For each loop, keep track of all the IV expressions inserted indexed by
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / LoopStrengthReduce.cpp
1 //===- LoopStrengthReduce.cpp - Strength Reduce GEPs in Loops -------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file was developed by Nate Begeman and is distributed under the
6 // University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass performs a strength reduction on array references inside loops that
11 // have as one or more of their components the loop induction variable.  This is
12 // accomplished by creating a new Value to hold the initial value of the array
13 // access for the first iteration, and then creating a new GEP instruction in
14 // the loop to increment the value by the appropriate amount.
15 //
16 //===----------------------------------------------------------------------===//
17
18 #define DEBUG_TYPE "loop-reduce"
19 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
20 #include "llvm/Constants.h"
21 #include "llvm/Instructions.h"
22 #include "llvm/Type.h"
23 #include "llvm/DerivedTypes.h"
24 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
25 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
26 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
27 #include "llvm/Support/CFG.h"
28 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
29 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
30 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
31 #include "llvm/Target/TargetData.h"
32 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
33 #include "llvm/Support/Debug.h"
34 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
35 #include <algorithm>
36 #include <iostream>
37 #include <set>
38 using namespace llvm;
39
40 namespace {
41   Statistic<> NumReduced ("loop-reduce", "Number of GEPs strength reduced");
42   Statistic<> NumInserted("loop-reduce", "Number of PHIs inserted");
43   Statistic<> NumVariable("loop-reduce","Number of PHIs with variable strides");
44
45   /// IVStrideUse - Keep track of one use of a strided induction variable, where
46   /// the stride is stored externally.  The Offset member keeps track of the 
47   /// offset from the IV, User is the actual user of the operand, and 'Operand'
48   /// is the operand # of the User that is the use.
49   struct IVStrideUse {
50     SCEVHandle Offset;
51     Instruction *User;
52     Value *OperandValToReplace;
53
54     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
55     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
56     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
57     // instruction for a loop or uses dominated by the loop.
58     bool isUseOfPostIncrementedValue;
59     
60     IVStrideUse(const SCEVHandle &Offs, Instruction *U, Value *O)
61       : Offset(Offs), User(U), OperandValToReplace(O),
62         isUseOfPostIncrementedValue(false) {}
63   };
64   
65   /// IVUsersOfOneStride - This structure keeps track of all instructions that
66   /// have an operand that is based on the trip count multiplied by some stride.
67   /// The stride for all of these users is common and kept external to this
68   /// structure.
69   struct IVUsersOfOneStride {
70     /// Users - Keep track of all of the users of this stride as well as the
71     /// initial value and the operand that uses the IV.
72     std::vector<IVStrideUse> Users;
73     
74     void addUser(const SCEVHandle &Offset,Instruction *User, Value *Operand) {
75       Users.push_back(IVStrideUse(Offset, User, Operand));
76     }
77   };
78
79   /// IVInfo - This structure keeps track of one IV expression inserted during
80   /// StrengthReduceStridedIVUsers. It contains the base value, as well as the
81   /// PHI node and increment value created for rewrite.
82   struct IVExpr {
83     SCEVHandle  Base;
84     PHINode    *PHI;
85     Value      *IncV;
86
87     IVExpr(const SCEVHandle &base, PHINode *phi, Value *incv)
88       : Base(base), PHI(phi), IncV(incv) {}
89   };
90
91   /// IVsOfOneStride - This structure keeps track of all IV expression inserted
92   /// during StrengthReduceStridedIVUsers for a particular stride of the IV.
93   struct IVsOfOneStride {
94     std::vector<IVExpr> IVs;
95
96     void addIV(const SCEVHandle &Base, PHINode *PHI, Value *IncV) {
97       IVs.push_back(IVExpr(Base, PHI, IncV));
98     }
99   };
100
101   class LoopStrengthReduce : public FunctionPass {
102     LoopInfo *LI;
103     ETForest *EF;
104     ScalarEvolution *SE;
105     const TargetData *TD;
106     const Type *UIntPtrTy;
107     bool Changed;
108
109     /// IVUsesByStride - Keep track of all uses of induction variables that we
110     /// are interested in.  The key of the map is the stride of the access.
111     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride> IVUsesByStride;
112
113     /// IVsByStride - Keep track of all IVs that have been inserted for a
114     /// particular stride.
115     std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride> IVsByStride;
116
117     /// StrideOrder - An ordering of the keys in IVUsesByStride that is stable:
118     /// We use this to iterate over the IVUsesByStride collection without being
119     /// dependent on random ordering of pointers in the process.
120     std::vector<SCEVHandle> StrideOrder;
121
122     /// CastedValues - As we need to cast values to uintptr_t, this keeps track
123     /// of the casted version of each value.  This is accessed by
124     /// getCastedVersionOf.
125     std::map<Value*, Value*> CastedPointers;
126
127     /// DeadInsts - Keep track of instructions we may have made dead, so that
128     /// we can remove them after we are done working.
129     std::set<Instruction*> DeadInsts;
130
131     /// TLI - Keep a pointer of a TargetLowering to consult for determining
132     /// transformation profitability.
133     const TargetLowering *TLI;
134
135   public:
136     LoopStrengthReduce(const TargetLowering *tli = NULL)
137       : TLI(tli) {
138     }
139
140     virtual bool runOnFunction(Function &) {
141       LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
142       EF = &getAnalysis<ETForest>();
143       SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
144       TD = &getAnalysis<TargetData>();
145       UIntPtrTy = TD->getIntPtrType();
146       Changed = false;
147
148       for (LoopInfo::iterator I = LI->begin(), E = LI->end(); I != E; ++I)
149         runOnLoop(*I);
150       
151       return Changed;
152     }
153
154     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
155       // We split critical edges, so we change the CFG.  However, we do update
156       // many analyses if they are around.
157       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
158       AU.addPreserved<LoopInfo>();
159       AU.addPreserved<DominatorSet>();
160       AU.addPreserved<ETForest>();
161       AU.addPreserved<ImmediateDominators>();
162       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
163       AU.addPreserved<DominatorTree>();
164
165       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
166       AU.addRequired<LoopInfo>();
167       AU.addRequired<ETForest>();
168       AU.addRequired<TargetData>();
169       AU.addRequired<ScalarEvolution>();
170     }
171     
172     /// getCastedVersionOf - Return the specified value casted to uintptr_t.
173     ///
174     Value *getCastedVersionOf(Value *V);
175 private:
176     void runOnLoop(Loop *L);
177     bool AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
178                                std::set<Instruction*> &Processed);
179     SCEVHandle GetExpressionSCEV(Instruction *E, Loop *L);
180
181     void OptimizeIndvars(Loop *L);
182
183     void StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
184                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
185                                       Loop *L, bool isOnlyStride);
186     void DeleteTriviallyDeadInstructions(std::set<Instruction*> &Insts);
187   };
188   RegisterOpt<LoopStrengthReduce> X("loop-reduce",
189                                     "Loop Strength Reduction");
190 }
191
192 FunctionPass *llvm::createLoopStrengthReducePass(const TargetLowering *TLI) {
193   return new LoopStrengthReduce(TLI);
194 }
195
196 /// getCastedVersionOf - Return the specified value casted to uintptr_t.
197 ///
198 Value *LoopStrengthReduce::getCastedVersionOf(Value *V) {
199   if (V->getType() == UIntPtrTy) return V;
200   if (Constant *CB = dyn_cast<Constant>(V))
201     return ConstantExpr::getCast(CB, UIntPtrTy);
202
203   Value *&New = CastedPointers[V];
204   if (New) return New;
205   
206   New = SCEVExpander::InsertCastOfTo(V, UIntPtrTy);
207   DeadInsts.insert(cast<Instruction>(New));
208   return New;
209 }
210
211
212 /// DeleteTriviallyDeadInstructions - If any of the instructions is the
213 /// specified set are trivially dead, delete them and see if this makes any of
214 /// their operands subsequently dead.
215 void LoopStrengthReduce::
216 DeleteTriviallyDeadInstructions(std::set<Instruction*> &Insts) {
217   while (!Insts.empty()) {
218     Instruction *I = *Insts.begin();
219     Insts.erase(Insts.begin());
220     if (isInstructionTriviallyDead(I)) {
221       for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i)
222         if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(i)))
223           Insts.insert(U);
224       SE->deleteInstructionFromRecords(I);
225       I->eraseFromParent();
226       Changed = true;
227     }
228   }
229 }
230
231
232 /// GetExpressionSCEV - Compute and return the SCEV for the specified
233 /// instruction.
234 SCEVHandle LoopStrengthReduce::GetExpressionSCEV(Instruction *Exp, Loop *L) {
235   // Scalar Evolutions doesn't know how to compute SCEV's for GEP instructions.
236   // If this is a GEP that SE doesn't know about, compute it now and insert it.
237   // If this is not a GEP, or if we have already done this computation, just let
238   // SE figure it out.
239   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Exp);
240   if (!GEP || SE->hasSCEV(GEP))
241     return SE->getSCEV(Exp);
242     
243   // Analyze all of the subscripts of this getelementptr instruction, looking
244   // for uses that are determined by the trip count of L.  First, skip all
245   // operands the are not dependent on the IV.
246
247   // Build up the base expression.  Insert an LLVM cast of the pointer to
248   // uintptr_t first.
249   SCEVHandle GEPVal = SCEVUnknown::get(getCastedVersionOf(GEP->getOperand(0)));
250
251   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
252   
253   for (unsigned i = 1, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i, ++GTI) {
254     // If this is a use of a recurrence that we can analyze, and it comes before
255     // Op does in the GEP operand list, we will handle this when we process this
256     // operand.
257     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
258       const StructLayout *SL = TD->getStructLayout(STy);
259       unsigned Idx = cast<ConstantUInt>(GEP->getOperand(i))->getValue();
260       uint64_t Offset = SL->MemberOffsets[Idx];
261       GEPVal = SCEVAddExpr::get(GEPVal,
262                                 SCEVUnknown::getIntegerSCEV(Offset, UIntPtrTy));
263     } else {
264       Value *OpVal = getCastedVersionOf(GEP->getOperand(i));
265       SCEVHandle Idx = SE->getSCEV(OpVal);
266
267       uint64_t TypeSize = TD->getTypeSize(GTI.getIndexedType());
268       if (TypeSize != 1)
269         Idx = SCEVMulExpr::get(Idx,
270                                SCEVConstant::get(ConstantUInt::get(UIntPtrTy,
271                                                                    TypeSize)));
272       GEPVal = SCEVAddExpr::get(GEPVal, Idx);
273     }
274   }
275
276   SE->setSCEV(GEP, GEPVal);
277   return GEPVal;
278 }
279
280 /// getSCEVStartAndStride - Compute the start and stride of this expression,
281 /// returning false if the expression is not a start/stride pair, or true if it
282 /// is.  The stride must be a loop invariant expression, but the start may be
283 /// a mix of loop invariant and loop variant expressions.
284 static bool getSCEVStartAndStride(const SCEVHandle &SH, Loop *L,
285                                   SCEVHandle &Start, SCEVHandle &Stride) {
286   SCEVHandle TheAddRec = Start;   // Initialize to zero.
287
288   // If the outer level is an AddExpr, the operands are all start values except
289   // for a nested AddRecExpr.
290   if (SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(SH)) {
291     for (unsigned i = 0, e = AE->getNumOperands(); i != e; ++i)
292       if (SCEVAddRecExpr *AddRec =
293              dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(AE->getOperand(i))) {
294         if (AddRec->getLoop() == L)
295           TheAddRec = SCEVAddExpr::get(AddRec, TheAddRec);
296         else
297           return false;  // Nested IV of some sort?
298       } else {
299         Start = SCEVAddExpr::get(Start, AE->getOperand(i));
300       }
301         
302   } else if (SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SH)) {
303     TheAddRec = SH;
304   } else {
305     return false;  // not analyzable.
306   }
307   
308   SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(TheAddRec);
309   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L) return false;
310   
311   // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
312   if (!AddRec->isAffine()) return false;
313
314   Start = SCEVAddExpr::get(Start, AddRec->getOperand(0));
315   
316   if (!isa<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1)))
317     DEBUG(std::cerr << "[" << L->getHeader()->getName()
318                     << "] Variable stride: " << *AddRec << "\n");
319
320   Stride = AddRec->getOperand(1);
321   // Check that all constant strides are the unsigned type, we don't want to
322   // have two IV's one of signed stride 4 and one of unsigned stride 4 to not be
323   // merged.
324   assert((!isa<SCEVConstant>(Stride) || Stride->getType()->isUnsigned()) &&
325          "Constants should be canonicalized to unsigned!");
326
327   return true;
328 }
329
330 /// IVUseShouldUsePostIncValue - We have discovered a "User" of an IV expression
331 /// and now we need to decide whether the user should use the preinc or post-inc
332 /// value.  If this user should use the post-inc version of the IV, return true.
333 ///
334 /// Choosing wrong here can break dominance properties (if we choose to use the
335 /// post-inc value when we cannot) or it can end up adding extra live-ranges to
336 /// the loop, resulting in reg-reg copies (if we use the pre-inc value when we
337 /// should use the post-inc value).
338 static bool IVUseShouldUsePostIncValue(Instruction *User, Instruction *IV,
339                                        Loop *L, ETForest *EF, Pass *P) {
340   // If the user is in the loop, use the preinc value.
341   if (L->contains(User->getParent())) return false;
342   
343   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
344   
345   // Ok, the user is outside of the loop.  If it is dominated by the latch
346   // block, use the post-inc value.
347   if (EF->dominates(LatchBlock, User->getParent()))
348     return true;
349
350   // There is one case we have to be careful of: PHI nodes.  These little guys
351   // can live in blocks that do not dominate the latch block, but (since their
352   // uses occur in the predecessor block, not the block the PHI lives in) should
353   // still use the post-inc value.  Check for this case now.
354   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User);
355   if (!PN) return false;  // not a phi, not dominated by latch block.
356   
357   // Look at all of the uses of IV by the PHI node.  If any use corresponds to
358   // a block that is not dominated by the latch block, give up and use the
359   // preincremented value.
360   unsigned NumUses = 0;
361   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
362     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
363       ++NumUses;
364       if (!EF->dominates(LatchBlock, PN->getIncomingBlock(i)))
365         return false;
366     }
367
368   // Okay, all uses of IV by PN are in predecessor blocks that really are
369   // dominated by the latch block.  Split the critical edges and use the
370   // post-incremented value.
371   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
372     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
373       SplitCriticalEdge(PN->getIncomingBlock(i), PN->getParent(), P);
374       if (--NumUses == 0) break;
375     }
376   
377   return true;
378 }
379
380   
381
382 /// AddUsersIfInteresting - Inspect the specified instruction.  If it is a
383 /// reducible SCEV, recursively add its users to the IVUsesByStride set and
384 /// return true.  Otherwise, return false.
385 bool LoopStrengthReduce::AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
386                                             std::set<Instruction*> &Processed) {
387   if (!I->getType()->isInteger() && !isa<PointerType>(I->getType()))
388       return false;   // Void and FP expressions cannot be reduced.
389   if (!Processed.insert(I).second)
390     return true;    // Instruction already handled.
391   
392   // Get the symbolic expression for this instruction.
393   SCEVHandle ISE = GetExpressionSCEV(I, L);
394   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(ISE)) return false;
395   
396   // Get the start and stride for this expression.
397   SCEVHandle Start = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, ISE->getType());
398   SCEVHandle Stride = Start;
399   if (!getSCEVStartAndStride(ISE, L, Start, Stride))
400     return false;  // Non-reducible symbolic expression, bail out.
401   
402   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E;++UI){
403     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
404
405     // Do not infinitely recurse on PHI nodes.
406     if (isa<PHINode>(User) && Processed.count(User))
407       continue;
408
409     // If this is an instruction defined in a nested loop, or outside this loop,
410     // don't recurse into it.
411     bool AddUserToIVUsers = false;
412     if (LI->getLoopFor(User->getParent()) != L) {
413       DEBUG(std::cerr << "FOUND USER in other loop: " << *User
414             << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n");
415       AddUserToIVUsers = true;
416     } else if (!AddUsersIfInteresting(User, L, Processed)) {
417       DEBUG(std::cerr << "FOUND USER: " << *User
418             << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n");
419       AddUserToIVUsers = true;
420     }
421
422     if (AddUserToIVUsers) {
423       IVUsersOfOneStride &StrideUses = IVUsesByStride[Stride];
424       if (StrideUses.Users.empty())     // First occurance of this stride?
425         StrideOrder.push_back(Stride);
426       
427       // Okay, we found a user that we cannot reduce.  Analyze the instruction
428       // and decide what to do with it.  If we are a use inside of the loop, use
429       // the value before incrementation, otherwise use it after incrementation.
430       if (IVUseShouldUsePostIncValue(User, I, L, EF, this)) {
431         // The value used will be incremented by the stride more than we are
432         // expecting, so subtract this off.
433         SCEVHandle NewStart = SCEV::getMinusSCEV(Start, Stride);
434         StrideUses.addUser(NewStart, User, I);
435         StrideUses.Users.back().isUseOfPostIncrementedValue = true;
436         DEBUG(std::cerr << "   USING POSTINC SCEV, START=" << *NewStart<< "\n");
437       } else {        
438         StrideUses.addUser(Start, User, I);
439       }
440     }
441   }
442   return true;
443 }
444
445 namespace {
446   /// BasedUser - For a particular base value, keep information about how we've
447   /// partitioned the expression so far.
448   struct BasedUser {
449     /// Base - The Base value for the PHI node that needs to be inserted for
450     /// this use.  As the use is processed, information gets moved from this
451     /// field to the Imm field (below).  BasedUser values are sorted by this
452     /// field.
453     SCEVHandle Base;
454     
455     /// Inst - The instruction using the induction variable.
456     Instruction *Inst;
457
458     /// OperandValToReplace - The operand value of Inst to replace with the
459     /// EmittedBase.
460     Value *OperandValToReplace;
461
462     /// Imm - The immediate value that should be added to the base immediately
463     /// before Inst, because it will be folded into the imm field of the
464     /// instruction.
465     SCEVHandle Imm;
466
467     /// EmittedBase - The actual value* to use for the base value of this
468     /// operation.  This is null if we should just use zero so far.
469     Value *EmittedBase;
470
471     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
472     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
473     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
474     // instruction for a loop and uses outside the loop that are dominated by
475     // the loop.
476     bool isUseOfPostIncrementedValue;
477     
478     BasedUser(IVStrideUse &IVSU)
479       : Base(IVSU.Offset), Inst(IVSU.User), 
480         OperandValToReplace(IVSU.OperandValToReplace), 
481         Imm(SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Base->getType())), EmittedBase(0),
482         isUseOfPostIncrementedValue(IVSU.isUseOfPostIncrementedValue) {}
483
484     // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
485     // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
486     // to it.
487     void RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
488                                         SCEVExpander &Rewriter, Loop *L,
489                                         Pass *P);
490     
491     Value *InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
492                                        SCEVExpander &Rewriter,
493                                        Instruction *IP, Loop *L);
494     void dump() const;
495   };
496 }
497
498 void BasedUser::dump() const {
499   std::cerr << " Base=" << *Base;
500   std::cerr << " Imm=" << *Imm;
501   if (EmittedBase)
502     std::cerr << "  EB=" << *EmittedBase;
503
504   std::cerr << "   Inst: " << *Inst;
505 }
506
507 Value *BasedUser::InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
508                                               SCEVExpander &Rewriter,
509                                               Instruction *IP, Loop *L) {
510   // Figure out where we *really* want to insert this code.  In particular, if
511   // the user is inside of a loop that is nested inside of L, we really don't
512   // want to insert this expression before the user, we'd rather pull it out as
513   // many loops as possible.
514   LoopInfo &LI = Rewriter.getLoopInfo();
515   Instruction *BaseInsertPt = IP;
516   
517   // Figure out the most-nested loop that IP is in.
518   Loop *InsertLoop = LI.getLoopFor(IP->getParent());
519   
520   // If InsertLoop is not L, and InsertLoop is nested inside of L, figure out
521   // the preheader of the outer-most loop where NewBase is not loop invariant.
522   while (InsertLoop && NewBase->isLoopInvariant(InsertLoop)) {
523     BaseInsertPt = InsertLoop->getLoopPreheader()->getTerminator();
524     InsertLoop = InsertLoop->getParentLoop();
525   }
526   
527   // If there is no immediate value, skip the next part.
528   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Imm))
529     if (SC->getValue()->isNullValue())
530       return Rewriter.expandCodeFor(NewBase, BaseInsertPt,
531                                     OperandValToReplace->getType());
532
533   Value *Base = Rewriter.expandCodeFor(NewBase, BaseInsertPt);
534   
535   // Always emit the immediate (if non-zero) into the same block as the user.
536   SCEVHandle NewValSCEV = SCEVAddExpr::get(SCEVUnknown::get(Base), Imm);
537   return Rewriter.expandCodeFor(NewValSCEV, IP,
538                                 OperandValToReplace->getType());
539 }
540
541
542 // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
543 // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
544 // to it.
545 void BasedUser::RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
546                                                SCEVExpander &Rewriter,
547                                                Loop *L, Pass *P) {
548   if (!isa<PHINode>(Inst)) {
549     Value *NewVal = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, Rewriter, Inst, L);
550     // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
551     Inst->replaceUsesOfWith(OperandValToReplace, NewVal);
552     DEBUG(std::cerr << "    CHANGED: IMM =" << *Imm << "  Inst = " << *Inst);
553     return;
554   }
555   
556   // PHI nodes are more complex.  We have to insert one copy of the NewBase+Imm
557   // expression into each operand block that uses it.  Note that PHI nodes can
558   // have multiple entries for the same predecessor.  We use a map to make sure
559   // that a PHI node only has a single Value* for each predecessor (which also
560   // prevents us from inserting duplicate code in some blocks).
561   std::map<BasicBlock*, Value*> InsertedCode;
562   PHINode *PN = cast<PHINode>(Inst);
563   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
564     if (PN->getIncomingValue(i) == OperandValToReplace) {
565       // If this is a critical edge, split the edge so that we do not insert the
566       // code on all predecessor/successor paths.  We do this unless this is the
567       // canonical backedge for this loop, as this can make some inserted code
568       // be in an illegal position.
569       BasicBlock *PHIPred = PN->getIncomingBlock(i);
570       if (e != 1 && PHIPred->getTerminator()->getNumSuccessors() > 1 &&
571           (PN->getParent() != L->getHeader() || !L->contains(PHIPred))) {
572         
573         // First step, split the critical edge.
574         SplitCriticalEdge(PHIPred, PN->getParent(), P);
575             
576         // Next step: move the basic block.  In particular, if the PHI node
577         // is outside of the loop, and PredTI is in the loop, we want to
578         // move the block to be immediately before the PHI block, not
579         // immediately after PredTI.
580         if (L->contains(PHIPred) && !L->contains(PN->getParent())) {
581           BasicBlock *NewBB = PN->getIncomingBlock(i);
582           NewBB->moveBefore(PN->getParent());
583         }
584       }
585
586       Value *&Code = InsertedCode[PN->getIncomingBlock(i)];
587       if (!Code) {
588         // Insert the code into the end of the predecessor block.
589         Instruction *InsertPt = PN->getIncomingBlock(i)->getTerminator();
590         Code = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, Rewriter, InsertPt, L);
591       }
592       
593       // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
594       PN->setIncomingValue(i, Code);
595       Rewriter.clear();
596     }
597   }
598   DEBUG(std::cerr << "    CHANGED: IMM =" << *Imm << "  Inst = " << *Inst);
599 }
600
601
602 /// isTargetConstant - Return true if the following can be referenced by the
603 /// immediate field of a target instruction.
604 static bool isTargetConstant(const SCEVHandle &V, const TargetLowering *TLI) {
605   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
606     int64_t V = SC->getValue()->getSExtValue();
607     if (TLI)
608       return TLI->isLegalAddressImmediate(V);
609     else
610       // Defaults to PPC. PPC allows a sign-extended 16-bit immediate field.
611       return (V > -(1 << 16) && V < (1 << 16)-1);
612   }
613
614   if (SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V))
615     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(SU->getValue()))
616       if (CE->getOpcode() == Instruction::Cast) {
617         Constant *Op0 = CE->getOperand(0);
618         if (isa<GlobalValue>(Op0) &&
619             TLI &&
620             TLI->isLegalAddressImmediate(cast<GlobalValue>(Op0)))
621           return true;
622       }
623   return false;
624 }
625
626 /// MoveLoopVariantsToImediateField - Move any subexpressions from Val that are
627 /// loop varying to the Imm operand.
628 static void MoveLoopVariantsToImediateField(SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
629                                             Loop *L) {
630   if (Val->isLoopInvariant(L)) return;  // Nothing to do.
631   
632   if (SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
633     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
634     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
635     
636     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i)
637       if (!SAE->getOperand(i)->isLoopInvariant(L)) {
638         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
639         // field of the expression.
640         Imm = SCEVAddExpr::get(Imm, SAE->getOperand(i));
641       } else {
642         NewOps.push_back(SAE->getOperand(i));
643       }
644
645     if (NewOps.empty())
646       Val = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Val->getType());
647     else
648       Val = SCEVAddExpr::get(NewOps);
649   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
650     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
651     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
652     MoveLoopVariantsToImediateField(Start, Imm, L);
653     
654     std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
655     Ops[0] = Start;
656     Val = SCEVAddRecExpr::get(Ops, SARE->getLoop());
657   } else {
658     // Otherwise, all of Val is variant, move the whole thing over.
659     Imm = SCEVAddExpr::get(Imm, Val);
660     Val = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Val->getType());
661   }
662 }
663
664
665 /// MoveImmediateValues - Look at Val, and pull out any additions of constants
666 /// that can fit into the immediate field of instructions in the target.
667 /// Accumulate these immediate values into the Imm value.
668 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
669                                 SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
670                                 bool isAddress, Loop *L) {
671   if (SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
672     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
673     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
674     
675     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i) {
676       SCEVHandle NewOp = SAE->getOperand(i);
677       MoveImmediateValues(TLI, NewOp, Imm, isAddress, L);
678       
679       if (!NewOp->isLoopInvariant(L)) {
680         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
681         // field of the expression.
682         Imm = SCEVAddExpr::get(Imm, NewOp);
683       } else {
684         NewOps.push_back(NewOp);
685       }
686     }
687
688     if (NewOps.empty())
689       Val = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Val->getType());
690     else
691       Val = SCEVAddExpr::get(NewOps);
692     return;
693   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
694     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
695     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
696     MoveImmediateValues(TLI, Start, Imm, isAddress, L);
697     
698     if (Start != SARE->getStart()) {
699       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
700       Ops[0] = Start;
701       Val = SCEVAddRecExpr::get(Ops, SARE->getLoop());
702     }
703     return;
704   } else if (SCEVMulExpr *SME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Val)) {
705     // Transform "8 * (4 + v)" -> "32 + 8*V" if "32" fits in the immed field.
706     if (isAddress && isTargetConstant(SME->getOperand(0), TLI) &&
707         SME->getNumOperands() == 2 && SME->isLoopInvariant(L)) {
708
709       SCEVHandle SubImm = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Val->getType());
710       SCEVHandle NewOp = SME->getOperand(1);
711       MoveImmediateValues(TLI, NewOp, SubImm, isAddress, L);
712       
713       // If we extracted something out of the subexpressions, see if we can 
714       // simplify this!
715       if (NewOp != SME->getOperand(1)) {
716         // Scale SubImm up by "8".  If the result is a target constant, we are
717         // good.
718         SubImm = SCEVMulExpr::get(SubImm, SME->getOperand(0));
719         if (isTargetConstant(SubImm, TLI)) {
720           // Accumulate the immediate.
721           Imm = SCEVAddExpr::get(Imm, SubImm);
722           
723           // Update what is left of 'Val'.
724           Val = SCEVMulExpr::get(SME->getOperand(0), NewOp);
725           return;
726         }
727       }
728     }
729   }
730
731   // Loop-variant expressions must stay in the immediate field of the
732   // expression.
733   if ((isAddress && isTargetConstant(Val, TLI)) ||
734       !Val->isLoopInvariant(L)) {
735     Imm = SCEVAddExpr::get(Imm, Val);
736     Val = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Val->getType());
737     return;
738   }
739
740   // Otherwise, no immediates to move.
741 }
742
743
744 /// IncrementAddExprUses - Decompose the specified expression into its added
745 /// subexpressions, and increment SubExpressionUseCounts for each of these
746 /// decomposed parts.
747 static void SeparateSubExprs(std::vector<SCEVHandle> &SubExprs,
748                              SCEVHandle Expr) {
749   if (SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Expr)) {
750     for (unsigned j = 0, e = AE->getNumOperands(); j != e; ++j)
751       SeparateSubExprs(SubExprs, AE->getOperand(j));
752   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Expr)) {
753     SCEVHandle Zero = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Expr->getType());
754     if (SARE->getOperand(0) == Zero) {
755       SubExprs.push_back(Expr);
756     } else {
757       // Compute the addrec with zero as its base.
758       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
759       Ops[0] = Zero;   // Start with zero base.
760       SubExprs.push_back(SCEVAddRecExpr::get(Ops, SARE->getLoop()));
761       
762
763       SeparateSubExprs(SubExprs, SARE->getOperand(0));
764     }
765   } else if (!isa<SCEVConstant>(Expr) ||
766              !cast<SCEVConstant>(Expr)->getValue()->isNullValue()) {
767     // Do not add zero.
768     SubExprs.push_back(Expr);
769   }
770 }
771
772
773 /// RemoveCommonExpressionsFromUseBases - Look through all of the uses in Bases,
774 /// removing any common subexpressions from it.  Anything truly common is
775 /// removed, accumulated, and returned.  This looks for things like (a+b+c) and
776 /// (a+c+d) -> (a+c).  The common expression is *removed* from the Bases.
777 static SCEVHandle 
778 RemoveCommonExpressionsFromUseBases(std::vector<BasedUser> &Uses) {
779   unsigned NumUses = Uses.size();
780
781   // Only one use?  Use its base, regardless of what it is!
782   SCEVHandle Zero = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Uses[0].Base->getType());
783   SCEVHandle Result = Zero;
784   if (NumUses == 1) {
785     std::swap(Result, Uses[0].Base);
786     return Result;
787   }
788
789   // To find common subexpressions, count how many of Uses use each expression.
790   // If any subexpressions are used Uses.size() times, they are common.
791   std::map<SCEVHandle, unsigned> SubExpressionUseCounts;
792   
793   // UniqueSubExprs - Keep track of all of the subexpressions we see in the
794   // order we see them.
795   std::vector<SCEVHandle> UniqueSubExprs;
796
797   std::vector<SCEVHandle> SubExprs;
798   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
799     // If the base is zero (which is common), return zero now, there are no
800     // CSEs we can find.
801     if (Uses[i].Base == Zero) return Zero;
802
803     // Split the expression into subexprs.
804     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base);
805     // Add one to SubExpressionUseCounts for each subexpr present.
806     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
807       if (++SubExpressionUseCounts[SubExprs[j]] == 1)
808         UniqueSubExprs.push_back(SubExprs[j]);
809     SubExprs.clear();
810   }
811
812   // Now that we know how many times each is used, build Result.  Iterate over
813   // UniqueSubexprs so that we have a stable ordering.
814   for (unsigned i = 0, e = UniqueSubExprs.size(); i != e; ++i) {
815     std::map<SCEVHandle, unsigned>::iterator I = 
816        SubExpressionUseCounts.find(UniqueSubExprs[i]);
817     assert(I != SubExpressionUseCounts.end() && "Entry not found?");
818     if (I->second == NumUses) {  // Found CSE!
819       Result = SCEVAddExpr::get(Result, I->first);
820     } else {
821       // Remove non-cse's from SubExpressionUseCounts.
822       SubExpressionUseCounts.erase(I);
823     }
824   }
825   
826   // If we found no CSE's, return now.
827   if (Result == Zero) return Result;
828   
829   // Otherwise, remove all of the CSE's we found from each of the base values.
830   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
831     // Split the expression into subexprs.
832     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base);
833
834     // Remove any common subexpressions.
835     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
836       if (SubExpressionUseCounts.count(SubExprs[j])) {
837         SubExprs.erase(SubExprs.begin()+j);
838         --j; --e;
839       }
840     
841     // Finally, the non-shared expressions together.
842     if (SubExprs.empty())
843       Uses[i].Base = Zero;
844     else
845       Uses[i].Base = SCEVAddExpr::get(SubExprs);
846     SubExprs.clear();
847   }
848  
849   return Result;
850 }
851
852 /// isZero - returns true if the scalar evolution expression is zero.
853 ///
854 static bool isZero(SCEVHandle &V) {
855   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
856     return SC->getValue()->getRawValue() == 0;
857   return false;
858 }
859
860
861 /// StrengthReduceStridedIVUsers - Strength reduce all of the users of a single
862 /// stride of IV.  All of the users may have different starting values, and this
863 /// may not be the only stride (we know it is if isOnlyStride is true).
864 void LoopStrengthReduce::StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
865                                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
866                                                       Loop *L,
867                                                       bool isOnlyStride) {
868   // Transform our list of users and offsets to a bit more complex table.  In
869   // this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base' the base of the
870   // strided accessas well as the old information from Uses.  We progressively
871   // move information from the Base field to the Imm field, until we eventually
872   // have the full access expression to rewrite the use.
873   std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
874   UsersToProcess.reserve(Uses.Users.size());
875   for (unsigned i = 0, e = Uses.Users.size(); i != e; ++i) {
876     UsersToProcess.push_back(Uses.Users[i]);
877     
878     // Move any loop invariant operands from the offset field to the immediate
879     // field of the use, so that we don't try to use something before it is
880     // computed.
881     MoveLoopVariantsToImediateField(UsersToProcess.back().Base,
882                                     UsersToProcess.back().Imm, L);
883     assert(UsersToProcess.back().Base->isLoopInvariant(L) &&
884            "Base value is not loop invariant!");
885   }
886   
887   // We now have a whole bunch of uses of like-strided induction variables, but
888   // they might all have different bases.  We want to emit one PHI node for this
889   // stride which we fold as many common expressions (between the IVs) into as
890   // possible.  Start by identifying the common expressions in the base values 
891   // for the strides (e.g. if we have "A+C+B" and "A+B+D" as our bases, find
892   // "A+B"), emit it to the preheader, then remove the expression from the
893   // UsersToProcess base values.
894   SCEVHandle CommonExprs =
895     RemoveCommonExpressionsFromUseBases(UsersToProcess);
896   
897   // Next, figure out what we can represent in the immediate fields of
898   // instructions.  If we can represent anything there, move it to the imm
899   // fields of the BasedUsers.  We do this so that it increases the commonality
900   // of the remaining uses.
901   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
902     // If the user is not in the current loop, this means it is using the exit
903     // value of the IV.  Do not put anything in the base, make sure it's all in
904     // the immediate field to allow as much factoring as possible.
905     if (!L->contains(UsersToProcess[i].Inst->getParent())) {
906       UsersToProcess[i].Imm = SCEVAddExpr::get(UsersToProcess[i].Imm,
907                                                UsersToProcess[i].Base);
908       UsersToProcess[i].Base = 
909         SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, UsersToProcess[i].Base->getType());
910     } else {
911       
912       // Addressing modes can be folded into loads and stores.  Be careful that
913       // the store is through the expression, not of the expression though.
914       bool isAddress = isa<LoadInst>(UsersToProcess[i].Inst);
915       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UsersToProcess[i].Inst))
916         if (SI->getOperand(1) == UsersToProcess[i].OperandValToReplace)
917           isAddress = true;
918       
919       MoveImmediateValues(TLI, UsersToProcess[i].Base, UsersToProcess[i].Imm,
920                           isAddress, L);
921     }
922   }
923
924   // Now that we know what we need to do, insert the PHI node itself.
925   //
926   DEBUG(std::cerr << "INSERTING IV of STRIDE " << *Stride << " and BASE "
927         << *CommonExprs << " :\n");
928
929   SCEVExpander Rewriter(*SE, *LI);
930   SCEVExpander PreheaderRewriter(*SE, *LI);
931   
932   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
933   Instruction *PreInsertPt = Preheader->getTerminator();
934   Instruction *PhiInsertBefore = L->getHeader()->begin();
935   
936   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
937
938   unsigned RewriteFactor = 1;
939   PHINode *NewPHI = NULL;
940   Value   *IncV   = NULL;
941   // FIXME: Only handle base == 0 for now.
942   if (TLI && isZero(CommonExprs)) {
943     if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Stride)) {
944       unsigned SInt = SC->getValue()->getRawValue();
945       for (TargetLowering::legal_am_scale_iterator
946              I = TLI->legal_am_scale_begin(), E = TLI->legal_am_scale_end();
947            I != E; ++I) {
948         unsigned Scale = *I;
949         if ((SInt % Scale) != 0)
950           continue;
951         std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI =
952         IVsByStride.find(SCEVUnknown::getIntegerSCEV(SInt/Scale, Type::UIntTy));
953         if (SI == IVsByStride.end())
954           continue;
955         for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
956                IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
957           if (isZero(II->Base)) {
958             RewriteFactor = Scale;
959             NewPHI = II->PHI;
960             IncV   = II->IncV;
961             break;
962           }
963         if (RewriteFactor != 1)
964           break;
965       }
966     }
967   }
968
969   const Type *ReplacedTy = CommonExprs->getType();
970   if (RewriteFactor == 1) {
971     // Create a new Phi for this base, and stick it in the loop header.
972     NewPHI = new PHINode(ReplacedTy, "iv.", PhiInsertBefore);
973     ++NumInserted;
974   
975     // Insert the stride into the preheader.
976     Value *StrideV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(Stride, PreInsertPt,
977                                                      ReplacedTy);
978     if (!isa<ConstantInt>(StrideV)) ++NumVariable;
979
980
981     // Emit the initial base value into the loop preheader, and add it to the
982     // Phi node.
983     Value *PHIBaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(CommonExprs, PreInsertPt,
984                                                       ReplacedTy);
985     NewPHI->addIncoming(PHIBaseV, Preheader);
986   
987     // Emit the increment of the base value before the terminator of the loop
988     // latch block, and add it to the Phi node.
989     SCEVHandle IncExp = SCEVAddExpr::get(SCEVUnknown::get(NewPHI),
990                                          SCEVUnknown::get(StrideV));
991   
992     IncV = Rewriter.expandCodeFor(IncExp, LatchBlock->getTerminator(),
993                                   ReplacedTy);
994     IncV->setName(NewPHI->getName()+".inc");
995     NewPHI->addIncoming(IncV, LatchBlock);
996
997     IVsByStride[Stride].addIV(CommonExprs, NewPHI, IncV);
998   }
999
1000   // Sort by the base value, so that all IVs with identical bases are next to
1001   // each other.
1002   while (!UsersToProcess.empty()) {
1003     SCEVHandle Base = UsersToProcess.back().Base;
1004
1005     DEBUG(std::cerr << "  INSERTING code for BASE = " << *Base << ":\n");
1006    
1007     // Emit the code for Base into the preheader.
1008     Value *BaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(Base, PreInsertPt,
1009                                                    ReplacedTy);
1010     
1011     // If BaseV is a constant other than 0, make sure that it gets inserted into
1012     // the preheader, instead of being forward substituted into the uses.  We do
1013     // this by forcing a noop cast to be inserted into the preheader in this
1014     // case.
1015     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(BaseV))
1016       if (!C->isNullValue() && !isTargetConstant(Base, TLI)) {
1017         // We want this constant emitted into the preheader!
1018         BaseV = new CastInst(BaseV, BaseV->getType(), "preheaderinsert",
1019                              PreInsertPt);       
1020       }
1021     
1022     // Emit the code to add the immediate offset to the Phi value, just before
1023     // the instructions that we identified as using this stride and base.
1024     unsigned ScanPos = 0;
1025     do {
1026       BasedUser &User = UsersToProcess.back();
1027
1028       // If this instruction wants to use the post-incremented value, move it
1029       // after the post-inc and use its value instead of the PHI.
1030       Value *RewriteOp = NewPHI;
1031       if (User.isUseOfPostIncrementedValue) {
1032         RewriteOp = IncV;
1033
1034         // If this user is in the loop, make sure it is the last thing in the
1035         // loop to ensure it is dominated by the increment.
1036         if (L->contains(User.Inst->getParent()))
1037           User.Inst->moveBefore(LatchBlock->getTerminator());
1038       }
1039       SCEVHandle RewriteExpr = SCEVUnknown::get(RewriteOp);
1040
1041       // Clear the SCEVExpander's expression map so that we are guaranteed
1042       // to have the code emitted where we expect it.
1043       Rewriter.clear();
1044
1045       // If we are reusing the iv, then it must be multiplied by a constant
1046       // factor take advantage of addressing mode scale component.
1047       if (RewriteFactor != 1)
1048         RewriteExpr =
1049           SCEVMulExpr::get(SCEVUnknown::getIntegerSCEV(RewriteFactor,
1050                                           RewriteExpr->getType()), RewriteExpr);
1051
1052       // Now that we know what we need to do, insert code before User for the
1053       // immediate and any loop-variant expressions.
1054       if (!isa<ConstantInt>(BaseV) || !cast<ConstantInt>(BaseV)->isNullValue())
1055         // Add BaseV to the PHI value if needed.
1056         RewriteExpr = SCEVAddExpr::get(RewriteExpr, SCEVUnknown::get(BaseV));
1057
1058       User.RewriteInstructionToUseNewBase(RewriteExpr, Rewriter, L, this);
1059
1060       // Mark old value we replaced as possibly dead, so that it is elminated
1061       // if we just replaced the last use of that value.
1062       DeadInsts.insert(cast<Instruction>(User.OperandValToReplace));
1063
1064       UsersToProcess.pop_back();
1065       ++NumReduced;
1066
1067       // If there are any more users to process with the same base, move one of
1068       // them to the end of the list so that we will process it.
1069       if (!UsersToProcess.empty()) {
1070         for (unsigned e = UsersToProcess.size(); ScanPos != e; ++ScanPos)
1071           if (UsersToProcess[ScanPos].Base == Base) {
1072             std::swap(UsersToProcess[ScanPos], UsersToProcess.back());
1073             break;
1074           }
1075       }
1076     } while (!UsersToProcess.empty() && UsersToProcess.back().Base == Base);
1077     // TODO: Next, find out which base index is the most common, pull it out.
1078   }
1079
1080   // IMPORTANT TODO: Figure out how to partition the IV's with this stride, but
1081   // different starting values, into different PHIs.
1082 }
1083
1084 // OptimizeIndvars - Now that IVUsesByStride is set up with all of the indvar
1085 // uses in the loop, look to see if we can eliminate some, in favor of using
1086 // common indvars for the different uses.
1087 void LoopStrengthReduce::OptimizeIndvars(Loop *L) {
1088   // TODO: implement optzns here.
1089
1090
1091
1092
1093   // Finally, get the terminating condition for the loop if possible.  If we
1094   // can, we want to change it to use a post-incremented version of its
1095   // induction variable, to allow coallescing the live ranges for the IV into
1096   // one register value.
1097   PHINode *SomePHI = cast<PHINode>(L->getHeader()->begin());
1098   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
1099   BasicBlock *LatchBlock =
1100    SomePHI->getIncomingBlock(SomePHI->getIncomingBlock(0) == Preheader);
1101   BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(LatchBlock->getTerminator());
1102   if (!TermBr || TermBr->isUnconditional() ||
1103       !isa<SetCondInst>(TermBr->getCondition()))
1104     return;
1105   SetCondInst *Cond = cast<SetCondInst>(TermBr->getCondition());
1106
1107   // Search IVUsesByStride to find Cond's IVUse if there is one.
1108   IVStrideUse *CondUse = 0;
1109   const SCEVHandle *CondStride = 0;
1110
1111   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e && !CondUse;
1112        ++Stride) {
1113     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1114       IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
1115     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1116     
1117     for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
1118            E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI)
1119       if (UI->User == Cond) {
1120         CondUse = &*UI;
1121         CondStride = &SI->first;
1122         // NOTE: we could handle setcc instructions with multiple uses here, but
1123         // InstCombine does it as well for simple uses, it's not clear that it
1124         // occurs enough in real life to handle.
1125         break;
1126       }
1127   }
1128   if (!CondUse) return;  // setcc doesn't use the IV.
1129
1130   // setcc stride is complex, don't mess with users.
1131   // FIXME: Evaluate whether this is a good idea or not.
1132   if (!isa<SCEVConstant>(*CondStride)) return;
1133
1134   // It's possible for the setcc instruction to be anywhere in the loop, and
1135   // possible for it to have multiple users.  If it is not immediately before
1136   // the latch block branch, move it.
1137   if (&*++BasicBlock::iterator(Cond) != (Instruction*)TermBr) {
1138     if (Cond->hasOneUse()) {   // Condition has a single use, just move it.
1139       Cond->moveBefore(TermBr);
1140     } else {
1141       // Otherwise, clone the terminating condition and insert into the loopend.
1142       Cond = cast<SetCondInst>(Cond->clone());
1143       Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
1144       LatchBlock->getInstList().insert(TermBr, Cond);
1145       
1146       // Clone the IVUse, as the old use still exists!
1147       IVUsesByStride[*CondStride].addUser(CondUse->Offset, Cond,
1148                                          CondUse->OperandValToReplace);
1149       CondUse = &IVUsesByStride[*CondStride].Users.back();
1150     }
1151   }
1152
1153   // If we get to here, we know that we can transform the setcc instruction to
1154   // use the post-incremented version of the IV, allowing us to coallesce the
1155   // live ranges for the IV correctly.
1156   CondUse->Offset = SCEV::getMinusSCEV(CondUse->Offset, *CondStride);
1157   CondUse->isUseOfPostIncrementedValue = true;
1158 }
1159
1160 void LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L) {
1161   // First step, transform all loops nesting inside of this loop.
1162   for (LoopInfo::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
1163     runOnLoop(*I);
1164
1165   // Next, find all uses of induction variables in this loop, and catagorize
1166   // them by stride.  Start by finding all of the PHI nodes in the header for
1167   // this loop.  If they are induction variables, inspect their uses.
1168   std::set<Instruction*> Processed;   // Don't reprocess instructions.
1169   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ++I)
1170     AddUsersIfInteresting(I, L, Processed);
1171
1172   // If we have nothing to do, return.
1173   if (IVUsesByStride.empty()) return;
1174
1175   // Optimize induction variables.  Some indvar uses can be transformed to use
1176   // strides that will be needed for other purposes.  A common example of this
1177   // is the exit test for the loop, which can often be rewritten to use the
1178   // computation of some other indvar to decide when to terminate the loop.
1179   OptimizeIndvars(L);
1180
1181
1182   // FIXME: We can widen subreg IV's here for RISC targets.  e.g. instead of
1183   // doing computation in byte values, promote to 32-bit values if safe.
1184
1185   // FIXME: Attempt to reuse values across multiple IV's.  In particular, we
1186   // could have something like "for(i) { foo(i*8); bar(i*16) }", which should be
1187   // codegened as "for (j = 0;; j+=8) { foo(j); bar(j+j); }" on X86/PPC.  Need
1188   // to be careful that IV's are all the same type.  Only works for intptr_t
1189   // indvars.
1190
1191   // If we only have one stride, we can more aggressively eliminate some things.
1192   bool HasOneStride = IVUsesByStride.size() == 1;
1193
1194 #ifndef NDEBUG
1195   DEBUG(std::cerr << "\nLSR on ");
1196   DEBUG(L->dump());
1197 #endif
1198
1199   // IVsByStride keeps IVs for one particular loop.
1200   IVsByStride.clear();
1201
1202   // Note: this processes each stride/type pair individually.  All users passed
1203   // into StrengthReduceStridedIVUsers have the same type AND stride.  Also,
1204   // node that we iterate over IVUsesByStride indirectly by using StrideOrder.
1205   // This extra layer of indirection makes the ordering of strides deterministic
1206   // - not dependent on map order.
1207   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e; ++Stride) {
1208     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1209       IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
1210     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1211     StrengthReduceStridedIVUsers(SI->first, SI->second, L, HasOneStride);
1212   }
1213
1214   // Clean up after ourselves
1215   if (!DeadInsts.empty()) {
1216     DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
1217
1218     BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
1219     PHINode *PN;
1220     while ((PN = dyn_cast<PHINode>(I))) {
1221       ++I;  // Preincrement iterator to avoid invalidating it when deleting PN.
1222       
1223       // At this point, we know that we have killed one or more GEP
1224       // instructions.  It is worth checking to see if the cann indvar is also
1225       // dead, so that we can remove it as well.  The requirements for the cann
1226       // indvar to be considered dead are:
1227       // 1. the cann indvar has one use
1228       // 2. the use is an add instruction
1229       // 3. the add has one use
1230       // 4. the add is used by the cann indvar
1231       // If all four cases above are true, then we can remove both the add and
1232       // the cann indvar.
1233       // FIXME: this needs to eliminate an induction variable even if it's being
1234       // compared against some value to decide loop termination.
1235       if (PN->hasOneUse()) {
1236         BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(*(PN->use_begin()));
1237         if (BO && BO->hasOneUse()) {
1238           if (PN == *(BO->use_begin())) {
1239             DeadInsts.insert(BO);
1240             // Break the cycle, then delete the PHI.
1241             PN->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(PN->getType()));
1242             SE->deleteInstructionFromRecords(PN);
1243             PN->eraseFromParent();
1244           }
1245         }
1246       }
1247     }
1248     DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
1249   }
1250
1251   CastedPointers.clear();
1252   IVUsesByStride.clear();
1253   StrideOrder.clear();
1254   return;
1255 }