
1971
1972       // If old icmp value fits in icmp immediate field, but the new one doesn't
1973       // try something else.
1974       if (TLI &&
1975           TLI->isLegalICmpImmediate(CmpVal) &&
1976           !TLI->isLegalICmpImmediate(NewCmpVal))
1977         continue;
1978
1979       APInt Mul = APInt(BitWidth*2, CmpVal, true);
1980       Mul = Mul * APInt(BitWidth*2, Scale, true);
1981       // Check for overflow.
1982       if (!Mul.isSignedIntN(BitWidth))
1983         continue;
1984       // Check for overflow in the stride's type too.
1985       if (!Mul.isSignedIntN(SE->getTypeSizeInBits(SI->first->getType())))
1986         continue;
1987
1988       // Watch out for overflow.
1989       if (ICmpInst::isSigned(Predicate) &&
1990           (CmpVal & SignBit) != (NewCmpVal & SignBit))
1991         continue;
1992
1993       // Pick the best iv to use trying to avoid a cast.
1994       NewCmpLHS = NULL;
1995       for (ilist<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second->Users.begin(),
1996              E = SI->second->Users.end(); UI != E; ++UI) {
1997         Value *Op = UI->getOperandValToReplace();
1998
1999         // If the IVStrideUse implies a cast, check for an actual cast which
2000         // can be used to find the original IV expression.
2001         if (SE->getEffectiveSCEVType(Op->getType()) !=
2002             SE->getEffectiveSCEVType(SI->first->getType())) {
2003           CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(Op);
2004           // If it's not a simple cast, it's complicated.
2005           if (!CI)
2006             continue;
2007           // If it's a cast from a type other than the stride type,
2008           // it's complicated.
2009           if (CI->getOperand(0)->getType() != SI->first->getType())
2010             continue;
2011           // Ok, we found the IV expression in the stride's type.
2012           Op = CI->getOperand(0);
2013         }
2014
2015         NewCmpLHS = Op;
2016         if (NewCmpLHS->getType() == CmpTy)
2017           break;
2018       }
2019       if (!NewCmpLHS)
2020         continue;
2021
2022       NewCmpTy = NewCmpLHS->getType();
2023       NewTyBits = SE->getTypeSizeInBits(NewCmpTy);
2024       const Type *NewCmpIntTy = IntegerType::get(Cond->getContext(), NewTyBits);
2025       if (RequiresTypeConversion(NewCmpTy, CmpTy)) {
2026         // Check if it is possible to rewrite it using
2027         // an iv / stride of a smaller integer type.
2028         unsigned Bits = NewTyBits;
2029         if (ICmpInst::isSigned(Predicate))
2030           --Bits;
2031         uint64_t Mask = (1ULL << Bits) - 1;
2032         if (((uint64_t)NewCmpVal & Mask) != (uint64_t)NewCmpVal)
2033           continue;
2034       }
2035
2036       // Don't rewrite if use offset is non-constant and the new type is
2037       // of a different type.
2038       // FIXME: too conservative?
2039       if (NewTyBits != TyBits && !isa<SCEVConstant>(CondUse->getOffset()))
2040         continue;
2041
2042       if (!PostPass) {
2043         bool AllUsesAreAddresses = true;
2044         bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
2045         std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
2046         const SCEV *CommonExprs = CollectIVUsers(SI->first, *SI->second, L,
2047                                                  AllUsesAreAddresses,
2048                                                  AllUsesAreOutsideLoop,
2049                                                  UsersToProcess);
2050         // Avoid rewriting the compare instruction with an iv of new stride
2051         // if it's likely the new stride uses will be rewritten using the
2052         // stride of the compare instruction.
2053         if (AllUsesAreAddresses &&
2054             ValidScale(!CommonExprs->isZero(), Scale, UsersToProcess))
2055           continue;
2056       }
2057
2058       // Avoid rewriting the compare instruction with an iv which has
2059       // implicit extension or truncation built into it.
2060       // TODO: This is over-conservative.
2061       if (SE->getTypeSizeInBits(CondUse->getOffset()->getType()) != TyBits)
2062         continue;
2063
2064       // If scale is negative, use swapped predicate unless it's testing
2065       // for equality.
2066       if (Scale < 0 && !Cond->isEquality())
2067         Predicate = ICmpInst::getSwappedPredicate(Predicate);
2068
2069       NewStride = IU->StrideOrder[i];
2070       if (!isa<PointerType>(NewCmpTy))
2071         NewCmpRHS = ConstantInt::get(NewCmpTy, NewCmpVal);
2072       else {
2073         Constant *CI = ConstantInt::get(NewCmpIntTy, NewCmpVal);
2074         NewCmpRHS = ConstantExpr::getIntToPtr(CI, NewCmpTy);
2075       }
2076       NewOffset = TyBits == NewTyBits
2077         ? SE->getMulExpr(CondUse->getOffset(),
2078                          SE->getConstant(CmpTy, Scale))
2079         : SE->getConstant(NewCmpIntTy,
2080           cast<SCEVConstant>(CondUse->getOffset())->getValue()
2081             ->getSExtValue()*Scale);
2082       break;
2083     }
2084   }
2085
2086   // Forgo this transformation if it the increment happens to be
2087   // unfortunately positioned after the condition, and the condition
2088   // has multiple uses which prevent it from being moved immediately
2089   // before the branch. See
2090   // test/Transforms/LoopStrengthReduce/change-compare-stride-trickiness-*.ll
2091   // for an example of this situation.
2092   if (!Cond->hasOneUse()) {
2093     for (BasicBlock::iterator I = Cond, E = Cond->getParent()->end();
2094          I != E; ++I)
2095       if (I == NewCmpLHS)
2096         return Cond;
2097   }
2098
2099   if (NewCmpRHS) {
2100     // Create a new compare instruction using new stride / iv.
2101     ICmpInst *OldCond = Cond;
2102     // Insert new compare instruction.
2103     Cond = new ICmpInst(OldCond, Predicate, NewCmpLHS, NewCmpRHS,
2104                         L->getHeader()->getName() + ".termcond");
2105
2106     DEBUG(errs() << "    Change compare stride in Inst " << *OldCond);
2107     DEBUG(errs() << " to " << *Cond << '\n');
2108
2109     // Remove the old compare instruction. The old indvar is probably dead too.
2110     DeadInsts.push_back(CondUse->getOperandValToReplace());
2111     OldCond->replaceAllUsesWith(Cond);
2112     OldCond->eraseFromParent();
2113
2114     IU->IVUsesByStride[NewStride]->addUser(NewOffset, Cond, NewCmpLHS);
2115     CondUse = &IU->IVUsesByStride[NewStride]->Users.back();
2116     CondStride = NewStride;
2117     ++NumEliminated;
2118     Changed = true;
2119   }
2120
2121   return Cond;
2122 }
2123
2124 /// OptimizeMax - Rewrite the loop's terminating condition if it uses
2125 /// a max computation.
2126 ///
2127 /// This is a narrow solution to a specific, but acute, problem. For loops
2128 /// like this:
2129 ///
2130 ///   i = 0;
2131 ///   do {
2132 ///     p[i] = 0.0;
2133 ///   } while (++i < n);
2134 ///
2135 /// the trip count isn't just 'n', because 'n' might not be positive. And
2136 /// unfortunately this can come up even for loops where the user didn't use
2137 /// a C do-while loop. For example, seemingly well-behaved top-test loops
2138 /// will commonly be lowered like this:
2139 //
2140 ///   if (n > 0) {
2141 ///     i = 0;
2142 ///     do {
2143 ///       p[i] = 0.0;
2144 ///     } while (++i < n);
2145 ///   }
2146 ///
2147 /// and then it's possible for subsequent optimization to obscure the if
2148 /// test in such a way that indvars can't find it.
2149 ///
2150 /// When indvars can't find the if test in loops like this, it creates a
2151 /// max expression, which allows it to give the loop a canonical
2152 /// induction variable:
2153 ///
2154 ///   i = 0;
2155 ///   max = n < 1 ? 1 : n;
2156 ///   do {
2157 ///     p[i] = 0.0;
2158 ///   } while (++i != max);
2159 ///
2160 /// Canonical induction variables are necessary because the loop passes
2161 /// are designed around them. The most obvious example of this is the
2162 /// LoopInfo analysis, which doesn't remember trip count values. It
2163 /// expects to be able to rediscover the trip count each time it is
2164 /// needed, and it does this using a simple analyis that only succeeds if
2165 /// the loop has a canonical induction variable.
2166 ///
2167 /// However, when it comes time to generate code, the maximum operation
2168 /// can be quite costly, especially if it's inside of an outer loop.
2169 ///
2170 /// This function solves this problem by detecting this type of loop and
2171 /// rewriting their conditions from ICMP_NE back to ICMP_SLT, and deleting
2172 /// the instructions for the maximum computation.
2173 ///
2174 ICmpInst *LoopStrengthReduce::OptimizeMax(Loop *L, ICmpInst *Cond,
2175                                           IVStrideUse* &CondUse) {
2176   // Check that the loop matches the pattern we're looking for.
2177   if (Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_EQ &&
2178       Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_NE)
2179     return Cond;
2180
2181   SelectInst *Sel = dyn_cast<SelectInst>(Cond->getOperand(1));
2182   if (!Sel || !Sel->hasOneUse()) return Cond;
2183
2184   const SCEV *BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
2185   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
2186     return Cond;
2187   const SCEV *One = SE->getIntegerSCEV(1, BackedgeTakenCount->getType());
2188
2189   // Add one to the backedge-taken count to get the trip count.
2190   const SCEV *IterationCount = SE->getAddExpr(BackedgeTakenCount, One);
2191
2192   // Check for a max calculation that matches the pattern.
2193   if (!isa<SCEVSMaxExpr>(IterationCount) && !isa<SCEVUMaxExpr>(IterationCount))
2194     return Cond;
2195   const SCEVNAryExpr *Max = cast<SCEVNAryExpr>(IterationCount);
2196   if (Max != SE->getSCEV(Sel)) return Cond;
2197
2198   // To handle a max with more than two operands, this optimization would
2199   // require additional checking and setup.
2200   if (Max->getNumOperands() != 2)
2201     return Cond;
2202
2203   const SCEV *MaxLHS = Max->getOperand(0);
2204   const SCEV *MaxRHS = Max->getOperand(1);
2205   if (!MaxLHS || MaxLHS != One) return Cond;
2206
2207   // Check the relevant induction variable for conformance to
2208   // the pattern.
2209   const SCEV *IV = SE->getSCEV(Cond->getOperand(0));
2210   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
2211   if (!AR || !AR->isAffine() ||
2212       AR->getStart() != One ||
2213       AR->getStepRecurrence(*SE) != One)
2214     return Cond;
2215
2216   assert(AR->getLoop() == L &&
2217          "Loop condition operand is an addrec in a different loop!");
2218
2219   // Check the right operand of the select, and remember it, as it will
2220   // be used in the new comparison instruction.
2221   Value *NewRHS = 0;
2222   if (SE->getSCEV(Sel->getOperand(1)) == MaxRHS)
2223     NewRHS = Sel->getOperand(1);
2224   else if (SE->getSCEV(Sel->getOperand(2)) == MaxRHS)
2225     NewRHS = Sel->getOperand(2);
2226   if (!NewRHS) return Cond;
2227
2228   // Determine the new comparison opcode. It may be signed or unsigned,
2229   // and the original comparison may be either equality or inequality.
2230   CmpInst::Predicate Pred =
2231     isa<SCEVSMaxExpr>(Max) ? CmpInst::ICMP_SLT : CmpInst::ICMP_ULT;
2232   if (Cond->getPredicate() == CmpInst::ICMP_EQ)
2233     Pred = CmpInst::getInversePredicate(Pred);
2234
2235   // Ok, everything looks ok to change the condition into an SLT or SGE and
2236   // delete the max calculation.
2237   ICmpInst *NewCond =
2238     new ICmpInst(Cond, Pred, Cond->getOperand(0), NewRHS, "scmp");
2239
2240   // Delete the max calculation instructions.
2241   Cond->replaceAllUsesWith(NewCond);
2242   CondUse->setUser(NewCond);
2243   Instruction *Cmp = cast<Instruction>(Sel->getOperand(0));
2244   Cond->eraseFromParent();
2245   Sel->eraseFromParent();
2246   if (Cmp->use_empty())
2247     Cmp->eraseFromParent();
2248   return NewCond;
2249 }
2250
2251 /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
2252 /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
2253 void LoopStrengthReduce::OptimizeShadowIV(Loop *L) {
2254
2255   const SCEV *BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
2256   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
2257     return;
2258     
2259   for (unsigned Stride = 0, e = IU->StrideOrder.size(); Stride != e;
2260        ++Stride) {
2261     std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
2262       IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[Stride]);
2263     assert(SI != IU->IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2264     if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
2265       continue;
2266
2267     for (ilist<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second->Users.begin(),
2268            E = SI->second->Users.end(); UI != E; /* empty */) {
2269       ilist<IVStrideUse>::iterator CandidateUI = UI;
2270       ++UI;
2271       Instruction *ShadowUse = CandidateUI->getUser();
2272       const Type *DestTy = NULL;
2273
2274       /* If shadow use is a int->float cast then insert a second IV
2275          to eliminate this cast.
2276
2277            for (unsigned i = 0; i < n; ++i) 
2278              foo((double)i);
2279
2280          is transformed into
2281
2282            double d = 0.0;
2283            for (unsigned i = 0; i < n; ++i, ++d) 
2284              foo(d);
2285       */
2286       if (UIToFPInst *UCast = dyn_cast<UIToFPInst>(CandidateUI->getUser()))
2287         DestTy = UCast->getDestTy();
2288       else if (SIToFPInst *SCast = dyn_cast<SIToFPInst>(CandidateUI->getUser()))
2289         DestTy = SCast->getDestTy();
2290       if (!DestTy) continue;
2291
2292       if (TLI) {
2293         // If target does not support DestTy natively then do not apply
2294         // this transformation.
2295         EVT DVT = TLI->getValueType(DestTy);
2296         if (!TLI->isTypeLegal(DVT)) continue;
2297       }
2298
2299       PHINode *PH = dyn_cast<PHINode>(ShadowUse->getOperand(0));
2300       if (!PH) continue;
2301       if (PH->getNumIncomingValues() != 2) continue;
2302
2303       const Type *SrcTy = PH->getType();
2304       int Mantissa = DestTy->getFPMantissaWidth();
2305       if (Mantissa == -1) continue; 
2306       if ((int)SE->getTypeSizeInBits(SrcTy) > Mantissa)
2307         continue;
2308
2309       unsigned Entry, Latch;
2310       if (PH->getIncomingBlock(0) == L->getLoopPreheader()) {
2311         Entry = 0;
2312         Latch = 1;
2313       } else {
2314         Entry = 1;
2315         Latch = 0;
2316       }
2317         
2318       ConstantInt *Init = dyn_cast<ConstantInt>(PH->getIncomingValue(Entry));
2319       if (!Init) continue;
2320       Constant *NewInit = ConstantFP::get(DestTy, Init->getZExtValue());
2321
2322       BinaryOperator *Incr = 
2323         dyn_cast<BinaryOperator>(PH->getIncomingValue(Latch));
2324       if (!Incr) continue;
2325       if (Incr->getOpcode() != Instruction::Add
2326           && Incr->getOpcode() != Instruction::Sub)
2327         continue;
2328
2329       /* Initialize new IV, double d = 0.0 in above example. */
2330       ConstantInt *C = NULL;
2331       if (Incr->getOperand(0) == PH)
2332         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(1));
2333       else if (Incr->getOperand(1) == PH)
2334         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(0));
2335       else
2336         continue;
2337
2338       if (!C) continue;
2339
2340       // Ignore negative constants, as the code below doesn't handle them
2341       // correctly. TODO: Remove this restriction.
2342       if (!C->getValue().isStrictlyPositive()) continue;
2343
2344       /* Add new PHINode. */
2345       PHINode *NewPH = PHINode::Create(DestTy, "IV.S.", PH);
2346
2347       /* create new increment. '++d' in above example. */
2348       Constant *CFP = ConstantFP::get(DestTy, C->getZExtValue());
2349       BinaryOperator *NewIncr = 
2350         BinaryOperator::Create(Incr->getOpcode() == Instruction::Add ?
2351                                  Instruction::FAdd : Instruction::FSub,
2352                                NewPH, CFP, "IV.S.next.", Incr);
2353
2354       NewPH->addIncoming(NewInit, PH->getIncomingBlock(Entry));
2355       NewPH->addIncoming(NewIncr, PH->getIncomingBlock(Latch));
2356
2357       /* Remove cast operation */
2358       ShadowUse->replaceAllUsesWith(NewPH);
2359       ShadowUse->eraseFromParent();
2360       NumShadow++;
2361       break;
2362     }
2363   }
2364 }
2365
2366 /// OptimizeIndvars - Now that IVUsesByStride is set up with all of the indvar
2367 /// uses in the loop, look to see if we can eliminate some, in favor of using
2368 /// common indvars for the different uses.
2369 void LoopStrengthReduce::OptimizeIndvars(Loop *L) {
2370   // TODO: implement optzns here.
2371
2372   OptimizeShadowIV(L);
2373 }
2374
2375 bool LoopStrengthReduce::StrideMightBeShared(const SCEV* Stride, Loop *L,
2376                                              bool CheckPreInc) {
2377   int64_t SInt = cast<SCEVConstant>(Stride)->getValue()->getSExtValue();
2378   for (unsigned i = 0, e = IU->StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
2379     std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
2380       IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[i]);
2381     const SCEV *Share = SI->first;
2382     if (!isa<SCEVConstant>(SI->first) || Share == Stride)
2383       continue;
2384     int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(Share)->getValue()->getSExtValue();
2385     if (SSInt == SInt)
2386       return true; // This can definitely be reused.
2387     if (unsigned(abs64(SSInt)) < SInt || (SSInt % SInt) != 0)
2388       continue;
2389     int64_t Scale = SSInt / SInt;
2390     bool AllUsesAreAddresses = true;
2391     bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
2392     std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
2393     const SCEV *CommonExprs = CollectIVUsers(SI->first, *SI->second, L,
2394                                              AllUsesAreAddresses,
2395                                              AllUsesAreOutsideLoop,
2396                                              UsersToProcess);
2397     if (AllUsesAreAddresses &&
2398         ValidScale(!CommonExprs->isZero(), Scale, UsersToProcess)) {
2399       if (!CheckPreInc)
2400         return true;
2401       // Any pre-inc iv use?
2402       IVUsersOfOneStride &StrideUses = *IU->IVUsesByStride[Share];
2403       for (ilist<IVStrideUse>::iterator I = StrideUses.Users.begin(),
2404              E = StrideUses.Users.end(); I != E; ++I) {
2405         if (!I->isUseOfPostIncrementedValue())
2406           return true;
2407       }
2408     }
2409   }
2410   return false;
2411 }
2412
2413 /// isUsedByExitBranch - Return true if icmp is used by a loop terminating
2414 /// conditional branch or it's and / or with other conditions before being used
2415 /// as the condition.
2416 static bool isUsedByExitBranch(ICmpInst *Cond, Loop *L) {
2417  BasicBlock *CondBB = Cond->getParent();
2418   if (!L->isLoopExiting(CondBB))
2419     return false;
2420   BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(CondBB->getTerminator());
2421   if (!TermBr || !TermBr->isConditional())
2422     return false;
2423
2424   Value *User = *Cond->use_begin();
2425   Instruction *UserInst = dyn_cast<Instruction>(User);
2426   while (UserInst &&
2427          (UserInst->getOpcode() == Instruction::And ||
2428           UserInst->getOpcode() == Instruction::Or)) {
2429     if (!UserInst->hasOneUse() || UserInst->getParent() != CondBB)
2430       return false;
2431     User = *User->use_begin();
2432     UserInst = dyn_cast<Instruction>(User);
2433   }
2434   return User == TermBr;
2435 }
2436
2437 static bool ShouldCountToZero(ICmpInst *Cond, IVStrideUse* &CondUse,
2438                               ScalarEvolution *SE, Loop *L,
2439                               const TargetLowering *TLI = 0) {
2440   if (!L->contains(Cond->getParent()))
2441     return false;
2442
2443   if (!isa<SCEVConstant>(CondUse->getOffset()))
2444     return false;
2445
2446   // Handle only tests for equality for the moment.
2447   if (!Cond->isEquality() || !Cond->hasOneUse())
2448     return false;
2449   if (!isUsedByExitBranch(Cond, L))
2450     return false;
2451  
2452   Value *CondOp0 = Cond->getOperand(0);
2453   const SCEV *IV = SE->getSCEV(CondOp0);
2454   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
2455   if (!AR || !AR->isAffine())
2456     return false;
2457
2458   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(AR->getStepRecurrence(*SE));
2459   if (!SC || SC->getValue()->getSExtValue() < 0)
2460     // If it's already counting down, don't do anything.
2461     return false;
2462
2463   // If the RHS of the comparison is not an loop invariant, the rewrite
2464   // cannot be done. Also bail out if it's already comparing against a zero.
2465   // If we are checking this before cmp stride optimization, check if it's
2466   // comparing against a already legal immediate.
2467   Value *RHS = Cond->getOperand(1);
2468   ConstantInt *RHSC = dyn_cast<ConstantInt>(RHS);
2469   if (!L->isLoopInvariant(RHS) ||
2470       (RHSC && RHSC->isZero()) ||
2471       (RHSC && TLI && TLI->isLegalICmpImmediate(RHSC->getSExtValue())))
2472     return false;
2473
2474   // Make sure the IV is only used for counting.  Value may be preinc or
2475   // postinc; 2 uses in either case.
2476   if (!CondOp0->hasNUses(2))
2477     return false;
2478
2479   return true;
2480 }
2481
2482 /// OptimizeLoopTermCond - Change loop terminating condition to use the 
2483 /// postinc iv when possible.
2484 void LoopStrengthReduce::OptimizeLoopTermCond(Loop *L) {
2485   // Finally, get the terminating condition for the loop if possible.  If we
2486   // can, we want to change it to use a post-incremented version of its
2487   // induction variable, to allow coalescing the live ranges for the IV into
2488   // one register value.
2489   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
2490   BasicBlock *ExitingBlock = L->getExitingBlock();
2491   
2492   if (!ExitingBlock)
2493     // Multiple exits, just look at the exit in the latch block if there is one.
2494     ExitingBlock = LatchBlock;
2495   BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
2496   if (!TermBr)
2497     return;
2498   if (TermBr->isUnconditional() || !isa<ICmpInst>(TermBr->getCondition()))
2499     return;
2500
2501   // Search IVUsesByStride to find Cond's IVUse if there is one.
2502   IVStrideUse *CondUse = 0;
2503   const SCEV *CondStride = 0;
2504   ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(TermBr->getCondition());
2505   if (!FindIVUserForCond(Cond, CondUse, CondStride))
2506     return;
2507
2508   bool UsePostInc = true;
2509   if (ExitingBlock != LatchBlock) {
2510     if (Cond->hasOneUse()) {
2511       // See below, we don't want the condition to be cloned.
2512
2513       // If exiting block is the latch block, we know it's safe and profitable
2514       // to transform the icmp to use post-inc iv. Otherwise do so only if it
2515       // would not reuse another iv and its iv would be reused by other uses.
2516       // We are optimizing for the case where the icmp is the only use of the
2517       // iv.
2518       IVUsersOfOneStride &StrideUses = *IU->IVUsesByStride[CondStride];
2519       for (ilist<IVStrideUse>::iterator I = StrideUses.Users.begin(),
2520              E = StrideUses.Users.end(); I != E; ++I) {
2521         if (I->getUser() == Cond)
2522           continue;
2523         if (!I->isUseOfPostIncrementedValue()) {
2524           UsePostInc = false;
2525           break;
2526         }
2527       }
2528     }
2529
2530     // If iv for the stride might be shared and any of the users use pre-inc iv
2531     // might be used, then it's not safe to use post-inc iv.
2532     if (UsePostInc &&
2533         isa<SCEVConstant>(CondStride) &&
2534         StrideMightBeShared(CondStride, L, true))
2535       UsePostInc = false;
2536   }
2537
2538   // If the trip count is computed in terms of a max (due to ScalarEvolution
2539   // being unable to find a sufficient guard, for example), change the loop
2540   // comparison to use SLT or ULT instead of NE.
2541   Cond = OptimizeMax(L, Cond, CondUse);
2542
2543   // If possible, change stride and operands of the compare instruction to
2544   // eliminate one stride. However, avoid rewriting the compare instruction with
2545   // an iv of new stride if it's likely the new stride uses will be rewritten
2546   // using the stride of the compare instruction.
2547   if (ExitingBlock == LatchBlock && isa<SCEVConstant>(CondStride)) {
2548     // If the condition stride is a constant and it's the only use, we might
2549     // want to optimize it first by turning it to count toward zero.
2550     if (!StrideMightBeShared(CondStride, L, false) &&
2551         !ShouldCountToZero(Cond, CondUse, SE, L, TLI))
2552       Cond = ChangeCompareStride(L, Cond, CondUse, CondStride);
2553   }
2554
2555   if (!UsePostInc)
2556     return;
2557
2558   // It's possible for the setcc instruction to be anywhere in the loop, and
2559   // possible for it to have multiple users.  If it is not immediately before
2560   // the latch block branch, move it.
2561   if (&*++BasicBlock::iterator(Cond) != (Instruction*)TermBr) {
2562     if (Cond->hasOneUse()) {   // Condition has a single use, just move it.
2563       Cond->moveBefore(TermBr);
2564     } else {
2565       // Otherwise, clone the terminating condition and insert into the loopend.
2566       Cond = cast<ICmpInst>(Cond->clone());
2567       Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
2568       LatchBlock->getInstList().insert(TermBr, Cond);
2569       
2570       // Clone the IVUse, as the old use still exists!
2571       IU->IVUsesByStride[CondStride]->addUser(CondUse->getOffset(), Cond,
2572                                              CondUse->getOperandValToReplace());
2573       CondUse = &IU->IVUsesByStride[CondStride]->Users.back();
2574     }
2575   }
2576
2577   // If we get to here, we know that we can transform the setcc instruction to
2578   // use the post-incremented version of the IV, allowing us to coalesce the
2579   // live ranges for the IV correctly.
2580   CondUse->setOffset(SE->getMinusSCEV(CondUse->getOffset(), CondStride));
2581   CondUse->setIsUseOfPostIncrementedValue(true);
2582   Changed = true;
2583
2584   ++NumLoopCond;
2585 }
2586
2587 bool LoopStrengthReduce::OptimizeLoopCountIVOfStride(const SCEV* &Stride,
2588                                                      IVStrideUse* &CondUse,
2589                                                      Loop *L) {
2590   // If the only use is an icmp of an loop exiting conditional branch, then
2591   // attempts the optimization.
2592   BasedUser User = BasedUser(*CondUse, SE);
2593   assert(isa<ICmpInst>(User.Inst) && "Expecting an ICMPInst!");
2594   ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(User.Inst);
2595
2596   // Less strict check now that compare stride optimization is done.
2597   if (!ShouldCountToZero(Cond, CondUse, SE, L))
2598     return false;
2599
2600   Value *CondOp0 = Cond->getOperand(0);
2601   PHINode *PHIExpr = dyn_cast<PHINode>(CondOp0);
2602   Instruction *Incr;
2603   if (!PHIExpr) {
2604     // Value tested is postinc. Find the phi node.
2605     Incr = dyn_cast<BinaryOperator>(CondOp0);
2606     // FIXME: Just use User.OperandValToReplace here?
2607     if (!Incr || Incr->getOpcode() != Instruction::Add)
2608       return false;
2609
2610     PHIExpr = dyn_cast<PHINode>(Incr->getOperand(0));
2611     if (!PHIExpr)
2612       return false;
2613     // 1 use for preinc value, the increment.
2614     if (!PHIExpr->hasOneUse())
2615       return false;
2616   } else {
2617     assert(isa<PHINode>(CondOp0) &&
2618            "Unexpected loop exiting counting instruction sequence!");
2619     PHIExpr = cast<PHINode>(CondOp0);
2620     // Value tested is preinc.  Find the increment.
2621     // A CmpInst is not a BinaryOperator; we depend on this.
2622     Instruction::use_iterator UI = PHIExpr->use_begin();
2623     Incr = dyn_cast<BinaryOperator>(UI);
2624     if (!Incr)
2625       Incr = dyn_cast<BinaryOperator>(++UI);
2626     // One use for postinc value, the phi.  Unnecessarily conservative?
2627     if (!Incr || !Incr->hasOneUse() || Incr->getOpcode() != Instruction::Add)
2628       return false;
2629   }
2630
2631   // Replace the increment with a decrement.
2632   DEBUG(errs() << "LSR: Examining use ");
2633   DEBUG(WriteAsOperand(errs(), CondOp0, /*PrintType=*/false));
2634   DEBUG(errs() << " in Inst: " << *Cond << '\n');
2635   BinaryOperator *Decr =  BinaryOperator::Create(Instruction::Sub,
2636                          Incr->getOperand(0), Incr->getOperand(1), "tmp", Incr);
2637   Incr->replaceAllUsesWith(Decr);
2638   Incr->eraseFromParent();
2639
2640   // Substitute endval-startval for the original startval, and 0 for the
2641   // original endval.  Since we're only testing for equality this is OK even 
2642   // if the computation wraps around.
2643   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
2644   Instruction *PreInsertPt = Preheader->getTerminator();
2645   unsigned InBlock = L->contains(PHIExpr->getIncomingBlock(0)) ? 1 : 0;
2646   Value *StartVal = PHIExpr->getIncomingValue(InBlock);
2647   Value *EndVal = Cond->getOperand(1);
2648   DEBUG(errs() << "    Optimize loop counting iv to count down ["
2649         << *EndVal << " .. " << *StartVal << "]\n");
2650
2651   // FIXME: check for case where both are constant.
2652   Constant* Zero = ConstantInt::get(Cond->getOperand(1)->getType(), 0);
2653   BinaryOperator *NewStartVal = BinaryOperator::Create(Instruction::Sub,
2654                                           EndVal, StartVal, "tmp", PreInsertPt);
2655   PHIExpr->setIncomingValue(InBlock, NewStartVal);
2656   Cond->setOperand(1, Zero);
2657   DEBUG(errs() << "    New icmp: " << *Cond << "\n");
2658
2659   int64_t SInt = cast<SCEVConstant>(Stride)->getValue()->getSExtValue();
2660   const SCEV *NewStride = 0;
2661   bool Found = false;
2662   for (unsigned i = 0, e = IU->StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
2663     const SCEV *OldStride = IU->StrideOrder[i];
2664     if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(OldStride))
2665       if (SC->getValue()->getSExtValue() == -SInt) {
2666         Found = true;
2667         NewStride = OldStride;
2668         break;
2669       }
2670   }
2671
2672   if (!Found)
2673     NewStride = SE->getIntegerSCEV(-SInt, Stride->getType());
2674   IU->AddUser(NewStride, CondUse->getOffset(), Cond, Cond->getOperand(0));
2675   IU->IVUsesByStride[Stride]->removeUser(CondUse);
2676
2677   CondUse = &IU->IVUsesByStride[NewStride]->Users.back();
2678   Stride = NewStride;
2679
2680   ++NumCountZero;
2681
2682   return true;
2683 }
2684
2685 /// OptimizeLoopCountIV - If, after all sharing of IVs, the IV used for deciding
2686 /// when to exit the loop is used only for that purpose, try to rearrange things
2687 /// so it counts down to a test against zero.
2688 bool LoopStrengthReduce::OptimizeLoopCountIV(Loop *L) {
2689   bool ThisChanged = false;
2690   for (unsigned i = 0, e = IU->StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
2691     const SCEV *Stride = IU->StrideOrder[i];
2692     std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
2693       IU->IVUsesByStride.find(Stride);
2694     assert(SI != IU->IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2695     // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
2696     if (!SI->first->isLoopInvariant(L))
2697       continue;
2698     // If stride is a constant and it has an icmpinst use, check if we can
2699     // optimize the loop to count down.
2700     if (isa<SCEVConstant>(Stride) && SI->second->Users.size() == 1) {
2701       Instruction *User = SI->second->Users.begin()->getUser();
2702       if (!isa<ICmpInst>(User))
2703         continue;
2704       const SCEV *CondStride = Stride;
2705       IVStrideUse *Use = &*SI->second->Users.begin();
2706       if (!OptimizeLoopCountIVOfStride(CondStride, Use, L))
2707         continue;
2708       ThisChanged = true;
2709
2710       // Now check if it's possible to reuse this iv for other stride uses.
2711       for (unsigned j = 0, ee = IU->StrideOrder.size(); j != ee; ++j) {
2712         const SCEV *SStride = IU->StrideOrder[j];
2713         if (SStride == CondStride)
2714           continue;
2715         std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator SII =
2716           IU->IVUsesByStride.find(SStride);
2717         assert(SII != IU->IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2718         // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
2719         if (!SII->first->isLoopInvariant(L))
2720           continue;
2721         // FIXME: Rewrite other stride using CondStride.
2722       }
2723     }
2724   }
2725
2726   Changed |= ThisChanged;
2727   return ThisChanged;
2728 }
2729
2730 bool LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
2731
2732   IU = &getAnalysis<IVUsers>();
2733   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
2734   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
2735   SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
2736   Changed = false;
2737
2738   // If LoopSimplify form is not available, stay out of trouble.
2739   if (!L->getLoopPreheader() || !L->getLoopLatch())
2740     return false;
2741
2742   if (!IU->IVUsesByStride.empty()) {
2743     DEBUG(errs() << "\nLSR on \"" << L->getHeader()->getParent()->getName()
2744           << "\" ";
2745           L->dump());
2746
2747     // Sort the StrideOrder so we process larger strides first.
2748     std::stable_sort(IU->StrideOrder.begin(), IU->StrideOrder.end(),
2749                      StrideCompare(SE));
2750
2751     // Optimize induction variables.  Some indvar uses can be transformed to use
2752     // strides that will be needed for other purposes.  A common example of this
2753     // is the exit test for the loop, which can often be rewritten to use the
2754     // computation of some other indvar to decide when to terminate the loop.
2755     OptimizeIndvars(L);
2756
2757     // Change loop terminating condition to use the postinc iv when possible
2758     // and optimize loop terminating compare. FIXME: Move this after
2759     // StrengthReduceIVUsersOfStride?
2760     OptimizeLoopTermCond(L);
2761
2762     // FIXME: We can shrink overlarge IV's here.  e.g. if the code has
2763     // computation in i64 values and the target doesn't support i64, demote
2764     // the computation to 32-bit if safe.
2765
2766     // FIXME: Attempt to reuse values across multiple IV's.  In particular, we
2767     // could have something like "for(i) { foo(i*8); bar(i*16) }", which should
2768     // be codegened as "for (j = 0;; j+=8) { foo(j); bar(j+j); }" on X86/PPC.
2769     // Need to be careful that IV's are all the same type.  Only works for
2770     // intptr_t indvars.
2771
2772     // IVsByStride keeps IVs for one particular loop.
2773     assert(IVsByStride.empty() && "Stale entries in IVsByStride?");
2774
2775     StrengthReduceIVUsers(L);
2776
2777     // After all sharing is done, see if we can adjust the loop to test against
2778     // zero instead of counting up to a maximum.  This is usually faster.
2779     OptimizeLoopCountIV(L);
2780   }
2781
2782   // We're done analyzing this loop; release all the state we built up for it.
2783   IVsByStride.clear();
2784   StrideNoReuse.clear();
2785
2786   // Clean up after ourselves
2787   if (!DeadInsts.empty())
2788     DeleteTriviallyDeadInstructions();
2789
2790   // At this point, it is worth checking to see if any recurrence PHIs are also
2791   // dead, so that we can remove them as well.
2792   DeleteDeadPHIs(L->getHeader());
2793
2794   return Changed;
2795 }