Minor code cleanups.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / LoopStrengthReduce.cpp
1 //===- LoopStrengthReduce.cpp - Strength Reduce IVs in Loops --------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This transformation analyzes and transforms the induction variables (and
11 // computations derived from them) into forms suitable for efficient execution
12 // on the target.
13 //
14 // This pass performs a strength reduction on array references inside loops that
15 // have as one or more of their components the loop induction variable, it
16 // rewrites expressions to take advantage of scaled-index addressing modes
17 // available on the target, and it performs a variety of other optimizations
18 // related to loop induction variables.
19 //
20 //===----------------------------------------------------------------------===//
21
22 #define DEBUG_TYPE "loop-reduce"
23 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
24 #include "llvm/Constants.h"
25 #include "llvm/Instructions.h"
26 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
27 #include "llvm/Type.h"
28 #include "llvm/DerivedTypes.h"
29 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
30 #include "llvm/Analysis/IVUsers.h"
31 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
32 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
33 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
34 #include "llvm/Transforms/Utils/AddrModeMatcher.h"
35 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
36 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
37 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
38 #include "llvm/Support/CFG.h"
39 #include "llvm/Support/Debug.h"
40 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
41 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
42 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
43 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
44 #include <algorithm>
45 using namespace llvm;
46
47 STATISTIC(NumReduced ,    "Number of IV uses strength reduced");
48 STATISTIC(NumInserted,    "Number of PHIs inserted");
49 STATISTIC(NumVariable,    "Number of PHIs with variable strides");
50 STATISTIC(NumEliminated,  "Number of strides eliminated");
51 STATISTIC(NumShadow,      "Number of Shadow IVs optimized");
52 STATISTIC(NumImmSunk,     "Number of common expr immediates sunk into uses");
53 STATISTIC(NumLoopCond,    "Number of loop terminating conds optimized");
54 STATISTIC(NumCountZero,   "Number of count iv optimized to count toward zero");
55
56 static cl::opt<bool> EnableFullLSRMode("enable-full-lsr",
57                                        cl::init(false),
58                                        cl::Hidden);
59
60 namespace {
61
62   struct BasedUser;
63
64   /// IVInfo - This structure keeps track of one IV expression inserted during
65   /// StrengthReduceStridedIVUsers. It contains the stride, the common base, as
66   /// well as the PHI node and increment value created for rewrite.
67   struct IVExpr {
68     const SCEV *Stride;
69     const SCEV *Base;
70     PHINode    *PHI;
71
72     IVExpr(const SCEV *const stride, const SCEV *const base, PHINode *phi)
73       : Stride(stride), Base(base), PHI(phi) {}
74   };
75
76   /// IVsOfOneStride - This structure keeps track of all IV expression inserted
77   /// during StrengthReduceStridedIVUsers for a particular stride of the IV.
78   struct IVsOfOneStride {
79     std::vector<IVExpr> IVs;
80
81     void addIV(const SCEV *const Stride, const SCEV *const Base, PHINode *PHI) {
82       IVs.push_back(IVExpr(Stride, Base, PHI));
83     }
84   };
85
86   class LoopStrengthReduce : public LoopPass {
87     IVUsers *IU;
88     LoopInfo *LI;
89     DominatorTree *DT;
90     ScalarEvolution *SE;
91     bool Changed;
92
93     /// IVsByStride - Keep track of all IVs that have been inserted for a
94     /// particular stride.
95     std::map<const SCEV *, IVsOfOneStride> IVsByStride;
96
97     /// StrideNoReuse - Keep track of all the strides whose ivs cannot be
98     /// reused (nor should they be rewritten to reuse other strides).
99     SmallSet<const SCEV *, 4> StrideNoReuse;
100
101     /// DeadInsts - Keep track of instructions we may have made dead, so that
102     /// we can remove them after we are done working.
103     SmallVector<WeakVH, 16> DeadInsts;
104
105     /// TLI - Keep a pointer of a TargetLowering to consult for determining
106     /// transformation profitability.
107     const TargetLowering *TLI;
108
109   public:
110     static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
111     explicit LoopStrengthReduce(const TargetLowering *tli = NULL) :
112       LoopPass(&ID), TLI(tli) {
113     }
114
115     bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
116
117     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
118       // We split critical edges, so we change the CFG.  However, we do update
119       // many analyses if they are around.
120       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
121       AU.addPreserved<LoopInfo>();
122       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
123       AU.addPreserved<DominatorTree>();
124
125       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
126       AU.addRequired<LoopInfo>();
127       AU.addRequired<DominatorTree>();
128       AU.addRequired<ScalarEvolution>();
129       AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
130       AU.addRequired<IVUsers>();
131       AU.addPreserved<IVUsers>();
132     }
133
134   private:
135     void OptimizeIndvars(Loop *L);
136
137     /// OptimizeLoopTermCond - Change loop terminating condition to use the
138     /// postinc iv when possible.
139     void OptimizeLoopTermCond(Loop *L);
140
141     /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
142     /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
143     void OptimizeShadowIV(Loop *L);
144
145     /// OptimizeMax - Rewrite the loop's terminating condition
146     /// if it uses a max computation.
147     ICmpInst *OptimizeMax(Loop *L, ICmpInst *Cond,
148                           IVStrideUse* &CondUse);
149
150     /// OptimizeLoopCountIV - If, after all sharing of IVs, the IV used for
151     /// deciding when to exit the loop is used only for that purpose, try to
152     /// rearrange things so it counts down to a test against zero.
153     bool OptimizeLoopCountIV(Loop *L);
154     bool OptimizeLoopCountIVOfStride(const SCEV* &Stride,
155                                      IVStrideUse* &CondUse, Loop *L);
156
157     /// StrengthReduceIVUsersOfStride - Strength reduce all of the users of a
158     /// single stride of IV.  All of the users may have different starting
159     /// values, and this may not be the only stride.
160     void StrengthReduceIVUsersOfStride(const SCEV *const &Stride,
161                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
162                                       Loop *L);
163     void StrengthReduceIVUsers(Loop *L);
164
165     ICmpInst *ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
166                                   IVStrideUse* &CondUse,
167                                   const SCEV* &CondStride,
168                                   bool PostPass = false);
169
170     bool FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
171                            const SCEV* &CondStride);
172     bool RequiresTypeConversion(const Type *Ty, const Type *NewTy);
173     const SCEV *CheckForIVReuse(bool, bool, bool, const SCEV *const&,
174                              IVExpr&, const Type*,
175                              const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
176     bool ValidScale(bool, int64_t,
177                     const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
178     bool ValidOffset(bool, int64_t, int64_t,
179                      const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
180     const SCEV *CollectIVUsers(const SCEV *const &Stride,
181                               IVUsersOfOneStride &Uses,
182                               Loop *L,
183                               bool &AllUsesAreAddresses,
184                               bool &AllUsesAreOutsideLoop,
185                               std::vector<BasedUser> &UsersToProcess);
186     bool StrideMightBeShared(const SCEV *Stride, Loop *L, bool CheckPreInc);
187     bool ShouldUseFullStrengthReductionMode(
188                                 const std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
189                                 const Loop *L,
190                                 bool AllUsesAreAddresses,
191                                 const SCEV *Stride);
192     void PrepareToStrengthReduceFully(
193                              std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
194                              const SCEV *Stride,
195                              const SCEV *CommonExprs,
196                              const Loop *L,
197                              SCEVExpander &PreheaderRewriter);
198     void PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(
199                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
200                                          Value *CommonBaseV,
201                                          const IVExpr &ReuseIV,
202                                          Instruction *PreInsertPt);
203     void PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(
204                                   std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
205                                   const SCEV *Stride,
206                                   const SCEV *CommonExprs,
207                                   Value *CommonBaseV,
208                                   Instruction *IVIncInsertPt,
209                                   const Loop *L,
210                                   SCEVExpander &PreheaderRewriter);
211
212     void DeleteTriviallyDeadInstructions();
213   };
214 }
215
216 char LoopStrengthReduce::ID = 0;
217 static RegisterPass<LoopStrengthReduce>
218 X("loop-reduce", "Loop Strength Reduction");
219
220 Pass *llvm::createLoopStrengthReducePass(const TargetLowering *TLI) {
221   return new LoopStrengthReduce(TLI);
222 }
223
224 /// DeleteTriviallyDeadInstructions - If any of the instructions is the
225 /// specified set are trivially dead, delete them and see if this makes any of
226 /// their operands subsequently dead.
227 void LoopStrengthReduce::DeleteTriviallyDeadInstructions() {
228   if (DeadInsts.empty()) return;
229
230   while (!DeadInsts.empty()) {
231     Instruction *I = dyn_cast_or_null<Instruction>(DeadInsts.pop_back_val());
232
233     if (I == 0 || !isInstructionTriviallyDead(I))
234       continue;
235
236     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI)
237       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
238         *OI = 0;
239         if (U->use_empty())
240           DeadInsts.push_back(U);
241       }
242
243     I->eraseFromParent();
244     Changed = true;
245   }
246 }
247
248 /// containsAddRecFromDifferentLoop - Determine whether expression S involves a
249 /// subexpression that is an AddRec from a loop other than L.  An outer loop
250 /// of L is OK, but not an inner loop nor a disjoint loop.
251 static bool containsAddRecFromDifferentLoop(const SCEV *S, Loop *L) {
252   // This is very common, put it first.
253   if (isa<SCEVConstant>(S))
254     return false;
255   if (const SCEVCommutativeExpr *AE = dyn_cast<SCEVCommutativeExpr>(S)) {
256     for (unsigned int i=0; i< AE->getNumOperands(); i++)
257       if (containsAddRecFromDifferentLoop(AE->getOperand(i), L))
258         return true;
259     return false;
260   }
261   if (const SCEVAddRecExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
262     if (const Loop *newLoop = AE->getLoop()) {
263       if (newLoop == L)
264         return false;
265       // if newLoop is an outer loop of L, this is OK.
266       if (!LoopInfo::isNotAlreadyContainedIn(L, newLoop))
267         return false;
268     }
269     return true;
270   }
271   if (const SCEVUDivExpr *DE = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S))
272     return containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getLHS(), L) ||
273            containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getRHS(), L);
274 #if 0
275   // SCEVSDivExpr has been backed out temporarily, but will be back; we'll
276   // need this when it is.
277   if (const SCEVSDivExpr *DE = dyn_cast<SCEVSDivExpr>(S))
278     return containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getLHS(), L) ||
279            containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getRHS(), L);
280 #endif
281   if (const SCEVCastExpr *CE = dyn_cast<SCEVCastExpr>(S))
282     return containsAddRecFromDifferentLoop(CE->getOperand(), L);
283   return false;
284 }
285
286 /// isAddressUse - Returns true if the specified instruction is using the
287 /// specified value as an address.
288 static bool isAddressUse(Instruction *Inst, Value *OperandVal) {
289   bool isAddress = isa<LoadInst>(Inst);
290   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
291     if (SI->getOperand(1) == OperandVal)
292       isAddress = true;
293   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
294     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
295     // of intrinsics.
296     switch (II->getIntrinsicID()) {
297       default: break;
298       case Intrinsic::prefetch:
299       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_dq:
300       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_pd:
301       case Intrinsic::x86_sse_loadu_ps:
302       case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
303       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
304       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
305       case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
306         if (II->getOperand(1) == OperandVal)
307           isAddress = true;
308         break;
309     }
310   }
311   return isAddress;
312 }
313
314 /// getAccessType - Return the type of the memory being accessed.
315 static const Type *getAccessType(const Instruction *Inst) {
316   const Type *AccessTy = Inst->getType();
317   if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
318     AccessTy = SI->getOperand(0)->getType();
319   else if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
320     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
321     // of intrinsics.
322     switch (II->getIntrinsicID()) {
323     default: break;
324     case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
325     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
326     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
327     case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
328       AccessTy = II->getOperand(1)->getType();
329       break;
330     }
331   }
332   return AccessTy;
333 }
334
335 namespace {
336   /// BasedUser - For a particular base value, keep information about how we've
337   /// partitioned the expression so far.
338   struct BasedUser {
339     /// SE - The current ScalarEvolution object.
340     ScalarEvolution *SE;
341
342     /// Base - The Base value for the PHI node that needs to be inserted for
343     /// this use.  As the use is processed, information gets moved from this
344     /// field to the Imm field (below).  BasedUser values are sorted by this
345     /// field.
346     const SCEV *Base;
347
348     /// Inst - The instruction using the induction variable.
349     Instruction *Inst;
350
351     /// OperandValToReplace - The operand value of Inst to replace with the
352     /// EmittedBase.
353     Value *OperandValToReplace;
354
355     /// Imm - The immediate value that should be added to the base immediately
356     /// before Inst, because it will be folded into the imm field of the
357     /// instruction.  This is also sometimes used for loop-variant values that
358     /// must be added inside the loop.
359     const SCEV *Imm;
360
361     /// Phi - The induction variable that performs the striding that
362     /// should be used for this user.
363     PHINode *Phi;
364
365     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
366     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
367     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
368     // instruction for a loop and uses outside the loop that are dominated by
369     // the loop.
370     bool isUseOfPostIncrementedValue;
371
372     BasedUser(IVStrideUse &IVSU, ScalarEvolution *se)
373       : SE(se), Base(IVSU.getOffset()), Inst(IVSU.getUser()),
374         OperandValToReplace(IVSU.getOperandValToReplace()),
375         Imm(SE->getIntegerSCEV(0, Base->getType())),
376         isUseOfPostIncrementedValue(IVSU.isUseOfPostIncrementedValue()) {}
377
378     // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
379     // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
380     // to it.
381     void RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEV *const &NewBase,
382                                         Instruction *InsertPt,
383                                        SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
384                                         LoopInfo &LI,
385                                         SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts);
386
387     Value *InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEV *const &NewBase,
388                                        const Type *Ty,
389                                        SCEVExpander &Rewriter,
390                                        Instruction *IP, Loop *L,
391                                        LoopInfo &LI);
392     void dump() const;
393   };
394 }
395
396 void BasedUser::dump() const {
397   errs() << " Base=" << *Base;
398   errs() << " Imm=" << *Imm;
399   errs() << "   Inst: " << *Inst;
400 }
401
402 Value *BasedUser::InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEV *const &NewBase,
403                                               const Type *Ty,
404                                               SCEVExpander &Rewriter,
405                                               Instruction *IP, Loop *L,
406                                               LoopInfo &LI) {
407   // Figure out where we *really* want to insert this code.  In particular, if
408   // the user is inside of a loop that is nested inside of L, we really don't
409   // want to insert this expression before the user, we'd rather pull it out as
410   // many loops as possible.
411   Instruction *BaseInsertPt = IP;
412
413   // Figure out the most-nested loop that IP is in.
414   Loop *InsertLoop = LI.getLoopFor(IP->getParent());
415
416   // If InsertLoop is not L, and InsertLoop is nested inside of L, figure out
417   // the preheader of the outer-most loop where NewBase is not loop invariant.
418   if (L->contains(IP->getParent()))
419     while (InsertLoop && NewBase->isLoopInvariant(InsertLoop)) {
420       BaseInsertPt = InsertLoop->getLoopPreheader()->getTerminator();
421       InsertLoop = InsertLoop->getParentLoop();
422     }
423
424   Value *Base = Rewriter.expandCodeFor(NewBase, 0, BaseInsertPt);
425
426   const SCEV *NewValSCEV = SE->getUnknown(Base);
427
428   // Always emit the immediate into the same block as the user.
429   NewValSCEV = SE->getAddExpr(NewValSCEV, Imm);
430
431   return Rewriter.expandCodeFor(NewValSCEV, Ty, IP);
432 }
433
434
435 // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
436 // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
437 // to it. NewBasePt is the last instruction which contributes to the
438 // value of NewBase in the case that it's a diffferent instruction from
439 // the PHI that NewBase is computed from, or null otherwise.
440 //
441 void BasedUser::RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEV *const &NewBase,
442                                                Instruction *NewBasePt,
443                                       SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
444                                       LoopInfo &LI,
445                                       SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) {
446   if (!isa<PHINode>(Inst)) {
447     // By default, insert code at the user instruction.
448     BasicBlock::iterator InsertPt = Inst;
449
450     // However, if the Operand is itself an instruction, the (potentially
451     // complex) inserted code may be shared by many users.  Because of this, we
452     // want to emit code for the computation of the operand right before its old
453     // computation.  This is usually safe, because we obviously used to use the
454     // computation when it was computed in its current block.  However, in some
455     // cases (e.g. use of a post-incremented induction variable) the NewBase
456     // value will be pinned to live somewhere after the original computation.
457     // In this case, we have to back off.
458     //
459     // If this is a use outside the loop (which means after, since it is based
460     // on a loop indvar) we use the post-incremented value, so that we don't
461     // artificially make the preinc value live out the bottom of the loop.
462     if (!isUseOfPostIncrementedValue && L->contains(Inst->getParent())) {
463       if (NewBasePt && isa<PHINode>(OperandValToReplace)) {
464         InsertPt = NewBasePt;
465         ++InsertPt;
466       } else if (Instruction *OpInst
467                  = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace)) {
468         InsertPt = OpInst;
469         while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
470       }
471     }
472     Value *NewVal = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase,
473                                                 OperandValToReplace->getType(),
474                                                 Rewriter, InsertPt, L, LI);
475     // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
476     Inst->replaceUsesOfWith(OperandValToReplace, NewVal);
477
478     DEBUG(errs() << "      Replacing with ");
479     DEBUG(WriteAsOperand(errs(), NewVal, /*PrintType=*/false));
480     DEBUG(errs() << ", which has value " << *NewBase << " plus IMM "
481                  << *Imm << "\n");
482     return;
483   }
484
485   // PHI nodes are more complex.  We have to insert one copy of the NewBase+Imm
486   // expression into each operand block that uses it.  Note that PHI nodes can
487   // have multiple entries for the same predecessor.  We use a map to make sure
488   // that a PHI node only has a single Value* for each predecessor (which also
489   // prevents us from inserting duplicate code in some blocks).
490   DenseMap<BasicBlock*, Value*> InsertedCode;
491   PHINode *PN = cast<PHINode>(Inst);
492   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
493     if (PN->getIncomingValue(i) == OperandValToReplace) {
494       // If the original expression is outside the loop, put the replacement
495       // code in the same place as the original expression,
496       // which need not be an immediate predecessor of this PHI.  This way we
497       // need only one copy of it even if it is referenced multiple times in
498       // the PHI.  We don't do this when the original expression is inside the
499       // loop because multiple copies sometimes do useful sinking of code in
500       // that case(?).
501       Instruction *OldLoc = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace);
502       BasicBlock *PHIPred = PN->getIncomingBlock(i);
503       if (L->contains(OldLoc->getParent())) {
504         // If this is a critical edge, split the edge so that we do not insert
505         // the code on all predecessor/successor paths.  We do this unless this
506         // is the canonical backedge for this loop, as this can make some
507         // inserted code be in an illegal position.
508         if (e != 1 && PHIPred->getTerminator()->getNumSuccessors() > 1 &&
509             !isa<IndirectBrInst>(PHIPred->getTerminator()) &&
510             (PN->getParent() != L->getHeader() || !L->contains(PHIPred))) {
511
512           // First step, split the critical edge.
513           BasicBlock *NewBB = SplitCriticalEdge(PHIPred, PN->getParent(),
514                                                 P, false);
515
516           // Next step: move the basic block.  In particular, if the PHI node
517           // is outside of the loop, and PredTI is in the loop, we want to
518           // move the block to be immediately before the PHI block, not
519           // immediately after PredTI.
520           if (L->contains(PHIPred) && !L->contains(PN->getParent()))
521             NewBB->moveBefore(PN->getParent());
522
523           // Splitting the edge can reduce the number of PHI entries we have.
524           e = PN->getNumIncomingValues();
525           PHIPred = NewBB;
526           i = PN->getBasicBlockIndex(PHIPred);
527         }
528       }
529       Value *&Code = InsertedCode[PHIPred];
530       if (!Code) {
531         // Insert the code into the end of the predecessor block.
532         Instruction *InsertPt = (L->contains(OldLoc->getParent())) ?
533                                 PHIPred->getTerminator() :
534                                 OldLoc->getParent()->getTerminator();
535         Code = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, PN->getType(),
536                                            Rewriter, InsertPt, L, LI);
537
538         DEBUG(errs() << "      Changing PHI use to ");
539         DEBUG(WriteAsOperand(errs(), Code, /*PrintType=*/false));
540         DEBUG(errs() << ", which has value " << *NewBase << " plus IMM "
541                      << *Imm << "\n");
542       }
543
544       // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
545       PN->setIncomingValue(i, Code);
546       Rewriter.clear();
547     }
548   }
549
550   // PHI node might have become a constant value after SplitCriticalEdge.
551   DeadInsts.push_back(Inst);
552 }
553
554
555 /// fitsInAddressMode - Return true if V can be subsumed within an addressing
556 /// mode, and does not need to be put in a register first.
557 static bool fitsInAddressMode(const SCEV *const &V, const Type *AccessTy,
558                              const TargetLowering *TLI, bool HasBaseReg) {
559   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
560     int64_t VC = SC->getValue()->getSExtValue();
561     if (TLI) {
562       TargetLowering::AddrMode AM;
563       AM.BaseOffs = VC;
564       AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
565       return TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy);
566     } else {
567       // Defaults to PPC. PPC allows a sign-extended 16-bit immediate field.
568       return (VC > -(1 << 16) && VC < (1 << 16)-1);
569     }
570   }
571
572   if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V))
573     if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(SU->getValue())) {
574       if (TLI) {
575         TargetLowering::AddrMode AM;
576         AM.BaseGV = GV;
577         AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
578         return TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy);
579       } else {
580         // Default: assume global addresses are not legal.
581       }
582     }
583
584   return false;
585 }
586
587 /// MoveLoopVariantsToImmediateField - Move any subexpressions from Val that are
588 /// loop varying to the Imm operand.
589 static void MoveLoopVariantsToImmediateField(const SCEV *&Val, const SCEV *&Imm,
590                                              Loop *L, ScalarEvolution *SE) {
591   if (Val->isLoopInvariant(L)) return;  // Nothing to do.
592
593   if (const SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
594     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
595     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
596
597     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i)
598       if (!SAE->getOperand(i)->isLoopInvariant(L)) {
599         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
600         // field of the expression.
601         Imm = SE->getAddExpr(Imm, SAE->getOperand(i));
602       } else {
603         NewOps.push_back(SAE->getOperand(i));
604       }
605
606     if (NewOps.empty())
607       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
608     else
609       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
610   } else if (const SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
611     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
612     const SCEV *Start = SARE->getStart();
613     MoveLoopVariantsToImmediateField(Start, Imm, L, SE);
614
615     SmallVector<const SCEV *, 4> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
616     Ops[0] = Start;
617     Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
618   } else {
619     // Otherwise, all of Val is variant, move the whole thing over.
620     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
621     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
622   }
623 }
624
625
626 /// MoveImmediateValues - Look at Val, and pull out any additions of constants
627 /// that can fit into the immediate field of instructions in the target.
628 /// Accumulate these immediate values into the Imm value.
629 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
630                                 const Type *AccessTy,
631                                 const SCEV *&Val, const SCEV *&Imm,
632                                 bool isAddress, Loop *L,
633                                 ScalarEvolution *SE) {
634   if (const SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
635     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
636     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
637
638     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i) {
639       const SCEV *NewOp = SAE->getOperand(i);
640       MoveImmediateValues(TLI, AccessTy, NewOp, Imm, isAddress, L, SE);
641
642       if (!NewOp->isLoopInvariant(L)) {
643         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
644         // field of the expression.
645         Imm = SE->getAddExpr(Imm, NewOp);
646       } else {
647         NewOps.push_back(NewOp);
648       }
649     }
650
651     if (NewOps.empty())
652       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
653     else
654       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
655     return;
656   } else if (const SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
657     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
658     const SCEV *Start = SARE->getStart();
659     MoveImmediateValues(TLI, AccessTy, Start, Imm, isAddress, L, SE);
660
661     if (Start != SARE->getStart()) {
662       SmallVector<const SCEV *, 4> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
663       Ops[0] = Start;
664       Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
665     }
666     return;
667   } else if (const SCEVMulExpr *SME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Val)) {
668     // Transform "8 * (4 + v)" -> "32 + 8*V" if "32" fits in the immed field.
669     if (isAddress &&
670         fitsInAddressMode(SME->getOperand(0), AccessTy, TLI, false) &&
671         SME->getNumOperands() == 2 && SME->isLoopInvariant(L)) {
672
673       const SCEV *SubImm = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
674       const SCEV *NewOp = SME->getOperand(1);
675       MoveImmediateValues(TLI, AccessTy, NewOp, SubImm, isAddress, L, SE);
676
677       // If we extracted something out of the subexpressions, see if we can
678       // simplify this!
679       if (NewOp != SME->getOperand(1)) {
680         // Scale SubImm up by "8".  If the result is a target constant, we are
681         // good.
682         SubImm = SE->getMulExpr(SubImm, SME->getOperand(0));
683         if (fitsInAddressMode(SubImm, AccessTy, TLI, false)) {
684           // Accumulate the immediate.
685           Imm = SE->getAddExpr(Imm, SubImm);
686
687           // Update what is left of 'Val'.
688           Val = SE->getMulExpr(SME->getOperand(0), NewOp);
689           return;
690         }
691       }
692     }
693   }
694
695   // Loop-variant expressions must stay in the immediate field of the
696   // expression.
697   if ((isAddress && fitsInAddressMode(Val, AccessTy, TLI, false)) ||
698       !Val->isLoopInvariant(L)) {
699     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
700     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
701     return;
702   }
703
704   // Otherwise, no immediates to move.
705 }
706
707 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
708                                 Instruction *User,
709                                 const SCEV *&Val, const SCEV *&Imm,
710                                 bool isAddress, Loop *L,
711                                 ScalarEvolution *SE) {
712   const Type *AccessTy = getAccessType(User);
713   MoveImmediateValues(TLI, AccessTy, Val, Imm, isAddress, L, SE);
714 }
715
716 /// SeparateSubExprs - Decompose Expr into all of the subexpressions that are
717 /// added together.  This is used to reassociate common addition subexprs
718 /// together for maximal sharing when rewriting bases.
719 static void SeparateSubExprs(SmallVector<const SCEV *, 16> &SubExprs,
720                              const SCEV *Expr,
721                              ScalarEvolution *SE) {
722   if (const SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Expr)) {
723     for (unsigned j = 0, e = AE->getNumOperands(); j != e; ++j)
724       SeparateSubExprs(SubExprs, AE->getOperand(j), SE);
725   } else if (const SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Expr)) {
726     const SCEV *Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Expr->getType());
727     if (SARE->getOperand(0) == Zero) {
728       SubExprs.push_back(Expr);
729     } else {
730       // Compute the addrec with zero as its base.
731       SmallVector<const SCEV *, 4> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
732       Ops[0] = Zero;   // Start with zero base.
733       SubExprs.push_back(SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop()));
734
735
736       SeparateSubExprs(SubExprs, SARE->getOperand(0), SE);
737     }
738   } else if (!Expr->isZero()) {
739     // Do not add zero.
740     SubExprs.push_back(Expr);
741   }
742 }
743
744 // This is logically local to the following function, but C++ says we have
745 // to make it file scope.
746 struct SubExprUseData { unsigned Count; bool notAllUsesAreFree; };
747
748 /// RemoveCommonExpressionsFromUseBases - Look through all of the Bases of all
749 /// the Uses, removing any common subexpressions, except that if all such
750 /// subexpressions can be folded into an addressing mode for all uses inside
751 /// the loop (this case is referred to as "free" in comments herein) we do
752 /// not remove anything.  This looks for things like (a+b+c) and
753 /// (a+c+d) and computes the common (a+c) subexpression.  The common expression
754 /// is *removed* from the Bases and returned.
755 static const SCEV *
756 RemoveCommonExpressionsFromUseBases(std::vector<BasedUser> &Uses,
757                                     ScalarEvolution *SE, Loop *L,
758                                     const TargetLowering *TLI) {
759   unsigned NumUses = Uses.size();
760
761   // Only one use?  This is a very common case, so we handle it specially and
762   // cheaply.
763   const SCEV *Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Uses[0].Base->getType());
764   const SCEV *Result = Zero;
765   const SCEV *FreeResult = Zero;
766   if (NumUses == 1) {
767     // If the use is inside the loop, use its base, regardless of what it is:
768     // it is clearly shared across all the IV's.  If the use is outside the loop
769     // (which means after it) we don't want to factor anything *into* the loop,
770     // so just use 0 as the base.
771     if (L->contains(Uses[0].Inst->getParent()))
772       std::swap(Result, Uses[0].Base);
773     return Result;
774   }
775
776   // To find common subexpressions, count how many of Uses use each expression.
777   // If any subexpressions are used Uses.size() times, they are common.
778   // Also track whether all uses of each expression can be moved into an
779   // an addressing mode "for free"; such expressions are left within the loop.
780   // struct SubExprUseData { unsigned Count; bool notAllUsesAreFree; };
781   std::map<const SCEV *, SubExprUseData> SubExpressionUseData;
782
783   // UniqueSubExprs - Keep track of all of the subexpressions we see in the
784   // order we see them.
785   SmallVector<const SCEV *, 16> UniqueSubExprs;
786
787   SmallVector<const SCEV *, 16> SubExprs;
788   unsigned NumUsesInsideLoop = 0;
789   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
790     // If the user is outside the loop, just ignore it for base computation.
791     // Since the user is outside the loop, it must be *after* the loop (if it
792     // were before, it could not be based on the loop IV).  We don't want users
793     // after the loop to affect base computation of values *inside* the loop,
794     // because we can always add their offsets to the result IV after the loop
795     // is done, ensuring we get good code inside the loop.
796     if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent()))
797       continue;
798     NumUsesInsideLoop++;
799
800     // If the base is zero (which is common), return zero now, there are no
801     // CSEs we can find.
802     if (Uses[i].Base == Zero) return Zero;
803
804     // If this use is as an address we may be able to put CSEs in the addressing
805     // mode rather than hoisting them.
806     bool isAddrUse = isAddressUse(Uses[i].Inst, Uses[i].OperandValToReplace);
807     // We may need the AccessTy below, but only when isAddrUse, so compute it
808     // only in that case.
809     const Type *AccessTy = 0;
810     if (isAddrUse)
811       AccessTy = getAccessType(Uses[i].Inst);
812
813     // Split the expression into subexprs.
814     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
815     // Add one to SubExpressionUseData.Count for each subexpr present, and
816     // if the subexpr is not a valid immediate within an addressing mode use,
817     // set SubExpressionUseData.notAllUsesAreFree.  We definitely want to
818     // hoist these out of the loop (if they are common to all uses).
819     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j) {
820       if (++SubExpressionUseData[SubExprs[j]].Count == 1)
821         UniqueSubExprs.push_back(SubExprs[j]);
822       if (!isAddrUse || !fitsInAddressMode(SubExprs[j], AccessTy, TLI, false))
823         SubExpressionUseData[SubExprs[j]].notAllUsesAreFree = true;
824     }
825     SubExprs.clear();
826   }
827
828   // Now that we know how many times each is used, build Result.  Iterate over
829   // UniqueSubexprs so that we have a stable ordering.
830   for (unsigned i = 0, e = UniqueSubExprs.size(); i != e; ++i) {
831     std::map<const SCEV *, SubExprUseData>::iterator I =
832        SubExpressionUseData.find(UniqueSubExprs[i]);
833     assert(I != SubExpressionUseData.end() && "Entry not found?");
834     if (I->second.Count == NumUsesInsideLoop) { // Found CSE!
835       if (I->second.notAllUsesAreFree)
836         Result = SE->getAddExpr(Result, I->first);
837       else
838         FreeResult = SE->getAddExpr(FreeResult, I->first);
839     } else
840       // Remove non-cse's from SubExpressionUseData.
841       SubExpressionUseData.erase(I);
842   }
843
844   if (FreeResult != Zero) {
845     // We have some subexpressions that can be subsumed into addressing
846     // modes in every use inside the loop.  However, it's possible that
847     // there are so many of them that the combined FreeResult cannot
848     // be subsumed, or that the target cannot handle both a FreeResult
849     // and a Result in the same instruction (for example because it would
850     // require too many registers).  Check this.
851     for (unsigned i=0; i<NumUses; ++i) {
852       if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent()))
853         continue;
854       // We know this is an addressing mode use; if there are any uses that
855       // are not, FreeResult would be Zero.
856       const Type *AccessTy = getAccessType(Uses[i].Inst);
857       if (!fitsInAddressMode(FreeResult, AccessTy, TLI, Result!=Zero)) {
858         // FIXME:  could split up FreeResult into pieces here, some hoisted
859         // and some not.  There is no obvious advantage to this.
860         Result = SE->getAddExpr(Result, FreeResult);
861         FreeResult = Zero;
862         break;
863       }
864     }
865   }
866
867   // If we found no CSE's, return now.
868   if (Result == Zero) return Result;
869
870   // If we still have a FreeResult, remove its subexpressions from
871   // SubExpressionUseData.  This means they will remain in the use Bases.
872   if (FreeResult != Zero) {
873     SeparateSubExprs(SubExprs, FreeResult, SE);
874     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j) {
875       std::map<const SCEV *, SubExprUseData>::iterator I =
876          SubExpressionUseData.find(SubExprs[j]);
877       SubExpressionUseData.erase(I);
878     }
879     SubExprs.clear();
880   }
881
882   // Otherwise, remove all of the CSE's we found from each of the base values.
883   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
884     // Uses outside the loop don't necessarily include the common base, but
885     // the final IV value coming into those uses does.  Instead of trying to
886     // remove the pieces of the common base, which might not be there,
887     // subtract off the base to compensate for this.
888     if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent())) {
889       Uses[i].Base = SE->getMinusSCEV(Uses[i].Base, Result);
890       continue;
891     }
892
893     // Split the expression into subexprs.
894     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
895
896     // Remove any common subexpressions.
897     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
898       if (SubExpressionUseData.count(SubExprs[j])) {
899         SubExprs.erase(SubExprs.begin()+j);
900         --j; --e;
901       }
902
903     // Finally, add the non-shared expressions together.
904     if (SubExprs.empty())
905       Uses[i].Base = Zero;
906     else
907       Uses[i].Base = SE->getAddExpr(SubExprs);
908     SubExprs.clear();
909   }
910
911   return Result;
912 }
913
914 /// ValidScale - Check whether the given Scale is valid for all loads and
915 /// stores in UsersToProcess.
916 ///
917 bool LoopStrengthReduce::ValidScale(bool HasBaseReg, int64_t Scale,
918                                const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
919   if (!TLI)
920     return true;
921
922   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i!=e; ++i) {
923     // If this is a load or other access, pass the type of the access in.
924     const Type *AccessTy =
925         Type::getVoidTy(UsersToProcess[i].Inst->getContext());
926     if (isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
927                      UsersToProcess[i].OperandValToReplace))
928       AccessTy = getAccessType(UsersToProcess[i].Inst);
929     else if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst))
930       continue;
931
932     TargetLowering::AddrMode AM;
933     if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(UsersToProcess[i].Imm))
934       AM.BaseOffs = SC->getValue()->getSExtValue();
935     AM.HasBaseReg = HasBaseReg || !UsersToProcess[i].Base->isZero();
936     AM.Scale = Scale;
937
938     // If load[imm+r*scale] is illegal, bail out.
939     if (!TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
940       return false;
941   }
942   return true;
943 }
944
945 /// ValidOffset - Check whether the given Offset is valid for all loads and
946 /// stores in UsersToProcess.
947 ///
948 bool LoopStrengthReduce::ValidOffset(bool HasBaseReg,
949                                int64_t Offset,
950                                int64_t Scale,
951                                const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
952   if (!TLI)
953     return true;
954
955   for (unsigned i=0, e = UsersToProcess.size(); i!=e; ++i) {
956     // If this is a load or other access, pass the type of the access in.
957     const Type *AccessTy =
958         Type::getVoidTy(UsersToProcess[i].Inst->getContext());
959     if (isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
960                      UsersToProcess[i].OperandValToReplace))
961       AccessTy = getAccessType(UsersToProcess[i].Inst);
962     else if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst))
963       continue;
964
965     TargetLowering::AddrMode AM;
966     if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(UsersToProcess[i].Imm))
967       AM.BaseOffs = SC->getValue()->getSExtValue();
968     AM.BaseOffs = (uint64_t)AM.BaseOffs + (uint64_t)Offset;
969     AM.HasBaseReg = HasBaseReg || !UsersToProcess[i].Base->isZero();
970     AM.Scale = Scale;
971
972     // If load[imm+r*scale] is illegal, bail out.
973     if (!TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
974       return false;
975   }
976   return true;
977 }
978
979 /// RequiresTypeConversion - Returns true if converting Ty1 to Ty2 is not
980 /// a nop.
981 bool LoopStrengthReduce::RequiresTypeConversion(const Type *Ty1,
982                                                 const Type *Ty2) {
983   if (Ty1 == Ty2)
984     return false;
985   Ty1 = SE->getEffectiveSCEVType(Ty1);
986   Ty2 = SE->getEffectiveSCEVType(Ty2);
987   if (Ty1 == Ty2)
988     return false;
989   if (Ty1->canLosslesslyBitCastTo(Ty2))
990     return false;
991   if (TLI && TLI->isTruncateFree(Ty1, Ty2))
992     return false;
993   return true;
994 }
995
996 /// CheckForIVReuse - Returns the multiple if the stride is the multiple
997 /// of a previous stride and it is a legal value for the target addressing
998 /// mode scale component and optional base reg. This allows the users of
999 /// this stride to be rewritten as prev iv * factor. It returns 0 if no
1000 /// reuse is possible.  Factors can be negative on same targets, e.g. ARM.
1001 ///
1002 /// If all uses are outside the loop, we don't require that all multiplies
1003 /// be folded into the addressing mode, nor even that the factor be constant;
1004 /// a multiply (executed once) outside the loop is better than another IV
1005 /// within.  Well, usually.
1006 const SCEV *LoopStrengthReduce::CheckForIVReuse(bool HasBaseReg,
1007                                 bool AllUsesAreAddresses,
1008                                 bool AllUsesAreOutsideLoop,
1009                                 const SCEV *const &Stride,
1010                                 IVExpr &IV, const Type *Ty,
1011                                 const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
1012   if (StrideNoReuse.count(Stride))
1013     return SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1014
1015   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Stride)) {
1016     int64_t SInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1017     for (unsigned NewStride = 0, e = IU->StrideOrder.size();
1018          NewStride != e; ++NewStride) {
1019       std::map<const SCEV *, IVsOfOneStride>::iterator SI =
1020                 IVsByStride.find(IU->StrideOrder[NewStride]);
1021       if (SI == IVsByStride.end() || !isa<SCEVConstant>(SI->first) ||
1022           StrideNoReuse.count(SI->first))
1023         continue;
1024       // The other stride has no uses, don't reuse it.
1025       std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator UI =
1026         IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[NewStride]);
1027       if (UI->second->Users.empty())
1028         continue;
1029       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1030       if (SI->first != Stride &&
1031           (unsigned(abs64(SInt)) < SSInt || (SInt % SSInt) != 0))
1032         continue;
1033       int64_t Scale = SInt / SSInt;
1034       // Check that this stride is valid for all the types used for loads and
1035       // stores; if it can be used for some and not others, we might as well use
1036       // the original stride everywhere, since we have to create the IV for it
1037       // anyway. If the scale is 1, then we don't need to worry about folding
1038       // multiplications.
1039       if (Scale == 1 ||
1040           (AllUsesAreAddresses &&
1041            ValidScale(HasBaseReg, Scale, UsersToProcess))) {
1042         // Prefer to reuse an IV with a base of zero.
1043         for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1044                IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1045           // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion
1046           // and if the base difference can be folded.
1047           if (II->Base->isZero() &&
1048               !RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1049             IV = *II;
1050             return SE->getIntegerSCEV(Scale, Stride->getType());
1051           }
1052         // Otherwise, settle for an IV with a foldable base.
1053         if (AllUsesAreAddresses)
1054           for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1055                  IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1056             // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion
1057             // and if the base difference can be folded.
1058             if (SE->getEffectiveSCEVType(II->Base->getType()) ==
1059                 SE->getEffectiveSCEVType(Ty) &&
1060                 isa<SCEVConstant>(II->Base)) {
1061               int64_t Base =
1062                 cast<SCEVConstant>(II->Base)->getValue()->getSExtValue();
1063               if (Base > INT32_MIN && Base <= INT32_MAX &&
1064                   ValidOffset(HasBaseReg, -Base * Scale,
1065                               Scale, UsersToProcess)) {
1066                 IV = *II;
1067                 return SE->getIntegerSCEV(Scale, Stride->getType());
1068               }
1069             }
1070       }
1071     }
1072   } else if (AllUsesAreOutsideLoop) {
1073     // Accept nonconstant strides here; it is really really right to substitute
1074     // an existing IV if we can.
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() || !isa<SCEVConstant>(SI->first))
1080         continue;
1081       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1082       if (SI->first != Stride && SSInt != 1)
1083         continue;
1084       for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1085              IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1086         // Accept nonzero base here.
1087         // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion.
1088         if (!RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1089           IV = *II;
1090           return Stride;
1091         }
1092     }
1093     // Special case, old IV is -1*x and this one is x.  Can treat this one as
1094     // -1*old.
1095     for (unsigned NewStride = 0, e = IU->StrideOrder.size();
1096          NewStride != e; ++NewStride) {
1097       std::map<const SCEV *, IVsOfOneStride>::iterator SI =
1098                 IVsByStride.find(IU->StrideOrder[NewStride]);
1099       if (SI == IVsByStride.end())
1100         continue;
1101       if (const SCEVMulExpr *ME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(SI->first))
1102         if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(ME->getOperand(0)))
1103           if (Stride == ME->getOperand(1) &&
1104               SC->getValue()->getSExtValue() == -1LL)
1105             for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1106                    IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1107               // Accept nonzero base here.
1108               // Only reuse previous IV if it would not require type conversion.
1109               if (!RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1110                 IV = *II;
1111                 return SE->getIntegerSCEV(-1LL, Stride->getType());
1112               }
1113     }
1114   }
1115   return SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1116 }
1117
1118 /// PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue - Simple boolean predicate that
1119 /// returns true if Val's isUseOfPostIncrementedValue is true.
1120 static bool PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue(const BasedUser &Val) {
1121   return Val.isUseOfPostIncrementedValue;
1122 }
1123
1124 /// isNonConstantNegative - Return true if the specified scev is negated, but
1125 /// not a constant.
1126 static bool isNonConstantNegative(const SCEV *const &Expr) {
1127   const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Expr);
1128   if (!Mul) return false;
1129
1130   // If there is a constant factor, it will be first.
1131   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0));
1132   if (!SC) return false;
1133
1134   // Return true if the value is negative, this matches things like (-42 * V).
1135   return SC->getValue()->getValue().isNegative();
1136 }
1137
1138 /// CollectIVUsers - Transform our list of users and offsets to a bit more
1139 /// complex table. In this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base', the
1140 /// base of the strided accesses, as well as the old information from Uses. We
1141 /// progressively move information from the Base field to the Imm field, until
1142 /// we eventually have the full access expression to rewrite the use.
1143 const SCEV *LoopStrengthReduce::CollectIVUsers(const SCEV *const &Stride,
1144                                               IVUsersOfOneStride &Uses,
1145                                               Loop *L,
1146                                               bool &AllUsesAreAddresses,
1147                                               bool &AllUsesAreOutsideLoop,
1148                                        std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
1149   // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
1150   if (!Stride->isLoopInvariant(L))
1151     return SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1152
1153   UsersToProcess.reserve(Uses.Users.size());
1154   for (ilist<IVStrideUse>::iterator I = Uses.Users.begin(),
1155        E = Uses.Users.end(); I != E; ++I) {
1156     UsersToProcess.push_back(BasedUser(*I, SE));
1157
1158     // Move any loop variant operands from the offset field to the immediate
1159     // field of the use, so that we don't try to use something before it is
1160     // computed.
1161     MoveLoopVariantsToImmediateField(UsersToProcess.back().Base,
1162                                      UsersToProcess.back().Imm, L, SE);
1163     assert(UsersToProcess.back().Base->isLoopInvariant(L) &&
1164            "Base value is not loop invariant!");
1165   }
1166
1167   // We now have a whole bunch of uses of like-strided induction variables, but
1168   // they might all have different bases.  We want to emit one PHI node for this
1169   // stride which we fold as many common expressions (between the IVs) into as
1170   // possible.  Start by identifying the common expressions in the base values
1171   // for the strides (e.g. if we have "A+C+B" and "A+B+D" as our bases, find
1172   // "A+B"), emit it to the preheader, then remove the expression from the
1173   // UsersToProcess base values.
1174   const SCEV *CommonExprs =
1175     RemoveCommonExpressionsFromUseBases(UsersToProcess, SE, L, TLI);
1176
1177   // Next, figure out what we can represent in the immediate fields of
1178   // instructions.  If we can represent anything there, move it to the imm
1179   // fields of the BasedUsers.  We do this so that it increases the commonality
1180   // of the remaining uses.
1181   unsigned NumPHI = 0;
1182   bool HasAddress = false;
1183   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1184     // If the user is not in the current loop, this means it is using the exit
1185     // value of the IV.  Do not put anything in the base, make sure it's all in
1186     // the immediate field to allow as much factoring as possible.
1187     if (!L->contains(UsersToProcess[i].Inst->getParent())) {
1188       UsersToProcess[i].Imm = SE->getAddExpr(UsersToProcess[i].Imm,
1189                                              UsersToProcess[i].Base);
1190       UsersToProcess[i].Base =
1191         SE->getIntegerSCEV(0, UsersToProcess[i].Base->getType());
1192     } else {
1193       // Not all uses are outside the loop.
1194       AllUsesAreOutsideLoop = false;
1195
1196       // Addressing modes can be folded into loads and stores.  Be careful that
1197       // the store is through the expression, not of the expression though.
1198       bool isPHI = false;
1199       bool isAddress = isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
1200                                     UsersToProcess[i].OperandValToReplace);
1201       if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst)) {
1202         isPHI = true;
1203         ++NumPHI;
1204       }
1205
1206       if (isAddress)
1207         HasAddress = true;
1208
1209       // If this use isn't an address, then not all uses are addresses.
1210       if (!isAddress && !isPHI)
1211         AllUsesAreAddresses = false;
1212
1213       MoveImmediateValues(TLI, UsersToProcess[i].Inst, UsersToProcess[i].Base,
1214                           UsersToProcess[i].Imm, isAddress, L, SE);
1215     }
1216   }
1217
1218   // If one of the use is a PHI node and all other uses are addresses, still
1219   // allow iv reuse. Essentially we are trading one constant multiplication
1220   // for one fewer iv.
1221   if (NumPHI > 1)
1222     AllUsesAreAddresses = false;
1223
1224   // There are no in-loop address uses.
1225   if (AllUsesAreAddresses && (!HasAddress && !AllUsesAreOutsideLoop))
1226     AllUsesAreAddresses = false;
1227
1228   return CommonExprs;
1229 }
1230
1231 /// ShouldUseFullStrengthReductionMode - Test whether full strength-reduction
1232 /// is valid and profitable for the given set of users of a stride. In
1233 /// full strength-reduction mode, all addresses at the current stride are
1234 /// strength-reduced all the way down to pointer arithmetic.
1235 ///
1236 bool LoopStrengthReduce::ShouldUseFullStrengthReductionMode(
1237                                    const std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1238                                    const Loop *L,
1239                                    bool AllUsesAreAddresses,
1240                                    const SCEV *Stride) {
1241   if (!EnableFullLSRMode)
1242     return false;
1243
1244   // The heuristics below aim to avoid increasing register pressure, but
1245   // fully strength-reducing all the addresses increases the number of
1246   // add instructions, so don't do this when optimizing for size.
1247   // TODO: If the loop is large, the savings due to simpler addresses
1248   // may oughtweight the costs of the extra increment instructions.
1249   if (L->getHeader()->getParent()->hasFnAttr(Attribute::OptimizeForSize))
1250     return false;
1251
1252   // TODO: For now, don't do full strength reduction if there could
1253   // potentially be greater-stride multiples of the current stride
1254   // which could reuse the current stride IV.
1255   if (IU->StrideOrder.back() != Stride)
1256     return false;
1257
1258   // Iterate through the uses to find conditions that automatically rule out
1259   // full-lsr mode.
1260   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ) {
1261     const SCEV *Base = UsersToProcess[i].Base;
1262     const SCEV *Imm = UsersToProcess[i].Imm;
1263     // If any users have a loop-variant component, they can't be fully
1264     // strength-reduced.
1265     if (Imm && !Imm->isLoopInvariant(L))
1266       return false;
1267     // If there are to users with the same base and the difference between
1268     // the two Imm values can't be folded into the address, full
1269     // strength reduction would increase register pressure.
1270     do {
1271       const SCEV *CurImm = UsersToProcess[i].Imm;
1272       if ((CurImm || Imm) && CurImm != Imm) {
1273         if (!CurImm) CurImm = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1274         if (!Imm)       Imm = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1275         const Instruction *Inst = UsersToProcess[i].Inst;
1276         const Type *AccessTy = getAccessType(Inst);
1277         const SCEV *Diff = SE->getMinusSCEV(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1278         if (!Diff->isZero() &&
1279             (!AllUsesAreAddresses ||
1280              !fitsInAddressMode(Diff, AccessTy, TLI, /*HasBaseReg=*/true)))
1281           return false;
1282       }
1283     } while (++i != e && Base == UsersToProcess[i].Base);
1284   }
1285
1286   // If there's exactly one user in this stride, fully strength-reducing it
1287   // won't increase register pressure. If it's starting from a non-zero base,
1288   // it'll be simpler this way.
1289   if (UsersToProcess.size() == 1 && !UsersToProcess[0].Base->isZero())
1290     return true;
1291
1292   // Otherwise, if there are any users in this stride that don't require
1293   // a register for their base, full strength-reduction will increase
1294   // register pressure.
1295   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1296     if (UsersToProcess[i].Base->isZero())
1297       return false;
1298
1299   // Otherwise, go for it.
1300   return true;
1301 }
1302
1303 /// InsertAffinePhi Create and insert a PHI node for an induction variable
1304 /// with the specified start and step values in the specified loop.
1305 ///
1306 /// If NegateStride is true, the stride should be negated by using a
1307 /// subtract instead of an add.
1308 ///
1309 /// Return the created phi node.
1310 ///
1311 static PHINode *InsertAffinePhi(const SCEV *Start, const SCEV *Step,
1312                                 Instruction *IVIncInsertPt,
1313                                 const Loop *L,
1314                                 SCEVExpander &Rewriter) {
1315   assert(Start->isLoopInvariant(L) && "New PHI start is not loop invariant!");
1316   assert(Step->isLoopInvariant(L) && "New PHI stride is not loop invariant!");
1317
1318   BasicBlock *Header = L->getHeader();
1319   BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
1320   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1321   const Type *Ty = Start->getType();
1322   Ty = Rewriter.SE.getEffectiveSCEVType(Ty);
1323
1324   PHINode *PN = PHINode::Create(Ty, "lsr.iv", Header->begin());
1325   PN->addIncoming(Rewriter.expandCodeFor(Start, Ty, Preheader->getTerminator()),
1326                   Preheader);
1327
1328   // If the stride is negative, insert a sub instead of an add for the
1329   // increment.
1330   bool isNegative = isNonConstantNegative(Step);
1331   const SCEV *IncAmount = Step;
1332   if (isNegative)
1333     IncAmount = Rewriter.SE.getNegativeSCEV(Step);
1334
1335   // Insert an add instruction right before the terminator corresponding
1336   // to the back-edge or just before the only use. The location is determined
1337   // by the caller and passed in as IVIncInsertPt.
1338   Value *StepV = Rewriter.expandCodeFor(IncAmount, Ty,
1339                                         Preheader->getTerminator());
1340   Instruction *IncV;
1341   if (isNegative) {
1342     IncV = BinaryOperator::CreateSub(PN, StepV, "lsr.iv.next",
1343                                      IVIncInsertPt);
1344   } else {
1345     IncV = BinaryOperator::CreateAdd(PN, StepV, "lsr.iv.next",
1346                                      IVIncInsertPt);
1347   }
1348   if (!isa<ConstantInt>(StepV)) ++NumVariable;
1349
1350   PN->addIncoming(IncV, LatchBlock);
1351
1352   ++NumInserted;
1353   return PN;
1354 }
1355
1356 static void SortUsersToProcess(std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
1357   // We want to emit code for users inside the loop first.  To do this, we
1358   // rearrange BasedUser so that the entries at the end have
1359   // isUseOfPostIncrementedValue = false, because we pop off the end of the
1360   // vector (so we handle them first).
1361   std::partition(UsersToProcess.begin(), UsersToProcess.end(),
1362                  PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue);
1363
1364   // Sort this by base, so that things with the same base are handled
1365   // together.  By partitioning first and stable-sorting later, we are
1366   // guaranteed that within each base we will pop off users from within the
1367   // loop before users outside of the loop with a particular base.
1368   //
1369   // We would like to use stable_sort here, but we can't.  The problem is that
1370   // const SCEV *'s don't have a deterministic ordering w.r.t to each other, so
1371   // we don't have anything to do a '<' comparison on.  Because we think the
1372   // number of uses is small, do a horrible bubble sort which just relies on
1373   // ==.
1374   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1375     // Get a base value.
1376     const SCEV *Base = UsersToProcess[i].Base;
1377
1378     // Compact everything with this base to be consecutive with this one.
1379     for (unsigned j = i+1; j != e; ++j) {
1380       if (UsersToProcess[j].Base == Base) {
1381         std::swap(UsersToProcess[i+1], UsersToProcess[j]);
1382         ++i;
1383       }
1384     }
1385   }
1386 }
1387
1388 /// PrepareToStrengthReduceFully - Prepare to fully strength-reduce
1389 /// UsersToProcess, meaning lowering addresses all the way down to direct
1390 /// pointer arithmetic.
1391 ///
1392 void
1393 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceFully(
1394                                         std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1395                                         const SCEV *Stride,
1396                                         const SCEV *CommonExprs,
1397                                         const Loop *L,
1398                                         SCEVExpander &PreheaderRewriter) {
1399   DEBUG(errs() << "  Fully reducing all users\n");
1400
1401   // Rewrite the UsersToProcess records, creating a separate PHI for each
1402   // unique Base value.
1403   Instruction *IVIncInsertPt = L->getLoopLatch()->getTerminator();
1404   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ) {
1405     // TODO: The uses are grouped by base, but not sorted. We arbitrarily
1406     // pick the first Imm value here to start with, and adjust it for the
1407     // other uses.
1408     const SCEV *Imm = UsersToProcess[i].Imm;
1409     const SCEV *Base = UsersToProcess[i].Base;
1410     const SCEV *Start = SE->getAddExpr(CommonExprs, Base, Imm);
1411     PHINode *Phi = InsertAffinePhi(Start, Stride, IVIncInsertPt, L,
1412                                    PreheaderRewriter);
1413     // Loop over all the users with the same base.
1414     do {
1415       UsersToProcess[i].Base = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1416       UsersToProcess[i].Imm = SE->getMinusSCEV(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1417       UsersToProcess[i].Phi = Phi;
1418       assert(UsersToProcess[i].Imm->isLoopInvariant(L) &&
1419              "ShouldUseFullStrengthReductionMode should reject this!");
1420     } while (++i != e && Base == UsersToProcess[i].Base);
1421   }
1422 }
1423
1424 /// FindIVIncInsertPt - Return the location to insert the increment instruction.
1425 /// If the only use if a use of postinc value, (must be the loop termination
1426 /// condition), then insert it just before the use.
1427 static Instruction *FindIVIncInsertPt(std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1428                                       const Loop *L) {
1429   if (UsersToProcess.size() == 1 &&
1430       UsersToProcess[0].isUseOfPostIncrementedValue &&
1431       L->contains(UsersToProcess[0].Inst->getParent()))
1432     return UsersToProcess[0].Inst;
1433   return L->getLoopLatch()->getTerminator();
1434 }
1435
1436 /// PrepareToStrengthReduceWithNewPhi - Insert a new induction variable for the
1437 /// given users to share.
1438 ///
1439 void
1440 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(
1441                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1442                                          const SCEV *Stride,
1443                                          const SCEV *CommonExprs,
1444                                          Value *CommonBaseV,
1445                                          Instruction *IVIncInsertPt,
1446                                          const Loop *L,
1447                                          SCEVExpander &PreheaderRewriter) {
1448   DEBUG(errs() << "  Inserting new PHI:\n");
1449
1450   PHINode *Phi = InsertAffinePhi(SE->getUnknown(CommonBaseV),
1451                                  Stride, IVIncInsertPt, L,
1452                                  PreheaderRewriter);
1453
1454   // Remember this in case a later stride is multiple of this.
1455   IVsByStride[Stride].addIV(Stride, CommonExprs, Phi);
1456
1457   // All the users will share this new IV.
1458   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1459     UsersToProcess[i].Phi = Phi;
1460
1461   DEBUG(errs() << "    IV=");
1462   DEBUG(WriteAsOperand(errs(), Phi, /*PrintType=*/false));
1463   DEBUG(errs() << "\n");
1464 }
1465
1466 /// PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride - Prepare for the given users to
1467 /// reuse an induction variable with a stride that is a factor of the current
1468 /// induction variable.
1469 ///
1470 void
1471 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(
1472                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1473                                          Value *CommonBaseV,
1474                                          const IVExpr &ReuseIV,
1475                                          Instruction *PreInsertPt) {
1476   DEBUG(errs() << "  Rewriting in terms of existing IV of STRIDE "
1477                << *ReuseIV.Stride << " and BASE " << *ReuseIV.Base << "\n");
1478
1479   // All the users will share the reused IV.
1480   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1481     UsersToProcess[i].Phi = ReuseIV.PHI;
1482
1483   Constant *C = dyn_cast<Constant>(CommonBaseV);
1484   if (C &&
1485       (!C->isNullValue() &&
1486        !fitsInAddressMode(SE->getUnknown(CommonBaseV), CommonBaseV->getType(),
1487                          TLI, false)))
1488     // We want the common base emitted into the preheader! This is just
1489     // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1490     CommonBaseV = new BitCastInst(CommonBaseV, CommonBaseV->getType(),
1491                                   "commonbase", PreInsertPt);
1492 }
1493
1494 static bool IsImmFoldedIntoAddrMode(GlobalValue *GV, int64_t Offset,
1495                                     const Type *AccessTy,
1496                                    std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1497                                    const TargetLowering *TLI) {
1498   SmallVector<Instruction*, 16> AddrModeInsts;
1499   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1500     if (UsersToProcess[i].isUseOfPostIncrementedValue)
1501       continue;
1502     ExtAddrMode AddrMode =
1503       AddressingModeMatcher::Match(UsersToProcess[i].OperandValToReplace,
1504                                    AccessTy, UsersToProcess[i].Inst,
1505                                    AddrModeInsts, *TLI);
1506     if (GV && GV != AddrMode.BaseGV)
1507       return false;
1508     if (Offset && !AddrMode.BaseOffs)
1509       // FIXME: How to accurate check it's immediate offset is folded.
1510       return false;
1511     AddrModeInsts.clear();
1512   }
1513   return true;
1514 }
1515
1516 /// StrengthReduceIVUsersOfStride - Strength reduce all of the users of a single
1517 /// stride of IV.  All of the users may have different starting values, and this
1518 /// may not be the only stride.
1519 void
1520 LoopStrengthReduce::StrengthReduceIVUsersOfStride(const SCEV *const &Stride,
1521                                                   IVUsersOfOneStride &Uses,
1522                                                   Loop *L) {
1523   // If all the users are moved to another stride, then there is nothing to do.
1524   if (Uses.Users.empty())
1525     return;
1526
1527   // Keep track if every use in UsersToProcess is an address. If they all are,
1528   // we may be able to rewrite the entire collection of them in terms of a
1529   // smaller-stride IV.
1530   bool AllUsesAreAddresses = true;
1531
1532   // Keep track if every use of a single stride is outside the loop.  If so,
1533   // we want to be more aggressive about reusing a smaller-stride IV; a
1534   // multiply outside the loop is better than another IV inside.  Well, usually.
1535   bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
1536
1537   // Transform our list of users and offsets to a bit more complex table.  In
1538   // this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base' the base of the
1539   // strided accessas well as the old information from Uses.  We progressively
1540   // move information from the Base field to the Imm field, until we eventually
1541   // have the full access expression to rewrite the use.
1542   std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
1543   const SCEV *CommonExprs = CollectIVUsers(Stride, Uses, L, AllUsesAreAddresses,
1544                                            AllUsesAreOutsideLoop,
1545                                            UsersToProcess);
1546
1547   // Sort the UsersToProcess array so that users with common bases are
1548   // next to each other.
1549   SortUsersToProcess(UsersToProcess);
1550
1551   // If we managed to find some expressions in common, we'll need to carry
1552   // their value in a register and add it in for each use. This will take up
1553   // a register operand, which potentially restricts what stride values are
1554   // valid.
1555   bool HaveCommonExprs = !CommonExprs->isZero();
1556   const Type *ReplacedTy = CommonExprs->getType();
1557
1558   // If all uses are addresses, consider sinking the immediate part of the
1559   // common expression back into uses if they can fit in the immediate fields.
1560   if (TLI && HaveCommonExprs && AllUsesAreAddresses) {
1561     const SCEV *NewCommon = CommonExprs;
1562     const SCEV *Imm = SE->getIntegerSCEV(0, ReplacedTy);
1563     MoveImmediateValues(TLI, Type::getVoidTy(
1564                         L->getLoopPreheader()->getContext()),
1565                         NewCommon, Imm, true, L, SE);
1566     if (!Imm->isZero()) {
1567       bool DoSink = true;
1568
1569       // If the immediate part of the common expression is a GV, check if it's
1570       // possible to fold it into the target addressing mode.
1571       GlobalValue *GV = 0;
1572       if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(Imm))
1573         GV = dyn_cast<GlobalValue>(SU->getValue());
1574       int64_t Offset = 0;
1575       if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Imm))
1576         Offset = SC->getValue()->getSExtValue();
1577       if (GV || Offset)
1578         // Pass VoidTy as the AccessTy to be conservative, because
1579         // there could be multiple access types among all the uses.
1580         DoSink = IsImmFoldedIntoAddrMode(GV, Offset,
1581                           Type::getVoidTy(L->getLoopPreheader()->getContext()),
1582                                          UsersToProcess, TLI);
1583
1584       if (DoSink) {
1585         DEBUG(errs() << "  Sinking " << *Imm << " back down into uses\n");
1586         for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1587           UsersToProcess[i].Imm = SE->getAddExpr(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1588         CommonExprs = NewCommon;
1589         HaveCommonExprs = !CommonExprs->isZero();
1590         ++NumImmSunk;
1591       }
1592     }
1593   }
1594
1595   // Now that we know what we need to do, insert the PHI node itself.
1596   //
1597   DEBUG(errs() << "LSR: Examining IVs of TYPE " << *ReplacedTy << " of STRIDE "
1598                << *Stride << ":\n"
1599                << "  Common base: " << *CommonExprs << "\n");
1600
1601   SCEVExpander Rewriter(*SE);
1602   SCEVExpander PreheaderRewriter(*SE);
1603
1604   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
1605   Instruction *PreInsertPt = Preheader->getTerminator();
1606   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1607   Instruction *IVIncInsertPt = LatchBlock->getTerminator();
1608
1609   Value *CommonBaseV = Constant::getNullValue(ReplacedTy);
1610
1611   const SCEV *RewriteFactor = SE->getIntegerSCEV(0, ReplacedTy);
1612   IVExpr   ReuseIV(SE->getIntegerSCEV(0,
1613                                     Type::getInt32Ty(Preheader->getContext())),
1614                    SE->getIntegerSCEV(0,
1615                                     Type::getInt32Ty(Preheader->getContext())),
1616                    0);
1617
1618   // Choose a strength-reduction strategy and prepare for it by creating
1619   // the necessary PHIs and adjusting the bookkeeping.
1620   if (ShouldUseFullStrengthReductionMode(UsersToProcess, L,
1621                                          AllUsesAreAddresses, Stride)) {
1622     PrepareToStrengthReduceFully(UsersToProcess, Stride, CommonExprs, L,
1623                                  PreheaderRewriter);
1624   } else {
1625     // Emit the initial base value into the loop preheader.
1626     CommonBaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(CommonExprs, ReplacedTy,
1627                                                   PreInsertPt);
1628
1629     // If all uses are addresses, check if it is possible to reuse an IV.  The
1630     // new IV must have a stride that is a multiple of the old stride; the
1631     // multiple must be a number that can be encoded in the scale field of the
1632     // target addressing mode; and we must have a valid instruction after this
1633     // substitution, including the immediate field, if any.
1634     RewriteFactor = CheckForIVReuse(HaveCommonExprs, AllUsesAreAddresses,
1635                                     AllUsesAreOutsideLoop,
1636                                     Stride, ReuseIV, ReplacedTy,
1637                                     UsersToProcess);
1638     if (!RewriteFactor->isZero())
1639       PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(UsersToProcess, CommonBaseV,
1640                                                ReuseIV, PreInsertPt);
1641     else {
1642       IVIncInsertPt = FindIVIncInsertPt(UsersToProcess, L);
1643       PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(UsersToProcess, Stride, CommonExprs,
1644                                         CommonBaseV, IVIncInsertPt,
1645                                         L, PreheaderRewriter);
1646     }
1647   }
1648
1649   // Process all the users now, replacing their strided uses with
1650   // strength-reduced forms.  This outer loop handles all bases, the inner
1651   // loop handles all users of a particular base.
1652   while (!UsersToProcess.empty()) {
1653     const SCEV *Base = UsersToProcess.back().Base;
1654     Instruction *Inst = UsersToProcess.back().Inst;
1655
1656     // Emit the code for Base into the preheader.
1657     Value *BaseV = 0;
1658     if (!Base->isZero()) {
1659       BaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(Base, 0, PreInsertPt);
1660
1661       DEBUG(errs() << "  INSERTING code for BASE = " << *Base << ":");
1662       if (BaseV->hasName())
1663         DEBUG(errs() << " Result value name = %" << BaseV->getName());
1664       DEBUG(errs() << "\n");
1665
1666       // If BaseV is a non-zero constant, make sure that it gets inserted into
1667       // the preheader, instead of being forward substituted into the uses.  We
1668       // do this by forcing a BitCast (noop cast) to be inserted into the
1669       // preheader in this case.
1670       if (!fitsInAddressMode(Base, getAccessType(Inst), TLI, false) &&
1671           isa<Constant>(BaseV)) {
1672         // We want this constant emitted into the preheader! This is just
1673         // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1674         BaseV = new BitCastInst(BaseV, BaseV->getType(), "preheaderinsert",
1675                                 PreInsertPt);
1676       }
1677     }
1678
1679     // Emit the code to add the immediate offset to the Phi value, just before
1680     // the instructions that we identified as using this stride and base.
1681     do {
1682       // FIXME: Use emitted users to emit other users.
1683       BasedUser &User = UsersToProcess.back();
1684
1685       DEBUG(errs() << "    Examining ");
1686       if (User.isUseOfPostIncrementedValue)
1687         DEBUG(errs() << "postinc");
1688       else
1689         DEBUG(errs() << "preinc");
1690       DEBUG(errs() << " use ");
1691       DEBUG(WriteAsOperand(errs(), UsersToProcess.back().OperandValToReplace,
1692                            /*PrintType=*/false));
1693       DEBUG(errs() << " in Inst: " << *User.Inst);
1694
1695       // If this instruction wants to use the post-incremented value, move it
1696       // after the post-inc and use its value instead of the PHI.
1697       Value *RewriteOp = User.Phi;
1698       if (User.isUseOfPostIncrementedValue) {
1699         RewriteOp = User.Phi->getIncomingValueForBlock(LatchBlock);
1700         // If this user is in the loop, make sure it is the last thing in the
1701         // loop to ensure it is dominated by the increment. In case it's the
1702         // only use of the iv, the increment instruction is already before the
1703         // use.
1704         if (L->contains(User.Inst->getParent()) && User.Inst != IVIncInsertPt)
1705           User.Inst->moveBefore(IVIncInsertPt);
1706       }
1707
1708       const SCEV *RewriteExpr = SE->getUnknown(RewriteOp);
1709
1710       if (SE->getEffectiveSCEVType(RewriteOp->getType()) !=
1711           SE->getEffectiveSCEVType(ReplacedTy)) {
1712         assert(SE->getTypeSizeInBits(RewriteOp->getType()) >
1713                SE->getTypeSizeInBits(ReplacedTy) &&
1714                "Unexpected widening cast!");
1715         RewriteExpr = SE->getTruncateExpr(RewriteExpr, ReplacedTy);
1716       }
1717
1718       // If we had to insert new instructions for RewriteOp, we have to
1719       // consider that they may not have been able to end up immediately
1720       // next to RewriteOp, because non-PHI instructions may never precede
1721       // PHI instructions in a block. In this case, remember where the last
1722       // instruction was inserted so that if we're replacing a different
1723       // PHI node, we can use the later point to expand the final
1724       // RewriteExpr.
1725       Instruction *NewBasePt = dyn_cast<Instruction>(RewriteOp);
1726       if (RewriteOp == User.Phi) NewBasePt = 0;
1727
1728       // Clear the SCEVExpander's expression map so that we are guaranteed
1729       // to have the code emitted where we expect it.
1730       Rewriter.clear();
1731
1732       // If we are reusing the iv, then it must be multiplied by a constant
1733       // factor to take advantage of the addressing mode scale component.
1734       if (!RewriteFactor->isZero()) {
1735         // If we're reusing an IV with a nonzero base (currently this happens
1736         // only when all reuses are outside the loop) subtract that base here.
1737         // The base has been used to initialize the PHI node but we don't want
1738         // it here.
1739         if (!ReuseIV.Base->isZero()) {
1740           const SCEV *typedBase = ReuseIV.Base;
1741           if (SE->getEffectiveSCEVType(RewriteExpr->getType()) !=
1742               SE->getEffectiveSCEVType(ReuseIV.Base->getType())) {
1743             // It's possible the original IV is a larger type than the new IV,
1744             // in which case we have to truncate the Base.  We checked in
1745             // RequiresTypeConversion that this is valid.
1746             assert(SE->getTypeSizeInBits(RewriteExpr->getType()) <
1747                    SE->getTypeSizeInBits(ReuseIV.Base->getType()) &&
1748                    "Unexpected lengthening conversion!");
1749             typedBase = SE->getTruncateExpr(ReuseIV.Base,
1750                                             RewriteExpr->getType());
1751           }
1752           RewriteExpr = SE->getMinusSCEV(RewriteExpr, typedBase);
1753         }
1754
1755         // Multiply old variable, with base removed, by new scale factor.
1756         RewriteExpr = SE->getMulExpr(RewriteFactor,
1757                                      RewriteExpr);
1758
1759         // The common base is emitted in the loop preheader. But since we
1760         // are reusing an IV, it has not been used to initialize the PHI node.
1761         // Add it to the expression used to rewrite the uses.
1762         // When this use is outside the loop, we earlier subtracted the
1763         // common base, and are adding it back here.  Use the same expression
1764         // as before, rather than CommonBaseV, so DAGCombiner will zap it.
1765         if (!CommonExprs->isZero()) {
1766           if (L->contains(User.Inst->getParent()))
1767             RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr,
1768                                        SE->getUnknown(CommonBaseV));
1769           else
1770             RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, CommonExprs);
1771         }
1772       }
1773
1774       // Now that we know what we need to do, insert code before User for the
1775       // immediate and any loop-variant expressions.
1776       if (BaseV)
1777         // Add BaseV to the PHI value if needed.
1778         RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, SE->getUnknown(BaseV));
1779
1780       User.RewriteInstructionToUseNewBase(RewriteExpr, NewBasePt,
1781                                           Rewriter, L, this, *LI,
1782                                           DeadInsts);
1783
1784       // Mark old value we replaced as possibly dead, so that it is eliminated
1785       // if we just replaced the last use of that value.
1786       DeadInsts.push_back(User.OperandValToReplace);
1787
1788       UsersToProcess.pop_back();
1789       ++NumReduced;
1790
1791       // If there are any more users to process with the same base, process them
1792       // now.  We sorted by base above, so we just have to check the last elt.
1793     } while (!UsersToProcess.empty() && UsersToProcess.back().Base == Base);
1794     // TODO: Next, find out which base index is the most common, pull it out.
1795   }
1796
1797   // IMPORTANT TODO: Figure out how to partition the IV's with this stride, but
1798   // different starting values, into different PHIs.
1799 }
1800
1801 void LoopStrengthReduce::StrengthReduceIVUsers(Loop *L) {
1802   // Note: this processes each stride/type pair individually.  All users
1803   // passed into StrengthReduceIVUsersOfStride have the same type AND stride.
1804   // Also, note that we iterate over IVUsesByStride indirectly by using
1805   // StrideOrder. This extra layer of indirection makes the ordering of
1806   // strides deterministic - not dependent on map order.
1807   for (unsigned Stride = 0, e = IU->StrideOrder.size(); Stride != e; ++Stride) {
1808     std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
1809       IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[Stride]);
1810     assert(SI != IU->IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1811     // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
1812     if (!SI->first->isLoopInvariant(L))
1813       continue;
1814     StrengthReduceIVUsersOfStride(SI->first, *SI->second, L);
1815   }
1816 }
1817
1818 /// FindIVUserForCond - If Cond has an operand that is an expression of an IV,
1819 /// set the IV user and stride information and return true, otherwise return
1820 /// false.
1821 bool LoopStrengthReduce::FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond,
1822                                            IVStrideUse *&CondUse,
1823                                            const SCEV* &CondStride) {
1824   for (unsigned Stride = 0, e = IU->StrideOrder.size();
1825        Stride != e && !CondUse; ++Stride) {
1826     std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
1827       IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[Stride]);
1828     assert(SI != IU->IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1829
1830     for (ilist<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second->Users.begin(),
1831          E = SI->second->Users.end(); UI != E; ++UI)
1832       if (UI->getUser() == Cond) {
1833         // NOTE: we could handle setcc instructions with multiple uses here, but
1834         // InstCombine does it as well for simple uses, it's not clear that it
1835         // occurs enough in real life to handle.
1836         CondUse = UI;
1837         CondStride = SI->first;
1838         return true;
1839       }
1840   }
1841   return false;
1842 }
1843
1844 namespace {
1845   // Constant strides come first which in turns are sorted by their absolute
1846   // values. If absolute values are the same, then positive strides comes first.
1847   // e.g.
1848   // 4, -1, X, 1, 2 ==> 1, -1, 2, 4, X
1849   struct StrideCompare {
1850     const ScalarEvolution *SE;
1851     explicit StrideCompare(const ScalarEvolution *se) : SE(se) {}
1852
1853     bool operator()(const SCEV *const &LHS, const SCEV *const &RHS) {
1854       const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS);
1855       const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS);
1856       if (LHSC && RHSC) {
1857         int64_t  LV = LHSC->getValue()->getSExtValue();
1858         int64_t  RV = RHSC->getValue()->getSExtValue();
1859         uint64_t ALV = (LV < 0) ? -LV : LV;
1860         uint64_t ARV = (RV < 0) ? -RV : RV;
1861         if (ALV == ARV) {
1862           if (LV != RV)
1863             return LV > RV;
1864         } else {
1865           return ALV < ARV;
1866         }
1867
1868         // If it's the same value but different type, sort by bit width so
1869         // that we emit larger induction variables before smaller
1870         // ones, letting the smaller be re-written in terms of larger ones.
1871         return SE->getTypeSizeInBits(RHS->getType()) <
1872                SE->getTypeSizeInBits(LHS->getType());
1873       }
1874       return LHSC && !RHSC;
1875     }
1876   };
1877 }
1878
1879 /// ChangeCompareStride - If a loop termination compare instruction is the
1880 /// only use of its stride, and the compaison is against a constant value,
1881 /// try eliminate the stride by moving the compare instruction to another
1882 /// stride and change its constant operand accordingly. e.g.
1883 ///
1884 /// loop:
1885 /// ...
1886 /// v1 = v1 + 3
1887 /// v2 = v2 + 1
1888 /// if (v2 < 10) goto loop
1889 /// =>
1890 /// loop:
1891 /// ...
1892 /// v1 = v1 + 3
1893 /// if (v1 < 30) goto loop
1894 ICmpInst *LoopStrengthReduce::ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
1895                                                   IVStrideUse* &CondUse,
1896                                                   const SCEV* &CondStride,
1897                                                   bool PostPass) {
1898   // If there's only one stride in the loop, there's nothing to do here.
1899   if (IU->StrideOrder.size() < 2)
1900     return Cond;
1901   // If there are other users of the condition's stride, don't bother
1902   // trying to change the condition because the stride will still
1903   // remain.
1904   std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator I =
1905     IU->IVUsesByStride.find(CondStride);
1906   if (I == IU->IVUsesByStride.end())
1907     return Cond;
1908   if (I->second->Users.size() > 1) {
1909     for (ilist<IVStrideUse>::iterator II = I->second->Users.begin(),
1910            EE = I->second->Users.end(); II != EE; ++II) {
1911       if (II->getUser() == Cond)
1912         continue;
1913       if (!isInstructionTriviallyDead(II->getUser()))
1914         return Cond;
1915     }
1916   }
1917   // Only handle constant strides for now.
1918   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(CondStride);
1919   if (!SC) return Cond;
1920
1921   ICmpInst::Predicate Predicate = Cond->getPredicate();
1922   int64_t CmpSSInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1923   unsigned BitWidth = SE->getTypeSizeInBits(CondStride->getType());
1924   uint64_t SignBit = 1ULL << (BitWidth-1);
1925   const Type *CmpTy = Cond->getOperand(0)->getType();
1926   const Type *NewCmpTy = NULL;
1927   unsigned TyBits = SE->getTypeSizeInBits(CmpTy);
1928   unsigned NewTyBits = 0;
1929   const SCEV *NewStride = NULL;
1930   Value *NewCmpLHS = NULL;
1931   Value *NewCmpRHS = NULL;
1932   int64_t Scale = 1;
1933   const SCEV *NewOffset = SE->getIntegerSCEV(0, CmpTy);
1934
1935   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Cond->getOperand(1))) {
1936     int64_t CmpVal = C->getValue().getSExtValue();
1937
1938     // Check the relevant induction variable for conformance to
1939     // the pattern.
1940     const SCEV *IV = SE->getSCEV(Cond->getOperand(0));
1941     const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
1942     if (!AR || !AR->isAffine())
1943       return Cond;
1944
1945     const SCEVConstant *StartC = dyn_cast<SCEVConstant>(AR->getStart());
1946     // Check stride constant and the comparision constant signs to detect
1947     // overflow.
1948     if (StartC) {
1949       if ((StartC->getValue()->getSExtValue() < CmpVal && CmpSSInt < 0) ||
1950           (StartC->getValue()->getSExtValue() > CmpVal && CmpSSInt > 0))
1951         return Cond;
1952     } else {
1953       // More restrictive check for the other cases.
1954       if ((CmpVal & SignBit) != (CmpSSInt & SignBit))
1955         return Cond;
1956     }
1957
1958     // Look for a suitable stride / iv as replacement.
1959     for (unsigned i = 0, e = IU->StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
1960       std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
1961         IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[i]);
1962       if (!isa<SCEVConstant>(SI->first) || SI->second->Users.empty())
1963         continue;
1964       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1965       if (SSInt == CmpSSInt ||
1966           abs64(SSInt) < abs64(CmpSSInt) ||
1967           (SSInt % CmpSSInt) != 0)
1968         continue;
1969
1970       Scale = SSInt / CmpSSInt;
1971       int64_t NewCmpVal = CmpVal * Scale;
1972
1973       // If old icmp value fits in icmp immediate field, but the new one doesn't
1974       // try something else.
1975       if (TLI &&
1976           TLI->isLegalICmpImmediate(CmpVal) &&
1977           !TLI->isLegalICmpImmediate(NewCmpVal))
1978         continue;
1979
1980       APInt Mul = APInt(BitWidth*2, CmpVal, true);
1981       Mul = Mul * APInt(BitWidth*2, Scale, true);
1982       // Check for overflow.
1983       if (!Mul.isSignedIntN(BitWidth))
1984         continue;
1985       // Check for overflow in the stride's type too.
1986       if (!Mul.isSignedIntN(SE->getTypeSizeInBits(SI->first->getType())))
1987         continue;
1988
1989       // Watch out for overflow.
1990       if (ICmpInst::isSigned(Predicate) &&
1991           (CmpVal & SignBit) != (NewCmpVal & SignBit))
1992         continue;
1993
1994       // Pick the best iv to use trying to avoid a cast.
1995       NewCmpLHS = NULL;
1996       for (ilist<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second->Users.begin(),
1997              E = SI->second->Users.end(); UI != E; ++UI) {
1998         Value *Op = UI->getOperandValToReplace();
1999
2000         // If the IVStrideUse implies a cast, check for an actual cast which
2001         // can be used to find the original IV expression.
2002         if (SE->getEffectiveSCEVType(Op->getType()) !=
2003             SE->getEffectiveSCEVType(SI->first->getType())) {
2004           CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(Op);
2005           // If it's not a simple cast, it's complicated.
2006           if (!CI)
2007             continue;
2008           // If it's a cast from a type other than the stride type,
2009           // it's complicated.
2010           if (CI->getOperand(0)->getType() != SI->first->getType())
2011             continue;
2012           // Ok, we found the IV expression in the stride's type.
2013           Op = CI->getOperand(0);
2014         }
2015
2016         NewCmpLHS = Op;
2017         if (NewCmpLHS->getType() == CmpTy)
2018           break;
2019       }
2020       if (!NewCmpLHS)
2021         continue;
2022
2023       NewCmpTy = NewCmpLHS->getType();
2024       NewTyBits = SE->getTypeSizeInBits(NewCmpTy);
2025       const Type *NewCmpIntTy = IntegerType::get(Cond->getContext(), NewTyBits);
2026       if (RequiresTypeConversion(NewCmpTy, CmpTy)) {
2027         // Check if it is possible to rewrite it using
2028         // an iv / stride of a smaller integer type.
2029         unsigned Bits = NewTyBits;
2030         if (ICmpInst::isSigned(Predicate))
2031           --Bits;
2032         uint64_t Mask = (1ULL << Bits) - 1;
2033         if (((uint64_t)NewCmpVal & Mask) != (uint64_t)NewCmpVal)
2034           continue;
2035       }
2036
2037       // Don't rewrite if use offset is non-constant and the new type is
2038       // of a different type.
2039       // FIXME: too conservative?
2040       if (NewTyBits != TyBits && !isa<SCEVConstant>(CondUse->getOffset()))
2041         continue;
2042
2043       if (!PostPass) {
2044         bool AllUsesAreAddresses = true;
2045         bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
2046         std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
2047         const SCEV *CommonExprs = CollectIVUsers(SI->first, *SI->second, L,
2048                                                  AllUsesAreAddresses,
2049                                                  AllUsesAreOutsideLoop,
2050                                                  UsersToProcess);
2051         // Avoid rewriting the compare instruction with an iv of new stride
2052         // if it's likely the new stride uses will be rewritten using the
2053         // stride of the compare instruction.
2054         if (AllUsesAreAddresses &&
2055             ValidScale(!CommonExprs->isZero(), Scale, UsersToProcess))
2056           continue;
2057       }
2058
2059       // Avoid rewriting the compare instruction with an iv which has
2060       // implicit extension or truncation built into it.
2061       // TODO: This is over-conservative.
2062       if (SE->getTypeSizeInBits(CondUse->getOffset()->getType()) != TyBits)
2063         continue;
2064
2065       // If scale is negative, use swapped predicate unless it's testing
2066       // for equality.
2067       if (Scale < 0 && !Cond->isEquality())
2068         Predicate = ICmpInst::getSwappedPredicate(Predicate);
2069
2070       NewStride = IU->StrideOrder[i];
2071       if (!isa<PointerType>(NewCmpTy))
2072         NewCmpRHS = ConstantInt::get(NewCmpTy, NewCmpVal);
2073       else {
2074         Constant *CI = ConstantInt::get(NewCmpIntTy, NewCmpVal);
2075         NewCmpRHS = ConstantExpr::getIntToPtr(CI, NewCmpTy);
2076       }
2077       NewOffset = TyBits == NewTyBits
2078         ? SE->getMulExpr(CondUse->getOffset(),
2079                          SE->getConstant(CmpTy, Scale))
2080         : SE->getConstant(NewCmpIntTy,
2081           cast<SCEVConstant>(CondUse->getOffset())->getValue()
2082             ->getSExtValue()*Scale);
2083       break;
2084     }
2085   }
2086
2087   // Forgo this transformation if it the increment happens to be
2088   // unfortunately positioned after the condition, and the condition
2089   // has multiple uses which prevent it from being moved immediately
2090   // before the branch. See
2091   // test/Transforms/LoopStrengthReduce/change-compare-stride-trickiness-*.ll
2092   // for an example of this situation.
2093   if (!Cond->hasOneUse()) {
2094     for (BasicBlock::iterator I = Cond, E = Cond->getParent()->end();
2095          I != E; ++I)
2096       if (I == NewCmpLHS)
2097         return Cond;
2098   }
2099
2100   if (NewCmpRHS) {
2101     // Create a new compare instruction using new stride / iv.
2102     ICmpInst *OldCond = Cond;
2103     // Insert new compare instruction.
2104     Cond = new ICmpInst(OldCond, Predicate, NewCmpLHS, NewCmpRHS,
2105                         L->getHeader()->getName() + ".termcond");
2106
2107     DEBUG(errs() << "    Change compare stride in Inst " << *OldCond);
2108     DEBUG(errs() << " to " << *Cond << '\n');
2109
2110     // Remove the old compare instruction. The old indvar is probably dead too.
2111     DeadInsts.push_back(CondUse->getOperandValToReplace());
2112     OldCond->replaceAllUsesWith(Cond);
2113     OldCond->eraseFromParent();
2114
2115     IU->IVUsesByStride[NewStride]->addUser(NewOffset, Cond, NewCmpLHS);
2116     CondUse = &IU->IVUsesByStride[NewStride]->Users.back();
2117     CondStride = NewStride;
2118     ++NumEliminated;
2119     Changed = true;
2120   }
2121
2122   return Cond;
2123 }
2124
2125 /// OptimizeMax - Rewrite the loop's terminating condition if it uses
2126 /// a max computation.
2127 ///
2128 /// This is a narrow solution to a specific, but acute, problem. For loops
2129 /// like this:
2130 ///
2131 ///   i = 0;
2132 ///   do {
2133 ///     p[i] = 0.0;
2134 ///   } while (++i < n);
2135 ///
2136 /// the trip count isn't just 'n', because 'n' might not be positive. And
2137 /// unfortunately this can come up even for loops where the user didn't use
2138 /// a C do-while loop. For example, seemingly well-behaved top-test loops
2139 /// will commonly be lowered like this:
2140 //
2141 ///   if (n > 0) {
2142 ///     i = 0;
2143 ///     do {
2144 ///       p[i] = 0.0;
2145 ///     } while (++i < n);
2146 ///   }
2147 ///
2148 /// and then it's possible for subsequent optimization to obscure the if
2149 /// test in such a way that indvars can't find it.
2150 ///
2151 /// When indvars can't find the if test in loops like this, it creates a
2152 /// max expression, which allows it to give the loop a canonical
2153 /// induction variable:
2154 ///
2155 ///   i = 0;
2156 ///   max = n < 1 ? 1 : n;
2157 ///   do {
2158 ///     p[i] = 0.0;
2159 ///   } while (++i != max);
2160 ///
2161 /// Canonical induction variables are necessary because the loop passes
2162 /// are designed around them. The most obvious example of this is the
2163 /// LoopInfo analysis, which doesn't remember trip count values. It
2164 /// expects to be able to rediscover the trip count each time it is
2165 /// needed, and it does this using a simple analyis that only succeeds if
2166 /// the loop has a canonical induction variable.
2167 ///
2168 /// However, when it comes time to generate code, the maximum operation
2169 /// can be quite costly, especially if it's inside of an outer loop.
2170 ///
2171 /// This function solves this problem by detecting this type of loop and
2172 /// rewriting their conditions from ICMP_NE back to ICMP_SLT, and deleting
2173 /// the instructions for the maximum computation.
2174 ///
2175 ICmpInst *LoopStrengthReduce::OptimizeMax(Loop *L, ICmpInst *Cond,
2176                                           IVStrideUse* &CondUse) {
2177   // Check that the loop matches the pattern we're looking for.
2178   if (Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_EQ &&
2179       Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_NE)
2180     return Cond;
2181
2182   SelectInst *Sel = dyn_cast<SelectInst>(Cond->getOperand(1));
2183   if (!Sel || !Sel->hasOneUse()) return Cond;
2184
2185   const SCEV *BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
2186   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
2187     return Cond;
2188   const SCEV *One = SE->getIntegerSCEV(1, BackedgeTakenCount->getType());
2189
2190   // Add one to the backedge-taken count to get the trip count.
2191   const SCEV *IterationCount = SE->getAddExpr(BackedgeTakenCount, One);
2192
2193   // Check for a max calculation that matches the pattern.
2194   if (!isa<SCEVSMaxExpr>(IterationCount) && !isa<SCEVUMaxExpr>(IterationCount))
2195     return Cond;
2196   const SCEVNAryExpr *Max = cast<SCEVNAryExpr>(IterationCount);
2197   if (Max != SE->getSCEV(Sel)) return Cond;
2198
2199   // To handle a max with more than two operands, this optimization would
2200   // require additional checking and setup.
2201   if (Max->getNumOperands() != 2)
2202     return Cond;
2203
2204   const SCEV *MaxLHS = Max->getOperand(0);
2205   const SCEV *MaxRHS = Max->getOperand(1);
2206   if (!MaxLHS || MaxLHS != One) return Cond;
2207
2208   // Check the relevant induction variable for conformance to
2209   // the pattern.
2210   const SCEV *IV = SE->getSCEV(Cond->getOperand(0));
2211   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
2212   if (!AR || !AR->isAffine() ||
2213       AR->getStart() != One ||
2214       AR->getStepRecurrence(*SE) != One)
2215     return Cond;
2216
2217   assert(AR->getLoop() == L &&
2218          "Loop condition operand is an addrec in a different loop!");
2219
2220   // Check the right operand of the select, and remember it, as it will
2221   // be used in the new comparison instruction.
2222   Value *NewRHS = 0;
2223   if (SE->getSCEV(Sel->getOperand(1)) == MaxRHS)
2224     NewRHS = Sel->getOperand(1);
2225   else if (SE->getSCEV(Sel->getOperand(2)) == MaxRHS)
2226     NewRHS = Sel->getOperand(2);
2227   if (!NewRHS) return Cond;
2228
2229   // Determine the new comparison opcode. It may be signed or unsigned,
2230   // and the original comparison may be either equality or inequality.
2231   CmpInst::Predicate Pred =
2232     isa<SCEVSMaxExpr>(Max) ? CmpInst::ICMP_SLT : CmpInst::ICMP_ULT;
2233   if (Cond->getPredicate() == CmpInst::ICMP_EQ)
2234     Pred = CmpInst::getInversePredicate(Pred);
2235
2236   // Ok, everything looks ok to change the condition into an SLT or SGE and
2237   // delete the max calculation.
2238   ICmpInst *NewCond =
2239     new ICmpInst(Cond, Pred, Cond->getOperand(0), NewRHS, "scmp");
2240
2241   // Delete the max calculation instructions.
2242   Cond->replaceAllUsesWith(NewCond);
2243   CondUse->setUser(NewCond);
2244   Instruction *Cmp = cast<Instruction>(Sel->getOperand(0));
2245   Cond->eraseFromParent();
2246   Sel->eraseFromParent();
2247   if (Cmp->use_empty())
2248     Cmp->eraseFromParent();
2249   return NewCond;
2250 }
2251
2252 /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
2253 /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
2254 void LoopStrengthReduce::OptimizeShadowIV(Loop *L) {
2255
2256   const SCEV *BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
2257   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
2258     return;
2259
2260   for (unsigned Stride = 0, e = IU->StrideOrder.size(); Stride != e;
2261        ++Stride) {
2262     std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
2263       IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[Stride]);
2264     assert(SI != IU->IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2265     if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
2266       continue;
2267
2268     for (ilist<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second->Users.begin(),
2269            E = SI->second->Users.end(); UI != E; /* empty */) {
2270       ilist<IVStrideUse>::iterator CandidateUI = UI;
2271       ++UI;
2272       Instruction *ShadowUse = CandidateUI->getUser();
2273       const Type *DestTy = NULL;
2274
2275       /* If shadow use is a int->float cast then insert a second IV
2276          to eliminate this cast.
2277
2278            for (unsigned i = 0; i < n; ++i)
2279              foo((double)i);
2280
2281          is transformed into
2282
2283            double d = 0.0;
2284            for (unsigned i = 0; i < n; ++i, ++d)
2285              foo(d);
2286       */
2287       if (UIToFPInst *UCast = dyn_cast<UIToFPInst>(CandidateUI->getUser()))
2288         DestTy = UCast->getDestTy();
2289       else if (SIToFPInst *SCast = dyn_cast<SIToFPInst>(CandidateUI->getUser()))
2290         DestTy = SCast->getDestTy();
2291       if (!DestTy) continue;
2292
2293       if (TLI) {
2294         // If target does not support DestTy natively then do not apply
2295         // this transformation.
2296         EVT DVT = TLI->getValueType(DestTy);
2297         if (!TLI->isTypeLegal(DVT)) continue;
2298       }
2299
2300       PHINode *PH = dyn_cast<PHINode>(ShadowUse->getOperand(0));
2301       if (!PH) continue;
2302       if (PH->getNumIncomingValues() != 2) continue;
2303
2304       const Type *SrcTy = PH->getType();
2305       int Mantissa = DestTy->getFPMantissaWidth();
2306       if (Mantissa == -1) continue;
2307       if ((int)SE->getTypeSizeInBits(SrcTy) > Mantissa)
2308         continue;
2309
2310       unsigned Entry, Latch;
2311       if (PH->getIncomingBlock(0) == L->getLoopPreheader()) {
2312         Entry = 0;
2313         Latch = 1;
2314       } else {
2315         Entry = 1;
2316         Latch = 0;
2317       }
2318
2319       ConstantInt *Init = dyn_cast<ConstantInt>(PH->getIncomingValue(Entry));
2320       if (!Init) continue;
2321       Constant *NewInit = ConstantFP::get(DestTy, Init->getZExtValue());
2322
2323       BinaryOperator *Incr =
2324         dyn_cast<BinaryOperator>(PH->getIncomingValue(Latch));
2325       if (!Incr) continue;
2326       if (Incr->getOpcode() != Instruction::Add
2327           && Incr->getOpcode() != Instruction::Sub)
2328         continue;
2329
2330       /* Initialize new IV, double d = 0.0 in above example. */
2331       ConstantInt *C = NULL;
2332       if (Incr->getOperand(0) == PH)
2333         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(1));
2334       else if (Incr->getOperand(1) == PH)
2335         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(0));
2336       else
2337         continue;
2338
2339       if (!C) continue;
2340
2341       // Ignore negative constants, as the code below doesn't handle them
2342       // correctly. TODO: Remove this restriction.
2343       if (!C->getValue().isStrictlyPositive()) continue;
2344
2345       /* Add new PHINode. */
2346       PHINode *NewPH = PHINode::Create(DestTy, "IV.S.", PH);
2347
2348       /* create new increment. '++d' in above example. */
2349       Constant *CFP = ConstantFP::get(DestTy, C->getZExtValue());
2350       BinaryOperator *NewIncr =
2351         BinaryOperator::Create(Incr->getOpcode() == Instruction::Add ?
2352                                  Instruction::FAdd : Instruction::FSub,
2353                                NewPH, CFP, "IV.S.next.", Incr);
2354
2355       NewPH->addIncoming(NewInit, PH->getIncomingBlock(Entry));
2356       NewPH->addIncoming(NewIncr, PH->getIncomingBlock(Latch));
2357
2358       /* Remove cast operation */
2359       ShadowUse->replaceAllUsesWith(NewPH);
2360       ShadowUse->eraseFromParent();
2361       NumShadow++;
2362       break;
2363     }
2364   }
2365 }
2366
2367 /// OptimizeIndvars - Now that IVUsesByStride is set up with all of the indvar
2368 /// uses in the loop, look to see if we can eliminate some, in favor of using
2369 /// common indvars for the different uses.
2370 void LoopStrengthReduce::OptimizeIndvars(Loop *L) {
2371   // TODO: implement optzns here.
2372
2373   OptimizeShadowIV(L);
2374 }
2375
2376 bool LoopStrengthReduce::StrideMightBeShared(const SCEV* Stride, Loop *L,
2377                                              bool CheckPreInc) {
2378   int64_t SInt = cast<SCEVConstant>(Stride)->getValue()->getSExtValue();
2379   for (unsigned i = 0, e = IU->StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
2380     std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
2381       IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[i]);
2382     const SCEV *Share = SI->first;
2383     if (!isa<SCEVConstant>(SI->first) || Share == Stride)
2384       continue;
2385     int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(Share)->getValue()->getSExtValue();
2386     if (SSInt == SInt)
2387       return true; // This can definitely be reused.
2388     if (unsigned(abs64(SSInt)) < SInt || (SSInt % SInt) != 0)
2389       continue;
2390     int64_t Scale = SSInt / SInt;
2391     bool AllUsesAreAddresses = true;
2392     bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
2393     std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
2394     const SCEV *CommonExprs = CollectIVUsers(SI->first, *SI->second, L,
2395                                              AllUsesAreAddresses,
2396                                              AllUsesAreOutsideLoop,
2397                                              UsersToProcess);
2398     if (AllUsesAreAddresses &&
2399         ValidScale(!CommonExprs->isZero(), Scale, UsersToProcess)) {
2400       if (!CheckPreInc)
2401         return true;
2402       // Any pre-inc iv use?
2403       IVUsersOfOneStride &StrideUses = *IU->IVUsesByStride[Share];
2404       for (ilist<IVStrideUse>::iterator I = StrideUses.Users.begin(),
2405              E = StrideUses.Users.end(); I != E; ++I) {
2406         if (!I->isUseOfPostIncrementedValue())
2407           return true;
2408       }
2409     }
2410   }
2411   return false;
2412 }
2413
2414 /// isUsedByExitBranch - Return true if icmp is used by a loop terminating
2415 /// conditional branch or it's and / or with other conditions before being used
2416 /// as the condition.
2417 static bool isUsedByExitBranch(ICmpInst *Cond, Loop *L) {
2418   BasicBlock *CondBB = Cond->getParent();
2419   if (!L->isLoopExiting(CondBB))
2420     return false;
2421   BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(CondBB->getTerminator());
2422   if (!TermBr || !TermBr->isConditional())
2423     return false;
2424
2425   Value *User = *Cond->use_begin();
2426   Instruction *UserInst = dyn_cast<Instruction>(User);
2427   while (UserInst &&
2428          (UserInst->getOpcode() == Instruction::And ||
2429           UserInst->getOpcode() == Instruction::Or)) {
2430     if (!UserInst->hasOneUse() || UserInst->getParent() != CondBB)
2431       return false;
2432     User = *User->use_begin();
2433     UserInst = dyn_cast<Instruction>(User);
2434   }
2435   return User == TermBr;
2436 }
2437
2438 static bool ShouldCountToZero(ICmpInst *Cond, IVStrideUse* &CondUse,
2439                               ScalarEvolution *SE, Loop *L,
2440                               const TargetLowering *TLI = 0) {
2441   if (!L->contains(Cond->getParent()))
2442     return false;
2443
2444   if (!isa<SCEVConstant>(CondUse->getOffset()))
2445     return false;
2446
2447   // Handle only tests for equality for the moment.
2448   if (!Cond->isEquality() || !Cond->hasOneUse())
2449     return false;
2450   if (!isUsedByExitBranch(Cond, L))
2451     return false;
2452
2453   Value *CondOp0 = Cond->getOperand(0);
2454   const SCEV *IV = SE->getSCEV(CondOp0);
2455   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
2456   if (!AR || !AR->isAffine())
2457     return false;
2458
2459   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(AR->getStepRecurrence(*SE));
2460   if (!SC || SC->getValue()->getSExtValue() < 0)
2461     // If it's already counting down, don't do anything.
2462     return false;
2463
2464   // If the RHS of the comparison is not an loop invariant, the rewrite
2465   // cannot be done. Also bail out if it's already comparing against a zero.
2466   // If we are checking this before cmp stride optimization, check if it's
2467   // comparing against a already legal immediate.
2468   Value *RHS = Cond->getOperand(1);
2469   ConstantInt *RHSC = dyn_cast<ConstantInt>(RHS);
2470   if (!L->isLoopInvariant(RHS) ||
2471       (RHSC && RHSC->isZero()) ||
2472       (RHSC && TLI && TLI->isLegalICmpImmediate(RHSC->getSExtValue())))
2473     return false;
2474
2475   // Make sure the IV is only used for counting.  Value may be preinc or
2476   // postinc; 2 uses in either case.
2477   if (!CondOp0->hasNUses(2))
2478     return false;
2479
2480   return true;
2481 }
2482
2483 /// OptimizeLoopTermCond - Change loop terminating condition to use the
2484 /// postinc iv when possible.
2485 void LoopStrengthReduce::OptimizeLoopTermCond(Loop *L) {
2486   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
2487   bool LatchExit = L->isLoopExiting(LatchBlock);
2488   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitingBlocks;
2489   L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
2490
2491   for (unsigned i = 0, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i) {
2492     BasicBlock *ExitingBlock = ExitingBlocks[i];
2493
2494     // Finally, get the terminating condition for the loop if possible.  If we
2495     // can, we want to change it to use a post-incremented version of its
2496     // induction variable, to allow coalescing the live ranges for the IV into
2497     // one register value.
2498
2499     BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
2500     if (!TermBr)
2501       continue;
2502     // FIXME: Overly conservative, termination condition could be an 'or' etc..
2503     if (TermBr->isUnconditional() || !isa<ICmpInst>(TermBr->getCondition()))
2504       continue;
2505
2506     // Search IVUsesByStride to find Cond's IVUse if there is one.
2507     IVStrideUse *CondUse = 0;
2508     const SCEV *CondStride = 0;
2509     ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(TermBr->getCondition());
2510     if (!FindIVUserForCond(Cond, CondUse, CondStride))
2511       continue;
2512
2513     // If the latch block is exiting and it's not a single block loop, it's
2514     // not safe to use postinc iv in other exiting blocks. FIXME: overly
2515     // conservative? How about icmp stride optimization?
2516     bool UsePostInc =  !(e > 1 && LatchExit && ExitingBlock != LatchBlock);
2517     if (UsePostInc && ExitingBlock != LatchBlock) {
2518       if (!Cond->hasOneUse())
2519         // See below, we don't want the condition to be cloned.
2520         UsePostInc = false;
2521       else {
2522         // If exiting block is the latch block, we know it's safe and profitable
2523         // to transform the icmp to use post-inc iv. Otherwise do so only if it
2524         // would not reuse another iv and its iv would be reused by other uses.
2525         // We are optimizing for the case where the icmp is the only use of the
2526         // iv.
2527         IVUsersOfOneStride &StrideUses = *IU->IVUsesByStride[CondStride];
2528         for (ilist<IVStrideUse>::iterator I = StrideUses.Users.begin(),
2529                E = StrideUses.Users.end(); I != E; ++I) {
2530           if (I->getUser() == Cond)
2531             continue;
2532           if (!I->isUseOfPostIncrementedValue()) {
2533             UsePostInc = false;
2534             break;
2535           }
2536         }
2537       }
2538
2539       // If iv for the stride might be shared and any of the users use pre-inc
2540       // iv might be used, then it's not safe to use post-inc iv.
2541       if (UsePostInc &&
2542           isa<SCEVConstant>(CondStride) &&
2543           StrideMightBeShared(CondStride, L, true))
2544         UsePostInc = false;
2545     }
2546
2547     // If the trip count is computed in terms of a max (due to ScalarEvolution
2548     // being unable to find a sufficient guard, for example), change the loop
2549     // comparison to use SLT or ULT instead of NE.
2550     Cond = OptimizeMax(L, Cond, CondUse);
2551
2552     // If possible, change stride and operands of the compare instruction to
2553     // eliminate one stride. However, avoid rewriting the compare instruction
2554     // with an iv of new stride if it's likely the new stride uses will be
2555     // rewritten using the stride of the compare instruction.
2556     if (ExitingBlock == LatchBlock && isa<SCEVConstant>(CondStride)) {
2557       // If the condition stride is a constant and it's the only use, we might
2558       // want to optimize it first by turning it to count toward zero.
2559       if (!StrideMightBeShared(CondStride, L, false) &&
2560           !ShouldCountToZero(Cond, CondUse, SE, L, TLI))
2561         Cond = ChangeCompareStride(L, Cond, CondUse, CondStride);
2562     }
2563
2564     if (!UsePostInc)
2565       continue;
2566
2567     DEBUG(errs() << "  Change loop exiting icmp to use postinc iv: "
2568           << *Cond << '\n');
2569
2570     // It's possible for the setcc instruction to be anywhere in the loop, and
2571     // possible for it to have multiple users.  If it is not immediately before
2572     // the exiting block branch, move it.
2573     if (&*++BasicBlock::iterator(Cond) != (Instruction*)TermBr) {
2574       if (Cond->hasOneUse()) {   // Condition has a single use, just move it.
2575         Cond->moveBefore(TermBr);
2576       } else {
2577         // Otherwise, clone the terminating condition and insert into the
2578         // loopend.
2579         Cond = cast<ICmpInst>(Cond->clone());
2580         Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
2581         ExitingBlock->getInstList().insert(TermBr, Cond);
2582
2583         // Clone the IVUse, as the old use still exists!
2584         IU->IVUsesByStride[CondStride]->addUser(CondUse->getOffset(), Cond,
2585                                              CondUse->getOperandValToReplace());
2586         CondUse = &IU->IVUsesByStride[CondStride]->Users.back();
2587       }
2588     }
2589
2590     // If we get to here, we know that we can transform the setcc instruction to
2591     // use the post-incremented version of the IV, allowing us to coalesce the
2592     // live ranges for the IV correctly.
2593     CondUse->setOffset(SE->getMinusSCEV(CondUse->getOffset(), CondStride));
2594     CondUse->setIsUseOfPostIncrementedValue(true);
2595     Changed = true;
2596
2597     ++NumLoopCond;
2598   }
2599 }
2600
2601 bool LoopStrengthReduce::OptimizeLoopCountIVOfStride(const SCEV* &Stride,
2602                                                      IVStrideUse* &CondUse,
2603                                                      Loop *L) {
2604   // If the only use is an icmp of a loop exiting conditional branch, then
2605   // attempt the optimization.
2606   BasedUser User = BasedUser(*CondUse, SE);
2607   assert(isa<ICmpInst>(User.Inst) && "Expecting an ICMPInst!");
2608   ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(User.Inst);
2609
2610   // Less strict check now that compare stride optimization is done.
2611   if (!ShouldCountToZero(Cond, CondUse, SE, L))
2612     return false;
2613
2614   Value *CondOp0 = Cond->getOperand(0);
2615   PHINode *PHIExpr = dyn_cast<PHINode>(CondOp0);
2616   Instruction *Incr;
2617   if (!PHIExpr) {
2618     // Value tested is postinc. Find the phi node.
2619     Incr = dyn_cast<BinaryOperator>(CondOp0);
2620     // FIXME: Just use User.OperandValToReplace here?
2621     if (!Incr || Incr->getOpcode() != Instruction::Add)
2622       return false;
2623
2624     PHIExpr = dyn_cast<PHINode>(Incr->getOperand(0));
2625     if (!PHIExpr)
2626       return false;
2627     // 1 use for preinc value, the increment.
2628     if (!PHIExpr->hasOneUse())
2629       return false;
2630   } else {
2631     assert(isa<PHINode>(CondOp0) &&
2632            "Unexpected loop exiting counting instruction sequence!");
2633     PHIExpr = cast<PHINode>(CondOp0);
2634     // Value tested is preinc.  Find the increment.
2635     // A CmpInst is not a BinaryOperator; we depend on this.
2636     Instruction::use_iterator UI = PHIExpr->use_begin();
2637     Incr = dyn_cast<BinaryOperator>(UI);
2638     if (!Incr)
2639       Incr = dyn_cast<BinaryOperator>(++UI);
2640     // One use for postinc value, the phi.  Unnecessarily conservative?
2641     if (!Incr || !Incr->hasOneUse() || Incr->getOpcode() != Instruction::Add)
2642       return false;
2643   }
2644
2645   // Replace the increment with a decrement.
2646   DEBUG(errs() << "LSR: Examining use ");
2647   DEBUG(WriteAsOperand(errs(), CondOp0, /*PrintType=*/false));
2648   DEBUG(errs() << " in Inst: " << *Cond << '\n');
2649   BinaryOperator *Decr =  BinaryOperator::Create(Instruction::Sub,
2650                          Incr->getOperand(0), Incr->getOperand(1), "tmp", Incr);
2651   Incr->replaceAllUsesWith(Decr);
2652   Incr->eraseFromParent();
2653
2654   // Substitute endval-startval for the original startval, and 0 for the
2655   // original endval.  Since we're only testing for equality this is OK even
2656   // if the computation wraps around.
2657   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
2658   Instruction *PreInsertPt = Preheader->getTerminator();
2659   unsigned InBlock = L->contains(PHIExpr->getIncomingBlock(0)) ? 1 : 0;
2660   Value *StartVal = PHIExpr->getIncomingValue(InBlock);
2661   Value *EndVal = Cond->getOperand(1);
2662   DEBUG(errs() << "    Optimize loop counting iv to count down ["
2663         << *EndVal << " .. " << *StartVal << "]\n");
2664
2665   // FIXME: check for case where both are constant.
2666   Constant* Zero = ConstantInt::get(Cond->getOperand(1)->getType(), 0);
2667   BinaryOperator *NewStartVal = BinaryOperator::Create(Instruction::Sub,
2668                                           EndVal, StartVal, "tmp", PreInsertPt);
2669   PHIExpr->setIncomingValue(InBlock, NewStartVal);
2670   Cond->setOperand(1, Zero);
2671   DEBUG(errs() << "    New icmp: " << *Cond << "\n");
2672
2673   int64_t SInt = cast<SCEVConstant>(Stride)->getValue()->getSExtValue();
2674   const SCEV *NewStride = 0;
2675   bool Found = false;
2676   for (unsigned i = 0, e = IU->StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
2677     const SCEV *OldStride = IU->StrideOrder[i];
2678     if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(OldStride))
2679       if (SC->getValue()->getSExtValue() == -SInt) {
2680         Found = true;
2681         NewStride = OldStride;
2682         break;
2683       }
2684   }
2685
2686   if (!Found)
2687     NewStride = SE->getIntegerSCEV(-SInt, Stride->getType());
2688   IU->AddUser(NewStride, CondUse->getOffset(), Cond, Cond->getOperand(0));
2689   IU->IVUsesByStride[Stride]->removeUser(CondUse);
2690
2691   CondUse = &IU->IVUsesByStride[NewStride]->Users.back();
2692   Stride = NewStride;
2693
2694   ++NumCountZero;
2695
2696   return true;
2697 }
2698
2699 /// OptimizeLoopCountIV - If, after all sharing of IVs, the IV used for deciding
2700 /// when to exit the loop is used only for that purpose, try to rearrange things
2701 /// so it counts down to a test against zero.
2702 bool LoopStrengthReduce::OptimizeLoopCountIV(Loop *L) {
2703   bool ThisChanged = false;
2704   for (unsigned i = 0, e = IU->StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
2705     const SCEV *Stride = IU->StrideOrder[i];
2706     std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
2707       IU->IVUsesByStride.find(Stride);
2708     assert(SI != IU->IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2709     // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
2710     if (!SI->first->isLoopInvariant(L))
2711       continue;
2712     // If stride is a constant and it has an icmpinst use, check if we can
2713     // optimize the loop to count down.
2714     if (isa<SCEVConstant>(Stride) && SI->second->Users.size() == 1) {
2715       Instruction *User = SI->second->Users.begin()->getUser();
2716       if (!isa<ICmpInst>(User))
2717         continue;
2718       const SCEV *CondStride = Stride;
2719       IVStrideUse *Use = &*SI->second->Users.begin();
2720       if (!OptimizeLoopCountIVOfStride(CondStride, Use, L))
2721         continue;
2722       ThisChanged = true;
2723
2724       // Now check if it's possible to reuse this iv for other stride uses.
2725       for (unsigned j = 0, ee = IU->StrideOrder.size(); j != ee; ++j) {
2726         const SCEV *SStride = IU->StrideOrder[j];
2727         if (SStride == CondStride)
2728           continue;
2729         std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator SII =
2730           IU->IVUsesByStride.find(SStride);
2731         assert(SII != IU->IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2732         // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
2733         if (!SII->first->isLoopInvariant(L))
2734           continue;
2735         // FIXME: Rewrite other stride using CondStride.
2736       }
2737     }
2738   }
2739
2740   Changed |= ThisChanged;
2741   return ThisChanged;
2742 }
2743
2744 bool LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
2745   IU = &getAnalysis<IVUsers>();
2746   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
2747   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
2748   SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
2749   Changed = false;
2750
2751   // If LoopSimplify form is not available, stay out of trouble.
2752   if (!L->getLoopPreheader() || !L->getLoopLatch())
2753     return false;
2754
2755   if (!IU->IVUsesByStride.empty()) {
2756     DEBUG(errs() << "\nLSR on \"" << L->getHeader()->getParent()->getName()
2757           << "\" ";
2758           L->dump());
2759
2760     // Sort the StrideOrder so we process larger strides first.
2761     std::stable_sort(IU->StrideOrder.begin(), IU->StrideOrder.end(),
2762                      StrideCompare(SE));
2763
2764     // Optimize induction variables.  Some indvar uses can be transformed to use
2765     // strides that will be needed for other purposes.  A common example of this
2766     // is the exit test for the loop, which can often be rewritten to use the
2767     // computation of some other indvar to decide when to terminate the loop.
2768     OptimizeIndvars(L);
2769
2770     // Change loop terminating condition to use the postinc iv when possible
2771     // and optimize loop terminating compare. FIXME: Move this after
2772     // StrengthReduceIVUsersOfStride?
2773     OptimizeLoopTermCond(L);
2774
2775     // FIXME: We can shrink overlarge IV's here.  e.g. if the code has
2776     // computation in i64 values and the target doesn't support i64, demote
2777     // the computation to 32-bit if safe.
2778
2779     // FIXME: Attempt to reuse values across multiple IV's.  In particular, we
2780     // could have something like "for(i) { foo(i*8); bar(i*16) }", which should
2781     // be codegened as "for (j = 0;; j+=8) { foo(j); bar(j+j); }" on X86/PPC.
2782     // Need to be careful that IV's are all the same type.  Only works for
2783     // intptr_t indvars.
2784
2785     // IVsByStride keeps IVs for one particular loop.
2786     assert(IVsByStride.empty() && "Stale entries in IVsByStride?");
2787
2788     StrengthReduceIVUsers(L);
2789
2790     // After all sharing is done, see if we can adjust the loop to test against
2791     // zero instead of counting up to a maximum.  This is usually faster.
2792     OptimizeLoopCountIV(L);
2793   }
2794
2795   // We're done analyzing this loop; release all the state we built up for it.
2796   IVsByStride.clear();
2797   StrideNoReuse.clear();
2798
2799   // Clean up after ourselves
2800   if (!DeadInsts.empty())
2801     DeleteTriviallyDeadInstructions();
2802
2803   // At this point, it is worth checking to see if any recurrence PHIs are also
2804   // dead, so that we can remove them as well.
2805   DeleteDeadPHIs(L->getHeader());
2806
2807   return Changed;
2808 }