Remove the code in LSR that manually hoists expansions out of loops;
[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     bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
115
116     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
117       // We split critical edges, so we change the CFG.  However, we do update
118       // many analyses if they are around.
119       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
120       AU.addPreserved<LoopInfo>();
121       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
122       AU.addPreserved<DominatorTree>();
123
124       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
125       AU.addRequired<LoopInfo>();
126       AU.addRequired<DominatorTree>();
127       AU.addRequired<ScalarEvolution>();
128       AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
129       AU.addRequired<IVUsers>();
130       AU.addPreserved<IVUsers>();
131     }
132
133   private:
134     void OptimizeIndvars(Loop *L);
135
136     /// OptimizeLoopTermCond - Change loop terminating condition to use the
137     /// postinc iv when possible.
138     void OptimizeLoopTermCond(Loop *L);
139
140     /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
141     /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
142     void OptimizeShadowIV(Loop *L);
143
144     /// OptimizeMax - Rewrite the loop's terminating condition
145     /// if it uses a max computation.
146     ICmpInst *OptimizeMax(Loop *L, ICmpInst *Cond,
147                           IVStrideUse* &CondUse);
148
149     /// OptimizeLoopCountIV - If, after all sharing of IVs, the IV used for
150     /// deciding when to exit the loop is used only for that purpose, try to
151     /// rearrange things so it counts down to a test against zero.
152     bool OptimizeLoopCountIV(Loop *L);
153     bool OptimizeLoopCountIVOfStride(const SCEV* &Stride,
154                                      IVStrideUse* &CondUse, Loop *L);
155
156     /// StrengthReduceIVUsersOfStride - Strength reduce all of the users of a
157     /// single stride of IV.  All of the users may have different starting
158     /// values, and this may not be the only stride.
159     void StrengthReduceIVUsersOfStride(const SCEV *const &Stride,
160                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
161                                       Loop *L);
162     void StrengthReduceIVUsers(Loop *L);
163
164     ICmpInst *ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
165                                   IVStrideUse* &CondUse,
166                                   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.pop_back_val());
231
232     if (I == 0 || !isInstructionTriviallyDead(I))
233       continue;
234
235     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI)
236       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
237         *OI = 0;
238         if (U->use_empty())
239           DeadInsts.push_back(U);
240       }
241
242     I->eraseFromParent();
243     Changed = true;
244   }
245 }
246
247 /// containsAddRecFromDifferentLoop - Determine whether expression S involves a
248 /// subexpression that is an AddRec from a loop other than L.  An outer loop
249 /// of L is OK, but not an inner loop nor a disjoint loop.
250 static bool containsAddRecFromDifferentLoop(const SCEV *S, Loop *L) {
251   // This is very common, put it first.
252   if (isa<SCEVConstant>(S))
253     return false;
254   if (const SCEVCommutativeExpr *AE = dyn_cast<SCEVCommutativeExpr>(S)) {
255     for (unsigned int i=0; i< AE->getNumOperands(); i++)
256       if (containsAddRecFromDifferentLoop(AE->getOperand(i), L))
257         return true;
258     return false;
259   }
260   if (const SCEVAddRecExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
261     if (const Loop *newLoop = AE->getLoop()) {
262       if (newLoop == L)
263         return false;
264       // if newLoop is an outer loop of L, this is OK.
265       if (!LoopInfo::isNotAlreadyContainedIn(L, newLoop))
266         return false;
267     }
268     return true;
269   }
270   if (const SCEVUDivExpr *DE = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S))
271     return containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getLHS(), L) ||
272            containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getRHS(), L);
273 #if 0
274   // SCEVSDivExpr has been backed out temporarily, but will be back; we'll
275   // need this when it is.
276   if (const SCEVSDivExpr *DE = dyn_cast<SCEVSDivExpr>(S))
277     return containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getLHS(), L) ||
278            containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getRHS(), L);
279 #endif
280   if (const SCEVCastExpr *CE = dyn_cast<SCEVCastExpr>(S))
281     return containsAddRecFromDifferentLoop(CE->getOperand(), L);
282   return false;
283 }
284
285 /// isAddressUse - Returns true if the specified instruction is using the
286 /// specified value as an address.
287 static bool isAddressUse(Instruction *Inst, Value *OperandVal) {
288   bool isAddress = isa<LoadInst>(Inst);
289   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
290     if (SI->getOperand(1) == OperandVal)
291       isAddress = true;
292   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
293     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
294     // of intrinsics.
295     switch (II->getIntrinsicID()) {
296       default: break;
297       case Intrinsic::prefetch:
298       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_dq:
299       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_pd:
300       case Intrinsic::x86_sse_loadu_ps:
301       case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
302       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
303       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
304       case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
305         if (II->getOperand(1) == OperandVal)
306           isAddress = true;
307         break;
308     }
309   }
310   return isAddress;
311 }
312
313 /// getAccessType - Return the type of the memory being accessed.
314 static const Type *getAccessType(const Instruction *Inst) {
315   const Type *AccessTy = Inst->getType();
316   if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
317     AccessTy = SI->getOperand(0)->getType();
318   else if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
319     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
320     // of intrinsics.
321     switch (II->getIntrinsicID()) {
322     default: break;
323     case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
324     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
325     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
326     case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
327       AccessTy = II->getOperand(1)->getType();
328       break;
329     }
330   }
331   return AccessTy;
332 }
333
334 namespace {
335   /// BasedUser - For a particular base value, keep information about how we've
336   /// partitioned the expression so far.
337   struct BasedUser {
338     /// SE - The current ScalarEvolution object.
339     ScalarEvolution *SE;
340
341     /// Base - The Base value for the PHI node that needs to be inserted for
342     /// this use.  As the use is processed, information gets moved from this
343     /// field to the Imm field (below).  BasedUser values are sorted by this
344     /// field.
345     const SCEV *Base;
346
347     /// Inst - The instruction using the induction variable.
348     Instruction *Inst;
349
350     /// OperandValToReplace - The operand value of Inst to replace with the
351     /// EmittedBase.
352     Value *OperandValToReplace;
353
354     /// Imm - The immediate value that should be added to the base immediately
355     /// before Inst, because it will be folded into the imm field of the
356     /// instruction.  This is also sometimes used for loop-variant values that
357     /// must be added inside the loop.
358     const SCEV *Imm;
359
360     /// Phi - The induction variable that performs the striding that
361     /// should be used for this user.
362     PHINode *Phi;
363
364     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
365     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
366     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
367     // instruction for a loop and uses outside the loop that are dominated by
368     // the loop.
369     bool isUseOfPostIncrementedValue;
370
371     BasedUser(IVStrideUse &IVSU, ScalarEvolution *se)
372       : SE(se), Base(IVSU.getOffset()), Inst(IVSU.getUser()),
373         OperandValToReplace(IVSU.getOperandValToReplace()),
374         Imm(SE->getIntegerSCEV(0, Base->getType())),
375         isUseOfPostIncrementedValue(IVSU.isUseOfPostIncrementedValue()) {}
376
377     // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
378     // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
379     // to it.
380     void RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEV *const &NewBase,
381                                         Instruction *InsertPt,
382                                        SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
383                                         SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts);
384
385     Value *InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEV *const &NewBase,
386                                        const Type *Ty,
387                                        SCEVExpander &Rewriter,
388                                        Instruction *IP);
389     void dump() const;
390   };
391 }
392
393 void BasedUser::dump() const {
394   errs() << " Base=" << *Base;
395   errs() << " Imm=" << *Imm;
396   errs() << "   Inst: " << *Inst;
397 }
398
399 Value *BasedUser::InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEV *const &NewBase,
400                                               const Type *Ty,
401                                               SCEVExpander &Rewriter,
402                                               Instruction *IP) {
403   Value *Base = Rewriter.expandCodeFor(NewBase, 0, IP);
404
405   // Wrap the base in a SCEVUnknown so that ScalarEvolution doesn't try to
406   // re-analyze it.
407   const SCEV *NewValSCEV = SE->getUnknown(Base);
408
409   // Always emit the immediate into the same block as the user.
410   NewValSCEV = SE->getAddExpr(NewValSCEV, Imm);
411
412   return Rewriter.expandCodeFor(NewValSCEV, Ty, IP);
413 }
414
415
416 // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
417 // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
418 // to it. NewBasePt is the last instruction which contributes to the
419 // value of NewBase in the case that it's a diffferent instruction from
420 // the PHI that NewBase is computed from, or null otherwise.
421 //
422 void BasedUser::RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEV *const &NewBase,
423                                                Instruction *NewBasePt,
424                                       SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
425                                       SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) {
426   if (!isa<PHINode>(Inst)) {
427     // By default, insert code at the user instruction.
428     BasicBlock::iterator InsertPt = Inst;
429
430     // However, if the Operand is itself an instruction, the (potentially
431     // complex) inserted code may be shared by many users.  Because of this, we
432     // want to emit code for the computation of the operand right before its old
433     // computation.  This is usually safe, because we obviously used to use the
434     // computation when it was computed in its current block.  However, in some
435     // cases (e.g. use of a post-incremented induction variable) the NewBase
436     // value will be pinned to live somewhere after the original computation.
437     // In this case, we have to back off.
438     //
439     // If this is a use outside the loop (which means after, since it is based
440     // on a loop indvar) we use the post-incremented value, so that we don't
441     // artificially make the preinc value live out the bottom of the loop.
442     if (!isUseOfPostIncrementedValue && L->contains(Inst->getParent())) {
443       if (NewBasePt && isa<PHINode>(OperandValToReplace)) {
444         InsertPt = NewBasePt;
445         ++InsertPt;
446       } else if (Instruction *OpInst
447                  = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace)) {
448         InsertPt = OpInst;
449         while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
450       }
451     }
452     Value *NewVal = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase,
453                                                 OperandValToReplace->getType(),
454                                                 Rewriter, InsertPt);
455     // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
456     Inst->replaceUsesOfWith(OperandValToReplace, NewVal);
457
458     DEBUG(errs() << "      Replacing with ");
459     DEBUG(WriteAsOperand(errs(), NewVal, /*PrintType=*/false));
460     DEBUG(errs() << ", which has value " << *NewBase << " plus IMM "
461                  << *Imm << "\n");
462     return;
463   }
464
465   // PHI nodes are more complex.  We have to insert one copy of the NewBase+Imm
466   // expression into each operand block that uses it.  Note that PHI nodes can
467   // have multiple entries for the same predecessor.  We use a map to make sure
468   // that a PHI node only has a single Value* for each predecessor (which also
469   // prevents us from inserting duplicate code in some blocks).
470   DenseMap<BasicBlock*, Value*> InsertedCode;
471   PHINode *PN = cast<PHINode>(Inst);
472   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
473     if (PN->getIncomingValue(i) == OperandValToReplace) {
474       // If the original expression is outside the loop, put the replacement
475       // code in the same place as the original expression,
476       // which need not be an immediate predecessor of this PHI.  This way we
477       // need only one copy of it even if it is referenced multiple times in
478       // the PHI.  We don't do this when the original expression is inside the
479       // loop because multiple copies sometimes do useful sinking of code in
480       // that case(?).
481       Instruction *OldLoc = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace);
482       BasicBlock *PHIPred = PN->getIncomingBlock(i);
483       if (L->contains(OldLoc->getParent())) {
484         // If this is a critical edge, split the edge so that we do not insert
485         // the code on all predecessor/successor paths.  We do this unless this
486         // is the canonical backedge for this loop, as this can make some
487         // inserted code be in an illegal position.
488         if (e != 1 && PHIPred->getTerminator()->getNumSuccessors() > 1 &&
489             !isa<IndirectBrInst>(PHIPred->getTerminator()) &&
490             (PN->getParent() != L->getHeader() || !L->contains(PHIPred))) {
491
492           // First step, split the critical edge.
493           BasicBlock *NewBB = SplitCriticalEdge(PHIPred, PN->getParent(),
494                                                 P, false);
495
496           // Next step: move the basic block.  In particular, if the PHI node
497           // is outside of the loop, and PredTI is in the loop, we want to
498           // move the block to be immediately before the PHI block, not
499           // immediately after PredTI.
500           if (L->contains(PHIPred) && !L->contains(PN->getParent()))
501             NewBB->moveBefore(PN->getParent());
502
503           // Splitting the edge can reduce the number of PHI entries we have.
504           e = PN->getNumIncomingValues();
505           PHIPred = NewBB;
506           i = PN->getBasicBlockIndex(PHIPred);
507         }
508       }
509       Value *&Code = InsertedCode[PHIPred];
510       if (!Code) {
511         // Insert the code into the end of the predecessor block.
512         Instruction *InsertPt = (L->contains(OldLoc->getParent())) ?
513                                 PHIPred->getTerminator() :
514                                 OldLoc->getParent()->getTerminator();
515         Code = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, PN->getType(),
516                                            Rewriter, InsertPt);
517
518         DEBUG(errs() << "      Changing PHI use to ");
519         DEBUG(WriteAsOperand(errs(), Code, /*PrintType=*/false));
520         DEBUG(errs() << ", which has value " << *NewBase << " plus IMM "
521                      << *Imm << "\n");
522       }
523
524       // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
525       PN->setIncomingValue(i, Code);
526       Rewriter.clear();
527     }
528   }
529
530   // PHI node might have become a constant value after SplitCriticalEdge.
531   DeadInsts.push_back(Inst);
532 }
533
534
535 /// fitsInAddressMode - Return true if V can be subsumed within an addressing
536 /// mode, and does not need to be put in a register first.
537 static bool fitsInAddressMode(const SCEV *const &V, const Type *AccessTy,
538                              const TargetLowering *TLI, bool HasBaseReg) {
539   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
540     int64_t VC = SC->getValue()->getSExtValue();
541     if (TLI) {
542       TargetLowering::AddrMode AM;
543       AM.BaseOffs = VC;
544       AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
545       return TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy);
546     } else {
547       // Defaults to PPC. PPC allows a sign-extended 16-bit immediate field.
548       return (VC > -(1 << 16) && VC < (1 << 16)-1);
549     }
550   }
551
552   if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V))
553     if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(SU->getValue())) {
554       if (TLI) {
555         TargetLowering::AddrMode AM;
556         AM.BaseGV = GV;
557         AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
558         return TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy);
559       } else {
560         // Default: assume global addresses are not legal.
561       }
562     }
563
564   return false;
565 }
566
567 /// MoveLoopVariantsToImmediateField - Move any subexpressions from Val that are
568 /// loop varying to the Imm operand.
569 static void MoveLoopVariantsToImmediateField(const SCEV *&Val, const SCEV *&Imm,
570                                              Loop *L, ScalarEvolution *SE) {
571   if (Val->isLoopInvariant(L)) return;  // Nothing to do.
572
573   if (const SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
574     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
575     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
576
577     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i)
578       if (!SAE->getOperand(i)->isLoopInvariant(L)) {
579         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
580         // field of the expression.
581         Imm = SE->getAddExpr(Imm, SAE->getOperand(i));
582       } else {
583         NewOps.push_back(SAE->getOperand(i));
584       }
585
586     if (NewOps.empty())
587       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
588     else
589       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
590   } else if (const SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
591     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
592     const SCEV *Start = SARE->getStart();
593     MoveLoopVariantsToImmediateField(Start, Imm, L, SE);
594
595     SmallVector<const SCEV *, 4> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
596     Ops[0] = Start;
597     Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
598   } else {
599     // Otherwise, all of Val is variant, move the whole thing over.
600     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
601     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
602   }
603 }
604
605
606 /// MoveImmediateValues - Look at Val, and pull out any additions of constants
607 /// that can fit into the immediate field of instructions in the target.
608 /// Accumulate these immediate values into the Imm value.
609 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
610                                 const Type *AccessTy,
611                                 const SCEV *&Val, const SCEV *&Imm,
612                                 bool isAddress, Loop *L,
613                                 ScalarEvolution *SE) {
614   if (const SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
615     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
616     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
617
618     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i) {
619       const SCEV *NewOp = SAE->getOperand(i);
620       MoveImmediateValues(TLI, AccessTy, NewOp, Imm, isAddress, L, SE);
621
622       if (!NewOp->isLoopInvariant(L)) {
623         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
624         // field of the expression.
625         Imm = SE->getAddExpr(Imm, NewOp);
626       } else {
627         NewOps.push_back(NewOp);
628       }
629     }
630
631     if (NewOps.empty())
632       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
633     else
634       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
635     return;
636   } else if (const SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
637     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
638     const SCEV *Start = SARE->getStart();
639     MoveImmediateValues(TLI, AccessTy, Start, Imm, isAddress, L, SE);
640
641     if (Start != SARE->getStart()) {
642       SmallVector<const SCEV *, 4> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
643       Ops[0] = Start;
644       Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
645     }
646     return;
647   } else if (const SCEVMulExpr *SME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Val)) {
648     // Transform "8 * (4 + v)" -> "32 + 8*V" if "32" fits in the immed field.
649     if (isAddress &&
650         fitsInAddressMode(SME->getOperand(0), AccessTy, TLI, false) &&
651         SME->getNumOperands() == 2 && SME->isLoopInvariant(L)) {
652
653       const SCEV *SubImm = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
654       const SCEV *NewOp = SME->getOperand(1);
655       MoveImmediateValues(TLI, AccessTy, NewOp, SubImm, isAddress, L, SE);
656
657       // If we extracted something out of the subexpressions, see if we can
658       // simplify this!
659       if (NewOp != SME->getOperand(1)) {
660         // Scale SubImm up by "8".  If the result is a target constant, we are
661         // good.
662         SubImm = SE->getMulExpr(SubImm, SME->getOperand(0));
663         if (fitsInAddressMode(SubImm, AccessTy, TLI, false)) {
664           // Accumulate the immediate.
665           Imm = SE->getAddExpr(Imm, SubImm);
666
667           // Update what is left of 'Val'.
668           Val = SE->getMulExpr(SME->getOperand(0), NewOp);
669           return;
670         }
671       }
672     }
673   }
674
675   // Loop-variant expressions must stay in the immediate field of the
676   // expression.
677   if ((isAddress && fitsInAddressMode(Val, AccessTy, TLI, false)) ||
678       !Val->isLoopInvariant(L)) {
679     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
680     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
681     return;
682   }
683
684   // Otherwise, no immediates to move.
685 }
686
687 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
688                                 Instruction *User,
689                                 const SCEV *&Val, const SCEV *&Imm,
690                                 bool isAddress, Loop *L,
691                                 ScalarEvolution *SE) {
692   const Type *AccessTy = getAccessType(User);
693   MoveImmediateValues(TLI, AccessTy, Val, Imm, isAddress, L, SE);
694 }
695
696 /// SeparateSubExprs - Decompose Expr into all of the subexpressions that are
697 /// added together.  This is used to reassociate common addition subexprs
698 /// together for maximal sharing when rewriting bases.
699 static void SeparateSubExprs(SmallVector<const SCEV *, 16> &SubExprs,
700                              const SCEV *Expr,
701                              ScalarEvolution *SE) {
702   if (const SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Expr)) {
703     for (unsigned j = 0, e = AE->getNumOperands(); j != e; ++j)
704       SeparateSubExprs(SubExprs, AE->getOperand(j), SE);
705   } else if (const SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Expr)) {
706     const SCEV *Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Expr->getType());
707     if (SARE->getOperand(0) == Zero) {
708       SubExprs.push_back(Expr);
709     } else {
710       // Compute the addrec with zero as its base.
711       SmallVector<const SCEV *, 4> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
712       Ops[0] = Zero;   // Start with zero base.
713       SubExprs.push_back(SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop()));
714
715
716       SeparateSubExprs(SubExprs, SARE->getOperand(0), SE);
717     }
718   } else if (!Expr->isZero()) {
719     // Do not add zero.
720     SubExprs.push_back(Expr);
721   }
722 }
723
724 // This is logically local to the following function, but C++ says we have
725 // to make it file scope.
726 struct SubExprUseData { unsigned Count; bool notAllUsesAreFree; };
727
728 /// RemoveCommonExpressionsFromUseBases - Look through all of the Bases of all
729 /// the Uses, removing any common subexpressions, except that if all such
730 /// subexpressions can be folded into an addressing mode for all uses inside
731 /// the loop (this case is referred to as "free" in comments herein) we do
732 /// not remove anything.  This looks for things like (a+b+c) and
733 /// (a+c+d) and computes the common (a+c) subexpression.  The common expression
734 /// is *removed* from the Bases and returned.
735 static const SCEV *
736 RemoveCommonExpressionsFromUseBases(std::vector<BasedUser> &Uses,
737                                     ScalarEvolution *SE, Loop *L,
738                                     const TargetLowering *TLI) {
739   unsigned NumUses = Uses.size();
740
741   // Only one use?  This is a very common case, so we handle it specially and
742   // cheaply.
743   const SCEV *Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Uses[0].Base->getType());
744   const SCEV *Result = Zero;
745   const SCEV *FreeResult = Zero;
746   if (NumUses == 1) {
747     // If the use is inside the loop, use its base, regardless of what it is:
748     // it is clearly shared across all the IV's.  If the use is outside the loop
749     // (which means after it) we don't want to factor anything *into* the loop,
750     // so just use 0 as the base.
751     if (L->contains(Uses[0].Inst->getParent()))
752       std::swap(Result, Uses[0].Base);
753     return Result;
754   }
755
756   // To find common subexpressions, count how many of Uses use each expression.
757   // If any subexpressions are used Uses.size() times, they are common.
758   // Also track whether all uses of each expression can be moved into an
759   // an addressing mode "for free"; such expressions are left within the loop.
760   // struct SubExprUseData { unsigned Count; bool notAllUsesAreFree; };
761   std::map<const SCEV *, SubExprUseData> SubExpressionUseData;
762
763   // UniqueSubExprs - Keep track of all of the subexpressions we see in the
764   // order we see them.
765   SmallVector<const SCEV *, 16> UniqueSubExprs;
766
767   SmallVector<const SCEV *, 16> SubExprs;
768   unsigned NumUsesInsideLoop = 0;
769   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
770     // If the user is outside the loop, just ignore it for base computation.
771     // Since the user is outside the loop, it must be *after* the loop (if it
772     // were before, it could not be based on the loop IV).  We don't want users
773     // after the loop to affect base computation of values *inside* the loop,
774     // because we can always add their offsets to the result IV after the loop
775     // is done, ensuring we get good code inside the loop.
776     if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent()))
777       continue;
778     NumUsesInsideLoop++;
779
780     // If the base is zero (which is common), return zero now, there are no
781     // CSEs we can find.
782     if (Uses[i].Base == Zero) return Zero;
783
784     // If this use is as an address we may be able to put CSEs in the addressing
785     // mode rather than hoisting them.
786     bool isAddrUse = isAddressUse(Uses[i].Inst, Uses[i].OperandValToReplace);
787     // We may need the AccessTy below, but only when isAddrUse, so compute it
788     // only in that case.
789     const Type *AccessTy = 0;
790     if (isAddrUse)
791       AccessTy = getAccessType(Uses[i].Inst);
792
793     // Split the expression into subexprs.
794     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
795     // Add one to SubExpressionUseData.Count for each subexpr present, and
796     // if the subexpr is not a valid immediate within an addressing mode use,
797     // set SubExpressionUseData.notAllUsesAreFree.  We definitely want to
798     // hoist these out of the loop (if they are common to all uses).
799     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j) {
800       if (++SubExpressionUseData[SubExprs[j]].Count == 1)
801         UniqueSubExprs.push_back(SubExprs[j]);
802       if (!isAddrUse || !fitsInAddressMode(SubExprs[j], AccessTy, TLI, false))
803         SubExpressionUseData[SubExprs[j]].notAllUsesAreFree = true;
804     }
805     SubExprs.clear();
806   }
807
808   // Now that we know how many times each is used, build Result.  Iterate over
809   // UniqueSubexprs so that we have a stable ordering.
810   for (unsigned i = 0, e = UniqueSubExprs.size(); i != e; ++i) {
811     std::map<const SCEV *, SubExprUseData>::iterator I =
812        SubExpressionUseData.find(UniqueSubExprs[i]);
813     assert(I != SubExpressionUseData.end() && "Entry not found?");
814     if (I->second.Count == NumUsesInsideLoop) { // Found CSE!
815       if (I->second.notAllUsesAreFree)
816         Result = SE->getAddExpr(Result, I->first);
817       else
818         FreeResult = SE->getAddExpr(FreeResult, I->first);
819     } else
820       // Remove non-cse's from SubExpressionUseData.
821       SubExpressionUseData.erase(I);
822   }
823
824   if (FreeResult != Zero) {
825     // We have some subexpressions that can be subsumed into addressing
826     // modes in every use inside the loop.  However, it's possible that
827     // there are so many of them that the combined FreeResult cannot
828     // be subsumed, or that the target cannot handle both a FreeResult
829     // and a Result in the same instruction (for example because it would
830     // require too many registers).  Check this.
831     for (unsigned i=0; i<NumUses; ++i) {
832       if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent()))
833         continue;
834       // We know this is an addressing mode use; if there are any uses that
835       // are not, FreeResult would be Zero.
836       const Type *AccessTy = getAccessType(Uses[i].Inst);
837       if (!fitsInAddressMode(FreeResult, AccessTy, TLI, Result!=Zero)) {
838         // FIXME:  could split up FreeResult into pieces here, some hoisted
839         // and some not.  There is no obvious advantage to this.
840         Result = SE->getAddExpr(Result, FreeResult);
841         FreeResult = Zero;
842         break;
843       }
844     }
845   }
846
847   // If we found no CSE's, return now.
848   if (Result == Zero) return Result;
849
850   // If we still have a FreeResult, remove its subexpressions from
851   // SubExpressionUseData.  This means they will remain in the use Bases.
852   if (FreeResult != Zero) {
853     SeparateSubExprs(SubExprs, FreeResult, SE);
854     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j) {
855       std::map<const SCEV *, SubExprUseData>::iterator I =
856          SubExpressionUseData.find(SubExprs[j]);
857       SubExpressionUseData.erase(I);
858     }
859     SubExprs.clear();
860   }
861
862   // Otherwise, remove all of the CSE's we found from each of the base values.
863   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
864     // Uses outside the loop don't necessarily include the common base, but
865     // the final IV value coming into those uses does.  Instead of trying to
866     // remove the pieces of the common base, which might not be there,
867     // subtract off the base to compensate for this.
868     if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent())) {
869       Uses[i].Base = SE->getMinusSCEV(Uses[i].Base, Result);
870       continue;
871     }
872
873     // Split the expression into subexprs.
874     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
875
876     // Remove any common subexpressions.
877     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
878       if (SubExpressionUseData.count(SubExprs[j])) {
879         SubExprs.erase(SubExprs.begin()+j);
880         --j; --e;
881       }
882
883     // Finally, add the non-shared expressions together.
884     if (SubExprs.empty())
885       Uses[i].Base = Zero;
886     else
887       Uses[i].Base = SE->getAddExpr(SubExprs);
888     SubExprs.clear();
889   }
890
891   return Result;
892 }
893
894 /// ValidScale - Check whether the given Scale is valid for all loads and
895 /// stores in UsersToProcess.
896 ///
897 bool LoopStrengthReduce::ValidScale(bool HasBaseReg, int64_t Scale,
898                                const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
899   if (!TLI)
900     return true;
901
902   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i!=e; ++i) {
903     // If this is a load or other access, pass the type of the access in.
904     const Type *AccessTy =
905         Type::getVoidTy(UsersToProcess[i].Inst->getContext());
906     if (isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
907                      UsersToProcess[i].OperandValToReplace))
908       AccessTy = getAccessType(UsersToProcess[i].Inst);
909     else if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst))
910       continue;
911
912     TargetLowering::AddrMode AM;
913     if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(UsersToProcess[i].Imm))
914       AM.BaseOffs = SC->getValue()->getSExtValue();
915     AM.HasBaseReg = HasBaseReg || !UsersToProcess[i].Base->isZero();
916     AM.Scale = Scale;
917
918     // If load[imm+r*scale] is illegal, bail out.
919     if (!TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
920       return false;
921   }
922   return true;
923 }
924
925 /// ValidOffset - Check whether the given Offset is valid for all loads and
926 /// stores in UsersToProcess.
927 ///
928 bool LoopStrengthReduce::ValidOffset(bool HasBaseReg,
929                                int64_t Offset,
930                                int64_t Scale,
931                                const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
932   if (!TLI)
933     return true;
934
935   for (unsigned i=0, e = UsersToProcess.size(); i!=e; ++i) {
936     // If this is a load or other access, pass the type of the access in.
937     const Type *AccessTy =
938         Type::getVoidTy(UsersToProcess[i].Inst->getContext());
939     if (isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
940                      UsersToProcess[i].OperandValToReplace))
941       AccessTy = getAccessType(UsersToProcess[i].Inst);
942     else if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst))
943       continue;
944
945     TargetLowering::AddrMode AM;
946     if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(UsersToProcess[i].Imm))
947       AM.BaseOffs = SC->getValue()->getSExtValue();
948     AM.BaseOffs = (uint64_t)AM.BaseOffs + (uint64_t)Offset;
949     AM.HasBaseReg = HasBaseReg || !UsersToProcess[i].Base->isZero();
950     AM.Scale = Scale;
951
952     // If load[imm+r*scale] is illegal, bail out.
953     if (!TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
954       return false;
955   }
956   return true;
957 }
958
959 /// RequiresTypeConversion - Returns true if converting Ty1 to Ty2 is not
960 /// a nop.
961 bool LoopStrengthReduce::RequiresTypeConversion(const Type *Ty1,
962                                                 const Type *Ty2) {
963   if (Ty1 == Ty2)
964     return false;
965   Ty1 = SE->getEffectiveSCEVType(Ty1);
966   Ty2 = SE->getEffectiveSCEVType(Ty2);
967   if (Ty1 == Ty2)
968     return false;
969   if (Ty1->canLosslesslyBitCastTo(Ty2))
970     return false;
971   if (TLI && TLI->isTruncateFree(Ty1, Ty2))
972     return false;
973   return true;
974 }
975
976 /// CheckForIVReuse - Returns the multiple if the stride is the multiple
977 /// of a previous stride and it is a legal value for the target addressing
978 /// mode scale component and optional base reg. This allows the users of
979 /// this stride to be rewritten as prev iv * factor. It returns 0 if no
980 /// reuse is possible.  Factors can be negative on same targets, e.g. ARM.
981 ///
982 /// If all uses are outside the loop, we don't require that all multiplies
983 /// be folded into the addressing mode, nor even that the factor be constant;
984 /// a multiply (executed once) outside the loop is better than another IV
985 /// within.  Well, usually.
986 const SCEV *LoopStrengthReduce::CheckForIVReuse(bool HasBaseReg,
987                                 bool AllUsesAreAddresses,
988                                 bool AllUsesAreOutsideLoop,
989                                 const SCEV *const &Stride,
990                                 IVExpr &IV, const Type *Ty,
991                                 const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
992   if (StrideNoReuse.count(Stride))
993     return SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
994
995   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Stride)) {
996     int64_t SInt = SC->getValue()->getSExtValue();
997     for (unsigned NewStride = 0, e = IU->StrideOrder.size();
998          NewStride != e; ++NewStride) {
999       std::map<const SCEV *, IVsOfOneStride>::iterator SI =
1000                 IVsByStride.find(IU->StrideOrder[NewStride]);
1001       if (SI == IVsByStride.end() || !isa<SCEVConstant>(SI->first) ||
1002           StrideNoReuse.count(SI->first))
1003         continue;
1004       // The other stride has no uses, don't reuse it.
1005       std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator UI =
1006         IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[NewStride]);
1007       if (UI->second->Users.empty())
1008         continue;
1009       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1010       if (SI->first != Stride &&
1011           (unsigned(abs64(SInt)) < SSInt || (SInt % SSInt) != 0))
1012         continue;
1013       int64_t Scale = SInt / SSInt;
1014       // Check that this stride is valid for all the types used for loads and
1015       // stores; if it can be used for some and not others, we might as well use
1016       // the original stride everywhere, since we have to create the IV for it
1017       // anyway. If the scale is 1, then we don't need to worry about folding
1018       // multiplications.
1019       if (Scale == 1 ||
1020           (AllUsesAreAddresses &&
1021            ValidScale(HasBaseReg, Scale, UsersToProcess))) {
1022         // Prefer to reuse an IV with a base of zero.
1023         for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1024                IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1025           // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion
1026           // and if the base difference can be folded.
1027           if (II->Base->isZero() &&
1028               !RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1029             IV = *II;
1030             return SE->getIntegerSCEV(Scale, Stride->getType());
1031           }
1032         // Otherwise, settle for an IV with a foldable base.
1033         if (AllUsesAreAddresses)
1034           for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1035                  IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1036             // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion
1037             // and if the base difference can be folded.
1038             if (SE->getEffectiveSCEVType(II->Base->getType()) ==
1039                 SE->getEffectiveSCEVType(Ty) &&
1040                 isa<SCEVConstant>(II->Base)) {
1041               int64_t Base =
1042                 cast<SCEVConstant>(II->Base)->getValue()->getSExtValue();
1043               if (Base > INT32_MIN && Base <= INT32_MAX &&
1044                   ValidOffset(HasBaseReg, -Base * Scale,
1045                               Scale, UsersToProcess)) {
1046                 IV = *II;
1047                 return SE->getIntegerSCEV(Scale, Stride->getType());
1048               }
1049             }
1050       }
1051     }
1052   } else if (AllUsesAreOutsideLoop) {
1053     // Accept nonconstant strides here; it is really really right to substitute
1054     // an existing IV if we can.
1055     for (unsigned NewStride = 0, e = IU->StrideOrder.size();
1056          NewStride != e; ++NewStride) {
1057       std::map<const SCEV *, IVsOfOneStride>::iterator SI =
1058                 IVsByStride.find(IU->StrideOrder[NewStride]);
1059       if (SI == IVsByStride.end() || !isa<SCEVConstant>(SI->first))
1060         continue;
1061       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1062       if (SI->first != Stride && SSInt != 1)
1063         continue;
1064       for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1065              IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1066         // Accept nonzero base here.
1067         // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion.
1068         if (!RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1069           IV = *II;
1070           return Stride;
1071         }
1072     }
1073     // Special case, old IV is -1*x and this one is x.  Can treat this one as
1074     // -1*old.
1075     for (unsigned NewStride = 0, e = IU->StrideOrder.size();
1076          NewStride != e; ++NewStride) {
1077       std::map<const SCEV *, IVsOfOneStride>::iterator SI =
1078                 IVsByStride.find(IU->StrideOrder[NewStride]);
1079       if (SI == IVsByStride.end())
1080         continue;
1081       if (const SCEVMulExpr *ME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(SI->first))
1082         if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(ME->getOperand(0)))
1083           if (Stride == ME->getOperand(1) &&
1084               SC->getValue()->getSExtValue() == -1LL)
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 type conversion.
1089               if (!RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1090                 IV = *II;
1091                 return SE->getIntegerSCEV(-1LL, Stride->getType());
1092               }
1093     }
1094   }
1095   return SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1096 }
1097
1098 /// PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue - Simple boolean predicate that
1099 /// returns true if Val's isUseOfPostIncrementedValue is true.
1100 static bool PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue(const BasedUser &Val) {
1101   return Val.isUseOfPostIncrementedValue;
1102 }
1103
1104 /// isNonConstantNegative - Return true if the specified scev is negated, but
1105 /// not a constant.
1106 static bool isNonConstantNegative(const SCEV *const &Expr) {
1107   const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Expr);
1108   if (!Mul) return false;
1109
1110   // If there is a constant factor, it will be first.
1111   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0));
1112   if (!SC) return false;
1113
1114   // Return true if the value is negative, this matches things like (-42 * V).
1115   return SC->getValue()->getValue().isNegative();
1116 }
1117
1118 /// CollectIVUsers - Transform our list of users and offsets to a bit more
1119 /// complex table. In this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base', the
1120 /// base of the strided accesses, as well as the old information from Uses. We
1121 /// progressively move information from the Base field to the Imm field, until
1122 /// we eventually have the full access expression to rewrite the use.
1123 const SCEV *LoopStrengthReduce::CollectIVUsers(const SCEV *const &Stride,
1124                                               IVUsersOfOneStride &Uses,
1125                                               Loop *L,
1126                                               bool &AllUsesAreAddresses,
1127                                               bool &AllUsesAreOutsideLoop,
1128                                        std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
1129   // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
1130   if (!Stride->isLoopInvariant(L))
1131     return SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1132
1133   UsersToProcess.reserve(Uses.Users.size());
1134   for (ilist<IVStrideUse>::iterator I = Uses.Users.begin(),
1135        E = Uses.Users.end(); I != E; ++I) {
1136     UsersToProcess.push_back(BasedUser(*I, SE));
1137
1138     // Move any loop variant operands from the offset field to the immediate
1139     // field of the use, so that we don't try to use something before it is
1140     // computed.
1141     MoveLoopVariantsToImmediateField(UsersToProcess.back().Base,
1142                                      UsersToProcess.back().Imm, L, SE);
1143     assert(UsersToProcess.back().Base->isLoopInvariant(L) &&
1144            "Base value is not loop invariant!");
1145   }
1146
1147   // We now have a whole bunch of uses of like-strided induction variables, but
1148   // they might all have different bases.  We want to emit one PHI node for this
1149   // stride which we fold as many common expressions (between the IVs) into as
1150   // possible.  Start by identifying the common expressions in the base values
1151   // for the strides (e.g. if we have "A+C+B" and "A+B+D" as our bases, find
1152   // "A+B"), emit it to the preheader, then remove the expression from the
1153   // UsersToProcess base values.
1154   const SCEV *CommonExprs =
1155     RemoveCommonExpressionsFromUseBases(UsersToProcess, SE, L, TLI);
1156
1157   // Next, figure out what we can represent in the immediate fields of
1158   // instructions.  If we can represent anything there, move it to the imm
1159   // fields of the BasedUsers.  We do this so that it increases the commonality
1160   // of the remaining uses.
1161   unsigned NumPHI = 0;
1162   bool HasAddress = false;
1163   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1164     // If the user is not in the current loop, this means it is using the exit
1165     // value of the IV.  Do not put anything in the base, make sure it's all in
1166     // the immediate field to allow as much factoring as possible.
1167     if (!L->contains(UsersToProcess[i].Inst->getParent())) {
1168       UsersToProcess[i].Imm = SE->getAddExpr(UsersToProcess[i].Imm,
1169                                              UsersToProcess[i].Base);
1170       UsersToProcess[i].Base =
1171         SE->getIntegerSCEV(0, UsersToProcess[i].Base->getType());
1172     } else {
1173       // Not all uses are outside the loop.
1174       AllUsesAreOutsideLoop = false;
1175
1176       // Addressing modes can be folded into loads and stores.  Be careful that
1177       // the store is through the expression, not of the expression though.
1178       bool isPHI = false;
1179       bool isAddress = isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
1180                                     UsersToProcess[i].OperandValToReplace);
1181       if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst)) {
1182         isPHI = true;
1183         ++NumPHI;
1184       }
1185
1186       if (isAddress)
1187         HasAddress = true;
1188
1189       // If this use isn't an address, then not all uses are addresses.
1190       if (!isAddress && !isPHI)
1191         AllUsesAreAddresses = false;
1192
1193       MoveImmediateValues(TLI, UsersToProcess[i].Inst, UsersToProcess[i].Base,
1194                           UsersToProcess[i].Imm, isAddress, L, SE);
1195     }
1196   }
1197
1198   // If one of the use is a PHI node and all other uses are addresses, still
1199   // allow iv reuse. Essentially we are trading one constant multiplication
1200   // for one fewer iv.
1201   if (NumPHI > 1)
1202     AllUsesAreAddresses = false;
1203
1204   // There are no in-loop address uses.
1205   if (AllUsesAreAddresses && (!HasAddress && !AllUsesAreOutsideLoop))
1206     AllUsesAreAddresses = false;
1207
1208   return CommonExprs;
1209 }
1210
1211 /// ShouldUseFullStrengthReductionMode - Test whether full strength-reduction
1212 /// is valid and profitable for the given set of users of a stride. In
1213 /// full strength-reduction mode, all addresses at the current stride are
1214 /// strength-reduced all the way down to pointer arithmetic.
1215 ///
1216 bool LoopStrengthReduce::ShouldUseFullStrengthReductionMode(
1217                                    const std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1218                                    const Loop *L,
1219                                    bool AllUsesAreAddresses,
1220                                    const SCEV *Stride) {
1221   if (!EnableFullLSRMode)
1222     return false;
1223
1224   // The heuristics below aim to avoid increasing register pressure, but
1225   // fully strength-reducing all the addresses increases the number of
1226   // add instructions, so don't do this when optimizing for size.
1227   // TODO: If the loop is large, the savings due to simpler addresses
1228   // may oughtweight the costs of the extra increment instructions.
1229   if (L->getHeader()->getParent()->hasFnAttr(Attribute::OptimizeForSize))
1230     return false;
1231
1232   // TODO: For now, don't do full strength reduction if there could
1233   // potentially be greater-stride multiples of the current stride
1234   // which could reuse the current stride IV.
1235   if (IU->StrideOrder.back() != Stride)
1236     return false;
1237
1238   // Iterate through the uses to find conditions that automatically rule out
1239   // full-lsr mode.
1240   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ) {
1241     const SCEV *Base = UsersToProcess[i].Base;
1242     const SCEV *Imm = UsersToProcess[i].Imm;
1243     // If any users have a loop-variant component, they can't be fully
1244     // strength-reduced.
1245     if (Imm && !Imm->isLoopInvariant(L))
1246       return false;
1247     // If there are to users with the same base and the difference between
1248     // the two Imm values can't be folded into the address, full
1249     // strength reduction would increase register pressure.
1250     do {
1251       const SCEV *CurImm = UsersToProcess[i].Imm;
1252       if ((CurImm || Imm) && CurImm != Imm) {
1253         if (!CurImm) CurImm = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1254         if (!Imm)       Imm = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1255         const Instruction *Inst = UsersToProcess[i].Inst;
1256         const Type *AccessTy = getAccessType(Inst);
1257         const SCEV *Diff = SE->getMinusSCEV(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1258         if (!Diff->isZero() &&
1259             (!AllUsesAreAddresses ||
1260              !fitsInAddressMode(Diff, AccessTy, TLI, /*HasBaseReg=*/true)))
1261           return false;
1262       }
1263     } while (++i != e && Base == UsersToProcess[i].Base);
1264   }
1265
1266   // If there's exactly one user in this stride, fully strength-reducing it
1267   // won't increase register pressure. If it's starting from a non-zero base,
1268   // it'll be simpler this way.
1269   if (UsersToProcess.size() == 1 && !UsersToProcess[0].Base->isZero())
1270     return true;
1271
1272   // Otherwise, if there are any users in this stride that don't require
1273   // a register for their base, full strength-reduction will increase
1274   // register pressure.
1275   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1276     if (UsersToProcess[i].Base->isZero())
1277       return false;
1278
1279   // Otherwise, go for it.
1280   return true;
1281 }
1282
1283 /// InsertAffinePhi Create and insert a PHI node for an induction variable
1284 /// with the specified start and step values in the specified loop.
1285 ///
1286 /// If NegateStride is true, the stride should be negated by using a
1287 /// subtract instead of an add.
1288 ///
1289 /// Return the created phi node.
1290 ///
1291 static PHINode *InsertAffinePhi(const SCEV *Start, const SCEV *Step,
1292                                 Instruction *IVIncInsertPt,
1293                                 const Loop *L,
1294                                 SCEVExpander &Rewriter) {
1295   assert(Start->isLoopInvariant(L) && "New PHI start is not loop invariant!");
1296   assert(Step->isLoopInvariant(L) && "New PHI stride is not loop invariant!");
1297
1298   BasicBlock *Header = L->getHeader();
1299   BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
1300   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1301   const Type *Ty = Start->getType();
1302   Ty = Rewriter.SE.getEffectiveSCEVType(Ty);
1303
1304   PHINode *PN = PHINode::Create(Ty, "lsr.iv", Header->begin());
1305   PN->addIncoming(Rewriter.expandCodeFor(Start, Ty, Preheader->getTerminator()),
1306                   Preheader);
1307
1308   // If the stride is negative, insert a sub instead of an add for the
1309   // increment.
1310   bool isNegative = isNonConstantNegative(Step);
1311   const SCEV *IncAmount = Step;
1312   if (isNegative)
1313     IncAmount = Rewriter.SE.getNegativeSCEV(Step);
1314
1315   // Insert an add instruction right before the terminator corresponding
1316   // to the back-edge or just before the only use. The location is determined
1317   // by the caller and passed in as IVIncInsertPt.
1318   Value *StepV = Rewriter.expandCodeFor(IncAmount, Ty,
1319                                         Preheader->getTerminator());
1320   Instruction *IncV;
1321   if (isNegative) {
1322     IncV = BinaryOperator::CreateSub(PN, StepV, "lsr.iv.next",
1323                                      IVIncInsertPt);
1324   } else {
1325     IncV = BinaryOperator::CreateAdd(PN, StepV, "lsr.iv.next",
1326                                      IVIncInsertPt);
1327   }
1328   if (!isa<ConstantInt>(StepV)) ++NumVariable;
1329
1330   PN->addIncoming(IncV, LatchBlock);
1331
1332   ++NumInserted;
1333   return PN;
1334 }
1335
1336 static void SortUsersToProcess(std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
1337   // We want to emit code for users inside the loop first.  To do this, we
1338   // rearrange BasedUser so that the entries at the end have
1339   // isUseOfPostIncrementedValue = false, because we pop off the end of the
1340   // vector (so we handle them first).
1341   std::partition(UsersToProcess.begin(), UsersToProcess.end(),
1342                  PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue);
1343
1344   // Sort this by base, so that things with the same base are handled
1345   // together.  By partitioning first and stable-sorting later, we are
1346   // guaranteed that within each base we will pop off users from within the
1347   // loop before users outside of the loop with a particular base.
1348   //
1349   // We would like to use stable_sort here, but we can't.  The problem is that
1350   // const SCEV *'s don't have a deterministic ordering w.r.t to each other, so
1351   // we don't have anything to do a '<' comparison on.  Because we think the
1352   // number of uses is small, do a horrible bubble sort which just relies on
1353   // ==.
1354   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1355     // Get a base value.
1356     const SCEV *Base = UsersToProcess[i].Base;
1357
1358     // Compact everything with this base to be consecutive with this one.
1359     for (unsigned j = i+1; j != e; ++j) {
1360       if (UsersToProcess[j].Base == Base) {
1361         std::swap(UsersToProcess[i+1], UsersToProcess[j]);
1362         ++i;
1363       }
1364     }
1365   }
1366 }
1367
1368 /// PrepareToStrengthReduceFully - Prepare to fully strength-reduce
1369 /// UsersToProcess, meaning lowering addresses all the way down to direct
1370 /// pointer arithmetic.
1371 ///
1372 void
1373 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceFully(
1374                                         std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1375                                         const SCEV *Stride,
1376                                         const SCEV *CommonExprs,
1377                                         const Loop *L,
1378                                         SCEVExpander &PreheaderRewriter) {
1379   DEBUG(errs() << "  Fully reducing all users\n");
1380
1381   // Rewrite the UsersToProcess records, creating a separate PHI for each
1382   // unique Base value.
1383   Instruction *IVIncInsertPt = L->getLoopLatch()->getTerminator();
1384   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ) {
1385     // TODO: The uses are grouped by base, but not sorted. We arbitrarily
1386     // pick the first Imm value here to start with, and adjust it for the
1387     // other uses.
1388     const SCEV *Imm = UsersToProcess[i].Imm;
1389     const SCEV *Base = UsersToProcess[i].Base;
1390     const SCEV *Start = SE->getAddExpr(CommonExprs, Base, Imm);
1391     PHINode *Phi = InsertAffinePhi(Start, Stride, IVIncInsertPt, L,
1392                                    PreheaderRewriter);
1393     // Loop over all the users with the same base.
1394     do {
1395       UsersToProcess[i].Base = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1396       UsersToProcess[i].Imm = SE->getMinusSCEV(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1397       UsersToProcess[i].Phi = Phi;
1398       assert(UsersToProcess[i].Imm->isLoopInvariant(L) &&
1399              "ShouldUseFullStrengthReductionMode should reject this!");
1400     } while (++i != e && Base == UsersToProcess[i].Base);
1401   }
1402 }
1403
1404 /// FindIVIncInsertPt - Return the location to insert the increment instruction.
1405 /// If the only use if a use of postinc value, (must be the loop termination
1406 /// condition), then insert it just before the use.
1407 static Instruction *FindIVIncInsertPt(std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1408                                       const Loop *L) {
1409   if (UsersToProcess.size() == 1 &&
1410       UsersToProcess[0].isUseOfPostIncrementedValue &&
1411       L->contains(UsersToProcess[0].Inst->getParent()))
1412     return UsersToProcess[0].Inst;
1413   return L->getLoopLatch()->getTerminator();
1414 }
1415
1416 /// PrepareToStrengthReduceWithNewPhi - Insert a new induction variable for the
1417 /// given users to share.
1418 ///
1419 void
1420 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(
1421                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1422                                          const SCEV *Stride,
1423                                          const SCEV *CommonExprs,
1424                                          Value *CommonBaseV,
1425                                          Instruction *IVIncInsertPt,
1426                                          const Loop *L,
1427                                          SCEVExpander &PreheaderRewriter) {
1428   DEBUG(errs() << "  Inserting new PHI:\n");
1429
1430   PHINode *Phi = InsertAffinePhi(SE->getUnknown(CommonBaseV),
1431                                  Stride, IVIncInsertPt, L,
1432                                  PreheaderRewriter);
1433
1434   // Remember this in case a later stride is multiple of this.
1435   IVsByStride[Stride].addIV(Stride, CommonExprs, Phi);
1436
1437   // All the users will share this new IV.
1438   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1439     UsersToProcess[i].Phi = Phi;
1440
1441   DEBUG(errs() << "    IV=");
1442   DEBUG(WriteAsOperand(errs(), Phi, /*PrintType=*/false));
1443   DEBUG(errs() << "\n");
1444 }
1445
1446 /// PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride - Prepare for the given users to
1447 /// reuse an induction variable with a stride that is a factor of the current
1448 /// induction variable.
1449 ///
1450 void
1451 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(
1452                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1453                                          Value *CommonBaseV,
1454                                          const IVExpr &ReuseIV,
1455                                          Instruction *PreInsertPt) {
1456   DEBUG(errs() << "  Rewriting in terms of existing IV of STRIDE "
1457                << *ReuseIV.Stride << " and BASE " << *ReuseIV.Base << "\n");
1458
1459   // All the users will share the reused IV.
1460   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1461     UsersToProcess[i].Phi = ReuseIV.PHI;
1462
1463   Constant *C = dyn_cast<Constant>(CommonBaseV);
1464   if (C &&
1465       (!C->isNullValue() &&
1466        !fitsInAddressMode(SE->getUnknown(CommonBaseV), CommonBaseV->getType(),
1467                          TLI, false)))
1468     // We want the common base emitted into the preheader! This is just
1469     // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1470     CommonBaseV = new BitCastInst(CommonBaseV, CommonBaseV->getType(),
1471                                   "commonbase", PreInsertPt);
1472 }
1473
1474 static bool IsImmFoldedIntoAddrMode(GlobalValue *GV, int64_t Offset,
1475                                     const Type *AccessTy,
1476                                    std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1477                                    const TargetLowering *TLI) {
1478   SmallVector<Instruction*, 16> AddrModeInsts;
1479   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1480     if (UsersToProcess[i].isUseOfPostIncrementedValue)
1481       continue;
1482     ExtAddrMode AddrMode =
1483       AddressingModeMatcher::Match(UsersToProcess[i].OperandValToReplace,
1484                                    AccessTy, UsersToProcess[i].Inst,
1485                                    AddrModeInsts, *TLI);
1486     if (GV && GV != AddrMode.BaseGV)
1487       return false;
1488     if (Offset && !AddrMode.BaseOffs)
1489       // FIXME: How to accurate check it's immediate offset is folded.
1490       return false;
1491     AddrModeInsts.clear();
1492   }
1493   return true;
1494 }
1495
1496 /// StrengthReduceIVUsersOfStride - Strength reduce all of the users of a single
1497 /// stride of IV.  All of the users may have different starting values, and this
1498 /// may not be the only stride.
1499 void
1500 LoopStrengthReduce::StrengthReduceIVUsersOfStride(const SCEV *const &Stride,
1501                                                   IVUsersOfOneStride &Uses,
1502                                                   Loop *L) {
1503   // If all the users are moved to another stride, then there is nothing to do.
1504   if (Uses.Users.empty())
1505     return;
1506
1507   // Keep track if every use in UsersToProcess is an address. If they all are,
1508   // we may be able to rewrite the entire collection of them in terms of a
1509   // smaller-stride IV.
1510   bool AllUsesAreAddresses = true;
1511
1512   // Keep track if every use of a single stride is outside the loop.  If so,
1513   // we want to be more aggressive about reusing a smaller-stride IV; a
1514   // multiply outside the loop is better than another IV inside.  Well, usually.
1515   bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
1516
1517   // Transform our list of users and offsets to a bit more complex table.  In
1518   // this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base' the base of the
1519   // strided accessas well as the old information from Uses.  We progressively
1520   // move information from the Base field to the Imm field, until we eventually
1521   // have the full access expression to rewrite the use.
1522   std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
1523   const SCEV *CommonExprs = CollectIVUsers(Stride, Uses, L, AllUsesAreAddresses,
1524                                            AllUsesAreOutsideLoop,
1525                                            UsersToProcess);
1526
1527   // Sort the UsersToProcess array so that users with common bases are
1528   // next to each other.
1529   SortUsersToProcess(UsersToProcess);
1530
1531   // If we managed to find some expressions in common, we'll need to carry
1532   // their value in a register and add it in for each use. This will take up
1533   // a register operand, which potentially restricts what stride values are
1534   // valid.
1535   bool HaveCommonExprs = !CommonExprs->isZero();
1536   const Type *ReplacedTy = CommonExprs->getType();
1537
1538   // If all uses are addresses, consider sinking the immediate part of the
1539   // common expression back into uses if they can fit in the immediate fields.
1540   if (TLI && HaveCommonExprs && AllUsesAreAddresses) {
1541     const SCEV *NewCommon = CommonExprs;
1542     const SCEV *Imm = SE->getIntegerSCEV(0, ReplacedTy);
1543     MoveImmediateValues(TLI, Type::getVoidTy(
1544                         L->getLoopPreheader()->getContext()),
1545                         NewCommon, Imm, true, L, SE);
1546     if (!Imm->isZero()) {
1547       bool DoSink = true;
1548
1549       // If the immediate part of the common expression is a GV, check if it's
1550       // possible to fold it into the target addressing mode.
1551       GlobalValue *GV = 0;
1552       if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(Imm))
1553         GV = dyn_cast<GlobalValue>(SU->getValue());
1554       int64_t Offset = 0;
1555       if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Imm))
1556         Offset = SC->getValue()->getSExtValue();
1557       if (GV || Offset)
1558         // Pass VoidTy as the AccessTy to be conservative, because
1559         // there could be multiple access types among all the uses.
1560         DoSink = IsImmFoldedIntoAddrMode(GV, Offset,
1561                           Type::getVoidTy(L->getLoopPreheader()->getContext()),
1562                                          UsersToProcess, TLI);
1563
1564       if (DoSink) {
1565         DEBUG(errs() << "  Sinking " << *Imm << " back down into uses\n");
1566         for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1567           UsersToProcess[i].Imm = SE->getAddExpr(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1568         CommonExprs = NewCommon;
1569         HaveCommonExprs = !CommonExprs->isZero();
1570         ++NumImmSunk;
1571       }
1572     }
1573   }
1574
1575   // Now that we know what we need to do, insert the PHI node itself.
1576   //
1577   DEBUG(errs() << "LSR: Examining IVs of TYPE " << *ReplacedTy << " of STRIDE "
1578                << *Stride << ":\n"
1579                << "  Common base: " << *CommonExprs << "\n");
1580
1581   SCEVExpander Rewriter(*SE);
1582   SCEVExpander PreheaderRewriter(*SE);
1583
1584   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
1585   Instruction *PreInsertPt = Preheader->getTerminator();
1586   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1587   Instruction *IVIncInsertPt = LatchBlock->getTerminator();
1588
1589   Value *CommonBaseV = Constant::getNullValue(ReplacedTy);
1590
1591   const SCEV *RewriteFactor = SE->getIntegerSCEV(0, ReplacedTy);
1592   IVExpr   ReuseIV(SE->getIntegerSCEV(0,
1593                                     Type::getInt32Ty(Preheader->getContext())),
1594                    SE->getIntegerSCEV(0,
1595                                     Type::getInt32Ty(Preheader->getContext())),
1596                    0);
1597
1598   // Choose a strength-reduction strategy and prepare for it by creating
1599   // the necessary PHIs and adjusting the bookkeeping.
1600   if (ShouldUseFullStrengthReductionMode(UsersToProcess, L,
1601                                          AllUsesAreAddresses, Stride)) {
1602     PrepareToStrengthReduceFully(UsersToProcess, Stride, CommonExprs, L,
1603                                  PreheaderRewriter);
1604   } else {
1605     // Emit the initial base value into the loop preheader.
1606     CommonBaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(CommonExprs, ReplacedTy,
1607                                                   PreInsertPt);
1608
1609     // If all uses are addresses, check if it is possible to reuse an IV.  The
1610     // new IV must have a stride that is a multiple of the old stride; the
1611     // multiple must be a number that can be encoded in the scale field of the
1612     // target addressing mode; and we must have a valid instruction after this
1613     // substitution, including the immediate field, if any.
1614     RewriteFactor = CheckForIVReuse(HaveCommonExprs, AllUsesAreAddresses,
1615                                     AllUsesAreOutsideLoop,
1616                                     Stride, ReuseIV, ReplacedTy,
1617                                     UsersToProcess);
1618     if (!RewriteFactor->isZero())
1619       PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(UsersToProcess, CommonBaseV,
1620                                                ReuseIV, PreInsertPt);
1621     else {
1622       IVIncInsertPt = FindIVIncInsertPt(UsersToProcess, L);
1623       PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(UsersToProcess, Stride, CommonExprs,
1624                                         CommonBaseV, IVIncInsertPt,
1625                                         L, PreheaderRewriter);
1626     }
1627   }
1628
1629   // Process all the users now, replacing their strided uses with
1630   // strength-reduced forms.  This outer loop handles all bases, the inner
1631   // loop handles all users of a particular base.
1632   while (!UsersToProcess.empty()) {
1633     const SCEV *Base = UsersToProcess.back().Base;
1634     Instruction *Inst = UsersToProcess.back().Inst;
1635
1636     // Emit the code for Base into the preheader.
1637     Value *BaseV = 0;
1638     if (!Base->isZero()) {
1639       BaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(Base, 0, PreInsertPt);
1640
1641       DEBUG(errs() << "  INSERTING code for BASE = " << *Base << ":");
1642       if (BaseV->hasName())
1643         DEBUG(errs() << " Result value name = %" << BaseV->getName());
1644       DEBUG(errs() << "\n");
1645
1646       // If BaseV is a non-zero constant, make sure that it gets inserted into
1647       // the preheader, instead of being forward substituted into the uses.  We
1648       // do this by forcing a BitCast (noop cast) to be inserted into the
1649       // preheader in this case.
1650       if (!fitsInAddressMode(Base, getAccessType(Inst), TLI, false) &&
1651           isa<Constant>(BaseV)) {
1652         // We want this constant emitted into the preheader! This is just
1653         // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1654         BaseV = new BitCastInst(BaseV, BaseV->getType(), "preheaderinsert",
1655                                 PreInsertPt);
1656       }
1657     }
1658
1659     // Emit the code to add the immediate offset to the Phi value, just before
1660     // the instructions that we identified as using this stride and base.
1661     do {
1662       // FIXME: Use emitted users to emit other users.
1663       BasedUser &User = UsersToProcess.back();
1664
1665       DEBUG(errs() << "    Examining ");
1666       if (User.isUseOfPostIncrementedValue)
1667         DEBUG(errs() << "postinc");
1668       else
1669         DEBUG(errs() << "preinc");
1670       DEBUG(errs() << " use ");
1671       DEBUG(WriteAsOperand(errs(), UsersToProcess.back().OperandValToReplace,
1672                            /*PrintType=*/false));
1673       DEBUG(errs() << " in Inst: " << *User.Inst);
1674
1675       // If this instruction wants to use the post-incremented value, move it
1676       // after the post-inc and use its value instead of the PHI.
1677       Value *RewriteOp = User.Phi;
1678       if (User.isUseOfPostIncrementedValue) {
1679         RewriteOp = User.Phi->getIncomingValueForBlock(LatchBlock);
1680         // If this user is in the loop, make sure it is the last thing in the
1681         // loop to ensure it is dominated by the increment. In case it's the
1682         // only use of the iv, the increment instruction is already before the
1683         // use.
1684         if (L->contains(User.Inst->getParent()) && User.Inst != IVIncInsertPt)
1685           User.Inst->moveBefore(IVIncInsertPt);
1686       }
1687
1688       const SCEV *RewriteExpr = SE->getUnknown(RewriteOp);
1689
1690       if (SE->getEffectiveSCEVType(RewriteOp->getType()) !=
1691           SE->getEffectiveSCEVType(ReplacedTy)) {
1692         assert(SE->getTypeSizeInBits(RewriteOp->getType()) >
1693                SE->getTypeSizeInBits(ReplacedTy) &&
1694                "Unexpected widening cast!");
1695         RewriteExpr = SE->getTruncateExpr(RewriteExpr, ReplacedTy);
1696       }
1697
1698       // If we had to insert new instructions for RewriteOp, we have to
1699       // consider that they may not have been able to end up immediately
1700       // next to RewriteOp, because non-PHI instructions may never precede
1701       // PHI instructions in a block. In this case, remember where the last
1702       // instruction was inserted so that if we're replacing a different
1703       // PHI node, we can use the later point to expand the final
1704       // RewriteExpr.
1705       Instruction *NewBasePt = dyn_cast<Instruction>(RewriteOp);
1706       if (RewriteOp == User.Phi) NewBasePt = 0;
1707
1708       // Clear the SCEVExpander's expression map so that we are guaranteed
1709       // to have the code emitted where we expect it.
1710       Rewriter.clear();
1711
1712       // If we are reusing the iv, then it must be multiplied by a constant
1713       // factor to take advantage of the addressing mode scale component.
1714       if (!RewriteFactor->isZero()) {
1715         // If we're reusing an IV with a nonzero base (currently this happens
1716         // only when all reuses are outside the loop) subtract that base here.
1717         // The base has been used to initialize the PHI node but we don't want
1718         // it here.
1719         if (!ReuseIV.Base->isZero()) {
1720           const SCEV *typedBase = ReuseIV.Base;
1721           if (SE->getEffectiveSCEVType(RewriteExpr->getType()) !=
1722               SE->getEffectiveSCEVType(ReuseIV.Base->getType())) {
1723             // It's possible the original IV is a larger type than the new IV,
1724             // in which case we have to truncate the Base.  We checked in
1725             // RequiresTypeConversion that this is valid.
1726             assert(SE->getTypeSizeInBits(RewriteExpr->getType()) <
1727                    SE->getTypeSizeInBits(ReuseIV.Base->getType()) &&
1728                    "Unexpected lengthening conversion!");
1729             typedBase = SE->getTruncateExpr(ReuseIV.Base,
1730                                             RewriteExpr->getType());
1731           }
1732           RewriteExpr = SE->getMinusSCEV(RewriteExpr, typedBase);
1733         }
1734
1735         // Multiply old variable, with base removed, by new scale factor.
1736         RewriteExpr = SE->getMulExpr(RewriteFactor,
1737                                      RewriteExpr);
1738
1739         // The common base is emitted in the loop preheader. But since we
1740         // are reusing an IV, it has not been used to initialize the PHI node.
1741         // Add it to the expression used to rewrite the uses.
1742         // When this use is outside the loop, we earlier subtracted the
1743         // common base, and are adding it back here.  Use the same expression
1744         // as before, rather than CommonBaseV, so DAGCombiner will zap it.
1745         if (!CommonExprs->isZero()) {
1746           if (L->contains(User.Inst->getParent()))
1747             RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr,
1748                                        SE->getUnknown(CommonBaseV));
1749           else
1750             RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, CommonExprs);
1751         }
1752       }
1753
1754       // Now that we know what we need to do, insert code before User for the
1755       // immediate and any loop-variant expressions.
1756       if (BaseV)
1757         // Add BaseV to the PHI value if needed.
1758         RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, SE->getUnknown(BaseV));
1759
1760       User.RewriteInstructionToUseNewBase(RewriteExpr, NewBasePt,
1761                                           Rewriter, L, this,
1762                                           DeadInsts);
1763
1764       // Mark old value we replaced as possibly dead, so that it is eliminated
1765       // if we just replaced the last use of that value.
1766       DeadInsts.push_back(User.OperandValToReplace);
1767
1768       UsersToProcess.pop_back();
1769       ++NumReduced;
1770
1771       // If there are any more users to process with the same base, process them
1772       // now.  We sorted by base above, so we just have to check the last elt.
1773     } while (!UsersToProcess.empty() && UsersToProcess.back().Base == Base);
1774     // TODO: Next, find out which base index is the most common, pull it out.
1775   }
1776
1777   // IMPORTANT TODO: Figure out how to partition the IV's with this stride, but
1778   // different starting values, into different PHIs.
1779 }
1780
1781 void LoopStrengthReduce::StrengthReduceIVUsers(Loop *L) {
1782   // Note: this processes each stride/type pair individually.  All users
1783   // passed into StrengthReduceIVUsersOfStride have the same type AND stride.
1784   // Also, note that we iterate over IVUsesByStride indirectly by using
1785   // StrideOrder. This extra layer of indirection makes the ordering of
1786   // strides deterministic - not dependent on map order.
1787   for (unsigned Stride = 0, e = IU->StrideOrder.size(); Stride != e; ++Stride) {
1788     std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
1789       IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[Stride]);
1790     assert(SI != IU->IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1791     // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
1792     if (!SI->first->isLoopInvariant(L))
1793       continue;
1794     StrengthReduceIVUsersOfStride(SI->first, *SI->second, L);
1795   }
1796 }
1797
1798 /// FindIVUserForCond - If Cond has an operand that is an expression of an IV,
1799 /// set the IV user and stride information and return true, otherwise return
1800 /// false.
1801 bool LoopStrengthReduce::FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond,
1802                                            IVStrideUse *&CondUse,
1803                                            const SCEV* &CondStride) {
1804   for (unsigned Stride = 0, e = IU->StrideOrder.size();
1805        Stride != e && !CondUse; ++Stride) {
1806     std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
1807       IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[Stride]);
1808     assert(SI != IU->IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1809
1810     for (ilist<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second->Users.begin(),
1811          E = SI->second->Users.end(); UI != E; ++UI)
1812       if (UI->getUser() == Cond) {
1813         // NOTE: we could handle setcc instructions with multiple uses here, but
1814         // InstCombine does it as well for simple uses, it's not clear that it
1815         // occurs enough in real life to handle.
1816         CondUse = UI;
1817         CondStride = SI->first;
1818         return true;
1819       }
1820   }
1821   return false;
1822 }
1823
1824 namespace {
1825   // Constant strides come first which in turns are sorted by their absolute
1826   // values. If absolute values are the same, then positive strides comes first.
1827   // e.g.
1828   // 4, -1, X, 1, 2 ==> 1, -1, 2, 4, X
1829   struct StrideCompare {
1830     const ScalarEvolution *SE;
1831     explicit StrideCompare(const ScalarEvolution *se) : SE(se) {}
1832
1833     bool operator()(const SCEV *const &LHS, const SCEV *const &RHS) {
1834       const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS);
1835       const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS);
1836       if (LHSC && RHSC) {
1837         int64_t  LV = LHSC->getValue()->getSExtValue();
1838         int64_t  RV = RHSC->getValue()->getSExtValue();
1839         uint64_t ALV = (LV < 0) ? -LV : LV;
1840         uint64_t ARV = (RV < 0) ? -RV : RV;
1841         if (ALV == ARV) {
1842           if (LV != RV)
1843             return LV > RV;
1844         } else {
1845           return ALV < ARV;
1846         }
1847
1848         // If it's the same value but different type, sort by bit width so
1849         // that we emit larger induction variables before smaller
1850         // ones, letting the smaller be re-written in terms of larger ones.
1851         return SE->getTypeSizeInBits(RHS->getType()) <
1852                SE->getTypeSizeInBits(LHS->getType());
1853       }
1854       return LHSC && !RHSC;
1855     }
1856   };
1857 }
1858
1859 /// ChangeCompareStride - If a loop termination compare instruction is the
1860 /// only use of its stride, and the compaison is against a constant value,
1861 /// try eliminate the stride by moving the compare instruction to another
1862 /// stride and change its constant operand accordingly. e.g.
1863 ///
1864 /// loop:
1865 /// ...
1866 /// v1 = v1 + 3
1867 /// v2 = v2 + 1
1868 /// if (v2 < 10) goto loop
1869 /// =>
1870 /// loop:
1871 /// ...
1872 /// v1 = v1 + 3
1873 /// if (v1 < 30) goto loop
1874 ICmpInst *LoopStrengthReduce::ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
1875                                                   IVStrideUse* &CondUse,
1876                                                   const SCEV* &CondStride,
1877                                                   bool PostPass) {
1878   // If there's only one stride in the loop, there's nothing to do here.
1879   if (IU->StrideOrder.size() < 2)
1880     return Cond;
1881   // If there are other users of the condition's stride, don't bother
1882   // trying to change the condition because the stride will still
1883   // remain.
1884   std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator I =
1885     IU->IVUsesByStride.find(CondStride);
1886   if (I == IU->IVUsesByStride.end())
1887     return Cond;
1888   if (I->second->Users.size() > 1) {
1889     for (ilist<IVStrideUse>::iterator II = I->second->Users.begin(),
1890            EE = I->second->Users.end(); II != EE; ++II) {
1891       if (II->getUser() == Cond)
1892         continue;
1893       if (!isInstructionTriviallyDead(II->getUser()))
1894         return Cond;
1895     }
1896   }
1897   // Only handle constant strides for now.
1898   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(CondStride);
1899   if (!SC) return Cond;
1900
1901   ICmpInst::Predicate Predicate = Cond->getPredicate();
1902   int64_t CmpSSInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1903   unsigned BitWidth = SE->getTypeSizeInBits(CondStride->getType());
1904   uint64_t SignBit = 1ULL << (BitWidth-1);
1905   const Type *CmpTy = Cond->getOperand(0)->getType();
1906   const Type *NewCmpTy = NULL;
1907   unsigned TyBits = SE->getTypeSizeInBits(CmpTy);
1908   unsigned NewTyBits = 0;
1909   const SCEV *NewStride = NULL;
1910   Value *NewCmpLHS = NULL;
1911   Value *NewCmpRHS = NULL;
1912   int64_t Scale = 1;
1913   const SCEV *NewOffset = SE->getIntegerSCEV(0, CmpTy);
1914
1915   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Cond->getOperand(1))) {
1916     int64_t CmpVal = C->getValue().getSExtValue();
1917
1918     // Check the relevant induction variable for conformance to
1919     // the pattern.
1920     const SCEV *IV = SE->getSCEV(Cond->getOperand(0));
1921     const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
1922     if (!AR || !AR->isAffine())
1923       return Cond;
1924
1925     const SCEVConstant *StartC = dyn_cast<SCEVConstant>(AR->getStart());
1926     // Check stride constant and the comparision constant signs to detect
1927     // overflow.
1928     if (StartC) {
1929       if ((StartC->getValue()->getSExtValue() < CmpVal && CmpSSInt < 0) ||
1930           (StartC->getValue()->getSExtValue() > CmpVal && CmpSSInt > 0))
1931         return Cond;
1932     } else {
1933       // More restrictive check for the other cases.
1934       if ((CmpVal & SignBit) != (CmpSSInt & SignBit))
1935         return Cond;
1936     }
1937
1938     // Look for a suitable stride / iv as replacement.
1939     for (unsigned i = 0, e = IU->StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
1940       std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
1941         IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[i]);
1942       if (!isa<SCEVConstant>(SI->first) || SI->second->Users.empty())
1943         continue;
1944       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1945       if (SSInt == CmpSSInt ||
1946           abs64(SSInt) < abs64(CmpSSInt) ||
1947           (SSInt % CmpSSInt) != 0)
1948         continue;
1949
1950       Scale = SSInt / CmpSSInt;
1951       int64_t NewCmpVal = CmpVal * Scale;
1952
1953       // If old icmp value fits in icmp immediate field, but the new one doesn't
1954       // try something else.
1955       if (TLI &&
1956           TLI->isLegalICmpImmediate(CmpVal) &&
1957           !TLI->isLegalICmpImmediate(NewCmpVal))
1958         continue;
1959
1960       APInt Mul = APInt(BitWidth*2, CmpVal, true);
1961       Mul = Mul * APInt(BitWidth*2, Scale, true);
1962       // Check for overflow.
1963       if (!Mul.isSignedIntN(BitWidth))
1964         continue;
1965       // Check for overflow in the stride's type too.
1966       if (!Mul.isSignedIntN(SE->getTypeSizeInBits(SI->first->getType())))
1967         continue;
1968
1969       // Watch out for overflow.
1970       if (ICmpInst::isSigned(Predicate) &&
1971           (CmpVal & SignBit) != (NewCmpVal & SignBit))
1972         continue;
1973
1974       // Pick the best iv to use trying to avoid a cast.
1975       NewCmpLHS = NULL;
1976       for (ilist<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second->Users.begin(),
1977              E = SI->second->Users.end(); UI != E; ++UI) {
1978         Value *Op = UI->getOperandValToReplace();
1979
1980         // If the IVStrideUse implies a cast, check for an actual cast which
1981         // can be used to find the original IV expression.
1982         if (SE->getEffectiveSCEVType(Op->getType()) !=
1983             SE->getEffectiveSCEVType(SI->first->getType())) {
1984           CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(Op);
1985           // If it's not a simple cast, it's complicated.
1986           if (!CI)
1987             continue;
1988           // If it's a cast from a type other than the stride type,
1989           // it's complicated.
1990           if (CI->getOperand(0)->getType() != SI->first->getType())
1991             continue;
1992           // Ok, we found the IV expression in the stride's type.
1993           Op = CI->getOperand(0);
1994         }
1995
1996         NewCmpLHS = Op;
1997         if (NewCmpLHS->getType() == CmpTy)
1998           break;
1999       }
2000       if (!NewCmpLHS)
2001         continue;
2002
2003       NewCmpTy = NewCmpLHS->getType();
2004       NewTyBits = SE->getTypeSizeInBits(NewCmpTy);
2005       const Type *NewCmpIntTy = IntegerType::get(Cond->getContext(), NewTyBits);
2006       if (RequiresTypeConversion(NewCmpTy, CmpTy)) {
2007         // Check if it is possible to rewrite it using
2008         // an iv / stride of a smaller integer type.
2009         unsigned Bits = NewTyBits;
2010         if (ICmpInst::isSigned(Predicate))
2011           --Bits;
2012         uint64_t Mask = (1ULL << Bits) - 1;
2013         if (((uint64_t)NewCmpVal & Mask) != (uint64_t)NewCmpVal)
2014           continue;
2015       }
2016
2017       // Don't rewrite if use offset is non-constant and the new type is
2018       // of a different type.
2019       // FIXME: too conservative?
2020       if (NewTyBits != TyBits && !isa<SCEVConstant>(CondUse->getOffset()))
2021         continue;
2022
2023       if (!PostPass) {
2024         bool AllUsesAreAddresses = true;
2025         bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
2026         std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
2027         const SCEV *CommonExprs = CollectIVUsers(SI->first, *SI->second, L,
2028                                                  AllUsesAreAddresses,
2029                                                  AllUsesAreOutsideLoop,
2030                                                  UsersToProcess);
2031         // Avoid rewriting the compare instruction with an iv of new stride
2032         // if it's likely the new stride uses will be rewritten using the
2033         // stride of the compare instruction.
2034         if (AllUsesAreAddresses &&
2035             ValidScale(!CommonExprs->isZero(), Scale, UsersToProcess))
2036           continue;
2037       }
2038
2039       // Avoid rewriting the compare instruction with an iv which has
2040       // implicit extension or truncation built into it.
2041       // TODO: This is over-conservative.
2042       if (SE->getTypeSizeInBits(CondUse->getOffset()->getType()) != TyBits)
2043         continue;
2044
2045       // If scale is negative, use swapped predicate unless it's testing
2046       // for equality.
2047       if (Scale < 0 && !Cond->isEquality())
2048         Predicate = ICmpInst::getSwappedPredicate(Predicate);
2049
2050       NewStride = IU->StrideOrder[i];
2051       if (!isa<PointerType>(NewCmpTy))
2052         NewCmpRHS = ConstantInt::get(NewCmpTy, NewCmpVal);
2053       else {
2054         Constant *CI = ConstantInt::get(NewCmpIntTy, NewCmpVal);
2055         NewCmpRHS = ConstantExpr::getIntToPtr(CI, NewCmpTy);
2056       }
2057       NewOffset = TyBits == NewTyBits
2058         ? SE->getMulExpr(CondUse->getOffset(),
2059                          SE->getConstant(CmpTy, Scale))
2060         : SE->getConstant(NewCmpIntTy,
2061           cast<SCEVConstant>(CondUse->getOffset())->getValue()
2062             ->getSExtValue()*Scale);
2063       break;
2064     }
2065   }
2066
2067   // Forgo this transformation if it the increment happens to be
2068   // unfortunately positioned after the condition, and the condition
2069   // has multiple uses which prevent it from being moved immediately
2070   // before the branch. See
2071   // test/Transforms/LoopStrengthReduce/change-compare-stride-trickiness-*.ll
2072   // for an example of this situation.
2073   if (!Cond->hasOneUse()) {
2074     for (BasicBlock::iterator I = Cond, E = Cond->getParent()->end();
2075          I != E; ++I)
2076       if (I == NewCmpLHS)
2077         return Cond;
2078   }
2079
2080   if (NewCmpRHS) {
2081     // Create a new compare instruction using new stride / iv.
2082     ICmpInst *OldCond = Cond;
2083     // Insert new compare instruction.
2084     Cond = new ICmpInst(OldCond, Predicate, NewCmpLHS, NewCmpRHS,
2085                         L->getHeader()->getName() + ".termcond");
2086
2087     DEBUG(errs() << "    Change compare stride in Inst " << *OldCond);
2088     DEBUG(errs() << " to " << *Cond << '\n');
2089
2090     // Remove the old compare instruction. The old indvar is probably dead too.
2091     DeadInsts.push_back(CondUse->getOperandValToReplace());
2092     OldCond->replaceAllUsesWith(Cond);
2093     OldCond->eraseFromParent();
2094
2095     IU->IVUsesByStride[NewStride]->addUser(NewOffset, Cond, NewCmpLHS);
2096     CondUse = &IU->IVUsesByStride[NewStride]->Users.back();
2097     CondStride = NewStride;
2098     ++NumEliminated;
2099     Changed = true;
2100   }
2101
2102   return Cond;
2103 }
2104
2105 /// OptimizeMax - Rewrite the loop's terminating condition if it uses
2106 /// a max computation.
2107 ///
2108 /// This is a narrow solution to a specific, but acute, problem. For loops
2109 /// like this:
2110 ///
2111 ///   i = 0;
2112 ///   do {
2113 ///     p[i] = 0.0;
2114 ///   } while (++i < n);
2115 ///
2116 /// the trip count isn't just 'n', because 'n' might not be positive. And
2117 /// unfortunately this can come up even for loops where the user didn't use
2118 /// a C do-while loop. For example, seemingly well-behaved top-test loops
2119 /// will commonly be lowered like this:
2120 //
2121 ///   if (n > 0) {
2122 ///     i = 0;
2123 ///     do {
2124 ///       p[i] = 0.0;
2125 ///     } while (++i < n);
2126 ///   }
2127 ///
2128 /// and then it's possible for subsequent optimization to obscure the if
2129 /// test in such a way that indvars can't find it.
2130 ///
2131 /// When indvars can't find the if test in loops like this, it creates a
2132 /// max expression, which allows it to give the loop a canonical
2133 /// induction variable:
2134 ///
2135 ///   i = 0;
2136 ///   max = n < 1 ? 1 : n;
2137 ///   do {
2138 ///     p[i] = 0.0;
2139 ///   } while (++i != max);
2140 ///
2141 /// Canonical induction variables are necessary because the loop passes
2142 /// are designed around them. The most obvious example of this is the
2143 /// LoopInfo analysis, which doesn't remember trip count values. It
2144 /// expects to be able to rediscover the trip count each time it is
2145 /// needed, and it does this using a simple analyis that only succeeds if
2146 /// the loop has a canonical induction variable.
2147 ///
2148 /// However, when it comes time to generate code, the maximum operation
2149 /// can be quite costly, especially if it's inside of an outer loop.
2150 ///
2151 /// This function solves this problem by detecting this type of loop and
2152 /// rewriting their conditions from ICMP_NE back to ICMP_SLT, and deleting
2153 /// the instructions for the maximum computation.
2154 ///
2155 ICmpInst *LoopStrengthReduce::OptimizeMax(Loop *L, ICmpInst *Cond,
2156                                           IVStrideUse* &CondUse) {
2157   // Check that the loop matches the pattern we're looking for.
2158   if (Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_EQ &&
2159       Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_NE)
2160     return Cond;
2161
2162   SelectInst *Sel = dyn_cast<SelectInst>(Cond->getOperand(1));
2163   if (!Sel || !Sel->hasOneUse()) return Cond;
2164
2165   const SCEV *BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
2166   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
2167     return Cond;
2168   const SCEV *One = SE->getIntegerSCEV(1, BackedgeTakenCount->getType());
2169
2170   // Add one to the backedge-taken count to get the trip count.
2171   const SCEV *IterationCount = SE->getAddExpr(BackedgeTakenCount, One);
2172
2173   // Check for a max calculation that matches the pattern.
2174   if (!isa<SCEVSMaxExpr>(IterationCount) && !isa<SCEVUMaxExpr>(IterationCount))
2175     return Cond;
2176   const SCEVNAryExpr *Max = cast<SCEVNAryExpr>(IterationCount);
2177   if (Max != SE->getSCEV(Sel)) return Cond;
2178
2179   // To handle a max with more than two operands, this optimization would
2180   // require additional checking and setup.
2181   if (Max->getNumOperands() != 2)
2182     return Cond;
2183
2184   const SCEV *MaxLHS = Max->getOperand(0);
2185   const SCEV *MaxRHS = Max->getOperand(1);
2186   if (!MaxLHS || MaxLHS != One) return Cond;
2187
2188   // Check the relevant induction variable for conformance to
2189   // the pattern.
2190   const SCEV *IV = SE->getSCEV(Cond->getOperand(0));
2191   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
2192   if (!AR || !AR->isAffine() ||
2193       AR->getStart() != One ||
2194       AR->getStepRecurrence(*SE) != One)
2195     return Cond;
2196
2197   assert(AR->getLoop() == L &&
2198          "Loop condition operand is an addrec in a different loop!");
2199
2200   // Check the right operand of the select, and remember it, as it will
2201   // be used in the new comparison instruction.
2202   Value *NewRHS = 0;
2203   if (SE->getSCEV(Sel->getOperand(1)) == MaxRHS)
2204     NewRHS = Sel->getOperand(1);
2205   else if (SE->getSCEV(Sel->getOperand(2)) == MaxRHS)
2206     NewRHS = Sel->getOperand(2);
2207   if (!NewRHS) return Cond;
2208
2209   // Determine the new comparison opcode. It may be signed or unsigned,
2210   // and the original comparison may be either equality or inequality.
2211   CmpInst::Predicate Pred =
2212     isa<SCEVSMaxExpr>(Max) ? CmpInst::ICMP_SLT : CmpInst::ICMP_ULT;
2213   if (Cond->getPredicate() == CmpInst::ICMP_EQ)
2214     Pred = CmpInst::getInversePredicate(Pred);
2215
2216   // Ok, everything looks ok to change the condition into an SLT or SGE and
2217   // delete the max calculation.
2218   ICmpInst *NewCond =
2219     new ICmpInst(Cond, Pred, Cond->getOperand(0), NewRHS, "scmp");
2220
2221   // Delete the max calculation instructions.
2222   Cond->replaceAllUsesWith(NewCond);
2223   CondUse->setUser(NewCond);
2224   Instruction *Cmp = cast<Instruction>(Sel->getOperand(0));
2225   Cond->eraseFromParent();
2226   Sel->eraseFromParent();
2227   if (Cmp->use_empty())
2228     Cmp->eraseFromParent();
2229   return NewCond;
2230 }
2231
2232 /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
2233 /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
2234 void LoopStrengthReduce::OptimizeShadowIV(Loop *L) {
2235
2236   const SCEV *BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
2237   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
2238     return;
2239
2240   for (unsigned Stride = 0, e = IU->StrideOrder.size(); Stride != e;
2241        ++Stride) {
2242     std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
2243       IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[Stride]);
2244     assert(SI != IU->IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2245     if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
2246       continue;
2247
2248     for (ilist<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second->Users.begin(),
2249            E = SI->second->Users.end(); UI != E; /* empty */) {
2250       ilist<IVStrideUse>::iterator CandidateUI = UI;
2251       ++UI;
2252       Instruction *ShadowUse = CandidateUI->getUser();
2253       const Type *DestTy = NULL;
2254
2255       /* If shadow use is a int->float cast then insert a second IV
2256          to eliminate this cast.
2257
2258            for (unsigned i = 0; i < n; ++i)
2259              foo((double)i);
2260
2261          is transformed into
2262
2263            double d = 0.0;
2264            for (unsigned i = 0; i < n; ++i, ++d)
2265              foo(d);
2266       */
2267       if (UIToFPInst *UCast = dyn_cast<UIToFPInst>(CandidateUI->getUser()))
2268         DestTy = UCast->getDestTy();
2269       else if (SIToFPInst *SCast = dyn_cast<SIToFPInst>(CandidateUI->getUser()))
2270         DestTy = SCast->getDestTy();
2271       if (!DestTy) continue;
2272
2273       if (TLI) {
2274         // If target does not support DestTy natively then do not apply
2275         // this transformation.
2276         EVT DVT = TLI->getValueType(DestTy);
2277         if (!TLI->isTypeLegal(DVT)) continue;
2278       }
2279
2280       PHINode *PH = dyn_cast<PHINode>(ShadowUse->getOperand(0));
2281       if (!PH) continue;
2282       if (PH->getNumIncomingValues() != 2) continue;
2283
2284       const Type *SrcTy = PH->getType();
2285       int Mantissa = DestTy->getFPMantissaWidth();
2286       if (Mantissa == -1) continue;
2287       if ((int)SE->getTypeSizeInBits(SrcTy) > Mantissa)
2288         continue;
2289
2290       unsigned Entry, Latch;
2291       if (PH->getIncomingBlock(0) == L->getLoopPreheader()) {
2292         Entry = 0;
2293         Latch = 1;
2294       } else {
2295         Entry = 1;
2296         Latch = 0;
2297       }
2298
2299       ConstantInt *Init = dyn_cast<ConstantInt>(PH->getIncomingValue(Entry));
2300       if (!Init) continue;
2301       Constant *NewInit = ConstantFP::get(DestTy, Init->getZExtValue());
2302
2303       BinaryOperator *Incr =
2304         dyn_cast<BinaryOperator>(PH->getIncomingValue(Latch));
2305       if (!Incr) continue;
2306       if (Incr->getOpcode() != Instruction::Add
2307           && Incr->getOpcode() != Instruction::Sub)
2308         continue;
2309
2310       /* Initialize new IV, double d = 0.0 in above example. */
2311       ConstantInt *C = NULL;
2312       if (Incr->getOperand(0) == PH)
2313         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(1));
2314       else if (Incr->getOperand(1) == PH)
2315         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(0));
2316       else
2317         continue;
2318
2319       if (!C) continue;
2320
2321       // Ignore negative constants, as the code below doesn't handle them
2322       // correctly. TODO: Remove this restriction.
2323       if (!C->getValue().isStrictlyPositive()) continue;
2324
2325       /* Add new PHINode. */
2326       PHINode *NewPH = PHINode::Create(DestTy, "IV.S.", PH);
2327
2328       /* create new increment. '++d' in above example. */
2329       Constant *CFP = ConstantFP::get(DestTy, C->getZExtValue());
2330       BinaryOperator *NewIncr =
2331         BinaryOperator::Create(Incr->getOpcode() == Instruction::Add ?
2332                                  Instruction::FAdd : Instruction::FSub,
2333                                NewPH, CFP, "IV.S.next.", Incr);
2334
2335       NewPH->addIncoming(NewInit, PH->getIncomingBlock(Entry));
2336       NewPH->addIncoming(NewIncr, PH->getIncomingBlock(Latch));
2337
2338       /* Remove cast operation */
2339       ShadowUse->replaceAllUsesWith(NewPH);
2340       ShadowUse->eraseFromParent();
2341       NumShadow++;
2342       break;
2343     }
2344   }
2345 }
2346
2347 /// OptimizeIndvars - Now that IVUsesByStride is set up with all of the indvar
2348 /// uses in the loop, look to see if we can eliminate some, in favor of using
2349 /// common indvars for the different uses.
2350 void LoopStrengthReduce::OptimizeIndvars(Loop *L) {
2351   // TODO: implement optzns here.
2352
2353   OptimizeShadowIV(L);
2354 }
2355
2356 bool LoopStrengthReduce::StrideMightBeShared(const SCEV* Stride, Loop *L,
2357                                              bool CheckPreInc) {
2358   int64_t SInt = cast<SCEVConstant>(Stride)->getValue()->getSExtValue();
2359   for (unsigned i = 0, e = IU->StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
2360     std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
2361       IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[i]);
2362     const SCEV *Share = SI->first;
2363     if (!isa<SCEVConstant>(SI->first) || Share == Stride)
2364       continue;
2365     int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(Share)->getValue()->getSExtValue();
2366     if (SSInt == SInt)
2367       return true; // This can definitely be reused.
2368     if (unsigned(abs64(SSInt)) < SInt || (SSInt % SInt) != 0)
2369       continue;
2370     int64_t Scale = SSInt / SInt;
2371     bool AllUsesAreAddresses = true;
2372     bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
2373     std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
2374     const SCEV *CommonExprs = CollectIVUsers(SI->first, *SI->second, L,
2375                                              AllUsesAreAddresses,
2376                                              AllUsesAreOutsideLoop,
2377                                              UsersToProcess);
2378     if (AllUsesAreAddresses &&
2379         ValidScale(!CommonExprs->isZero(), Scale, UsersToProcess)) {
2380       if (!CheckPreInc)
2381         return true;
2382       // Any pre-inc iv use?
2383       IVUsersOfOneStride &StrideUses = *IU->IVUsesByStride[Share];
2384       for (ilist<IVStrideUse>::iterator I = StrideUses.Users.begin(),
2385              E = StrideUses.Users.end(); I != E; ++I) {
2386         if (!I->isUseOfPostIncrementedValue())
2387           return true;
2388       }
2389     }
2390   }
2391   return false;
2392 }
2393
2394 /// isUsedByExitBranch - Return true if icmp is used by a loop terminating
2395 /// conditional branch or it's and / or with other conditions before being used
2396 /// as the condition.
2397 static bool isUsedByExitBranch(ICmpInst *Cond, Loop *L) {
2398   BasicBlock *CondBB = Cond->getParent();
2399   if (!L->isLoopExiting(CondBB))
2400     return false;
2401   BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(CondBB->getTerminator());
2402   if (!TermBr || !TermBr->isConditional())
2403     return false;
2404
2405   Value *User = *Cond->use_begin();
2406   Instruction *UserInst = dyn_cast<Instruction>(User);
2407   while (UserInst &&
2408          (UserInst->getOpcode() == Instruction::And ||
2409           UserInst->getOpcode() == Instruction::Or)) {
2410     if (!UserInst->hasOneUse() || UserInst->getParent() != CondBB)
2411       return false;
2412     User = *User->use_begin();
2413     UserInst = dyn_cast<Instruction>(User);
2414   }
2415   return User == TermBr;
2416 }
2417
2418 static bool ShouldCountToZero(ICmpInst *Cond, IVStrideUse* &CondUse,
2419                               ScalarEvolution *SE, Loop *L,
2420                               const TargetLowering *TLI = 0) {
2421   if (!L->contains(Cond->getParent()))
2422     return false;
2423
2424   if (!isa<SCEVConstant>(CondUse->getOffset()))
2425     return false;
2426
2427   // Handle only tests for equality for the moment.
2428   if (!Cond->isEquality() || !Cond->hasOneUse())
2429     return false;
2430   if (!isUsedByExitBranch(Cond, L))
2431     return false;
2432
2433   Value *CondOp0 = Cond->getOperand(0);
2434   const SCEV *IV = SE->getSCEV(CondOp0);
2435   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
2436   if (!AR || !AR->isAffine())
2437     return false;
2438
2439   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(AR->getStepRecurrence(*SE));
2440   if (!SC || SC->getValue()->getSExtValue() < 0)
2441     // If it's already counting down, don't do anything.
2442     return false;
2443
2444   // If the RHS of the comparison is not an loop invariant, the rewrite
2445   // cannot be done. Also bail out if it's already comparing against a zero.
2446   // If we are checking this before cmp stride optimization, check if it's
2447   // comparing against a already legal immediate.
2448   Value *RHS = Cond->getOperand(1);
2449   ConstantInt *RHSC = dyn_cast<ConstantInt>(RHS);
2450   if (!L->isLoopInvariant(RHS) ||
2451       (RHSC && RHSC->isZero()) ||
2452       (RHSC && TLI && TLI->isLegalICmpImmediate(RHSC->getSExtValue())))
2453     return false;
2454
2455   // Make sure the IV is only used for counting.  Value may be preinc or
2456   // postinc; 2 uses in either case.
2457   if (!CondOp0->hasNUses(2))
2458     return false;
2459
2460   return true;
2461 }
2462
2463 /// OptimizeLoopTermCond - Change loop terminating condition to use the
2464 /// postinc iv when possible.
2465 void LoopStrengthReduce::OptimizeLoopTermCond(Loop *L) {
2466   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
2467   bool LatchExit = L->isLoopExiting(LatchBlock);
2468   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitingBlocks;
2469   L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
2470
2471   for (unsigned i = 0, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i) {
2472     BasicBlock *ExitingBlock = ExitingBlocks[i];
2473
2474     // Finally, get the terminating condition for the loop if possible.  If we
2475     // can, we want to change it to use a post-incremented version of its
2476     // induction variable, to allow coalescing the live ranges for the IV into
2477     // one register value.
2478
2479     BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
2480     if (!TermBr)
2481       continue;
2482     // FIXME: Overly conservative, termination condition could be an 'or' etc..
2483     if (TermBr->isUnconditional() || !isa<ICmpInst>(TermBr->getCondition()))
2484       continue;
2485
2486     // Search IVUsesByStride to find Cond's IVUse if there is one.
2487     IVStrideUse *CondUse = 0;
2488     const SCEV *CondStride = 0;
2489     ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(TermBr->getCondition());
2490     if (!FindIVUserForCond(Cond, CondUse, CondStride))
2491       continue;
2492
2493     // If the latch block is exiting and it's not a single block loop, it's
2494     // not safe to use postinc iv in other exiting blocks. FIXME: overly
2495     // conservative? How about icmp stride optimization?
2496     bool UsePostInc =  !(e > 1 && LatchExit && ExitingBlock != LatchBlock);
2497     if (UsePostInc && ExitingBlock != LatchBlock) {
2498       if (!Cond->hasOneUse())
2499         // See below, we don't want the condition to be cloned.
2500         UsePostInc = false;
2501       else {
2502         // If exiting block is the latch block, we know it's safe and profitable
2503         // to transform the icmp to use post-inc iv. Otherwise do so only if it
2504         // would not reuse another iv and its iv would be reused by other uses.
2505         // We are optimizing for the case where the icmp is the only use of the
2506         // iv.
2507         IVUsersOfOneStride &StrideUses = *IU->IVUsesByStride[CondStride];
2508         for (ilist<IVStrideUse>::iterator I = StrideUses.Users.begin(),
2509                E = StrideUses.Users.end(); I != E; ++I) {
2510           if (I->getUser() == Cond)
2511             continue;
2512           if (!I->isUseOfPostIncrementedValue()) {
2513             UsePostInc = false;
2514             break;
2515           }
2516         }
2517       }
2518
2519       // If iv for the stride might be shared and any of the users use pre-inc
2520       // iv might be used, then it's not safe to use post-inc iv.
2521       if (UsePostInc &&
2522           isa<SCEVConstant>(CondStride) &&
2523           StrideMightBeShared(CondStride, L, true))
2524         UsePostInc = false;
2525     }
2526
2527     // If the trip count is computed in terms of a max (due to ScalarEvolution
2528     // being unable to find a sufficient guard, for example), change the loop
2529     // comparison to use SLT or ULT instead of NE.
2530     Cond = OptimizeMax(L, Cond, CondUse);
2531
2532     // If possible, change stride and operands of the compare instruction to
2533     // eliminate one stride. However, avoid rewriting the compare instruction
2534     // with an iv of new stride if it's likely the new stride uses will be
2535     // rewritten using the stride of the compare instruction.
2536     if (ExitingBlock == LatchBlock && isa<SCEVConstant>(CondStride)) {
2537       // If the condition stride is a constant and it's the only use, we might
2538       // want to optimize it first by turning it to count toward zero.
2539       if (!StrideMightBeShared(CondStride, L, false) &&
2540           !ShouldCountToZero(Cond, CondUse, SE, L, TLI))
2541         Cond = ChangeCompareStride(L, Cond, CondUse, CondStride);
2542     }
2543
2544     if (!UsePostInc)
2545       continue;
2546
2547     DEBUG(errs() << "  Change loop exiting icmp to use postinc iv: "
2548           << *Cond << '\n');
2549
2550     // It's possible for the setcc instruction to be anywhere in the loop, and
2551     // possible for it to have multiple users.  If it is not immediately before
2552     // the exiting block branch, move it.
2553     if (&*++BasicBlock::iterator(Cond) != (Instruction*)TermBr) {
2554       if (Cond->hasOneUse()) {   // Condition has a single use, just move it.
2555         Cond->moveBefore(TermBr);
2556       } else {
2557         // Otherwise, clone the terminating condition and insert into the
2558         // loopend.
2559         Cond = cast<ICmpInst>(Cond->clone());
2560         Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
2561         ExitingBlock->getInstList().insert(TermBr, Cond);
2562
2563         // Clone the IVUse, as the old use still exists!
2564         IU->IVUsesByStride[CondStride]->addUser(CondUse->getOffset(), Cond,
2565                                              CondUse->getOperandValToReplace());
2566         CondUse = &IU->IVUsesByStride[CondStride]->Users.back();
2567       }
2568     }
2569
2570     // If we get to here, we know that we can transform the setcc instruction to
2571     // use the post-incremented version of the IV, allowing us to coalesce the
2572     // live ranges for the IV correctly.
2573     CondUse->setOffset(SE->getMinusSCEV(CondUse->getOffset(), CondStride));
2574     CondUse->setIsUseOfPostIncrementedValue(true);
2575     Changed = true;
2576
2577     ++NumLoopCond;
2578   }
2579 }
2580
2581 bool LoopStrengthReduce::OptimizeLoopCountIVOfStride(const SCEV* &Stride,
2582                                                      IVStrideUse* &CondUse,
2583                                                      Loop *L) {
2584   // If the only use is an icmp of a loop exiting conditional branch, then
2585   // attempt the optimization.
2586   BasedUser User = BasedUser(*CondUse, SE);
2587   assert(isa<ICmpInst>(User.Inst) && "Expecting an ICMPInst!");
2588   ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(User.Inst);
2589
2590   // Less strict check now that compare stride optimization is done.
2591   if (!ShouldCountToZero(Cond, CondUse, SE, L))
2592     return false;
2593
2594   Value *CondOp0 = Cond->getOperand(0);
2595   PHINode *PHIExpr = dyn_cast<PHINode>(CondOp0);
2596   Instruction *Incr;
2597   if (!PHIExpr) {
2598     // Value tested is postinc. Find the phi node.
2599     Incr = dyn_cast<BinaryOperator>(CondOp0);
2600     // FIXME: Just use User.OperandValToReplace here?
2601     if (!Incr || Incr->getOpcode() != Instruction::Add)
2602       return false;
2603
2604     PHIExpr = dyn_cast<PHINode>(Incr->getOperand(0));
2605     if (!PHIExpr)
2606       return false;
2607     // 1 use for preinc value, the increment.
2608     if (!PHIExpr->hasOneUse())
2609       return false;
2610   } else {
2611     assert(isa<PHINode>(CondOp0) &&
2612            "Unexpected loop exiting counting instruction sequence!");
2613     PHIExpr = cast<PHINode>(CondOp0);
2614     // Value tested is preinc.  Find the increment.
2615     // A CmpInst is not a BinaryOperator; we depend on this.
2616     Instruction::use_iterator UI = PHIExpr->use_begin();
2617     Incr = dyn_cast<BinaryOperator>(UI);
2618     if (!Incr)
2619       Incr = dyn_cast<BinaryOperator>(++UI);
2620     // One use for postinc value, the phi.  Unnecessarily conservative?
2621     if (!Incr || !Incr->hasOneUse() || Incr->getOpcode() != Instruction::Add)
2622       return false;
2623   }
2624
2625   // Replace the increment with a decrement.
2626   DEBUG(errs() << "LSR: Examining use ");
2627   DEBUG(WriteAsOperand(errs(), CondOp0, /*PrintType=*/false));
2628   DEBUG(errs() << " in Inst: " << *Cond << '\n');
2629   BinaryOperator *Decr =  BinaryOperator::Create(Instruction::Sub,
2630                          Incr->getOperand(0), Incr->getOperand(1), "tmp", Incr);
2631   Incr->replaceAllUsesWith(Decr);
2632   Incr->eraseFromParent();
2633
2634   // Substitute endval-startval for the original startval, and 0 for the
2635   // original endval.  Since we're only testing for equality this is OK even
2636   // if the computation wraps around.
2637   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
2638   Instruction *PreInsertPt = Preheader->getTerminator();
2639   unsigned InBlock = L->contains(PHIExpr->getIncomingBlock(0)) ? 1 : 0;
2640   Value *StartVal = PHIExpr->getIncomingValue(InBlock);
2641   Value *EndVal = Cond->getOperand(1);
2642   DEBUG(errs() << "    Optimize loop counting iv to count down ["
2643         << *EndVal << " .. " << *StartVal << "]\n");
2644
2645   // FIXME: check for case where both are constant.
2646   Constant* Zero = ConstantInt::get(Cond->getOperand(1)->getType(), 0);
2647   BinaryOperator *NewStartVal = BinaryOperator::Create(Instruction::Sub,
2648                                           EndVal, StartVal, "tmp", PreInsertPt);
2649   PHIExpr->setIncomingValue(InBlock, NewStartVal);
2650   Cond->setOperand(1, Zero);
2651   DEBUG(errs() << "    New icmp: " << *Cond << "\n");
2652
2653   int64_t SInt = cast<SCEVConstant>(Stride)->getValue()->getSExtValue();
2654   const SCEV *NewStride = 0;
2655   bool Found = false;
2656   for (unsigned i = 0, e = IU->StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
2657     const SCEV *OldStride = IU->StrideOrder[i];
2658     if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(OldStride))
2659       if (SC->getValue()->getSExtValue() == -SInt) {
2660         Found = true;
2661         NewStride = OldStride;
2662         break;
2663       }
2664   }
2665
2666   if (!Found)
2667     NewStride = SE->getIntegerSCEV(-SInt, Stride->getType());
2668   IU->AddUser(NewStride, CondUse->getOffset(), Cond, Cond->getOperand(0));
2669   IU->IVUsesByStride[Stride]->removeUser(CondUse);
2670
2671   CondUse = &IU->IVUsesByStride[NewStride]->Users.back();
2672   Stride = NewStride;
2673
2674   ++NumCountZero;
2675
2676   return true;
2677 }
2678
2679 /// OptimizeLoopCountIV - If, after all sharing of IVs, the IV used for deciding
2680 /// when to exit the loop is used only for that purpose, try to rearrange things
2681 /// so it counts down to a test against zero.
2682 bool LoopStrengthReduce::OptimizeLoopCountIV(Loop *L) {
2683   bool ThisChanged = false;
2684   for (unsigned i = 0, e = IU->StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
2685     const SCEV *Stride = IU->StrideOrder[i];
2686     std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
2687       IU->IVUsesByStride.find(Stride);
2688     assert(SI != IU->IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2689     // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
2690     if (!SI->first->isLoopInvariant(L))
2691       continue;
2692     // If stride is a constant and it has an icmpinst use, check if we can
2693     // optimize the loop to count down.
2694     if (isa<SCEVConstant>(Stride) && SI->second->Users.size() == 1) {
2695       Instruction *User = SI->second->Users.begin()->getUser();
2696       if (!isa<ICmpInst>(User))
2697         continue;
2698       const SCEV *CondStride = Stride;
2699       IVStrideUse *Use = &*SI->second->Users.begin();
2700       if (!OptimizeLoopCountIVOfStride(CondStride, Use, L))
2701         continue;
2702       ThisChanged = true;
2703
2704       // Now check if it's possible to reuse this iv for other stride uses.
2705       for (unsigned j = 0, ee = IU->StrideOrder.size(); j != ee; ++j) {
2706         const SCEV *SStride = IU->StrideOrder[j];
2707         if (SStride == CondStride)
2708           continue;
2709         std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator SII =
2710           IU->IVUsesByStride.find(SStride);
2711         assert(SII != IU->IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2712         // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
2713         if (!SII->first->isLoopInvariant(L))
2714           continue;
2715         // FIXME: Rewrite other stride using CondStride.
2716       }
2717     }
2718   }
2719
2720   Changed |= ThisChanged;
2721   return ThisChanged;
2722 }
2723
2724 bool LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
2725   IU = &getAnalysis<IVUsers>();
2726   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
2727   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
2728   SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
2729   Changed = false;
2730
2731   // If LoopSimplify form is not available, stay out of trouble.
2732   if (!L->getLoopPreheader() || !L->getLoopLatch())
2733     return false;
2734
2735   if (!IU->IVUsesByStride.empty()) {
2736     DEBUG(errs() << "\nLSR on \"" << L->getHeader()->getParent()->getName()
2737           << "\" ";
2738           L->dump());
2739
2740     // Sort the StrideOrder so we process larger strides first.
2741     std::stable_sort(IU->StrideOrder.begin(), IU->StrideOrder.end(),
2742                      StrideCompare(SE));
2743
2744     // Optimize induction variables.  Some indvar uses can be transformed to use
2745     // strides that will be needed for other purposes.  A common example of this
2746     // is the exit test for the loop, which can often be rewritten to use the
2747     // computation of some other indvar to decide when to terminate the loop.
2748     OptimizeIndvars(L);
2749
2750     // Change loop terminating condition to use the postinc iv when possible
2751     // and optimize loop terminating compare. FIXME: Move this after
2752     // StrengthReduceIVUsersOfStride?
2753     OptimizeLoopTermCond(L);
2754
2755     // FIXME: We can shrink overlarge IV's here.  e.g. if the code has
2756     // computation in i64 values and the target doesn't support i64, demote
2757     // the computation to 32-bit if safe.
2758
2759     // FIXME: Attempt to reuse values across multiple IV's.  In particular, we
2760     // could have something like "for(i) { foo(i*8); bar(i*16) }", which should
2761     // be codegened as "for (j = 0;; j+=8) { foo(j); bar(j+j); }" on X86/PPC.
2762     // Need to be careful that IV's are all the same type.  Only works for
2763     // intptr_t indvars.
2764
2765     // IVsByStride keeps IVs for one particular loop.
2766     assert(IVsByStride.empty() && "Stale entries in IVsByStride?");
2767
2768     StrengthReduceIVUsers(L);
2769
2770     // After all sharing is done, see if we can adjust the loop to test against
2771     // zero instead of counting up to a maximum.  This is usually faster.
2772     OptimizeLoopCountIV(L);
2773   }
2774
2775   // We're done analyzing this loop; release all the state we built up for it.
2776   IVsByStride.clear();
2777   StrideNoReuse.clear();
2778
2779   // Clean up after ourselves
2780   if (!DeadInsts.empty())
2781     DeleteTriviallyDeadInstructions();
2782
2783   // At this point, it is worth checking to see if any recurrence PHIs are also
2784   // dead, so that we can remove them as well.
2785   DeleteDeadPHIs(L->getHeader());
2786
2787   return Changed;
2788 }