If IV is used in a int-to-float cast inside the loop then try to eliminate the cast...
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / LoopStrengthReduce.cpp
1 //===- LoopStrengthReduce.cpp - Strength Reduce GEPs 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 pass performs a strength reduction on array references inside loops that
11 // have as one or more of their components the loop induction variable.  This is
12 // accomplished by creating a new Value to hold the initial value of the array
13 // access for the first iteration, and then creating a new GEP instruction in
14 // the loop to increment the value by the appropriate amount.
15 //
16 //===----------------------------------------------------------------------===//
17
18 #define DEBUG_TYPE "loop-reduce"
19 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
20 #include "llvm/Constants.h"
21 #include "llvm/Instructions.h"
22 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
23 #include "llvm/Type.h"
24 #include "llvm/DerivedTypes.h"
25 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
26 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
27 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
28 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
29 #include "llvm/Support/CFG.h"
30 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
31 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
32 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
33 #include "llvm/Target/TargetData.h"
34 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
35 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
36 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
37 #include "llvm/Support/Debug.h"
38 #include "llvm/Support/Compiler.h"
39 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
40 #include <algorithm>
41 #include <set>
42 using namespace llvm;
43
44 STATISTIC(NumReduced ,    "Number of GEPs strength reduced");
45 STATISTIC(NumInserted,    "Number of PHIs inserted");
46 STATISTIC(NumVariable,    "Number of PHIs with variable strides");
47 STATISTIC(NumEliminated , "Number of strides eliminated");
48 STATISTIC(NumShadow , "Number of Shdow IVs optimized");
49
50 namespace {
51
52   struct BasedUser;
53
54   /// IVStrideUse - Keep track of one use of a strided induction variable, where
55   /// the stride is stored externally.  The Offset member keeps track of the 
56   /// offset from the IV, User is the actual user of the operand, and
57   /// 'OperandValToReplace' is the operand of the User that is the use.
58   struct VISIBILITY_HIDDEN IVStrideUse {
59     SCEVHandle Offset;
60     Instruction *User;
61     Value *OperandValToReplace;
62
63     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
64     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
65     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
66     // instruction for a loop or uses dominated by the loop.
67     bool isUseOfPostIncrementedValue;
68     
69     IVStrideUse(const SCEVHandle &Offs, Instruction *U, Value *O)
70       : Offset(Offs), User(U), OperandValToReplace(O),
71         isUseOfPostIncrementedValue(false) {}
72   };
73   
74   /// IVUsersOfOneStride - This structure keeps track of all instructions that
75   /// have an operand that is based on the trip count multiplied by some stride.
76   /// The stride for all of these users is common and kept external to this
77   /// structure.
78   struct VISIBILITY_HIDDEN IVUsersOfOneStride {
79     /// Users - Keep track of all of the users of this stride as well as the
80     /// initial value and the operand that uses the IV.
81     std::vector<IVStrideUse> Users;
82     
83     void addUser(const SCEVHandle &Offset,Instruction *User, Value *Operand) {
84       Users.push_back(IVStrideUse(Offset, User, Operand));
85     }
86   };
87
88   /// IVInfo - This structure keeps track of one IV expression inserted during
89   /// StrengthReduceStridedIVUsers. It contains the stride, the common base, as
90   /// well as the PHI node and increment value created for rewrite.
91   struct VISIBILITY_HIDDEN IVExpr {
92     SCEVHandle  Stride;
93     SCEVHandle  Base;
94     PHINode    *PHI;
95     Value      *IncV;
96
97     IVExpr(const SCEVHandle &stride, const SCEVHandle &base, PHINode *phi,
98            Value *incv)
99       : Stride(stride), Base(base), PHI(phi), IncV(incv) {}
100   };
101
102   /// IVsOfOneStride - This structure keeps track of all IV expression inserted
103   /// during StrengthReduceStridedIVUsers for a particular stride of the IV.
104   struct VISIBILITY_HIDDEN IVsOfOneStride {
105     std::vector<IVExpr> IVs;
106
107     void addIV(const SCEVHandle &Stride, const SCEVHandle &Base, PHINode *PHI,
108                Value *IncV) {
109       IVs.push_back(IVExpr(Stride, Base, PHI, IncV));
110     }
111   };
112
113   class VISIBILITY_HIDDEN LoopStrengthReduce : public LoopPass {
114     LoopInfo *LI;
115     DominatorTree *DT;
116     ScalarEvolution *SE;
117     const TargetData *TD;
118     const Type *UIntPtrTy;
119     bool Changed;
120
121     /// IVUsesByStride - Keep track of all uses of induction variables that we
122     /// are interested in.  The key of the map is the stride of the access.
123     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride> IVUsesByStride;
124
125     /// IVsByStride - Keep track of all IVs that have been inserted for a
126     /// particular stride.
127     std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride> IVsByStride;
128
129     /// StrideOrder - An ordering of the keys in IVUsesByStride that is stable:
130     /// We use this to iterate over the IVUsesByStride collection without being
131     /// dependent on random ordering of pointers in the process.
132     SmallVector<SCEVHandle, 16> StrideOrder;
133
134     /// CastedValues - As we need to cast values to uintptr_t, this keeps track
135     /// of the casted version of each value.  This is accessed by
136     /// getCastedVersionOf.
137     DenseMap<Value*, Value*> CastedPointers;
138
139     /// DeadInsts - Keep track of instructions we may have made dead, so that
140     /// we can remove them after we are done working.
141     SetVector<Instruction*> DeadInsts;
142
143     /// TLI - Keep a pointer of a TargetLowering to consult for determining
144     /// transformation profitability.
145     const TargetLowering *TLI;
146
147   public:
148     static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
149     explicit LoopStrengthReduce(const TargetLowering *tli = NULL) : 
150       LoopPass((intptr_t)&ID), TLI(tli) {
151     }
152
153     bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
154
155     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
156       // We split critical edges, so we change the CFG.  However, we do update
157       // many analyses if they are around.
158       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
159       AU.addPreserved<LoopInfo>();
160       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
161       AU.addPreserved<DominatorTree>();
162
163       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
164       AU.addRequired<LoopInfo>();
165       AU.addRequired<DominatorTree>();
166       AU.addRequired<TargetData>();
167       AU.addRequired<ScalarEvolution>();
168     }
169     
170     /// getCastedVersionOf - Return the specified value casted to uintptr_t.
171     ///
172     Value *getCastedVersionOf(Instruction::CastOps opcode, Value *V);
173 private:
174     bool AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
175                                SmallPtrSet<Instruction*,16> &Processed);
176     SCEVHandle GetExpressionSCEV(Instruction *E);
177     ICmpInst *ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
178                                   IVStrideUse* &CondUse,
179                                   const SCEVHandle* &CondStride);
180     void OptimizeIndvars(Loop *L);
181
182     /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
183     /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
184     void OptimizeShadowIV(Loop *L);
185     bool FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
186                        const SCEVHandle *&CondStride);
187     bool RequiresTypeConversion(const Type *Ty, const Type *NewTy);
188     unsigned CheckForIVReuse(bool, bool, const SCEVHandle&,
189                              IVExpr&, const Type*,
190                              const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
191     bool ValidStride(bool, int64_t,
192                      const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
193     SCEVHandle CollectIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
194                               IVUsersOfOneStride &Uses,
195                               Loop *L,
196                               bool &AllUsesAreAddresses,
197                               std::vector<BasedUser> &UsersToProcess);
198     void StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
199                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
200                                       Loop *L, bool isOnlyStride);
201     void DeleteTriviallyDeadInstructions(SetVector<Instruction*> &Insts);
202   };
203 }
204
205 char LoopStrengthReduce::ID = 0;
206 static RegisterPass<LoopStrengthReduce>
207 X("loop-reduce", "Loop Strength Reduction");
208
209 LoopPass *llvm::createLoopStrengthReducePass(const TargetLowering *TLI) {
210   return new LoopStrengthReduce(TLI);
211 }
212
213 /// getCastedVersionOf - Return the specified value casted to uintptr_t. This
214 /// assumes that the Value* V is of integer or pointer type only.
215 ///
216 Value *LoopStrengthReduce::getCastedVersionOf(Instruction::CastOps opcode, 
217                                               Value *V) {
218   if (V->getType() == UIntPtrTy) return V;
219   if (Constant *CB = dyn_cast<Constant>(V))
220     return ConstantExpr::getCast(opcode, CB, UIntPtrTy);
221
222   Value *&New = CastedPointers[V];
223   if (New) return New;
224   
225   New = SCEVExpander::InsertCastOfTo(opcode, V, UIntPtrTy);
226   DeadInsts.insert(cast<Instruction>(New));
227   return New;
228 }
229
230
231 /// DeleteTriviallyDeadInstructions - If any of the instructions is the
232 /// specified set are trivially dead, delete them and see if this makes any of
233 /// their operands subsequently dead.
234 void LoopStrengthReduce::
235 DeleteTriviallyDeadInstructions(SetVector<Instruction*> &Insts) {
236   while (!Insts.empty()) {
237     Instruction *I = Insts.back();
238     Insts.pop_back();
239
240     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
241       // If all incoming values to the Phi are the same, we can replace the Phi
242       // with that value.
243       if (Value *PNV = PN->hasConstantValue()) {
244         if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(PNV))
245           Insts.insert(U);
246         SE->deleteValueFromRecords(PN);
247         PN->replaceAllUsesWith(PNV);
248         PN->eraseFromParent();
249         Changed = true;
250         continue;
251       }
252     }
253
254     if (isInstructionTriviallyDead(I)) {
255       for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end(); i != e; ++i)
256         if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*i))
257           Insts.insert(U);
258       SE->deleteValueFromRecords(I);
259       I->eraseFromParent();
260       Changed = true;
261     }
262   }
263 }
264
265
266 /// GetExpressionSCEV - Compute and return the SCEV for the specified
267 /// instruction.
268 SCEVHandle LoopStrengthReduce::GetExpressionSCEV(Instruction *Exp) {
269   // Pointer to pointer bitcast instructions return the same value as their
270   // operand.
271   if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(Exp)) {
272     if (SE->hasSCEV(BCI) || !isa<Instruction>(BCI->getOperand(0)))
273       return SE->getSCEV(BCI);
274     SCEVHandle R = GetExpressionSCEV(cast<Instruction>(BCI->getOperand(0)));
275     SE->setSCEV(BCI, R);
276     return R;
277   }
278
279   // Scalar Evolutions doesn't know how to compute SCEV's for GEP instructions.
280   // If this is a GEP that SE doesn't know about, compute it now and insert it.
281   // If this is not a GEP, or if we have already done this computation, just let
282   // SE figure it out.
283   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Exp);
284   if (!GEP || SE->hasSCEV(GEP))
285     return SE->getSCEV(Exp);
286     
287   // Analyze all of the subscripts of this getelementptr instruction, looking
288   // for uses that are determined by the trip count of the loop.  First, skip
289   // all operands the are not dependent on the IV.
290
291   // Build up the base expression.  Insert an LLVM cast of the pointer to
292   // uintptr_t first.
293   SCEVHandle GEPVal = SE->getUnknown(
294       getCastedVersionOf(Instruction::PtrToInt, GEP->getOperand(0)));
295
296   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
297   
298   for (User::op_iterator i = GEP->op_begin() + 1, e = GEP->op_end();
299        i != e; ++i, ++GTI) {
300     // If this is a use of a recurrence that we can analyze, and it comes before
301     // Op does in the GEP operand list, we will handle this when we process this
302     // operand.
303     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
304       const StructLayout *SL = TD->getStructLayout(STy);
305       unsigned Idx = cast<ConstantInt>(*i)->getZExtValue();
306       uint64_t Offset = SL->getElementOffset(Idx);
307       GEPVal = SE->getAddExpr(GEPVal,
308                              SE->getIntegerSCEV(Offset, UIntPtrTy));
309     } else {
310       unsigned GEPOpiBits = 
311         (*i)->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
312       unsigned IntPtrBits = UIntPtrTy->getPrimitiveSizeInBits();
313       Instruction::CastOps opcode = (GEPOpiBits < IntPtrBits ? 
314           Instruction::SExt : (GEPOpiBits > IntPtrBits ? Instruction::Trunc :
315             Instruction::BitCast));
316       Value *OpVal = getCastedVersionOf(opcode, *i);
317       SCEVHandle Idx = SE->getSCEV(OpVal);
318
319       uint64_t TypeSize = TD->getABITypeSize(GTI.getIndexedType());
320       if (TypeSize != 1)
321         Idx = SE->getMulExpr(Idx,
322                             SE->getConstant(ConstantInt::get(UIntPtrTy,
323                                                              TypeSize)));
324       GEPVal = SE->getAddExpr(GEPVal, Idx);
325     }
326   }
327
328   SE->setSCEV(GEP, GEPVal);
329   return GEPVal;
330 }
331
332 /// getSCEVStartAndStride - Compute the start and stride of this expression,
333 /// returning false if the expression is not a start/stride pair, or true if it
334 /// is.  The stride must be a loop invariant expression, but the start may be
335 /// a mix of loop invariant and loop variant expressions.
336 static bool getSCEVStartAndStride(const SCEVHandle &SH, Loop *L,
337                                   SCEVHandle &Start, SCEVHandle &Stride,
338                                   ScalarEvolution *SE) {
339   SCEVHandle TheAddRec = Start;   // Initialize to zero.
340
341   // If the outer level is an AddExpr, the operands are all start values except
342   // for a nested AddRecExpr.
343   if (SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(SH)) {
344     for (unsigned i = 0, e = AE->getNumOperands(); i != e; ++i)
345       if (SCEVAddRecExpr *AddRec =
346              dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(AE->getOperand(i))) {
347         if (AddRec->getLoop() == L)
348           TheAddRec = SE->getAddExpr(AddRec, TheAddRec);
349         else
350           return false;  // Nested IV of some sort?
351       } else {
352         Start = SE->getAddExpr(Start, AE->getOperand(i));
353       }
354         
355   } else if (isa<SCEVAddRecExpr>(SH)) {
356     TheAddRec = SH;
357   } else {
358     return false;  // not analyzable.
359   }
360   
361   SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(TheAddRec);
362   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L) return false;
363   
364   // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
365   if (!AddRec->isAffine()) return false;
366
367   Start = SE->getAddExpr(Start, AddRec->getOperand(0));
368   
369   if (!isa<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1)))
370     DOUT << "[" << L->getHeader()->getName()
371          << "] Variable stride: " << *AddRec << "\n";
372
373   Stride = AddRec->getOperand(1);
374   return true;
375 }
376
377 /// IVUseShouldUsePostIncValue - We have discovered a "User" of an IV expression
378 /// and now we need to decide whether the user should use the preinc or post-inc
379 /// value.  If this user should use the post-inc version of the IV, return true.
380 ///
381 /// Choosing wrong here can break dominance properties (if we choose to use the
382 /// post-inc value when we cannot) or it can end up adding extra live-ranges to
383 /// the loop, resulting in reg-reg copies (if we use the pre-inc value when we
384 /// should use the post-inc value).
385 static bool IVUseShouldUsePostIncValue(Instruction *User, Instruction *IV,
386                                        Loop *L, DominatorTree *DT, Pass *P,
387                                        SetVector<Instruction*> &DeadInsts){
388   // If the user is in the loop, use the preinc value.
389   if (L->contains(User->getParent())) return false;
390   
391   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
392   
393   // Ok, the user is outside of the loop.  If it is dominated by the latch
394   // block, use the post-inc value.
395   if (DT->dominates(LatchBlock, User->getParent()))
396     return true;
397
398   // There is one case we have to be careful of: PHI nodes.  These little guys
399   // can live in blocks that do not dominate the latch block, but (since their
400   // uses occur in the predecessor block, not the block the PHI lives in) should
401   // still use the post-inc value.  Check for this case now.
402   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User);
403   if (!PN) return false;  // not a phi, not dominated by latch block.
404   
405   // Look at all of the uses of IV by the PHI node.  If any use corresponds to
406   // a block that is not dominated by the latch block, give up and use the
407   // preincremented value.
408   unsigned NumUses = 0;
409   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
410     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
411       ++NumUses;
412       if (!DT->dominates(LatchBlock, PN->getIncomingBlock(i)))
413         return false;
414     }
415
416   // Okay, all uses of IV by PN are in predecessor blocks that really are
417   // dominated by the latch block.  Split the critical edges and use the
418   // post-incremented value.
419   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
420     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
421       SplitCriticalEdge(PN->getIncomingBlock(i), PN->getParent(), P, false);
422       // Splitting the critical edge can reduce the number of entries in this
423       // PHI.
424       e = PN->getNumIncomingValues();
425       if (--NumUses == 0) break;
426     }
427
428   // PHI node might have become a constant value after SplitCriticalEdge.
429   DeadInsts.insert(User);
430   
431   return true;
432 }
433
434   
435
436 /// AddUsersIfInteresting - Inspect the specified instruction.  If it is a
437 /// reducible SCEV, recursively add its users to the IVUsesByStride set and
438 /// return true.  Otherwise, return false.
439 bool LoopStrengthReduce::AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
440                                       SmallPtrSet<Instruction*,16> &Processed) {
441   if (!I->getType()->isInteger() && !isa<PointerType>(I->getType()))
442     return false;   // Void and FP expressions cannot be reduced.
443   if (!Processed.insert(I))
444     return true;    // Instruction already handled.
445   
446   // Get the symbolic expression for this instruction.
447   SCEVHandle ISE = GetExpressionSCEV(I);
448   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(ISE)) return false;
449   
450   // Get the start and stride for this expression.
451   SCEVHandle Start = SE->getIntegerSCEV(0, ISE->getType());
452   SCEVHandle Stride = Start;
453   if (!getSCEVStartAndStride(ISE, L, Start, Stride, SE))
454     return false;  // Non-reducible symbolic expression, bail out.
455
456   std::vector<Instruction *> IUsers;
457   // Collect all I uses now because IVUseShouldUsePostIncValue may 
458   // invalidate use_iterator.
459   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E; ++UI)
460     IUsers.push_back(cast<Instruction>(*UI));
461
462   for (unsigned iused_index = 0, iused_size = IUsers.size(); 
463        iused_index != iused_size; ++iused_index) {
464
465     Instruction *User = IUsers[iused_index];
466
467     // Do not infinitely recurse on PHI nodes.
468     if (isa<PHINode>(User) && Processed.count(User))
469       continue;
470
471     // If this is an instruction defined in a nested loop, or outside this loop,
472     // don't recurse into it.
473     bool AddUserToIVUsers = false;
474     if (LI->getLoopFor(User->getParent()) != L) {
475       DOUT << "FOUND USER in other loop: " << *User
476            << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
477       AddUserToIVUsers = true;
478     } else if (!AddUsersIfInteresting(User, L, Processed)) {
479       DOUT << "FOUND USER: " << *User
480            << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
481       AddUserToIVUsers = true;
482     }
483
484     if (AddUserToIVUsers) {
485       IVUsersOfOneStride &StrideUses = IVUsesByStride[Stride];
486       if (StrideUses.Users.empty())     // First occurance of this stride?
487         StrideOrder.push_back(Stride);
488       
489       // Okay, we found a user that we cannot reduce.  Analyze the instruction
490       // and decide what to do with it.  If we are a use inside of the loop, use
491       // the value before incrementation, otherwise use it after incrementation.
492       if (IVUseShouldUsePostIncValue(User, I, L, DT, this, DeadInsts)) {
493         // The value used will be incremented by the stride more than we are
494         // expecting, so subtract this off.
495         SCEVHandle NewStart = SE->getMinusSCEV(Start, Stride);
496         StrideUses.addUser(NewStart, User, I);
497         StrideUses.Users.back().isUseOfPostIncrementedValue = true;
498         DOUT << "   USING POSTINC SCEV, START=" << *NewStart<< "\n";
499       } else {        
500         StrideUses.addUser(Start, User, I);
501       }
502     }
503   }
504   return true;
505 }
506
507 namespace {
508   /// BasedUser - For a particular base value, keep information about how we've
509   /// partitioned the expression so far.
510   struct BasedUser {
511     /// SE - The current ScalarEvolution object.
512     ScalarEvolution *SE;
513
514     /// Base - The Base value for the PHI node that needs to be inserted for
515     /// this use.  As the use is processed, information gets moved from this
516     /// field to the Imm field (below).  BasedUser values are sorted by this
517     /// field.
518     SCEVHandle Base;
519     
520     /// Inst - The instruction using the induction variable.
521     Instruction *Inst;
522
523     /// OperandValToReplace - The operand value of Inst to replace with the
524     /// EmittedBase.
525     Value *OperandValToReplace;
526
527     /// Imm - The immediate value that should be added to the base immediately
528     /// before Inst, because it will be folded into the imm field of the
529     /// instruction.
530     SCEVHandle Imm;
531
532     /// EmittedBase - The actual value* to use for the base value of this
533     /// operation.  This is null if we should just use zero so far.
534     Value *EmittedBase;
535
536     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
537     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
538     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
539     // instruction for a loop and uses outside the loop that are dominated by
540     // the loop.
541     bool isUseOfPostIncrementedValue;
542     
543     BasedUser(IVStrideUse &IVSU, ScalarEvolution *se)
544       : SE(se), Base(IVSU.Offset), Inst(IVSU.User), 
545         OperandValToReplace(IVSU.OperandValToReplace), 
546         Imm(SE->getIntegerSCEV(0, Base->getType())), EmittedBase(0),
547         isUseOfPostIncrementedValue(IVSU.isUseOfPostIncrementedValue) {}
548
549     // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
550     // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
551     // to it.
552     void RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
553                                         Instruction *InsertPt,
554                                        SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
555                                        SetVector<Instruction*> &DeadInsts);
556     
557     Value *InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
558                                        SCEVExpander &Rewriter,
559                                        Instruction *IP, Loop *L);
560     void dump() const;
561   };
562 }
563
564 void BasedUser::dump() const {
565   cerr << " Base=" << *Base;
566   cerr << " Imm=" << *Imm;
567   if (EmittedBase)
568     cerr << "  EB=" << *EmittedBase;
569
570   cerr << "   Inst: " << *Inst;
571 }
572
573 Value *BasedUser::InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
574                                               SCEVExpander &Rewriter,
575                                               Instruction *IP, Loop *L) {
576   // Figure out where we *really* want to insert this code.  In particular, if
577   // the user is inside of a loop that is nested inside of L, we really don't
578   // want to insert this expression before the user, we'd rather pull it out as
579   // many loops as possible.
580   LoopInfo &LI = Rewriter.getLoopInfo();
581   Instruction *BaseInsertPt = IP;
582   
583   // Figure out the most-nested loop that IP is in.
584   Loop *InsertLoop = LI.getLoopFor(IP->getParent());
585   
586   // If InsertLoop is not L, and InsertLoop is nested inside of L, figure out
587   // the preheader of the outer-most loop where NewBase is not loop invariant.
588   while (InsertLoop && NewBase->isLoopInvariant(InsertLoop)) {
589     BaseInsertPt = InsertLoop->getLoopPreheader()->getTerminator();
590     InsertLoop = InsertLoop->getParentLoop();
591   }
592   
593   // If there is no immediate value, skip the next part.
594   if (Imm->isZero())
595     return Rewriter.expandCodeFor(NewBase, BaseInsertPt);
596
597   Value *Base = Rewriter.expandCodeFor(NewBase, BaseInsertPt);
598
599   // If we are inserting the base and imm values in the same block, make sure to
600   // adjust the IP position if insertion reused a result.
601   if (IP == BaseInsertPt)
602     IP = Rewriter.getInsertionPoint();
603   
604   // Always emit the immediate (if non-zero) into the same block as the user.
605   SCEVHandle NewValSCEV = SE->getAddExpr(SE->getUnknown(Base), Imm);
606   return Rewriter.expandCodeFor(NewValSCEV, IP);
607   
608 }
609
610
611 // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
612 // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
613 // to it. NewBasePt is the last instruction which contributes to the
614 // value of NewBase in the case that it's a diffferent instruction from
615 // the PHI that NewBase is computed from, or null otherwise.
616 //
617 void BasedUser::RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
618                                                Instruction *NewBasePt,
619                                       SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
620                                       SetVector<Instruction*> &DeadInsts) {
621   if (!isa<PHINode>(Inst)) {
622     // By default, insert code at the user instruction.
623     BasicBlock::iterator InsertPt = Inst;
624     
625     // However, if the Operand is itself an instruction, the (potentially
626     // complex) inserted code may be shared by many users.  Because of this, we
627     // want to emit code for the computation of the operand right before its old
628     // computation.  This is usually safe, because we obviously used to use the
629     // computation when it was computed in its current block.  However, in some
630     // cases (e.g. use of a post-incremented induction variable) the NewBase
631     // value will be pinned to live somewhere after the original computation.
632     // In this case, we have to back off.
633     if (!isUseOfPostIncrementedValue) {
634       if (NewBasePt && isa<PHINode>(OperandValToReplace)) {
635         InsertPt = NewBasePt;
636         ++InsertPt;
637       } else if (Instruction *OpInst
638                  = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace)) {
639         InsertPt = OpInst;
640         while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
641       }
642     }
643     Value *NewVal = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, Rewriter, InsertPt, L);
644     // Adjust the type back to match the Inst. Note that we can't use InsertPt
645     // here because the SCEVExpander may have inserted the instructions after
646     // that point, in its efforts to avoid inserting redundant expressions.
647     if (isa<PointerType>(OperandValToReplace->getType())) {
648       NewVal = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr,
649                                             NewVal,
650                                             OperandValToReplace->getType());
651     }
652     // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
653     Inst->replaceUsesOfWith(OperandValToReplace, NewVal);
654     DOUT << "    CHANGED: IMM =" << *Imm;
655     DOUT << "  \tNEWBASE =" << *NewBase;
656     DOUT << "  \tInst = " << *Inst;
657     return;
658   }
659   
660   // PHI nodes are more complex.  We have to insert one copy of the NewBase+Imm
661   // expression into each operand block that uses it.  Note that PHI nodes can
662   // have multiple entries for the same predecessor.  We use a map to make sure
663   // that a PHI node only has a single Value* for each predecessor (which also
664   // prevents us from inserting duplicate code in some blocks).
665   DenseMap<BasicBlock*, Value*> InsertedCode;
666   PHINode *PN = cast<PHINode>(Inst);
667   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
668     if (PN->getIncomingValue(i) == OperandValToReplace) {
669       // If this is a critical edge, split the edge so that we do not insert the
670       // code on all predecessor/successor paths.  We do this unless this is the
671       // canonical backedge for this loop, as this can make some inserted code
672       // be in an illegal position.
673       BasicBlock *PHIPred = PN->getIncomingBlock(i);
674       if (e != 1 && PHIPred->getTerminator()->getNumSuccessors() > 1 &&
675           (PN->getParent() != L->getHeader() || !L->contains(PHIPred))) {
676         
677         // First step, split the critical edge.
678         SplitCriticalEdge(PHIPred, PN->getParent(), P, false);
679             
680         // Next step: move the basic block.  In particular, if the PHI node
681         // is outside of the loop, and PredTI is in the loop, we want to
682         // move the block to be immediately before the PHI block, not
683         // immediately after PredTI.
684         if (L->contains(PHIPred) && !L->contains(PN->getParent())) {
685           BasicBlock *NewBB = PN->getIncomingBlock(i);
686           NewBB->moveBefore(PN->getParent());
687         }
688         
689         // Splitting the edge can reduce the number of PHI entries we have.
690         e = PN->getNumIncomingValues();
691       }
692
693       Value *&Code = InsertedCode[PN->getIncomingBlock(i)];
694       if (!Code) {
695         // Insert the code into the end of the predecessor block.
696         Instruction *InsertPt = PN->getIncomingBlock(i)->getTerminator();
697         Code = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, Rewriter, InsertPt, L);
698
699         // Adjust the type back to match the PHI. Note that we can't use
700         // InsertPt here because the SCEVExpander may have inserted its
701         // instructions after that point, in its efforts to avoid inserting
702         // redundant expressions.
703         if (isa<PointerType>(PN->getType())) {
704           Code = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr,
705                                               Code,
706                                               PN->getType());
707         }
708       }
709       
710       // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
711       PN->setIncomingValue(i, Code);
712       Rewriter.clear();
713     }
714   }
715
716   // PHI node might have become a constant value after SplitCriticalEdge.
717   DeadInsts.insert(Inst);
718
719   DOUT << "    CHANGED: IMM =" << *Imm << "  Inst = " << *Inst;
720 }
721
722
723 /// isTargetConstant - Return true if the following can be referenced by the
724 /// immediate field of a target instruction.
725 static bool isTargetConstant(const SCEVHandle &V, const Type *UseTy,
726                              const TargetLowering *TLI) {
727   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
728     int64_t VC = SC->getValue()->getSExtValue();
729     if (TLI) {
730       TargetLowering::AddrMode AM;
731       AM.BaseOffs = VC;
732       return TLI->isLegalAddressingMode(AM, UseTy);
733     } else {
734       // Defaults to PPC. PPC allows a sign-extended 16-bit immediate field.
735       return (VC > -(1 << 16) && VC < (1 << 16)-1);
736     }
737   }
738
739   if (SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V))
740     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(SU->getValue()))
741       if (TLI && CE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt) {
742         Constant *Op0 = CE->getOperand(0);
743         if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(Op0)) {
744           TargetLowering::AddrMode AM;
745           AM.BaseGV = GV;
746           return TLI->isLegalAddressingMode(AM, UseTy);
747         }
748       }
749   return false;
750 }
751
752 /// MoveLoopVariantsToImediateField - Move any subexpressions from Val that are
753 /// loop varying to the Imm operand.
754 static void MoveLoopVariantsToImediateField(SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
755                                             Loop *L, ScalarEvolution *SE) {
756   if (Val->isLoopInvariant(L)) return;  // Nothing to do.
757   
758   if (SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
759     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
760     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
761     
762     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i)
763       if (!SAE->getOperand(i)->isLoopInvariant(L)) {
764         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
765         // field of the expression.
766         Imm = SE->getAddExpr(Imm, SAE->getOperand(i));
767       } else {
768         NewOps.push_back(SAE->getOperand(i));
769       }
770
771     if (NewOps.empty())
772       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
773     else
774       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
775   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
776     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
777     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
778     MoveLoopVariantsToImediateField(Start, Imm, L, SE);
779     
780     std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
781     Ops[0] = Start;
782     Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
783   } else {
784     // Otherwise, all of Val is variant, move the whole thing over.
785     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
786     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
787   }
788 }
789
790
791 /// MoveImmediateValues - Look at Val, and pull out any additions of constants
792 /// that can fit into the immediate field of instructions in the target.
793 /// Accumulate these immediate values into the Imm value.
794 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
795                                 Instruction *User,
796                                 SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
797                                 bool isAddress, Loop *L,
798                                 ScalarEvolution *SE) {
799   const Type *UseTy = User->getType();
800   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User))
801     UseTy = SI->getOperand(0)->getType();
802
803   if (SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
804     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
805     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
806     
807     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i) {
808       SCEVHandle NewOp = SAE->getOperand(i);
809       MoveImmediateValues(TLI, User, NewOp, Imm, isAddress, L, SE);
810       
811       if (!NewOp->isLoopInvariant(L)) {
812         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
813         // field of the expression.
814         Imm = SE->getAddExpr(Imm, NewOp);
815       } else {
816         NewOps.push_back(NewOp);
817       }
818     }
819
820     if (NewOps.empty())
821       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
822     else
823       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
824     return;
825   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
826     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
827     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
828     MoveImmediateValues(TLI, User, Start, Imm, isAddress, L, SE);
829     
830     if (Start != SARE->getStart()) {
831       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
832       Ops[0] = Start;
833       Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
834     }
835     return;
836   } else if (SCEVMulExpr *SME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Val)) {
837     // Transform "8 * (4 + v)" -> "32 + 8*V" if "32" fits in the immed field.
838     if (isAddress && isTargetConstant(SME->getOperand(0), UseTy, TLI) &&
839         SME->getNumOperands() == 2 && SME->isLoopInvariant(L)) {
840
841       SCEVHandle SubImm = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
842       SCEVHandle NewOp = SME->getOperand(1);
843       MoveImmediateValues(TLI, User, NewOp, SubImm, isAddress, L, SE);
844       
845       // If we extracted something out of the subexpressions, see if we can 
846       // simplify this!
847       if (NewOp != SME->getOperand(1)) {
848         // Scale SubImm up by "8".  If the result is a target constant, we are
849         // good.
850         SubImm = SE->getMulExpr(SubImm, SME->getOperand(0));
851         if (isTargetConstant(SubImm, UseTy, TLI)) {
852           // Accumulate the immediate.
853           Imm = SE->getAddExpr(Imm, SubImm);
854           
855           // Update what is left of 'Val'.
856           Val = SE->getMulExpr(SME->getOperand(0), NewOp);
857           return;
858         }
859       }
860     }
861   }
862
863   // Loop-variant expressions must stay in the immediate field of the
864   // expression.
865   if ((isAddress && isTargetConstant(Val, UseTy, TLI)) ||
866       !Val->isLoopInvariant(L)) {
867     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
868     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
869     return;
870   }
871
872   // Otherwise, no immediates to move.
873 }
874
875
876 /// SeparateSubExprs - Decompose Expr into all of the subexpressions that are
877 /// added together.  This is used to reassociate common addition subexprs
878 /// together for maximal sharing when rewriting bases.
879 static void SeparateSubExprs(std::vector<SCEVHandle> &SubExprs,
880                              SCEVHandle Expr,
881                              ScalarEvolution *SE) {
882   if (SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Expr)) {
883     for (unsigned j = 0, e = AE->getNumOperands(); j != e; ++j)
884       SeparateSubExprs(SubExprs, AE->getOperand(j), SE);
885   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Expr)) {
886     SCEVHandle Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Expr->getType());
887     if (SARE->getOperand(0) == Zero) {
888       SubExprs.push_back(Expr);
889     } else {
890       // Compute the addrec with zero as its base.
891       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
892       Ops[0] = Zero;   // Start with zero base.
893       SubExprs.push_back(SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop()));
894       
895
896       SeparateSubExprs(SubExprs, SARE->getOperand(0), SE);
897     }
898   } else if (!Expr->isZero()) {
899     // Do not add zero.
900     SubExprs.push_back(Expr);
901   }
902 }
903
904
905 /// RemoveCommonExpressionsFromUseBases - Look through all of the uses in Bases,
906 /// removing any common subexpressions from it.  Anything truly common is
907 /// removed, accumulated, and returned.  This looks for things like (a+b+c) and
908 /// (a+c+d) -> (a+c).  The common expression is *removed* from the Bases.
909 static SCEVHandle 
910 RemoveCommonExpressionsFromUseBases(std::vector<BasedUser> &Uses,
911                                     ScalarEvolution *SE) {
912   unsigned NumUses = Uses.size();
913
914   // Only one use?  Use its base, regardless of what it is!
915   SCEVHandle Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Uses[0].Base->getType());
916   SCEVHandle Result = Zero;
917   if (NumUses == 1) {
918     std::swap(Result, Uses[0].Base);
919     return Result;
920   }
921
922   // To find common subexpressions, count how many of Uses use each expression.
923   // If any subexpressions are used Uses.size() times, they are common.
924   std::map<SCEVHandle, unsigned> SubExpressionUseCounts;
925   
926   // UniqueSubExprs - Keep track of all of the subexpressions we see in the
927   // order we see them.
928   std::vector<SCEVHandle> UniqueSubExprs;
929
930   std::vector<SCEVHandle> SubExprs;
931   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
932     // If the base is zero (which is common), return zero now, there are no
933     // CSEs we can find.
934     if (Uses[i].Base == Zero) return Zero;
935
936     // Split the expression into subexprs.
937     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
938     // Add one to SubExpressionUseCounts for each subexpr present.
939     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
940       if (++SubExpressionUseCounts[SubExprs[j]] == 1)
941         UniqueSubExprs.push_back(SubExprs[j]);
942     SubExprs.clear();
943   }
944
945   // Now that we know how many times each is used, build Result.  Iterate over
946   // UniqueSubexprs so that we have a stable ordering.
947   for (unsigned i = 0, e = UniqueSubExprs.size(); i != e; ++i) {
948     std::map<SCEVHandle, unsigned>::iterator I = 
949        SubExpressionUseCounts.find(UniqueSubExprs[i]);
950     assert(I != SubExpressionUseCounts.end() && "Entry not found?");
951     if (I->second == NumUses) {  // Found CSE!
952       Result = SE->getAddExpr(Result, I->first);
953     } else {
954       // Remove non-cse's from SubExpressionUseCounts.
955       SubExpressionUseCounts.erase(I);
956     }
957   }
958   
959   // If we found no CSE's, return now.
960   if (Result == Zero) return Result;
961   
962   // Otherwise, remove all of the CSE's we found from each of the base values.
963   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
964     // Split the expression into subexprs.
965     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
966
967     // Remove any common subexpressions.
968     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
969       if (SubExpressionUseCounts.count(SubExprs[j])) {
970         SubExprs.erase(SubExprs.begin()+j);
971         --j; --e;
972       }
973     
974     // Finally, the non-shared expressions together.
975     if (SubExprs.empty())
976       Uses[i].Base = Zero;
977     else
978       Uses[i].Base = SE->getAddExpr(SubExprs);
979     SubExprs.clear();
980   }
981  
982   return Result;
983 }
984
985 /// ValidStride - Check whether the given Scale is valid for all loads and 
986 /// stores in UsersToProcess.
987 ///
988 bool LoopStrengthReduce::ValidStride(bool HasBaseReg,
989                                int64_t Scale, 
990                                const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
991   if (!TLI)
992     return true;
993
994   for (unsigned i=0, e = UsersToProcess.size(); i!=e; ++i) {
995     // If this is a load or other access, pass the type of the access in.
996     const Type *AccessTy = Type::VoidTy;
997     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UsersToProcess[i].Inst))
998       AccessTy = SI->getOperand(0)->getType();
999     else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(UsersToProcess[i].Inst))
1000       AccessTy = LI->getType();
1001     else if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst))
1002       continue;
1003     
1004     TargetLowering::AddrMode AM;
1005     if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(UsersToProcess[i].Imm))
1006       AM.BaseOffs = SC->getValue()->getSExtValue();
1007     AM.HasBaseReg = HasBaseReg || !UsersToProcess[i].Base->isZero();
1008     AM.Scale = Scale;
1009
1010     // If load[imm+r*scale] is illegal, bail out.
1011     if (!TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
1012       return false;
1013   }
1014   return true;
1015 }
1016
1017 /// RequiresTypeConversion - Returns true if converting Ty to NewTy is not
1018 /// a nop.
1019 bool LoopStrengthReduce::RequiresTypeConversion(const Type *Ty1,
1020                                                 const Type *Ty2) {
1021   if (Ty1 == Ty2)
1022     return false;
1023   if (TLI && TLI->isTruncateFree(Ty1, Ty2))
1024     return false;
1025   return (!Ty1->canLosslesslyBitCastTo(Ty2) &&
1026           !(isa<PointerType>(Ty2) &&
1027             Ty1->canLosslesslyBitCastTo(UIntPtrTy)) &&
1028           !(isa<PointerType>(Ty1) &&
1029             Ty2->canLosslesslyBitCastTo(UIntPtrTy)));
1030 }
1031
1032 /// CheckForIVReuse - Returns the multiple if the stride is the multiple
1033 /// of a previous stride and it is a legal value for the target addressing
1034 /// mode scale component and optional base reg. This allows the users of
1035 /// this stride to be rewritten as prev iv * factor. It returns 0 if no
1036 /// reuse is possible.
1037 unsigned LoopStrengthReduce::CheckForIVReuse(bool HasBaseReg,
1038                                 bool AllUsesAreAddresses,
1039                                 const SCEVHandle &Stride, 
1040                                 IVExpr &IV, const Type *Ty,
1041                                 const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
1042   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Stride)) {
1043     int64_t SInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1044     for (unsigned NewStride = 0, e = StrideOrder.size(); NewStride != e;
1045          ++NewStride) {
1046       std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1047                 IVsByStride.find(StrideOrder[NewStride]);
1048       if (SI == IVsByStride.end()) 
1049         continue;
1050       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1051       if (SI->first != Stride &&
1052           (unsigned(abs(SInt)) < SSInt || (SInt % SSInt) != 0))
1053         continue;
1054       int64_t Scale = SInt / SSInt;
1055       // Check that this stride is valid for all the types used for loads and
1056       // stores; if it can be used for some and not others, we might as well use
1057       // the original stride everywhere, since we have to create the IV for it
1058       // anyway. If the scale is 1, then we don't need to worry about folding
1059       // multiplications.
1060       if (Scale == 1 ||
1061           (AllUsesAreAddresses &&
1062            ValidStride(HasBaseReg, Scale, UsersToProcess)))
1063         for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1064                IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1065           // FIXME: Only handle base == 0 for now.
1066           // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion.
1067           if (II->Base->isZero() &&
1068               !RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1069             IV = *II;
1070             return Scale;
1071           }
1072     }
1073   }
1074   return 0;
1075 }
1076
1077 /// PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue - Simple boolean predicate that
1078 /// returns true if Val's isUseOfPostIncrementedValue is true.
1079 static bool PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue(const BasedUser &Val) {
1080   return Val.isUseOfPostIncrementedValue;
1081 }
1082
1083 /// isNonConstantNegative - Return true if the specified scev is negated, but
1084 /// not a constant.
1085 static bool isNonConstantNegative(const SCEVHandle &Expr) {
1086   SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Expr);
1087   if (!Mul) return false;
1088   
1089   // If there is a constant factor, it will be first.
1090   SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0));
1091   if (!SC) return false;
1092   
1093   // Return true if the value is negative, this matches things like (-42 * V).
1094   return SC->getValue()->getValue().isNegative();
1095 }
1096
1097 /// isAddress - Returns true if the specified instruction is using the
1098 /// specified value as an address.
1099 static bool isAddressUse(Instruction *Inst, Value *OperandVal) {
1100   bool isAddress = isa<LoadInst>(Inst);
1101   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
1102     if (SI->getOperand(1) == OperandVal)
1103       isAddress = true;
1104   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
1105     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
1106     // of intrinsics.
1107     switch (II->getIntrinsicID()) {
1108       default: break;
1109       case Intrinsic::prefetch:
1110       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_dq:
1111       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_pd:
1112       case Intrinsic::x86_sse_loadu_ps:
1113       case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
1114       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
1115       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
1116       case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
1117         if (II->getOperand(1) == OperandVal)
1118           isAddress = true;
1119         break;
1120     }
1121   }
1122   return isAddress;
1123 }
1124
1125 // CollectIVUsers - Transform our list of users and offsets to a bit more
1126 // complex table. In this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base', the base
1127 // of the strided accesses, as well as the old information from Uses. We
1128 // progressively move information from the Base field to the Imm field, until
1129 // we eventually have the full access expression to rewrite the use.
1130 SCEVHandle LoopStrengthReduce::CollectIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
1131                                               IVUsersOfOneStride &Uses,
1132                                               Loop *L,
1133                                               bool &AllUsesAreAddresses,
1134                                        std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
1135   UsersToProcess.reserve(Uses.Users.size());
1136   for (unsigned i = 0, e = Uses.Users.size(); i != e; ++i) {
1137     UsersToProcess.push_back(BasedUser(Uses.Users[i], SE));
1138     
1139     // Move any loop invariant operands from the offset field to the immediate
1140     // field of the use, so that we don't try to use something before it is
1141     // computed.
1142     MoveLoopVariantsToImediateField(UsersToProcess.back().Base,
1143                                     UsersToProcess.back().Imm, L, SE);
1144     assert(UsersToProcess.back().Base->isLoopInvariant(L) &&
1145            "Base value is not loop invariant!");
1146   }
1147
1148   // We now have a whole bunch of uses of like-strided induction variables, but
1149   // they might all have different bases.  We want to emit one PHI node for this
1150   // stride which we fold as many common expressions (between the IVs) into as
1151   // possible.  Start by identifying the common expressions in the base values 
1152   // for the strides (e.g. if we have "A+C+B" and "A+B+D" as our bases, find
1153   // "A+B"), emit it to the preheader, then remove the expression from the
1154   // UsersToProcess base values.
1155   SCEVHandle CommonExprs =
1156     RemoveCommonExpressionsFromUseBases(UsersToProcess, SE);
1157
1158   // Next, figure out what we can represent in the immediate fields of
1159   // instructions.  If we can represent anything there, move it to the imm
1160   // fields of the BasedUsers.  We do this so that it increases the commonality
1161   // of the remaining uses.
1162   unsigned NumPHI = 0;
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       
1174       // Addressing modes can be folded into loads and stores.  Be careful that
1175       // the store is through the expression, not of the expression though.
1176       bool isPHI = false;
1177       bool isAddress = isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
1178                                     UsersToProcess[i].OperandValToReplace);
1179       if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst)) {
1180         isPHI = true;
1181         ++NumPHI;
1182       }
1183
1184       // If this use isn't an address, then not all uses are addresses.
1185       if (!isAddress && !isPHI)
1186         AllUsesAreAddresses = false;
1187       
1188       MoveImmediateValues(TLI, UsersToProcess[i].Inst, UsersToProcess[i].Base,
1189                           UsersToProcess[i].Imm, isAddress, L, SE);
1190     }
1191   }
1192
1193   // If one of the use if a PHI node and all other uses are addresses, still
1194   // allow iv reuse. Essentially we are trading one constant multiplication
1195   // for one fewer iv.
1196   if (NumPHI > 1)
1197     AllUsesAreAddresses = false;
1198
1199   return CommonExprs;
1200 }
1201
1202 /// StrengthReduceStridedIVUsers - Strength reduce all of the users of a single
1203 /// stride of IV.  All of the users may have different starting values, and this
1204 /// may not be the only stride (we know it is if isOnlyStride is true).
1205 void LoopStrengthReduce::StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
1206                                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
1207                                                       Loop *L,
1208                                                       bool isOnlyStride) {
1209   // If all the users are moved to another stride, then there is nothing to do.
1210   if (Uses.Users.empty())
1211     return;
1212
1213   // Keep track if every use in UsersToProcess is an address. If they all are,
1214   // we may be able to rewrite the entire collection of them in terms of a
1215   // smaller-stride IV.
1216   bool AllUsesAreAddresses = true;
1217
1218   // Transform our list of users and offsets to a bit more complex table.  In
1219   // this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base' the base of the
1220   // strided accessas well as the old information from Uses.  We progressively
1221   // move information from the Base field to the Imm field, until we eventually
1222   // have the full access expression to rewrite the use.
1223   std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
1224   SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(Stride, Uses, L, AllUsesAreAddresses,
1225                                           UsersToProcess);
1226
1227   // If we managed to find some expressions in common, we'll need to carry
1228   // their value in a register and add it in for each use. This will take up
1229   // a register operand, which potentially restricts what stride values are
1230   // valid.
1231   bool HaveCommonExprs = !CommonExprs->isZero();
1232   
1233   // If all uses are addresses, check if it is possible to reuse an IV with a
1234   // stride that is a factor of this stride. And that the multiple is a number
1235   // that can be encoded in the scale field of the target addressing mode. And
1236   // that we will have a valid instruction after this substition, including the
1237   // immediate field, if any.
1238   PHINode *NewPHI = NULL;
1239   Value   *IncV   = NULL;
1240   IVExpr   ReuseIV(SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1241                    SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1242                    0, 0);
1243   unsigned RewriteFactor = 0;
1244   RewriteFactor = CheckForIVReuse(HaveCommonExprs, AllUsesAreAddresses,
1245                                   Stride, ReuseIV, CommonExprs->getType(),
1246                                   UsersToProcess);
1247   if (RewriteFactor != 0) {
1248     DOUT << "BASED ON IV of STRIDE " << *ReuseIV.Stride
1249          << " and BASE " << *ReuseIV.Base << " :\n";
1250     NewPHI = ReuseIV.PHI;
1251     IncV   = ReuseIV.IncV;
1252   }
1253
1254   const Type *ReplacedTy = CommonExprs->getType();
1255   
1256   // Now that we know what we need to do, insert the PHI node itself.
1257   //
1258   DOUT << "INSERTING IV of TYPE " << *ReplacedTy << " of STRIDE "
1259        << *Stride << " and BASE " << *CommonExprs << ": ";
1260
1261   SCEVExpander Rewriter(*SE, *LI);
1262   SCEVExpander PreheaderRewriter(*SE, *LI);
1263   
1264   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
1265   Instruction *PreInsertPt = Preheader->getTerminator();
1266   Instruction *PhiInsertBefore = L->getHeader()->begin();
1267   
1268   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1269
1270
1271   // Emit the initial base value into the loop preheader.
1272   Value *CommonBaseV
1273     = PreheaderRewriter.expandCodeFor(CommonExprs, PreInsertPt);
1274
1275   if (RewriteFactor == 0) {
1276     // Create a new Phi for this base, and stick it in the loop header.
1277     NewPHI = PHINode::Create(ReplacedTy, "iv.", PhiInsertBefore);
1278     ++NumInserted;
1279   
1280     // Add common base to the new Phi node.
1281     NewPHI->addIncoming(CommonBaseV, Preheader);
1282
1283     // If the stride is negative, insert a sub instead of an add for the
1284     // increment.
1285     bool isNegative = isNonConstantNegative(Stride);
1286     SCEVHandle IncAmount = Stride;
1287     if (isNegative)
1288       IncAmount = SE->getNegativeSCEV(Stride);
1289     
1290     // Insert the stride into the preheader.
1291     Value *StrideV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(IncAmount, PreInsertPt);
1292     if (!isa<ConstantInt>(StrideV)) ++NumVariable;
1293
1294     // Emit the increment of the base value before the terminator of the loop
1295     // latch block, and add it to the Phi node.
1296     SCEVHandle IncExp = SE->getUnknown(StrideV);
1297     if (isNegative)
1298       IncExp = SE->getNegativeSCEV(IncExp);
1299     IncExp = SE->getAddExpr(SE->getUnknown(NewPHI), IncExp);
1300   
1301     IncV = Rewriter.expandCodeFor(IncExp, LatchBlock->getTerminator());
1302     IncV->setName(NewPHI->getName()+".inc");
1303     NewPHI->addIncoming(IncV, LatchBlock);
1304
1305     // Remember this in case a later stride is multiple of this.
1306     IVsByStride[Stride].addIV(Stride, CommonExprs, NewPHI, IncV);
1307     
1308     DOUT << " IV=%" << NewPHI->getNameStr() << " INC=%" << IncV->getNameStr();
1309   } else {
1310     Constant *C = dyn_cast<Constant>(CommonBaseV);
1311     if (!C ||
1312         (!C->isNullValue() &&
1313          !isTargetConstant(SE->getUnknown(CommonBaseV), ReplacedTy, TLI)))
1314       // We want the common base emitted into the preheader! This is just
1315       // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1316       CommonBaseV = new BitCastInst(CommonBaseV, CommonBaseV->getType(), 
1317                                     "commonbase", PreInsertPt);
1318   }
1319   DOUT << "\n";
1320
1321   // We want to emit code for users inside the loop first.  To do this, we
1322   // rearrange BasedUser so that the entries at the end have
1323   // isUseOfPostIncrementedValue = false, because we pop off the end of the
1324   // vector (so we handle them first).
1325   std::partition(UsersToProcess.begin(), UsersToProcess.end(),
1326                  PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue);
1327   
1328   // Sort this by base, so that things with the same base are handled
1329   // together.  By partitioning first and stable-sorting later, we are
1330   // guaranteed that within each base we will pop off users from within the
1331   // loop before users outside of the loop with a particular base.
1332   //
1333   // We would like to use stable_sort here, but we can't.  The problem is that
1334   // SCEVHandle's don't have a deterministic ordering w.r.t to each other, so
1335   // we don't have anything to do a '<' comparison on.  Because we think the
1336   // number of uses is small, do a horrible bubble sort which just relies on
1337   // ==.
1338   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1339     // Get a base value.
1340     SCEVHandle Base = UsersToProcess[i].Base;
1341     
1342     // Compact everything with this base to be consequtive with this one.
1343     for (unsigned j = i+1; j != e; ++j) {
1344       if (UsersToProcess[j].Base == Base) {
1345         std::swap(UsersToProcess[i+1], UsersToProcess[j]);
1346         ++i;
1347       }
1348     }
1349   }
1350
1351   // Process all the users now.  This outer loop handles all bases, the inner
1352   // loop handles all users of a particular base.
1353   while (!UsersToProcess.empty()) {
1354     SCEVHandle Base = UsersToProcess.back().Base;
1355
1356     // Emit the code for Base into the preheader.
1357     Value *BaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(Base, PreInsertPt);
1358
1359     DOUT << "  INSERTING code for BASE = " << *Base << ":";
1360     if (BaseV->hasName())
1361       DOUT << " Result value name = %" << BaseV->getNameStr();
1362     DOUT << "\n";
1363
1364     // If BaseV is a constant other than 0, make sure that it gets inserted into
1365     // the preheader, instead of being forward substituted into the uses.  We do
1366     // this by forcing a BitCast (noop cast) to be inserted into the preheader 
1367     // in this case.
1368     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(BaseV)) {
1369       if (!C->isNullValue() && !isTargetConstant(Base, ReplacedTy, TLI)) {
1370         // We want this constant emitted into the preheader! This is just
1371         // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1372         BaseV = new BitCastInst(BaseV, BaseV->getType(), "preheaderinsert",
1373                                 PreInsertPt);       
1374       }
1375     }
1376
1377     // Emit the code to add the immediate offset to the Phi value, just before
1378     // the instructions that we identified as using this stride and base.
1379     do {
1380       // FIXME: Use emitted users to emit other users.
1381       BasedUser &User = UsersToProcess.back();
1382
1383       // If this instruction wants to use the post-incremented value, move it
1384       // after the post-inc and use its value instead of the PHI.
1385       Value *RewriteOp = NewPHI;
1386       if (User.isUseOfPostIncrementedValue) {
1387         RewriteOp = IncV;
1388
1389         // If this user is in the loop, make sure it is the last thing in the
1390         // loop to ensure it is dominated by the increment.
1391         if (L->contains(User.Inst->getParent()))
1392           User.Inst->moveBefore(LatchBlock->getTerminator());
1393       }
1394       if (RewriteOp->getType() != ReplacedTy) {
1395         Instruction::CastOps opcode = Instruction::Trunc;
1396         if (ReplacedTy->getPrimitiveSizeInBits() ==
1397             RewriteOp->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1398           opcode = Instruction::BitCast;
1399         RewriteOp = SCEVExpander::InsertCastOfTo(opcode, RewriteOp, ReplacedTy);
1400       }
1401
1402       SCEVHandle RewriteExpr = SE->getUnknown(RewriteOp);
1403
1404       // If we had to insert new instrutions for RewriteOp, we have to
1405       // consider that they may not have been able to end up immediately
1406       // next to RewriteOp, because non-PHI instructions may never precede
1407       // PHI instructions in a block. In this case, remember where the last
1408       // instruction was inserted so that if we're replacing a different
1409       // PHI node, we can use the later point to expand the final
1410       // RewriteExpr.
1411       Instruction *NewBasePt = dyn_cast<Instruction>(RewriteOp);
1412       if (RewriteOp == NewPHI) NewBasePt = 0;
1413
1414       // Clear the SCEVExpander's expression map so that we are guaranteed
1415       // to have the code emitted where we expect it.
1416       Rewriter.clear();
1417
1418       // If we are reusing the iv, then it must be multiplied by a constant
1419       // factor take advantage of addressing mode scale component.
1420       if (RewriteFactor != 0) {
1421         RewriteExpr = SE->getMulExpr(SE->getIntegerSCEV(RewriteFactor,
1422                                                         RewriteExpr->getType()),
1423                                      RewriteExpr);
1424
1425         // The common base is emitted in the loop preheader. But since we
1426         // are reusing an IV, it has not been used to initialize the PHI node.
1427         // Add it to the expression used to rewrite the uses.
1428         if (!isa<ConstantInt>(CommonBaseV) ||
1429             !cast<ConstantInt>(CommonBaseV)->isZero())
1430           RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr,
1431                                       SE->getUnknown(CommonBaseV));
1432       }
1433
1434       // Now that we know what we need to do, insert code before User for the
1435       // immediate and any loop-variant expressions.
1436       if (!isa<ConstantInt>(BaseV) || !cast<ConstantInt>(BaseV)->isZero())
1437         // Add BaseV to the PHI value if needed.
1438         RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, SE->getUnknown(BaseV));
1439
1440       User.RewriteInstructionToUseNewBase(RewriteExpr, NewBasePt,
1441                                           Rewriter, L, this,
1442                                           DeadInsts);
1443
1444       // Mark old value we replaced as possibly dead, so that it is elminated
1445       // if we just replaced the last use of that value.
1446       DeadInsts.insert(cast<Instruction>(User.OperandValToReplace));
1447
1448       UsersToProcess.pop_back();
1449       ++NumReduced;
1450
1451       // If there are any more users to process with the same base, process them
1452       // now.  We sorted by base above, so we just have to check the last elt.
1453     } while (!UsersToProcess.empty() && UsersToProcess.back().Base == Base);
1454     // TODO: Next, find out which base index is the most common, pull it out.
1455   }
1456
1457   // IMPORTANT TODO: Figure out how to partition the IV's with this stride, but
1458   // different starting values, into different PHIs.
1459 }
1460
1461 /// FindIVUserForCond - If Cond has an operand that is an expression of an IV,
1462 /// set the IV user and stride information and return true, otherwise return
1463 /// false.
1464 bool LoopStrengthReduce::FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
1465                                        const SCEVHandle *&CondStride) {
1466   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e && !CondUse;
1467        ++Stride) {
1468     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1469     IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
1470     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1471     
1472     for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
1473          E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI)
1474       if (UI->User == Cond) {
1475         // NOTE: we could handle setcc instructions with multiple uses here, but
1476         // InstCombine does it as well for simple uses, it's not clear that it
1477         // occurs enough in real life to handle.
1478         CondUse = &*UI;
1479         CondStride = &SI->first;
1480         return true;
1481       }
1482   }
1483   return false;
1484 }    
1485
1486 namespace {
1487   // Constant strides come first which in turns are sorted by their absolute
1488   // values. If absolute values are the same, then positive strides comes first.
1489   // e.g.
1490   // 4, -1, X, 1, 2 ==> 1, -1, 2, 4, X
1491   struct StrideCompare {
1492     bool operator()(const SCEVHandle &LHS, const SCEVHandle &RHS) {
1493       SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS);
1494       SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS);
1495       if (LHSC && RHSC) {
1496         int64_t  LV = LHSC->getValue()->getSExtValue();
1497         int64_t  RV = RHSC->getValue()->getSExtValue();
1498         uint64_t ALV = (LV < 0) ? -LV : LV;
1499         uint64_t ARV = (RV < 0) ? -RV : RV;
1500         if (ALV == ARV)
1501           return LV > RV;
1502         else
1503           return ALV < ARV;
1504       }
1505       return (LHSC && !RHSC);
1506     }
1507   };
1508 }
1509
1510 /// ChangeCompareStride - If a loop termination compare instruction is the
1511 /// only use of its stride, and the compaison is against a constant value,
1512 /// try eliminate the stride by moving the compare instruction to another
1513 /// stride and change its constant operand accordingly. e.g.
1514 ///
1515 /// loop:
1516 /// ...
1517 /// v1 = v1 + 3
1518 /// v2 = v2 + 1
1519 /// if (v2 < 10) goto loop
1520 /// =>
1521 /// loop:
1522 /// ...
1523 /// v1 = v1 + 3
1524 /// if (v1 < 30) goto loop
1525 ICmpInst *LoopStrengthReduce::ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
1526                                                 IVStrideUse* &CondUse,
1527                                                 const SCEVHandle* &CondStride) {
1528   if (StrideOrder.size() < 2 ||
1529       IVUsesByStride[*CondStride].Users.size() != 1)
1530     return Cond;
1531   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(*CondStride);
1532   if (!SC) return Cond;
1533   ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Cond->getOperand(1));
1534   if (!C) return Cond;
1535
1536   ICmpInst::Predicate Predicate = Cond->getPredicate();
1537   int64_t CmpSSInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1538   int64_t CmpVal = C->getValue().getSExtValue();
1539   unsigned BitWidth = C->getValue().getBitWidth();
1540   uint64_t SignBit = 1ULL << (BitWidth-1);
1541   const Type *CmpTy = C->getType();
1542   const Type *NewCmpTy = NULL;
1543   unsigned TyBits = CmpTy->getPrimitiveSizeInBits();
1544   unsigned NewTyBits = 0;
1545   int64_t NewCmpVal = CmpVal;
1546   SCEVHandle *NewStride = NULL;
1547   Value *NewIncV = NULL;
1548   int64_t Scale = 1;
1549
1550   // Check stride constant and the comparision constant signs to detect
1551   // overflow.
1552   if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate) &&
1553       (CmpVal & SignBit) != (CmpSSInt & SignBit))
1554     return Cond;
1555
1556   // Look for a suitable stride / iv as replacement.
1557   std::stable_sort(StrideOrder.begin(), StrideOrder.end(), StrideCompare());
1558   for (unsigned i = 0, e = StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
1559     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1560       IVUsesByStride.find(StrideOrder[i]);
1561     if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
1562       continue;
1563     int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1564     if (abs(SSInt) <= abs(CmpSSInt) || (SSInt % CmpSSInt) != 0)
1565       continue;
1566
1567     Scale = SSInt / CmpSSInt;
1568     NewCmpVal = CmpVal * Scale;
1569     APInt Mul = APInt(BitWidth, NewCmpVal);
1570     // Check for overflow.
1571     if (Mul.getSExtValue() != NewCmpVal) {
1572       NewCmpVal = CmpVal;
1573       continue;
1574     }
1575
1576     // Watch out for overflow.
1577     if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate) &&
1578         (CmpVal & SignBit) != (NewCmpVal & SignBit))
1579       NewCmpVal = CmpVal;
1580
1581     if (NewCmpVal != CmpVal) {
1582       // Pick the best iv to use trying to avoid a cast.
1583       NewIncV = NULL;
1584       for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
1585              E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI) {
1586         NewIncV = UI->OperandValToReplace;
1587         if (NewIncV->getType() == CmpTy)
1588           break;
1589       }
1590       if (!NewIncV) {
1591         NewCmpVal = CmpVal;
1592         continue;
1593       }
1594
1595       NewCmpTy = NewIncV->getType();
1596       NewTyBits = isa<PointerType>(NewCmpTy)
1597         ? UIntPtrTy->getPrimitiveSizeInBits()
1598         : NewCmpTy->getPrimitiveSizeInBits();
1599       if (RequiresTypeConversion(NewCmpTy, CmpTy)) {
1600         // Check if it is possible to rewrite it using
1601         // an iv / stride of a smaller integer type.
1602         bool TruncOk = false;
1603         if (NewCmpTy->isInteger()) {
1604           unsigned Bits = NewTyBits;
1605           if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate))
1606             --Bits;
1607           uint64_t Mask = (1ULL << Bits) - 1;
1608           if (((uint64_t)NewCmpVal & Mask) == (uint64_t)NewCmpVal)
1609             TruncOk = true;
1610         }
1611         if (!TruncOk) {
1612           NewCmpVal = CmpVal;
1613           continue;
1614         }
1615       }
1616
1617       // Don't rewrite if use offset is non-constant and the new type is
1618       // of a different type.
1619       // FIXME: too conservative?
1620       if (NewTyBits != TyBits && !isa<SCEVConstant>(CondUse->Offset)) {
1621         NewCmpVal = CmpVal;
1622         continue;
1623       }
1624
1625       bool AllUsesAreAddresses = true;
1626       std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
1627       SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(SI->first, SI->second, L,
1628                                               AllUsesAreAddresses,
1629                                               UsersToProcess);
1630       // Avoid rewriting the compare instruction with an iv of new stride
1631       // if it's likely the new stride uses will be rewritten using the
1632       if (AllUsesAreAddresses &&
1633           ValidStride(!CommonExprs->isZero(), Scale, UsersToProcess)) {
1634         NewCmpVal = CmpVal;
1635         continue;
1636       }
1637
1638       // If scale is negative, use swapped predicate unless it's testing
1639       // for equality.
1640       if (Scale < 0 && !Cond->isEquality())
1641         Predicate = ICmpInst::getSwappedPredicate(Predicate);
1642
1643       NewStride = &StrideOrder[i];
1644       break;
1645     }
1646   }
1647
1648   // Forgo this transformation if it the increment happens to be
1649   // unfortunately positioned after the condition, and the condition
1650   // has multiple uses which prevent it from being moved immediately
1651   // before the branch. See
1652   // test/Transforms/LoopStrengthReduce/change-compare-stride-trickiness-*.ll
1653   // for an example of this situation.
1654   if (!Cond->hasOneUse()) {
1655     for (BasicBlock::iterator I = Cond, E = Cond->getParent()->end();
1656          I != E; ++I)
1657       if (I == NewIncV)
1658         return Cond;
1659   }
1660
1661   if (NewCmpVal != CmpVal) {
1662     // Create a new compare instruction using new stride / iv.
1663     ICmpInst *OldCond = Cond;
1664     Value *RHS;
1665     if (!isa<PointerType>(NewCmpTy))
1666       RHS = ConstantInt::get(NewCmpTy, NewCmpVal);
1667     else {
1668       RHS = ConstantInt::get(UIntPtrTy, NewCmpVal);
1669       RHS = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr, RHS, NewCmpTy);
1670     }
1671     // Insert new compare instruction.
1672     Cond = new ICmpInst(Predicate, NewIncV, RHS,
1673                         L->getHeader()->getName() + ".termcond",
1674                         OldCond);
1675
1676     // Remove the old compare instruction. The old indvar is probably dead too.
1677     DeadInsts.insert(cast<Instruction>(CondUse->OperandValToReplace));
1678     SE->deleteValueFromRecords(OldCond);
1679     OldCond->replaceAllUsesWith(Cond);
1680     OldCond->eraseFromParent();
1681
1682     IVUsesByStride[*CondStride].Users.pop_back();
1683     SCEVHandle NewOffset = TyBits == NewTyBits
1684       ? SE->getMulExpr(CondUse->Offset,
1685                        SE->getConstant(ConstantInt::get(CmpTy, Scale)))
1686       : SE->getConstant(ConstantInt::get(NewCmpTy,
1687         cast<SCEVConstant>(CondUse->Offset)->getValue()->getSExtValue()*Scale));
1688     IVUsesByStride[*NewStride].addUser(NewOffset, Cond, NewIncV);
1689     CondUse = &IVUsesByStride[*NewStride].Users.back();
1690     CondStride = NewStride;
1691     ++NumEliminated;
1692   }
1693
1694   return Cond;
1695 }
1696
1697 /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
1698 /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
1699 void LoopStrengthReduce::OptimizeShadowIV(Loop *L) {
1700
1701   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e;
1702        ++Stride) {
1703     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1704       IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
1705     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1706     
1707     for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
1708            E = SI->second.Users.end(); UI != E; /* empty */) {
1709       std::vector<IVStrideUse>::iterator CandidateUI = UI;
1710       UI++;
1711       Instruction *ShadowUse = CandidateUI->User;
1712       const Type *DestTy = NULL;
1713
1714       /* If shadow use is a int->float cast then insert a second IV
1715          to elminate this cast.
1716
1717            for (unsigned i = 0; i < n; ++i) 
1718              foo((double)i);
1719
1720          is trnasformed into
1721
1722            double d = 0.0;
1723            for (unsigned i = 0; i < n; ++i, ++d) 
1724              foo(d);
1725       */
1726       UIToFPInst *UCast = dyn_cast<UIToFPInst>(CandidateUI->User);
1727       if (UCast) 
1728         DestTy = UCast->getDestTy();
1729       else {
1730         SIToFPInst *SCast = dyn_cast<SIToFPInst>(CandidateUI->User);
1731         if (!SCast) continue;
1732         DestTy = SCast->getDestTy();
1733       }
1734       
1735       PHINode *PH = dyn_cast<PHINode>(ShadowUse->getOperand(0));
1736       if (!PH) continue;
1737       if (PH->getNumIncomingValues() != 2) continue;
1738
1739       unsigned Entry, Latch;
1740       if (PH->getIncomingBlock(0) == L->getLoopPreheader()) {
1741         Entry = 0;
1742         Latch = 1;
1743       } else {
1744         Entry = 1;
1745         Latch = 0;
1746       }
1747         
1748       ConstantInt *Init = dyn_cast<ConstantInt>(PH->getIncomingValue(Entry));
1749       if (!Init) continue;
1750       ConstantFP *NewInit = ConstantFP::get(DestTy, Init->getZExtValue());
1751
1752       BinaryOperator *Incr = 
1753         dyn_cast<BinaryOperator>(PH->getIncomingValue(Latch));
1754       if (!Incr) continue;
1755       if (Incr->getOpcode() != Instruction::Add
1756           && Incr->getOpcode() != Instruction::Sub)
1757         continue;
1758
1759       /* Initialize new IV, double d = 0.0 in above example. */
1760       ConstantInt *C = NULL;
1761       if (Incr->getOperand(0) == PH)
1762         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(1));
1763       else if (Incr->getOperand(1) == PH)
1764         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(0));
1765       else
1766         continue;
1767
1768       if (!C) continue;
1769
1770       /* create new icnrement. '++d' in above example. */
1771       ConstantFP *CFP = ConstantFP::get(DestTy, C->getZExtValue());
1772       BinaryOperator *NewIncr = 
1773         BinaryOperator::Create(Incr->getOpcode(),
1774                                NewInit, CFP, "IV.S.next.", Incr);
1775
1776       /* Add new PHINode. */
1777       PHINode *NewPH = PHINode::Create(DestTy, "IV.S.", PH);
1778       NewPH->addIncoming(NewInit, PH->getIncomingBlock(Entry));
1779       NewPH->addIncoming(NewIncr, PH->getIncomingBlock(Latch));
1780
1781       /* Remove cast operation */
1782       ShadowUse->replaceAllUsesWith(NewPH);
1783       ShadowUse->eraseFromParent();
1784       SI->second.Users.erase(CandidateUI);
1785       NumShadow++;
1786       break;
1787     }
1788   }
1789 }
1790
1791 // OptimizeIndvars - Now that IVUsesByStride is set up with all of the indvar
1792 // uses in the loop, look to see if we can eliminate some, in favor of using
1793 // common indvars for the different uses.
1794 void LoopStrengthReduce::OptimizeIndvars(Loop *L) {
1795   // TODO: implement optzns here.
1796
1797   OptimizeShadowIV(L);
1798
1799   // Finally, get the terminating condition for the loop if possible.  If we
1800   // can, we want to change it to use a post-incremented version of its
1801   // induction variable, to allow coalescing the live ranges for the IV into
1802   // one register value.
1803   PHINode *SomePHI = cast<PHINode>(L->getHeader()->begin());
1804   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
1805   BasicBlock *LatchBlock =
1806    SomePHI->getIncomingBlock(SomePHI->getIncomingBlock(0) == Preheader);
1807   BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(LatchBlock->getTerminator());
1808   if (!TermBr || TermBr->isUnconditional() || 
1809       !isa<ICmpInst>(TermBr->getCondition()))
1810     return;
1811   ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(TermBr->getCondition());
1812
1813   // Search IVUsesByStride to find Cond's IVUse if there is one.
1814   IVStrideUse *CondUse = 0;
1815   const SCEVHandle *CondStride = 0;
1816
1817   if (!FindIVUserForCond(Cond, CondUse, CondStride))
1818     return; // setcc doesn't use the IV.
1819
1820   // If possible, change stride and operands of the compare instruction to
1821   // eliminate one stride.
1822   Cond = ChangeCompareStride(L, Cond, CondUse, CondStride);
1823
1824   // It's possible for the setcc instruction to be anywhere in the loop, and
1825   // possible for it to have multiple users.  If it is not immediately before
1826   // the latch block branch, move it.
1827   if (&*++BasicBlock::iterator(Cond) != (Instruction*)TermBr) {
1828     if (Cond->hasOneUse()) {   // Condition has a single use, just move it.
1829       Cond->moveBefore(TermBr);
1830     } else {
1831       // Otherwise, clone the terminating condition and insert into the loopend.
1832       Cond = cast<ICmpInst>(Cond->clone());
1833       Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
1834       LatchBlock->getInstList().insert(TermBr, Cond);
1835       
1836       // Clone the IVUse, as the old use still exists!
1837       IVUsesByStride[*CondStride].addUser(CondUse->Offset, Cond,
1838                                          CondUse->OperandValToReplace);
1839       CondUse = &IVUsesByStride[*CondStride].Users.back();
1840     }
1841   }
1842
1843   // If we get to here, we know that we can transform the setcc instruction to
1844   // use the post-incremented version of the IV, allowing us to coalesce the
1845   // live ranges for the IV correctly.
1846   CondUse->Offset = SE->getMinusSCEV(CondUse->Offset, *CondStride);
1847   CondUse->isUseOfPostIncrementedValue = true;
1848   Changed = true;
1849 }
1850
1851 bool LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
1852
1853   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
1854   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
1855   SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
1856   TD = &getAnalysis<TargetData>();
1857   UIntPtrTy = TD->getIntPtrType();
1858   Changed = false;
1859
1860   // Find all uses of induction variables in this loop, and catagorize
1861   // them by stride.  Start by finding all of the PHI nodes in the header for
1862   // this loop.  If they are induction variables, inspect their uses.
1863   SmallPtrSet<Instruction*,16> Processed;   // Don't reprocess instructions.
1864   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ++I)
1865     AddUsersIfInteresting(I, L, Processed);
1866
1867   if (!IVUsesByStride.empty()) {
1868     // Optimize induction variables.  Some indvar uses can be transformed to use
1869     // strides that will be needed for other purposes.  A common example of this
1870     // is the exit test for the loop, which can often be rewritten to use the
1871     // computation of some other indvar to decide when to terminate the loop.
1872     OptimizeIndvars(L);
1873
1874     // FIXME: We can widen subreg IV's here for RISC targets.  e.g. instead of
1875     // doing computation in byte values, promote to 32-bit values if safe.
1876
1877     // FIXME: Attempt to reuse values across multiple IV's.  In particular, we
1878     // could have something like "for(i) { foo(i*8); bar(i*16) }", which should
1879     // be codegened as "for (j = 0;; j+=8) { foo(j); bar(j+j); }" on X86/PPC.
1880     // Need to be careful that IV's are all the same type.  Only works for
1881     // intptr_t indvars.
1882
1883     // If we only have one stride, we can more aggressively eliminate some
1884     // things.
1885     bool HasOneStride = IVUsesByStride.size() == 1;
1886
1887 #ifndef NDEBUG
1888     DOUT << "\nLSR on ";
1889     DEBUG(L->dump());
1890 #endif
1891
1892     // IVsByStride keeps IVs for one particular loop.
1893     assert(IVsByStride.empty() && "Stale entries in IVsByStride?");
1894
1895     // Sort the StrideOrder so we process larger strides first.
1896     std::stable_sort(StrideOrder.begin(), StrideOrder.end(), StrideCompare());
1897
1898     // Note: this processes each stride/type pair individually.  All users
1899     // passed into StrengthReduceStridedIVUsers have the same type AND stride.
1900     // Also, note that we iterate over IVUsesByStride indirectly by using
1901     // StrideOrder. This extra layer of indirection makes the ordering of
1902     // strides deterministic - not dependent on map order.
1903     for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e; ++Stride) {
1904       std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1905         IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
1906       assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1907       StrengthReduceStridedIVUsers(SI->first, SI->second, L, HasOneStride);
1908     }
1909   }
1910
1911   // We're done analyzing this loop; release all the state we built up for it.
1912   CastedPointers.clear();
1913   IVUsesByStride.clear();
1914   IVsByStride.clear();
1915   StrideOrder.clear();
1916
1917   // Clean up after ourselves
1918   if (!DeadInsts.empty()) {
1919     DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
1920
1921     BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
1922     while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
1923       // At this point, we know that we have killed one or more IV users.
1924       // It is worth checking to see if the cann indvar is also
1925       // dead, so that we can remove it as well.
1926       //
1927       // We can remove a PHI if it is on a cycle in the def-use graph
1928       // where each node in the cycle has degree one, i.e. only one use,
1929       // and is an instruction with no side effects.
1930       //
1931       // FIXME: this needs to eliminate an induction variable even if it's being
1932       // compared against some value to decide loop termination.
1933       if (PN->hasOneUse()) {
1934         SmallPtrSet<PHINode *, 2> PHIs;
1935         for (Instruction *J = dyn_cast<Instruction>(*PN->use_begin());
1936              J && J->hasOneUse() && !J->mayWriteToMemory();
1937              J = dyn_cast<Instruction>(*J->use_begin())) {
1938           // If we find the original PHI, we've discovered a cycle.
1939           if (J == PN) {
1940             // Break the cycle and mark the PHI for deletion.
1941             SE->deleteValueFromRecords(PN);
1942             PN->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(PN->getType()));
1943             DeadInsts.insert(PN);
1944             Changed = true;
1945             break;
1946           }
1947           // If we find a PHI more than once, we're on a cycle that
1948           // won't prove fruitful.
1949           if (isa<PHINode>(J) && !PHIs.insert(cast<PHINode>(J)))
1950             break;
1951         }
1952       }
1953     }
1954     DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
1955   }
1956
1957   return Changed;
1958 }