Allow users of iv / stride to be rewritten with expression that is a multiply
[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     unsigned CheckForIVReuse(const SCEVHandle &Stride, IVExpr &IV);
184
185     void StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
186                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
187                                       Loop *L, bool isOnlyStride);
188     void DeleteTriviallyDeadInstructions(std::set<Instruction*> &Insts);
189   };
190   RegisterOpt<LoopStrengthReduce> X("loop-reduce",
191                                     "Loop Strength Reduction");
192 }
193
194 FunctionPass *llvm::createLoopStrengthReducePass(const TargetLowering *TLI) {
195   return new LoopStrengthReduce(TLI);
196 }
197
198 /// getCastedVersionOf - Return the specified value casted to uintptr_t.
199 ///
200 Value *LoopStrengthReduce::getCastedVersionOf(Value *V) {
201   if (V->getType() == UIntPtrTy) return V;
202   if (Constant *CB = dyn_cast<Constant>(V))
203     return ConstantExpr::getCast(CB, UIntPtrTy);
204
205   Value *&New = CastedPointers[V];
206   if (New) return New;
207   
208   New = SCEVExpander::InsertCastOfTo(V, UIntPtrTy);
209   DeadInsts.insert(cast<Instruction>(New));
210   return New;
211 }
212
213
214 /// DeleteTriviallyDeadInstructions - If any of the instructions is the
215 /// specified set are trivially dead, delete them and see if this makes any of
216 /// their operands subsequently dead.
217 void LoopStrengthReduce::
218 DeleteTriviallyDeadInstructions(std::set<Instruction*> &Insts) {
219   while (!Insts.empty()) {
220     Instruction *I = *Insts.begin();
221     Insts.erase(Insts.begin());
222     if (isInstructionTriviallyDead(I)) {
223       for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i)
224         if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(i)))
225           Insts.insert(U);
226       SE->deleteInstructionFromRecords(I);
227       I->eraseFromParent();
228       Changed = true;
229     }
230   }
231 }
232
233
234 /// GetExpressionSCEV - Compute and return the SCEV for the specified
235 /// instruction.
236 SCEVHandle LoopStrengthReduce::GetExpressionSCEV(Instruction *Exp, Loop *L) {
237   // Scalar Evolutions doesn't know how to compute SCEV's for GEP instructions.
238   // If this is a GEP that SE doesn't know about, compute it now and insert it.
239   // If this is not a GEP, or if we have already done this computation, just let
240   // SE figure it out.
241   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Exp);
242   if (!GEP || SE->hasSCEV(GEP))
243     return SE->getSCEV(Exp);
244     
245   // Analyze all of the subscripts of this getelementptr instruction, looking
246   // for uses that are determined by the trip count of L.  First, skip all
247   // operands the are not dependent on the IV.
248
249   // Build up the base expression.  Insert an LLVM cast of the pointer to
250   // uintptr_t first.
251   SCEVHandle GEPVal = SCEVUnknown::get(getCastedVersionOf(GEP->getOperand(0)));
252
253   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
254   
255   for (unsigned i = 1, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i, ++GTI) {
256     // If this is a use of a recurrence that we can analyze, and it comes before
257     // Op does in the GEP operand list, we will handle this when we process this
258     // operand.
259     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
260       const StructLayout *SL = TD->getStructLayout(STy);
261       unsigned Idx = cast<ConstantUInt>(GEP->getOperand(i))->getValue();
262       uint64_t Offset = SL->MemberOffsets[Idx];
263       GEPVal = SCEVAddExpr::get(GEPVal,
264                                 SCEVUnknown::getIntegerSCEV(Offset, UIntPtrTy));
265     } else {
266       Value *OpVal = getCastedVersionOf(GEP->getOperand(i));
267       SCEVHandle Idx = SE->getSCEV(OpVal);
268
269       uint64_t TypeSize = TD->getTypeSize(GTI.getIndexedType());
270       if (TypeSize != 1)
271         Idx = SCEVMulExpr::get(Idx,
272                                SCEVConstant::get(ConstantUInt::get(UIntPtrTy,
273                                                                    TypeSize)));
274       GEPVal = SCEVAddExpr::get(GEPVal, Idx);
275     }
276   }
277
278   SE->setSCEV(GEP, GEPVal);
279   return GEPVal;
280 }
281
282 /// getSCEVStartAndStride - Compute the start and stride of this expression,
283 /// returning false if the expression is not a start/stride pair, or true if it
284 /// is.  The stride must be a loop invariant expression, but the start may be
285 /// a mix of loop invariant and loop variant expressions.
286 static bool getSCEVStartAndStride(const SCEVHandle &SH, Loop *L,
287                                   SCEVHandle &Start, SCEVHandle &Stride) {
288   SCEVHandle TheAddRec = Start;   // Initialize to zero.
289
290   // If the outer level is an AddExpr, the operands are all start values except
291   // for a nested AddRecExpr.
292   if (SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(SH)) {
293     for (unsigned i = 0, e = AE->getNumOperands(); i != e; ++i)
294       if (SCEVAddRecExpr *AddRec =
295              dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(AE->getOperand(i))) {
296         if (AddRec->getLoop() == L)
297           TheAddRec = SCEVAddExpr::get(AddRec, TheAddRec);
298         else
299           return false;  // Nested IV of some sort?
300       } else {
301         Start = SCEVAddExpr::get(Start, AE->getOperand(i));
302       }
303         
304   } else if (SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SH)) {
305     TheAddRec = SH;
306   } else {
307     return false;  // not analyzable.
308   }
309   
310   SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(TheAddRec);
311   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L) return false;
312   
313   // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
314   if (!AddRec->isAffine()) return false;
315
316   Start = SCEVAddExpr::get(Start, AddRec->getOperand(0));
317   
318   if (!isa<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1)))
319     DEBUG(std::cerr << "[" << L->getHeader()->getName()
320                     << "] Variable stride: " << *AddRec << "\n");
321
322   Stride = AddRec->getOperand(1);
323   // Check that all constant strides are the unsigned type, we don't want to
324   // have two IV's one of signed stride 4 and one of unsigned stride 4 to not be
325   // merged.
326   assert((!isa<SCEVConstant>(Stride) || Stride->getType()->isUnsigned()) &&
327          "Constants should be canonicalized to unsigned!");
328
329   return true;
330 }
331
332 /// IVUseShouldUsePostIncValue - We have discovered a "User" of an IV expression
333 /// and now we need to decide whether the user should use the preinc or post-inc
334 /// value.  If this user should use the post-inc version of the IV, return true.
335 ///
336 /// Choosing wrong here can break dominance properties (if we choose to use the
337 /// post-inc value when we cannot) or it can end up adding extra live-ranges to
338 /// the loop, resulting in reg-reg copies (if we use the pre-inc value when we
339 /// should use the post-inc value).
340 static bool IVUseShouldUsePostIncValue(Instruction *User, Instruction *IV,
341                                        Loop *L, ETForest *EF, Pass *P) {
342   // If the user is in the loop, use the preinc value.
343   if (L->contains(User->getParent())) return false;
344   
345   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
346   
347   // Ok, the user is outside of the loop.  If it is dominated by the latch
348   // block, use the post-inc value.
349   if (EF->dominates(LatchBlock, User->getParent()))
350     return true;
351
352   // There is one case we have to be careful of: PHI nodes.  These little guys
353   // can live in blocks that do not dominate the latch block, but (since their
354   // uses occur in the predecessor block, not the block the PHI lives in) should
355   // still use the post-inc value.  Check for this case now.
356   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User);
357   if (!PN) return false;  // not a phi, not dominated by latch block.
358   
359   // Look at all of the uses of IV by the PHI node.  If any use corresponds to
360   // a block that is not dominated by the latch block, give up and use the
361   // preincremented value.
362   unsigned NumUses = 0;
363   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
364     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
365       ++NumUses;
366       if (!EF->dominates(LatchBlock, PN->getIncomingBlock(i)))
367         return false;
368     }
369
370   // Okay, all uses of IV by PN are in predecessor blocks that really are
371   // dominated by the latch block.  Split the critical edges and use the
372   // post-incremented value.
373   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
374     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
375       SplitCriticalEdge(PN->getIncomingBlock(i), PN->getParent(), P);
376       if (--NumUses == 0) break;
377     }
378   
379   return true;
380 }
381
382   
383
384 /// AddUsersIfInteresting - Inspect the specified instruction.  If it is a
385 /// reducible SCEV, recursively add its users to the IVUsesByStride set and
386 /// return true.  Otherwise, return false.
387 bool LoopStrengthReduce::AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
388                                             std::set<Instruction*> &Processed) {
389   if (!I->getType()->isInteger() && !isa<PointerType>(I->getType()))
390       return false;   // Void and FP expressions cannot be reduced.
391   if (!Processed.insert(I).second)
392     return true;    // Instruction already handled.
393   
394   // Get the symbolic expression for this instruction.
395   SCEVHandle ISE = GetExpressionSCEV(I, L);
396   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(ISE)) return false;
397   
398   // Get the start and stride for this expression.
399   SCEVHandle Start = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, ISE->getType());
400   SCEVHandle Stride = Start;
401   if (!getSCEVStartAndStride(ISE, L, Start, Stride))
402     return false;  // Non-reducible symbolic expression, bail out.
403   
404   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E;++UI){
405     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
406
407     // Do not infinitely recurse on PHI nodes.
408     if (isa<PHINode>(User) && Processed.count(User))
409       continue;
410
411     // If this is an instruction defined in a nested loop, or outside this loop,
412     // don't recurse into it.
413     bool AddUserToIVUsers = false;
414     if (LI->getLoopFor(User->getParent()) != L) {
415       DEBUG(std::cerr << "FOUND USER in other loop: " << *User
416             << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n");
417       AddUserToIVUsers = true;
418     } else if (!AddUsersIfInteresting(User, L, Processed)) {
419       DEBUG(std::cerr << "FOUND USER: " << *User
420             << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n");
421       AddUserToIVUsers = true;
422     }
423
424     if (AddUserToIVUsers) {
425       IVUsersOfOneStride &StrideUses = IVUsesByStride[Stride];
426       if (StrideUses.Users.empty())     // First occurance of this stride?
427         StrideOrder.push_back(Stride);
428       
429       // Okay, we found a user that we cannot reduce.  Analyze the instruction
430       // and decide what to do with it.  If we are a use inside of the loop, use
431       // the value before incrementation, otherwise use it after incrementation.
432       if (IVUseShouldUsePostIncValue(User, I, L, EF, this)) {
433         // The value used will be incremented by the stride more than we are
434         // expecting, so subtract this off.
435         SCEVHandle NewStart = SCEV::getMinusSCEV(Start, Stride);
436         StrideUses.addUser(NewStart, User, I);
437         StrideUses.Users.back().isUseOfPostIncrementedValue = true;
438         DEBUG(std::cerr << "   USING POSTINC SCEV, START=" << *NewStart<< "\n");
439       } else {        
440         StrideUses.addUser(Start, User, I);
441       }
442     }
443   }
444   return true;
445 }
446
447 namespace {
448   /// BasedUser - For a particular base value, keep information about how we've
449   /// partitioned the expression so far.
450   struct BasedUser {
451     /// Base - The Base value for the PHI node that needs to be inserted for
452     /// this use.  As the use is processed, information gets moved from this
453     /// field to the Imm field (below).  BasedUser values are sorted by this
454     /// field.
455     SCEVHandle Base;
456     
457     /// Inst - The instruction using the induction variable.
458     Instruction *Inst;
459
460     /// OperandValToReplace - The operand value of Inst to replace with the
461     /// EmittedBase.
462     Value *OperandValToReplace;
463
464     /// Imm - The immediate value that should be added to the base immediately
465     /// before Inst, because it will be folded into the imm field of the
466     /// instruction.
467     SCEVHandle Imm;
468
469     /// EmittedBase - The actual value* to use for the base value of this
470     /// operation.  This is null if we should just use zero so far.
471     Value *EmittedBase;
472
473     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
474     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
475     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
476     // instruction for a loop and uses outside the loop that are dominated by
477     // the loop.
478     bool isUseOfPostIncrementedValue;
479     
480     BasedUser(IVStrideUse &IVSU)
481       : Base(IVSU.Offset), Inst(IVSU.User), 
482         OperandValToReplace(IVSU.OperandValToReplace), 
483         Imm(SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Base->getType())), EmittedBase(0),
484         isUseOfPostIncrementedValue(IVSU.isUseOfPostIncrementedValue) {}
485
486     // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
487     // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
488     // to it.
489     void RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
490                                         SCEVExpander &Rewriter, Loop *L,
491                                         Pass *P);
492     
493     Value *InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
494                                        SCEVExpander &Rewriter,
495                                        Instruction *IP, Loop *L);
496     void dump() const;
497   };
498 }
499
500 void BasedUser::dump() const {
501   std::cerr << " Base=" << *Base;
502   std::cerr << " Imm=" << *Imm;
503   if (EmittedBase)
504     std::cerr << "  EB=" << *EmittedBase;
505
506   std::cerr << "   Inst: " << *Inst;
507 }
508
509 Value *BasedUser::InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
510                                               SCEVExpander &Rewriter,
511                                               Instruction *IP, Loop *L) {
512   // Figure out where we *really* want to insert this code.  In particular, if
513   // the user is inside of a loop that is nested inside of L, we really don't
514   // want to insert this expression before the user, we'd rather pull it out as
515   // many loops as possible.
516   LoopInfo &LI = Rewriter.getLoopInfo();
517   Instruction *BaseInsertPt = IP;
518   
519   // Figure out the most-nested loop that IP is in.
520   Loop *InsertLoop = LI.getLoopFor(IP->getParent());
521   
522   // If InsertLoop is not L, and InsertLoop is nested inside of L, figure out
523   // the preheader of the outer-most loop where NewBase is not loop invariant.
524   while (InsertLoop && NewBase->isLoopInvariant(InsertLoop)) {
525     BaseInsertPt = InsertLoop->getLoopPreheader()->getTerminator();
526     InsertLoop = InsertLoop->getParentLoop();
527   }
528   
529   // If there is no immediate value, skip the next part.
530   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Imm))
531     if (SC->getValue()->isNullValue())
532       return Rewriter.expandCodeFor(NewBase, BaseInsertPt,
533                                     OperandValToReplace->getType());
534
535   Value *Base = Rewriter.expandCodeFor(NewBase, BaseInsertPt);
536   
537   // Always emit the immediate (if non-zero) into the same block as the user.
538   SCEVHandle NewValSCEV = SCEVAddExpr::get(SCEVUnknown::get(Base), Imm);
539   return Rewriter.expandCodeFor(NewValSCEV, IP,
540                                 OperandValToReplace->getType());
541 }
542
543
544 // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
545 // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
546 // to it.
547 void BasedUser::RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
548                                                SCEVExpander &Rewriter,
549                                                Loop *L, Pass *P) {
550   if (!isa<PHINode>(Inst)) {
551     Value *NewVal = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, Rewriter, Inst, L);
552     // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
553     Inst->replaceUsesOfWith(OperandValToReplace, NewVal);
554     DEBUG(std::cerr << "    CHANGED: IMM =" << *Imm << "  Inst = " << *Inst);
555     return;
556   }
557   
558   // PHI nodes are more complex.  We have to insert one copy of the NewBase+Imm
559   // expression into each operand block that uses it.  Note that PHI nodes can
560   // have multiple entries for the same predecessor.  We use a map to make sure
561   // that a PHI node only has a single Value* for each predecessor (which also
562   // prevents us from inserting duplicate code in some blocks).
563   std::map<BasicBlock*, Value*> InsertedCode;
564   PHINode *PN = cast<PHINode>(Inst);
565   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
566     if (PN->getIncomingValue(i) == OperandValToReplace) {
567       // If this is a critical edge, split the edge so that we do not insert the
568       // code on all predecessor/successor paths.  We do this unless this is the
569       // canonical backedge for this loop, as this can make some inserted code
570       // be in an illegal position.
571       BasicBlock *PHIPred = PN->getIncomingBlock(i);
572       if (e != 1 && PHIPred->getTerminator()->getNumSuccessors() > 1 &&
573           (PN->getParent() != L->getHeader() || !L->contains(PHIPred))) {
574         
575         // First step, split the critical edge.
576         SplitCriticalEdge(PHIPred, PN->getParent(), P);
577             
578         // Next step: move the basic block.  In particular, if the PHI node
579         // is outside of the loop, and PredTI is in the loop, we want to
580         // move the block to be immediately before the PHI block, not
581         // immediately after PredTI.
582         if (L->contains(PHIPred) && !L->contains(PN->getParent())) {
583           BasicBlock *NewBB = PN->getIncomingBlock(i);
584           NewBB->moveBefore(PN->getParent());
585         }
586       }
587
588       Value *&Code = InsertedCode[PN->getIncomingBlock(i)];
589       if (!Code) {
590         // Insert the code into the end of the predecessor block.
591         Instruction *InsertPt = PN->getIncomingBlock(i)->getTerminator();
592         Code = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, Rewriter, InsertPt, L);
593       }
594       
595       // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
596       PN->setIncomingValue(i, Code);
597       Rewriter.clear();
598     }
599   }
600   DEBUG(std::cerr << "    CHANGED: IMM =" << *Imm << "  Inst = " << *Inst);
601 }
602
603
604 /// isTargetConstant - Return true if the following can be referenced by the
605 /// immediate field of a target instruction.
606 static bool isTargetConstant(const SCEVHandle &V, const TargetLowering *TLI) {
607   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
608     int64_t V = SC->getValue()->getSExtValue();
609     if (TLI)
610       return TLI->isLegalAddressImmediate(V);
611     else
612       // Defaults to PPC. PPC allows a sign-extended 16-bit immediate field.
613       return (V > -(1 << 16) && V < (1 << 16)-1);
614   }
615
616   if (SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V))
617     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(SU->getValue()))
618       if (CE->getOpcode() == Instruction::Cast) {
619         Constant *Op0 = CE->getOperand(0);
620         if (isa<GlobalValue>(Op0) &&
621             TLI &&
622             TLI->isLegalAddressImmediate(cast<GlobalValue>(Op0)))
623           return true;
624       }
625   return false;
626 }
627
628 /// MoveLoopVariantsToImediateField - Move any subexpressions from Val that are
629 /// loop varying to the Imm operand.
630 static void MoveLoopVariantsToImediateField(SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
631                                             Loop *L) {
632   if (Val->isLoopInvariant(L)) return;  // Nothing to do.
633   
634   if (SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
635     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
636     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
637     
638     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i)
639       if (!SAE->getOperand(i)->isLoopInvariant(L)) {
640         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
641         // field of the expression.
642         Imm = SCEVAddExpr::get(Imm, SAE->getOperand(i));
643       } else {
644         NewOps.push_back(SAE->getOperand(i));
645       }
646
647     if (NewOps.empty())
648       Val = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Val->getType());
649     else
650       Val = SCEVAddExpr::get(NewOps);
651   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
652     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
653     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
654     MoveLoopVariantsToImediateField(Start, Imm, L);
655     
656     std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
657     Ops[0] = Start;
658     Val = SCEVAddRecExpr::get(Ops, SARE->getLoop());
659   } else {
660     // Otherwise, all of Val is variant, move the whole thing over.
661     Imm = SCEVAddExpr::get(Imm, Val);
662     Val = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Val->getType());
663   }
664 }
665
666
667 /// MoveImmediateValues - Look at Val, and pull out any additions of constants
668 /// that can fit into the immediate field of instructions in the target.
669 /// Accumulate these immediate values into the Imm value.
670 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
671                                 SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
672                                 bool isAddress, Loop *L) {
673   if (SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
674     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
675     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
676     
677     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i) {
678       SCEVHandle NewOp = SAE->getOperand(i);
679       MoveImmediateValues(TLI, NewOp, Imm, isAddress, L);
680       
681       if (!NewOp->isLoopInvariant(L)) {
682         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
683         // field of the expression.
684         Imm = SCEVAddExpr::get(Imm, NewOp);
685       } else {
686         NewOps.push_back(NewOp);
687       }
688     }
689
690     if (NewOps.empty())
691       Val = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Val->getType());
692     else
693       Val = SCEVAddExpr::get(NewOps);
694     return;
695   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
696     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
697     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
698     MoveImmediateValues(TLI, Start, Imm, isAddress, L);
699     
700     if (Start != SARE->getStart()) {
701       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
702       Ops[0] = Start;
703       Val = SCEVAddRecExpr::get(Ops, SARE->getLoop());
704     }
705     return;
706   } else if (SCEVMulExpr *SME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Val)) {
707     // Transform "8 * (4 + v)" -> "32 + 8*V" if "32" fits in the immed field.
708     if (isAddress && isTargetConstant(SME->getOperand(0), TLI) &&
709         SME->getNumOperands() == 2 && SME->isLoopInvariant(L)) {
710
711       SCEVHandle SubImm = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Val->getType());
712       SCEVHandle NewOp = SME->getOperand(1);
713       MoveImmediateValues(TLI, NewOp, SubImm, isAddress, L);
714       
715       // If we extracted something out of the subexpressions, see if we can 
716       // simplify this!
717       if (NewOp != SME->getOperand(1)) {
718         // Scale SubImm up by "8".  If the result is a target constant, we are
719         // good.
720         SubImm = SCEVMulExpr::get(SubImm, SME->getOperand(0));
721         if (isTargetConstant(SubImm, TLI)) {
722           // Accumulate the immediate.
723           Imm = SCEVAddExpr::get(Imm, SubImm);
724           
725           // Update what is left of 'Val'.
726           Val = SCEVMulExpr::get(SME->getOperand(0), NewOp);
727           return;
728         }
729       }
730     }
731   }
732
733   // Loop-variant expressions must stay in the immediate field of the
734   // expression.
735   if ((isAddress && isTargetConstant(Val, TLI)) ||
736       !Val->isLoopInvariant(L)) {
737     Imm = SCEVAddExpr::get(Imm, Val);
738     Val = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Val->getType());
739     return;
740   }
741
742   // Otherwise, no immediates to move.
743 }
744
745
746 /// IncrementAddExprUses - Decompose the specified expression into its added
747 /// subexpressions, and increment SubExpressionUseCounts for each of these
748 /// decomposed parts.
749 static void SeparateSubExprs(std::vector<SCEVHandle> &SubExprs,
750                              SCEVHandle Expr) {
751   if (SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Expr)) {
752     for (unsigned j = 0, e = AE->getNumOperands(); j != e; ++j)
753       SeparateSubExprs(SubExprs, AE->getOperand(j));
754   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Expr)) {
755     SCEVHandle Zero = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Expr->getType());
756     if (SARE->getOperand(0) == Zero) {
757       SubExprs.push_back(Expr);
758     } else {
759       // Compute the addrec with zero as its base.
760       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
761       Ops[0] = Zero;   // Start with zero base.
762       SubExprs.push_back(SCEVAddRecExpr::get(Ops, SARE->getLoop()));
763       
764
765       SeparateSubExprs(SubExprs, SARE->getOperand(0));
766     }
767   } else if (!isa<SCEVConstant>(Expr) ||
768              !cast<SCEVConstant>(Expr)->getValue()->isNullValue()) {
769     // Do not add zero.
770     SubExprs.push_back(Expr);
771   }
772 }
773
774
775 /// RemoveCommonExpressionsFromUseBases - Look through all of the uses in Bases,
776 /// removing any common subexpressions from it.  Anything truly common is
777 /// removed, accumulated, and returned.  This looks for things like (a+b+c) and
778 /// (a+c+d) -> (a+c).  The common expression is *removed* from the Bases.
779 static SCEVHandle 
780 RemoveCommonExpressionsFromUseBases(std::vector<BasedUser> &Uses) {
781   unsigned NumUses = Uses.size();
782
783   // Only one use?  Use its base, regardless of what it is!
784   SCEVHandle Zero = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Uses[0].Base->getType());
785   SCEVHandle Result = Zero;
786   if (NumUses == 1) {
787     std::swap(Result, Uses[0].Base);
788     return Result;
789   }
790
791   // To find common subexpressions, count how many of Uses use each expression.
792   // If any subexpressions are used Uses.size() times, they are common.
793   std::map<SCEVHandle, unsigned> SubExpressionUseCounts;
794   
795   // UniqueSubExprs - Keep track of all of the subexpressions we see in the
796   // order we see them.
797   std::vector<SCEVHandle> UniqueSubExprs;
798
799   std::vector<SCEVHandle> SubExprs;
800   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
801     // If the base is zero (which is common), return zero now, there are no
802     // CSEs we can find.
803     if (Uses[i].Base == Zero) return Zero;
804
805     // Split the expression into subexprs.
806     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base);
807     // Add one to SubExpressionUseCounts for each subexpr present.
808     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
809       if (++SubExpressionUseCounts[SubExprs[j]] == 1)
810         UniqueSubExprs.push_back(SubExprs[j]);
811     SubExprs.clear();
812   }
813
814   // Now that we know how many times each is used, build Result.  Iterate over
815   // UniqueSubexprs so that we have a stable ordering.
816   for (unsigned i = 0, e = UniqueSubExprs.size(); i != e; ++i) {
817     std::map<SCEVHandle, unsigned>::iterator I = 
818        SubExpressionUseCounts.find(UniqueSubExprs[i]);
819     assert(I != SubExpressionUseCounts.end() && "Entry not found?");
820     if (I->second == NumUses) {  // Found CSE!
821       Result = SCEVAddExpr::get(Result, I->first);
822     } else {
823       // Remove non-cse's from SubExpressionUseCounts.
824       SubExpressionUseCounts.erase(I);
825     }
826   }
827   
828   // If we found no CSE's, return now.
829   if (Result == Zero) return Result;
830   
831   // Otherwise, remove all of the CSE's we found from each of the base values.
832   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
833     // Split the expression into subexprs.
834     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base);
835
836     // Remove any common subexpressions.
837     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
838       if (SubExpressionUseCounts.count(SubExprs[j])) {
839         SubExprs.erase(SubExprs.begin()+j);
840         --j; --e;
841       }
842     
843     // Finally, the non-shared expressions together.
844     if (SubExprs.empty())
845       Uses[i].Base = Zero;
846     else
847       Uses[i].Base = SCEVAddExpr::get(SubExprs);
848     SubExprs.clear();
849   }
850  
851   return Result;
852 }
853
854 /// isZero - returns true if the scalar evolution expression is zero.
855 ///
856 static bool isZero(SCEVHandle &V) {
857   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
858     return SC->getValue()->getRawValue() == 0;
859   return false;
860 }
861
862
863 /// CheckForIVReuse - Returns the multiple if the stride is the multiple
864 /// of a previous stride and it is a legal value for the target addressing
865 /// mode scale component. This allows the users of this stride to be rewritten
866 /// as prev iv * factor. It returns 1 if no reuse is possible.
867 unsigned LoopStrengthReduce::CheckForIVReuse(const SCEVHandle &Stride,
868                                              IVExpr &IV) {
869   if (!TLI)
870     return 1;
871
872   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Stride)) {
873     unsigned SInt = SC->getValue()->getRawValue();
874     if (SInt == 1)
875       return 1;
876
877     for (TargetLowering::legal_am_scale_iterator
878            I = TLI->legal_am_scale_begin(), E = TLI->legal_am_scale_end();
879          I != E; ++I) {
880       unsigned Scale = *I;
881       if (SInt >= Scale && (SInt % Scale) != 0)
882         continue;
883       std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI =
884         IVsByStride.find(SCEVUnknown::getIntegerSCEV(SInt/Scale, Type::UIntTy));
885       if (SI == IVsByStride.end())
886         continue;
887       for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
888              IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
889         // FIXME: Only handle base == 0 for now.
890         if (isZero(II->Base)) {
891           IV = *II;
892           return Scale;
893         }
894     }
895   }
896
897   return 1;
898 }
899
900
901 /// StrengthReduceStridedIVUsers - Strength reduce all of the users of a single
902 /// stride of IV.  All of the users may have different starting values, and this
903 /// may not be the only stride (we know it is if isOnlyStride is true).
904 void LoopStrengthReduce::StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
905                                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
906                                                       Loop *L,
907                                                       bool isOnlyStride) {
908   // Transform our list of users and offsets to a bit more complex table.  In
909   // this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base' the base of the
910   // strided accessas well as the old information from Uses.  We progressively
911   // move information from the Base field to the Imm field, until we eventually
912   // have the full access expression to rewrite the use.
913   std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
914   UsersToProcess.reserve(Uses.Users.size());
915   for (unsigned i = 0, e = Uses.Users.size(); i != e; ++i) {
916     UsersToProcess.push_back(Uses.Users[i]);
917     
918     // Move any loop invariant operands from the offset field to the immediate
919     // field of the use, so that we don't try to use something before it is
920     // computed.
921     MoveLoopVariantsToImediateField(UsersToProcess.back().Base,
922                                     UsersToProcess.back().Imm, L);
923     assert(UsersToProcess.back().Base->isLoopInvariant(L) &&
924            "Base value is not loop invariant!");
925   }
926
927   // Check if it is possible to reuse a IV with stride that is factor of this
928   // stride. And the multiple is a number that can be encoded in the scale
929   // field of the target addressing mode.
930   PHINode *NewPHI = NULL;
931   Value   *IncV   = NULL;
932   IVExpr   ReuseIV(Stride, NULL, NULL);
933   unsigned RewriteFactor = CheckForIVReuse(Stride, ReuseIV);
934   if (RewriteFactor > 1) {
935     NewPHI = ReuseIV.PHI;
936     IncV   = ReuseIV.IncV;
937   }
938
939   // We now have a whole bunch of uses of like-strided induction variables, but
940   // they might all have different bases.  We want to emit one PHI node for this
941   // stride which we fold as many common expressions (between the IVs) into as
942   // possible.  Start by identifying the common expressions in the base values 
943   // for the strides (e.g. if we have "A+C+B" and "A+B+D" as our bases, find
944   // "A+B"), emit it to the preheader, then remove the expression from the
945   // UsersToProcess base values.
946   SCEVHandle CommonExprs =
947     RemoveCommonExpressionsFromUseBases(UsersToProcess);
948   
949   // Next, figure out what we can represent in the immediate fields of
950   // instructions.  If we can represent anything there, move it to the imm
951   // fields of the BasedUsers.  We do this so that it increases the commonality
952   // of the remaining uses.
953   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
954     // If the user is not in the current loop, this means it is using the exit
955     // value of the IV.  Do not put anything in the base, make sure it's all in
956     // the immediate field to allow as much factoring as possible.
957     if (!L->contains(UsersToProcess[i].Inst->getParent())) {
958       UsersToProcess[i].Imm = SCEVAddExpr::get(UsersToProcess[i].Imm,
959                                                UsersToProcess[i].Base);
960       UsersToProcess[i].Base = 
961         SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, UsersToProcess[i].Base->getType());
962     } else {
963       
964       // Addressing modes can be folded into loads and stores.  Be careful that
965       // the store is through the expression, not of the expression though.
966       bool isAddress = isa<LoadInst>(UsersToProcess[i].Inst);
967       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UsersToProcess[i].Inst))
968         if (SI->getOperand(1) == UsersToProcess[i].OperandValToReplace)
969           isAddress = true;
970       
971       MoveImmediateValues(TLI, UsersToProcess[i].Base, UsersToProcess[i].Imm,
972                           isAddress, L);
973     }
974   }
975
976   // Now that we know what we need to do, insert the PHI node itself.
977   //
978   DEBUG(std::cerr << "INSERTING IV of STRIDE " << *Stride << " and BASE "
979         << *CommonExprs << " :\n");
980
981   SCEVExpander Rewriter(*SE, *LI);
982   SCEVExpander PreheaderRewriter(*SE, *LI);
983   
984   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
985   Instruction *PreInsertPt = Preheader->getTerminator();
986   Instruction *PhiInsertBefore = L->getHeader()->begin();
987   
988   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
989
990   const Type *ReplacedTy = CommonExprs->getType();
991
992   // Emit the initial base value into the loop preheader.
993   Value *CommonBaseV
994     = PreheaderRewriter.expandCodeFor(CommonExprs, PreInsertPt,
995                                       ReplacedTy);
996
997   if (RewriteFactor == 1) {
998     // Create a new Phi for this base, and stick it in the loop header.
999     NewPHI = new PHINode(ReplacedTy, "iv.", PhiInsertBefore);
1000     ++NumInserted;
1001   
1002     // Add common base to the new Phi node.
1003     NewPHI->addIncoming(CommonBaseV, Preheader);
1004
1005     // Insert the stride into the preheader.
1006     Value *StrideV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(Stride, PreInsertPt,
1007                                                      ReplacedTy);
1008     if (!isa<ConstantInt>(StrideV)) ++NumVariable;
1009
1010     // Emit the increment of the base value before the terminator of the loop
1011     // latch block, and add it to the Phi node.
1012     SCEVHandle IncExp = SCEVAddExpr::get(SCEVUnknown::get(NewPHI),
1013                                          SCEVUnknown::get(StrideV));
1014   
1015     IncV = Rewriter.expandCodeFor(IncExp, LatchBlock->getTerminator(),
1016                                   ReplacedTy);
1017     IncV->setName(NewPHI->getName()+".inc");
1018     NewPHI->addIncoming(IncV, LatchBlock);
1019
1020     // Remember this in case a later stride is multiple of this.
1021     IVsByStride[Stride].addIV(CommonExprs, NewPHI, IncV);
1022   } else {
1023     Constant *C = dyn_cast<Constant>(CommonBaseV);
1024     if (!C ||
1025         (!C->isNullValue() &&
1026          !isTargetConstant(SCEVUnknown::get(CommonBaseV), TLI)))
1027       // We want the common base emitted into the preheader!
1028       CommonBaseV = new CastInst(CommonBaseV, CommonBaseV->getType(),
1029                                  "commonbase", PreInsertPt);
1030   }
1031
1032   // Sort by the base value, so that all IVs with identical bases are next to
1033   // each other.
1034   while (!UsersToProcess.empty()) {
1035     SCEVHandle Base = UsersToProcess.back().Base;
1036
1037     DEBUG(std::cerr << "  INSERTING code for BASE = " << *Base << ":\n");
1038    
1039     // Emit the code for Base into the preheader.
1040     Value *BaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(Base, PreInsertPt,
1041                                                    ReplacedTy);
1042     
1043     // If BaseV is a constant other than 0, make sure that it gets inserted into
1044     // the preheader, instead of being forward substituted into the uses.  We do
1045     // this by forcing a noop cast to be inserted into the preheader in this
1046     // case.
1047     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(BaseV))
1048       if (!C->isNullValue() && !isTargetConstant(Base, TLI)) {
1049         // We want this constant emitted into the preheader!
1050         BaseV = new CastInst(BaseV, BaseV->getType(), "preheaderinsert",
1051                              PreInsertPt);       
1052       }
1053     
1054     // Emit the code to add the immediate offset to the Phi value, just before
1055     // the instructions that we identified as using this stride and base.
1056     unsigned ScanPos = 0;
1057     do {
1058       BasedUser &User = UsersToProcess.back();
1059
1060       // If this instruction wants to use the post-incremented value, move it
1061       // after the post-inc and use its value instead of the PHI.
1062       Value *RewriteOp = NewPHI;
1063       if (User.isUseOfPostIncrementedValue) {
1064         RewriteOp = IncV;
1065
1066         // If this user is in the loop, make sure it is the last thing in the
1067         // loop to ensure it is dominated by the increment.
1068         if (L->contains(User.Inst->getParent()))
1069           User.Inst->moveBefore(LatchBlock->getTerminator());
1070       }
1071       SCEVHandle RewriteExpr = SCEVUnknown::get(RewriteOp);
1072
1073       // Clear the SCEVExpander's expression map so that we are guaranteed
1074       // to have the code emitted where we expect it.
1075       Rewriter.clear();
1076
1077       // If we are reusing the iv, then it must be multiplied by a constant
1078       // factor take advantage of addressing mode scale component.
1079       if (RewriteFactor != 1) {
1080         RewriteExpr =
1081           SCEVMulExpr::get(SCEVUnknown::getIntegerSCEV(RewriteFactor,
1082                                                        RewriteExpr->getType()),
1083                            RewriteExpr);
1084
1085         // The common base is emitted in the loop preheader. But since we
1086         // are reusing an IV, it has not been used to initialize the PHI node.
1087         // Add it to the expression used to rewrite the uses.
1088         if (!isa<ConstantInt>(CommonBaseV) ||
1089             !cast<ConstantInt>(CommonBaseV)->isNullValue())
1090           RewriteExpr = SCEVAddExpr::get(RewriteExpr,
1091                                          SCEVUnknown::get(CommonBaseV));
1092       }
1093
1094       // Now that we know what we need to do, insert code before User for the
1095       // immediate and any loop-variant expressions.
1096       if (!isa<ConstantInt>(BaseV) || !cast<ConstantInt>(BaseV)->isNullValue())
1097         // Add BaseV to the PHI value if needed.
1098         RewriteExpr = SCEVAddExpr::get(RewriteExpr, SCEVUnknown::get(BaseV));
1099
1100       User.RewriteInstructionToUseNewBase(RewriteExpr, Rewriter, L, this);
1101
1102       // Mark old value we replaced as possibly dead, so that it is elminated
1103       // if we just replaced the last use of that value.
1104       DeadInsts.insert(cast<Instruction>(User.OperandValToReplace));
1105
1106       UsersToProcess.pop_back();
1107       ++NumReduced;
1108
1109       // If there are any more users to process with the same base, move one of
1110       // them to the end of the list so that we will process it.
1111       if (!UsersToProcess.empty()) {
1112         for (unsigned e = UsersToProcess.size(); ScanPos != e; ++ScanPos)
1113           if (UsersToProcess[ScanPos].Base == Base) {
1114             std::swap(UsersToProcess[ScanPos], UsersToProcess.back());
1115             break;
1116           }
1117       }
1118     } while (!UsersToProcess.empty() && UsersToProcess.back().Base == Base);
1119     // TODO: Next, find out which base index is the most common, pull it out.
1120   }
1121
1122   // IMPORTANT TODO: Figure out how to partition the IV's with this stride, but
1123   // different starting values, into different PHIs.
1124 }
1125
1126 // OptimizeIndvars - Now that IVUsesByStride is set up with all of the indvar
1127 // uses in the loop, look to see if we can eliminate some, in favor of using
1128 // common indvars for the different uses.
1129 void LoopStrengthReduce::OptimizeIndvars(Loop *L) {
1130   // TODO: implement optzns here.
1131
1132
1133
1134
1135   // Finally, get the terminating condition for the loop if possible.  If we
1136   // can, we want to change it to use a post-incremented version of its
1137   // induction variable, to allow coallescing the live ranges for the IV into
1138   // one register value.
1139   PHINode *SomePHI = cast<PHINode>(L->getHeader()->begin());
1140   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
1141   BasicBlock *LatchBlock =
1142    SomePHI->getIncomingBlock(SomePHI->getIncomingBlock(0) == Preheader);
1143   BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(LatchBlock->getTerminator());
1144   if (!TermBr || TermBr->isUnconditional() ||
1145       !isa<SetCondInst>(TermBr->getCondition()))
1146     return;
1147   SetCondInst *Cond = cast<SetCondInst>(TermBr->getCondition());
1148
1149   // Search IVUsesByStride to find Cond's IVUse if there is one.
1150   IVStrideUse *CondUse = 0;
1151   const SCEVHandle *CondStride = 0;
1152
1153   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e && !CondUse;
1154        ++Stride) {
1155     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1156       IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
1157     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1158     
1159     for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
1160            E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI)
1161       if (UI->User == Cond) {
1162         CondUse = &*UI;
1163         CondStride = &SI->first;
1164         // NOTE: we could handle setcc instructions with multiple uses here, but
1165         // InstCombine does it as well for simple uses, it's not clear that it
1166         // occurs enough in real life to handle.
1167         break;
1168       }
1169   }
1170   if (!CondUse) return;  // setcc doesn't use the IV.
1171
1172   // setcc stride is complex, don't mess with users.
1173   // FIXME: Evaluate whether this is a good idea or not.
1174   if (!isa<SCEVConstant>(*CondStride)) return;
1175
1176   // It's possible for the setcc instruction to be anywhere in the loop, and
1177   // possible for it to have multiple users.  If it is not immediately before
1178   // the latch block branch, move it.
1179   if (&*++BasicBlock::iterator(Cond) != (Instruction*)TermBr) {
1180     if (Cond->hasOneUse()) {   // Condition has a single use, just move it.
1181       Cond->moveBefore(TermBr);
1182     } else {
1183       // Otherwise, clone the terminating condition and insert into the loopend.
1184       Cond = cast<SetCondInst>(Cond->clone());
1185       Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
1186       LatchBlock->getInstList().insert(TermBr, Cond);
1187       
1188       // Clone the IVUse, as the old use still exists!
1189       IVUsesByStride[*CondStride].addUser(CondUse->Offset, Cond,
1190                                          CondUse->OperandValToReplace);
1191       CondUse = &IVUsesByStride[*CondStride].Users.back();
1192     }
1193   }
1194
1195   // If we get to here, we know that we can transform the setcc instruction to
1196   // use the post-incremented version of the IV, allowing us to coallesce the
1197   // live ranges for the IV correctly.
1198   CondUse->Offset = SCEV::getMinusSCEV(CondUse->Offset, *CondStride);
1199   CondUse->isUseOfPostIncrementedValue = true;
1200 }
1201
1202 void LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L) {
1203   // First step, transform all loops nesting inside of this loop.
1204   for (LoopInfo::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
1205     runOnLoop(*I);
1206
1207   // Next, find all uses of induction variables in this loop, and catagorize
1208   // them by stride.  Start by finding all of the PHI nodes in the header for
1209   // this loop.  If they are induction variables, inspect their uses.
1210   std::set<Instruction*> Processed;   // Don't reprocess instructions.
1211   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ++I)
1212     AddUsersIfInteresting(I, L, Processed);
1213
1214   // If we have nothing to do, return.
1215   if (IVUsesByStride.empty()) return;
1216
1217   // Optimize induction variables.  Some indvar uses can be transformed to use
1218   // strides that will be needed for other purposes.  A common example of this
1219   // is the exit test for the loop, which can often be rewritten to use the
1220   // computation of some other indvar to decide when to terminate the loop.
1221   OptimizeIndvars(L);
1222
1223
1224   // FIXME: We can widen subreg IV's here for RISC targets.  e.g. instead of
1225   // doing computation in byte values, promote to 32-bit values if safe.
1226
1227   // FIXME: Attempt to reuse values across multiple IV's.  In particular, we
1228   // could have something like "for(i) { foo(i*8); bar(i*16) }", which should be
1229   // codegened as "for (j = 0;; j+=8) { foo(j); bar(j+j); }" on X86/PPC.  Need
1230   // to be careful that IV's are all the same type.  Only works for intptr_t
1231   // indvars.
1232
1233   // If we only have one stride, we can more aggressively eliminate some things.
1234   bool HasOneStride = IVUsesByStride.size() == 1;
1235
1236 #ifndef NDEBUG
1237   DEBUG(std::cerr << "\nLSR on ");
1238   DEBUG(L->dump());
1239 #endif
1240
1241   // IVsByStride keeps IVs for one particular loop.
1242   IVsByStride.clear();
1243
1244   // Note: this processes each stride/type pair individually.  All users passed
1245   // into StrengthReduceStridedIVUsers have the same type AND stride.  Also,
1246   // node that we iterate over IVUsesByStride indirectly by using StrideOrder.
1247   // This extra layer of indirection makes the ordering of strides deterministic
1248   // - not dependent on map order.
1249   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e; ++Stride) {
1250     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1251       IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
1252     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1253     StrengthReduceStridedIVUsers(SI->first, SI->second, L, HasOneStride);
1254   }
1255
1256   // Clean up after ourselves
1257   if (!DeadInsts.empty()) {
1258     DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
1259
1260     BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
1261     PHINode *PN;
1262     while ((PN = dyn_cast<PHINode>(I))) {
1263       ++I;  // Preincrement iterator to avoid invalidating it when deleting PN.
1264       
1265       // At this point, we know that we have killed one or more GEP
1266       // instructions.  It is worth checking to see if the cann indvar is also
1267       // dead, so that we can remove it as well.  The requirements for the cann
1268       // indvar to be considered dead are:
1269       // 1. the cann indvar has one use
1270       // 2. the use is an add instruction
1271       // 3. the add has one use
1272       // 4. the add is used by the cann indvar
1273       // If all four cases above are true, then we can remove both the add and
1274       // the cann indvar.
1275       // FIXME: this needs to eliminate an induction variable even if it's being
1276       // compared against some value to decide loop termination.
1277       if (PN->hasOneUse()) {
1278         BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(*(PN->use_begin()));
1279         if (BO && BO->hasOneUse()) {
1280           if (PN == *(BO->use_begin())) {
1281             DeadInsts.insert(BO);
1282             // Break the cycle, then delete the PHI.
1283             PN->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(PN->getType()));
1284             SE->deleteInstructionFromRecords(PN);
1285             PN->eraseFromParent();
1286           }
1287         }
1288       }
1289     }
1290     DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
1291   }
1292
1293   CastedPointers.clear();
1294   IVUsesByStride.clear();
1295   StrideOrder.clear();
1296   return;
1297 }