4653a7d7c8c26752ec26ff0561686624abb1fb7b
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Vectorize / BBVectorize.cpp
1 //===- BBVectorize.cpp - A Basic-Block Vectorizer -------------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file implements a basic-block vectorization pass. The algorithm was
11 // inspired by that used by the Vienna MAP Vectorizor by Franchetti and Kral,
12 // et al. It works by looking for chains of pairable operations and then
13 // pairing them.
14 //
15 //===----------------------------------------------------------------------===//
16
17 #define BBV_NAME "bb-vectorize"
18 #define DEBUG_TYPE BBV_NAME
19 #include "llvm/Constants.h"
20 #include "llvm/DerivedTypes.h"
21 #include "llvm/Function.h"
22 #include "llvm/Instructions.h"
23 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
24 #include "llvm/Intrinsics.h"
25 #include "llvm/LLVMContext.h"
26 #include "llvm/Metadata.h"
27 #include "llvm/Pass.h"
28 #include "llvm/Type.h"
29 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
30 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
31 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
32 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
33 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
34 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
35 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
36 #include "llvm/Analysis/AliasSetTracker.h"
37 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
38 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolution.h"
39 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
40 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
41 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
42 #include "llvm/Support/Debug.h"
43 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
44 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
45 #include "llvm/DataLayout.h"
46 #include "llvm/TargetTransformInfo.h"
47 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
48 #include "llvm/Transforms/Vectorize.h"
49 #include <algorithm>
50 #include <map>
51 using namespace llvm;
52
53 static cl::opt<bool>
54 IgnoreTargetInfo("bb-vectorize-ignore-target-info",  cl::init(false),
55   cl::Hidden, cl::desc("Ignore target information"));
56
57 static cl::opt<unsigned>
58 ReqChainDepth("bb-vectorize-req-chain-depth", cl::init(6), cl::Hidden,
59   cl::desc("The required chain depth for vectorization"));
60
61 static cl::opt<bool>
62 UseChainDepthWithTI("bb-vectorize-use-chain-depth",  cl::init(false),
63   cl::Hidden, cl::desc("Use the chain depth requirement with"
64                        " target information"));
65
66 static cl::opt<unsigned>
67 SearchLimit("bb-vectorize-search-limit", cl::init(400), cl::Hidden,
68   cl::desc("The maximum search distance for instruction pairs"));
69
70 static cl::opt<bool>
71 SplatBreaksChain("bb-vectorize-splat-breaks-chain", cl::init(false), cl::Hidden,
72   cl::desc("Replicating one element to a pair breaks the chain"));
73
74 static cl::opt<unsigned>
75 VectorBits("bb-vectorize-vector-bits", cl::init(128), cl::Hidden,
76   cl::desc("The size of the native vector registers"));
77
78 static cl::opt<unsigned>
79 MaxIter("bb-vectorize-max-iter", cl::init(0), cl::Hidden,
80   cl::desc("The maximum number of pairing iterations"));
81
82 static cl::opt<bool>
83 Pow2LenOnly("bb-vectorize-pow2-len-only", cl::init(false), cl::Hidden,
84   cl::desc("Don't try to form non-2^n-length vectors"));
85
86 static cl::opt<unsigned>
87 MaxInsts("bb-vectorize-max-instr-per-group", cl::init(500), cl::Hidden,
88   cl::desc("The maximum number of pairable instructions per group"));
89
90 static cl::opt<unsigned>
91 MaxCandPairsForCycleCheck("bb-vectorize-max-cycle-check-pairs", cl::init(200),
92   cl::Hidden, cl::desc("The maximum number of candidate pairs with which to use"
93                        " a full cycle check"));
94
95 static cl::opt<bool>
96 NoBools("bb-vectorize-no-bools", cl::init(false), cl::Hidden,
97   cl::desc("Don't try to vectorize boolean (i1) values"));
98
99 static cl::opt<bool>
100 NoInts("bb-vectorize-no-ints", cl::init(false), cl::Hidden,
101   cl::desc("Don't try to vectorize integer values"));
102
103 static cl::opt<bool>
104 NoFloats("bb-vectorize-no-floats", cl::init(false), cl::Hidden,
105   cl::desc("Don't try to vectorize floating-point values"));
106
107 // FIXME: This should default to false once pointer vector support works.
108 static cl::opt<bool>
109 NoPointers("bb-vectorize-no-pointers", cl::init(/*false*/ true), cl::Hidden,
110   cl::desc("Don't try to vectorize pointer values"));
111
112 static cl::opt<bool>
113 NoCasts("bb-vectorize-no-casts", cl::init(false), cl::Hidden,
114   cl::desc("Don't try to vectorize casting (conversion) operations"));
115
116 static cl::opt<bool>
117 NoMath("bb-vectorize-no-math", cl::init(false), cl::Hidden,
118   cl::desc("Don't try to vectorize floating-point math intrinsics"));
119
120 static cl::opt<bool>
121 NoFMA("bb-vectorize-no-fma", cl::init(false), cl::Hidden,
122   cl::desc("Don't try to vectorize the fused-multiply-add intrinsic"));
123
124 static cl::opt<bool>
125 NoSelect("bb-vectorize-no-select", cl::init(false), cl::Hidden,
126   cl::desc("Don't try to vectorize select instructions"));
127
128 static cl::opt<bool>
129 NoCmp("bb-vectorize-no-cmp", cl::init(false), cl::Hidden,
130   cl::desc("Don't try to vectorize comparison instructions"));
131
132 static cl::opt<bool>
133 NoGEP("bb-vectorize-no-gep", cl::init(false), cl::Hidden,
134   cl::desc("Don't try to vectorize getelementptr instructions"));
135
136 static cl::opt<bool>
137 NoMemOps("bb-vectorize-no-mem-ops", cl::init(false), cl::Hidden,
138   cl::desc("Don't try to vectorize loads and stores"));
139
140 static cl::opt<bool>
141 AlignedOnly("bb-vectorize-aligned-only", cl::init(false), cl::Hidden,
142   cl::desc("Only generate aligned loads and stores"));
143
144 static cl::opt<bool>
145 NoMemOpBoost("bb-vectorize-no-mem-op-boost",
146   cl::init(false), cl::Hidden,
147   cl::desc("Don't boost the chain-depth contribution of loads and stores"));
148
149 static cl::opt<bool>
150 FastDep("bb-vectorize-fast-dep", cl::init(false), cl::Hidden,
151   cl::desc("Use a fast instruction dependency analysis"));
152
153 #ifndef NDEBUG
154 static cl::opt<bool>
155 DebugInstructionExamination("bb-vectorize-debug-instruction-examination",
156   cl::init(false), cl::Hidden,
157   cl::desc("When debugging is enabled, output information on the"
158            " instruction-examination process"));
159 static cl::opt<bool>
160 DebugCandidateSelection("bb-vectorize-debug-candidate-selection",
161   cl::init(false), cl::Hidden,
162   cl::desc("When debugging is enabled, output information on the"
163            " candidate-selection process"));
164 static cl::opt<bool>
165 DebugPairSelection("bb-vectorize-debug-pair-selection",
166   cl::init(false), cl::Hidden,
167   cl::desc("When debugging is enabled, output information on the"
168            " pair-selection process"));
169 static cl::opt<bool>
170 DebugCycleCheck("bb-vectorize-debug-cycle-check",
171   cl::init(false), cl::Hidden,
172   cl::desc("When debugging is enabled, output information on the"
173            " cycle-checking process"));
174
175 static cl::opt<bool>
176 PrintAfterEveryPair("bb-vectorize-debug-print-after-every-pair",
177   cl::init(false), cl::Hidden,
178   cl::desc("When debugging is enabled, dump the basic block after"
179            " every pair is fused"));
180 #endif
181
182 STATISTIC(NumFusedOps, "Number of operations fused by bb-vectorize");
183
184 namespace {
185   struct BBVectorize : public BasicBlockPass {
186     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
187
188     const VectorizeConfig Config;
189
190     BBVectorize(const VectorizeConfig &C = VectorizeConfig())
191       : BasicBlockPass(ID), Config(C) {
192       initializeBBVectorizePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
193     }
194
195     BBVectorize(Pass *P, const VectorizeConfig &C)
196       : BasicBlockPass(ID), Config(C) {
197       AA = &P->getAnalysis<AliasAnalysis>();
198       DT = &P->getAnalysis<DominatorTree>();
199       SE = &P->getAnalysis<ScalarEvolution>();
200       TD = P->getAnalysisIfAvailable<DataLayout>();
201       TTI = IgnoreTargetInfo ? 0 :
202         P->getAnalysisIfAvailable<TargetTransformInfo>();
203       VTTI = TTI ? TTI->getVectorTargetTransformInfo() : 0;
204     }
205
206     typedef std::pair<Value *, Value *> ValuePair;
207     typedef std::pair<ValuePair, int> ValuePairWithCost;
208     typedef std::pair<ValuePair, size_t> ValuePairWithDepth;
209     typedef std::pair<ValuePair, ValuePair> VPPair; // A ValuePair pair
210     typedef std::pair<VPPair, unsigned> VPPairWithType;
211     typedef std::pair<std::multimap<Value *, Value *>::iterator,
212               std::multimap<Value *, Value *>::iterator> VPIteratorPair;
213     typedef std::pair<std::multimap<ValuePair, ValuePair>::iterator,
214               std::multimap<ValuePair, ValuePair>::iterator>
215                 VPPIteratorPair;
216
217     AliasAnalysis *AA;
218     DominatorTree *DT;
219     ScalarEvolution *SE;
220     DataLayout *TD;
221     TargetTransformInfo *TTI;
222     const VectorTargetTransformInfo *VTTI;
223
224     // FIXME: const correct?
225
226     bool vectorizePairs(BasicBlock &BB, bool NonPow2Len = false);
227
228     bool getCandidatePairs(BasicBlock &BB,
229                        BasicBlock::iterator &Start,
230                        std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
231                        DenseSet<ValuePair> &FixedOrderPairs,
232                        DenseMap<ValuePair, int> &CandidatePairCostSavings,
233                        std::vector<Value *> &PairableInsts, bool NonPow2Len);
234
235     // FIXME: The current implementation does not account for pairs that
236     // are connected in multiple ways. For example:
237     //   C1 = A1 / A2; C2 = A2 / A1 (which may be both direct and a swap)
238     enum PairConnectionType {
239       PairConnectionDirect,
240       PairConnectionSwap,
241       PairConnectionSplat
242     };
243
244     void computeConnectedPairs(std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
245                        std::vector<Value *> &PairableInsts,
246                        std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs,
247                        DenseMap<VPPair, unsigned> &PairConnectionTypes);
248
249     void buildDepMap(BasicBlock &BB,
250                        std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
251                        std::vector<Value *> &PairableInsts,
252                        DenseSet<ValuePair> &PairableInstUsers);
253
254     void choosePairs(std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
255                         DenseMap<ValuePair, int> &CandidatePairCostSavings,
256                         std::vector<Value *> &PairableInsts,
257                         DenseSet<ValuePair> &FixedOrderPairs,
258                         DenseMap<VPPair, unsigned> &PairConnectionTypes,
259                         std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs,
260                         std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairDeps,
261                         DenseSet<ValuePair> &PairableInstUsers,
262                         DenseMap<Value *, Value *>& ChosenPairs);
263
264     void fuseChosenPairs(BasicBlock &BB,
265                      std::vector<Value *> &PairableInsts,
266                      DenseMap<Value *, Value *>& ChosenPairs,
267                      DenseSet<ValuePair> &FixedOrderPairs,
268                      DenseMap<VPPair, unsigned> &PairConnectionTypes,
269                      std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs,
270                      std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairDeps);
271
272
273     bool isInstVectorizable(Instruction *I, bool &IsSimpleLoadStore);
274
275     bool areInstsCompatible(Instruction *I, Instruction *J,
276                        bool IsSimpleLoadStore, bool NonPow2Len,
277                        int &CostSavings, int &FixedOrder);
278
279     bool trackUsesOfI(DenseSet<Value *> &Users,
280                       AliasSetTracker &WriteSet, Instruction *I,
281                       Instruction *J, bool UpdateUsers = true,
282                       std::multimap<Value *, Value *> *LoadMoveSet = 0);
283
284     void computePairsConnectedTo(
285                       std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
286                       std::vector<Value *> &PairableInsts,
287                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs,
288                       DenseMap<VPPair, unsigned> &PairConnectionTypes,
289                       ValuePair P);
290
291     bool pairsConflict(ValuePair P, ValuePair Q,
292                  DenseSet<ValuePair> &PairableInstUsers,
293                  std::multimap<ValuePair, ValuePair> *PairableInstUserMap = 0);
294
295     bool pairWillFormCycle(ValuePair P,
296                        std::multimap<ValuePair, ValuePair> &PairableInstUsers,
297                        DenseSet<ValuePair> &CurrentPairs);
298
299     void pruneTreeFor(
300                       std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
301                       std::vector<Value *> &PairableInsts,
302                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs,
303                       DenseSet<ValuePair> &PairableInstUsers,
304                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &PairableInstUserMap,
305                       DenseMap<Value *, Value *> &ChosenPairs,
306                       DenseMap<ValuePair, size_t> &Tree,
307                       DenseSet<ValuePair> &PrunedTree, ValuePair J,
308                       bool UseCycleCheck);
309
310     void buildInitialTreeFor(
311                       std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
312                       std::vector<Value *> &PairableInsts,
313                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs,
314                       DenseSet<ValuePair> &PairableInstUsers,
315                       DenseMap<Value *, Value *> &ChosenPairs,
316                       DenseMap<ValuePair, size_t> &Tree, ValuePair J);
317
318     void findBestTreeFor(
319                       std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
320                       DenseMap<ValuePair, int> &CandidatePairCostSavings,
321                       std::vector<Value *> &PairableInsts,
322                       DenseSet<ValuePair> &FixedOrderPairs,
323                       DenseMap<VPPair, unsigned> &PairConnectionTypes,
324                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs,
325                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairDeps,
326                       DenseSet<ValuePair> &PairableInstUsers,
327                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &PairableInstUserMap,
328                       DenseMap<Value *, Value *> &ChosenPairs,
329                       DenseSet<ValuePair> &BestTree, size_t &BestMaxDepth,
330                       int &BestEffSize, VPIteratorPair ChoiceRange,
331                       bool UseCycleCheck);
332
333     Value *getReplacementPointerInput(LLVMContext& Context, Instruction *I,
334                      Instruction *J, unsigned o);
335
336     void fillNewShuffleMask(LLVMContext& Context, Instruction *J,
337                      unsigned MaskOffset, unsigned NumInElem,
338                      unsigned NumInElem1, unsigned IdxOffset,
339                      std::vector<Constant*> &Mask);
340
341     Value *getReplacementShuffleMask(LLVMContext& Context, Instruction *I,
342                      Instruction *J);
343
344     bool expandIEChain(LLVMContext& Context, Instruction *I, Instruction *J,
345                        unsigned o, Value *&LOp, unsigned numElemL,
346                        Type *ArgTypeL, Type *ArgTypeR, bool IBeforeJ,
347                        unsigned IdxOff = 0);
348
349     Value *getReplacementInput(LLVMContext& Context, Instruction *I,
350                      Instruction *J, unsigned o, bool IBeforeJ);
351
352     void getReplacementInputsForPair(LLVMContext& Context, Instruction *I,
353                      Instruction *J, SmallVector<Value *, 3> &ReplacedOperands,
354                      bool IBeforeJ);
355
356     void replaceOutputsOfPair(LLVMContext& Context, Instruction *I,
357                      Instruction *J, Instruction *K,
358                      Instruction *&InsertionPt, Instruction *&K1,
359                      Instruction *&K2);
360
361     void collectPairLoadMoveSet(BasicBlock &BB,
362                      DenseMap<Value *, Value *> &ChosenPairs,
363                      std::multimap<Value *, Value *> &LoadMoveSet,
364                      Instruction *I);
365
366     void collectLoadMoveSet(BasicBlock &BB,
367                      std::vector<Value *> &PairableInsts,
368                      DenseMap<Value *, Value *> &ChosenPairs,
369                      std::multimap<Value *, Value *> &LoadMoveSet);
370
371     bool canMoveUsesOfIAfterJ(BasicBlock &BB,
372                      std::multimap<Value *, Value *> &LoadMoveSet,
373                      Instruction *I, Instruction *J);
374
375     void moveUsesOfIAfterJ(BasicBlock &BB,
376                      std::multimap<Value *, Value *> &LoadMoveSet,
377                      Instruction *&InsertionPt,
378                      Instruction *I, Instruction *J);
379
380     void combineMetadata(Instruction *K, const Instruction *J);
381
382     bool vectorizeBB(BasicBlock &BB) {
383       if (!DT->isReachableFromEntry(&BB)) {
384         DEBUG(dbgs() << "BBV: skipping unreachable " << BB.getName() <<
385               " in " << BB.getParent()->getName() << "\n");
386         return false;
387       }
388
389       DEBUG(if (VTTI) dbgs() << "BBV: using target information\n");
390
391       bool changed = false;
392       // Iterate a sufficient number of times to merge types of size 1 bit,
393       // then 2 bits, then 4, etc. up to half of the target vector width of the
394       // target vector register.
395       unsigned n = 1;
396       for (unsigned v = 2;
397            (VTTI || v <= Config.VectorBits) &&
398            (!Config.MaxIter || n <= Config.MaxIter);
399            v *= 2, ++n) {
400         DEBUG(dbgs() << "BBV: fusing loop #" << n <<
401               " for " << BB.getName() << " in " <<
402               BB.getParent()->getName() << "...\n");
403         if (vectorizePairs(BB))
404           changed = true;
405         else
406           break;
407       }
408
409       if (changed && !Pow2LenOnly) {
410         ++n;
411         for (; !Config.MaxIter || n <= Config.MaxIter; ++n) {
412           DEBUG(dbgs() << "BBV: fusing for non-2^n-length vectors loop #: " <<
413                 n << " for " << BB.getName() << " in " <<
414                 BB.getParent()->getName() << "...\n");
415           if (!vectorizePairs(BB, true)) break;
416         }
417       }
418
419       DEBUG(dbgs() << "BBV: done!\n");
420       return changed;
421     }
422
423     virtual bool runOnBasicBlock(BasicBlock &BB) {
424       AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
425       DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
426       SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
427       TD = getAnalysisIfAvailable<DataLayout>();
428       TTI = IgnoreTargetInfo ? 0 :
429         getAnalysisIfAvailable<TargetTransformInfo>();
430       VTTI = TTI ? TTI->getVectorTargetTransformInfo() : 0;
431
432       return vectorizeBB(BB);
433     }
434
435     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
436       BasicBlockPass::getAnalysisUsage(AU);
437       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
438       AU.addRequired<DominatorTree>();
439       AU.addRequired<ScalarEvolution>();
440       AU.addPreserved<AliasAnalysis>();
441       AU.addPreserved<DominatorTree>();
442       AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
443       AU.setPreservesCFG();
444     }
445
446     static inline VectorType *getVecTypeForPair(Type *ElemTy, Type *Elem2Ty) {
447       assert(ElemTy->getScalarType() == Elem2Ty->getScalarType() &&
448              "Cannot form vector from incompatible scalar types");
449       Type *STy = ElemTy->getScalarType();
450
451       unsigned numElem;
452       if (VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(ElemTy)) {
453         numElem = VTy->getNumElements();
454       } else {
455         numElem = 1;
456       }
457
458       if (VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(Elem2Ty)) {
459         numElem += VTy->getNumElements();
460       } else {
461         numElem += 1;
462       }
463
464       return VectorType::get(STy, numElem);
465     }
466
467     static inline void getInstructionTypes(Instruction *I,
468                                            Type *&T1, Type *&T2) {
469       if (isa<StoreInst>(I)) {
470         // For stores, it is the value type, not the pointer type that matters
471         // because the value is what will come from a vector register.
472   
473         Value *IVal = cast<StoreInst>(I)->getValueOperand();
474         T1 = IVal->getType();
475       } else {
476         T1 = I->getType();
477       }
478   
479       if (I->isCast())
480         T2 = cast<CastInst>(I)->getSrcTy();
481       else
482         T2 = T1;
483
484       if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(I)) {
485         T2 = SI->getCondition()->getType();
486       }
487     }
488
489     // Returns the weight associated with the provided value. A chain of
490     // candidate pairs has a length given by the sum of the weights of its
491     // members (one weight per pair; the weight of each member of the pair
492     // is assumed to be the same). This length is then compared to the
493     // chain-length threshold to determine if a given chain is significant
494     // enough to be vectorized. The length is also used in comparing
495     // candidate chains where longer chains are considered to be better.
496     // Note: when this function returns 0, the resulting instructions are
497     // not actually fused.
498     inline size_t getDepthFactor(Value *V) {
499       // InsertElement and ExtractElement have a depth factor of zero. This is
500       // for two reasons: First, they cannot be usefully fused. Second, because
501       // the pass generates a lot of these, they can confuse the simple metric
502       // used to compare the trees in the next iteration. Thus, giving them a
503       // weight of zero allows the pass to essentially ignore them in
504       // subsequent iterations when looking for vectorization opportunities
505       // while still tracking dependency chains that flow through those
506       // instructions.
507       if (isa<InsertElementInst>(V) || isa<ExtractElementInst>(V))
508         return 0;
509
510       // Give a load or store half of the required depth so that load/store
511       // pairs will vectorize.
512       if (!Config.NoMemOpBoost && (isa<LoadInst>(V) || isa<StoreInst>(V)))
513         return Config.ReqChainDepth/2;
514
515       return 1;
516     }
517
518     // Returns the cost of the provided instruction using VTTI.
519     // This does not handle loads and stores.
520     unsigned getInstrCost(unsigned Opcode, Type *T1, Type *T2) {
521       switch (Opcode) {
522       default: break;
523       case Instruction::GetElementPtr:
524         // We mark this instruction as zero-cost because scalar GEPs are usually
525         // lowered to the intruction addressing mode. At the moment we don't
526         // generate vector GEPs.
527         return 0;
528       case Instruction::Br:
529         return VTTI->getCFInstrCost(Opcode);
530       case Instruction::PHI:
531         return 0;
532       case Instruction::Add:
533       case Instruction::FAdd:
534       case Instruction::Sub:
535       case Instruction::FSub:
536       case Instruction::Mul:
537       case Instruction::FMul:
538       case Instruction::UDiv:
539       case Instruction::SDiv:
540       case Instruction::FDiv:
541       case Instruction::URem:
542       case Instruction::SRem:
543       case Instruction::FRem:
544       case Instruction::Shl:
545       case Instruction::LShr:
546       case Instruction::AShr:
547       case Instruction::And:
548       case Instruction::Or:
549       case Instruction::Xor:
550         return VTTI->getArithmeticInstrCost(Opcode, T1);
551       case Instruction::Select:
552       case Instruction::ICmp:
553       case Instruction::FCmp:
554         return VTTI->getCmpSelInstrCost(Opcode, T1, T2);
555       case Instruction::ZExt:
556       case Instruction::SExt:
557       case Instruction::FPToUI:
558       case Instruction::FPToSI:
559       case Instruction::FPExt:
560       case Instruction::PtrToInt:
561       case Instruction::IntToPtr:
562       case Instruction::SIToFP:
563       case Instruction::UIToFP:
564       case Instruction::Trunc:
565       case Instruction::FPTrunc:
566       case Instruction::BitCast:
567       case Instruction::ShuffleVector:
568         return VTTI->getCastInstrCost(Opcode, T1, T2);
569       }
570
571       return 1;
572     }
573
574     // This determines the relative offset of two loads or stores, returning
575     // true if the offset could be determined to be some constant value.
576     // For example, if OffsetInElmts == 1, then J accesses the memory directly
577     // after I; if OffsetInElmts == -1 then I accesses the memory
578     // directly after J.
579     bool getPairPtrInfo(Instruction *I, Instruction *J,
580         Value *&IPtr, Value *&JPtr, unsigned &IAlignment, unsigned &JAlignment,
581         unsigned &IAddressSpace, unsigned &JAddressSpace,
582         int64_t &OffsetInElmts, bool ComputeOffset = true) {
583       OffsetInElmts = 0;
584       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
585         LoadInst *LJ = cast<LoadInst>(J);
586         IPtr = LI->getPointerOperand();
587         JPtr = LJ->getPointerOperand();
588         IAlignment = LI->getAlignment();
589         JAlignment = LJ->getAlignment();
590         IAddressSpace = LI->getPointerAddressSpace();
591         JAddressSpace = LJ->getPointerAddressSpace();
592       } else {
593         StoreInst *SI = cast<StoreInst>(I), *SJ = cast<StoreInst>(J);
594         IPtr = SI->getPointerOperand();
595         JPtr = SJ->getPointerOperand();
596         IAlignment = SI->getAlignment();
597         JAlignment = SJ->getAlignment();
598         IAddressSpace = SI->getPointerAddressSpace();
599         JAddressSpace = SJ->getPointerAddressSpace();
600       }
601
602       if (!ComputeOffset)
603         return true;
604
605       const SCEV *IPtrSCEV = SE->getSCEV(IPtr);
606       const SCEV *JPtrSCEV = SE->getSCEV(JPtr);
607
608       // If this is a trivial offset, then we'll get something like
609       // 1*sizeof(type). With target data, which we need anyway, this will get
610       // constant folded into a number.
611       const SCEV *OffsetSCEV = SE->getMinusSCEV(JPtrSCEV, IPtrSCEV);
612       if (const SCEVConstant *ConstOffSCEV =
613             dyn_cast<SCEVConstant>(OffsetSCEV)) {
614         ConstantInt *IntOff = ConstOffSCEV->getValue();
615         int64_t Offset = IntOff->getSExtValue();
616
617         Type *VTy = cast<PointerType>(IPtr->getType())->getElementType();
618         int64_t VTyTSS = (int64_t) TD->getTypeStoreSize(VTy);
619
620         Type *VTy2 = cast<PointerType>(JPtr->getType())->getElementType();
621         if (VTy != VTy2 && Offset < 0) {
622           int64_t VTy2TSS = (int64_t) TD->getTypeStoreSize(VTy2);
623           OffsetInElmts = Offset/VTy2TSS;
624           return (abs64(Offset) % VTy2TSS) == 0;
625         }
626
627         OffsetInElmts = Offset/VTyTSS;
628         return (abs64(Offset) % VTyTSS) == 0;
629       }
630
631       return false;
632     }
633
634     // Returns true if the provided CallInst represents an intrinsic that can
635     // be vectorized.
636     bool isVectorizableIntrinsic(CallInst* I) {
637       Function *F = I->getCalledFunction();
638       if (!F) return false;
639
640       unsigned IID = F->getIntrinsicID();
641       if (!IID) return false;
642
643       switch(IID) {
644       default:
645         return false;
646       case Intrinsic::sqrt:
647       case Intrinsic::powi:
648       case Intrinsic::sin:
649       case Intrinsic::cos:
650       case Intrinsic::log:
651       case Intrinsic::log2:
652       case Intrinsic::log10:
653       case Intrinsic::exp:
654       case Intrinsic::exp2:
655       case Intrinsic::pow:
656         return Config.VectorizeMath;
657       case Intrinsic::fma:
658         return Config.VectorizeFMA;
659       }
660     }
661
662     // Returns true if J is the second element in some pair referenced by
663     // some multimap pair iterator pair.
664     template <typename V>
665     bool isSecondInIteratorPair(V J, std::pair<
666            typename std::multimap<V, V>::iterator,
667            typename std::multimap<V, V>::iterator> PairRange) {
668       for (typename std::multimap<V, V>::iterator K = PairRange.first;
669            K != PairRange.second; ++K)
670         if (K->second == J) return true;
671
672       return false;
673     }
674   };
675
676   // This function implements one vectorization iteration on the provided
677   // basic block. It returns true if the block is changed.
678   bool BBVectorize::vectorizePairs(BasicBlock &BB, bool NonPow2Len) {
679     bool ShouldContinue;
680     BasicBlock::iterator Start = BB.getFirstInsertionPt();
681
682     std::vector<Value *> AllPairableInsts;
683     DenseMap<Value *, Value *> AllChosenPairs;
684     DenseSet<ValuePair> AllFixedOrderPairs;
685     DenseMap<VPPair, unsigned> AllPairConnectionTypes;
686     std::multimap<ValuePair, ValuePair> AllConnectedPairs, AllConnectedPairDeps;
687
688     do {
689       std::vector<Value *> PairableInsts;
690       std::multimap<Value *, Value *> CandidatePairs;
691       DenseSet<ValuePair> FixedOrderPairs;
692       DenseMap<ValuePair, int> CandidatePairCostSavings;
693       ShouldContinue = getCandidatePairs(BB, Start, CandidatePairs,
694                                          FixedOrderPairs,
695                                          CandidatePairCostSavings,
696                                          PairableInsts, NonPow2Len);
697       if (PairableInsts.empty()) continue;
698
699       // Now we have a map of all of the pairable instructions and we need to
700       // select the best possible pairing. A good pairing is one such that the
701       // users of the pair are also paired. This defines a (directed) forest
702       // over the pairs such that two pairs are connected iff the second pair
703       // uses the first.
704
705       // Note that it only matters that both members of the second pair use some
706       // element of the first pair (to allow for splatting).
707
708       std::multimap<ValuePair, ValuePair> ConnectedPairs, ConnectedPairDeps;
709       DenseMap<VPPair, unsigned> PairConnectionTypes;
710       computeConnectedPairs(CandidatePairs, PairableInsts, ConnectedPairs,
711                             PairConnectionTypes);
712       if (ConnectedPairs.empty()) continue;
713
714       for (std::multimap<ValuePair, ValuePair>::iterator
715            I = ConnectedPairs.begin(), IE = ConnectedPairs.end();
716            I != IE; ++I) {
717         ConnectedPairDeps.insert(VPPair(I->second, I->first));
718       }
719
720       // Build the pairable-instruction dependency map
721       DenseSet<ValuePair> PairableInstUsers;
722       buildDepMap(BB, CandidatePairs, PairableInsts, PairableInstUsers);
723
724       // There is now a graph of the connected pairs. For each variable, pick
725       // the pairing with the largest tree meeting the depth requirement on at
726       // least one branch. Then select all pairings that are part of that tree
727       // and remove them from the list of available pairings and pairable
728       // variables.
729
730       DenseMap<Value *, Value *> ChosenPairs;
731       choosePairs(CandidatePairs, CandidatePairCostSavings,
732         PairableInsts, FixedOrderPairs, PairConnectionTypes,
733         ConnectedPairs, ConnectedPairDeps,
734         PairableInstUsers, ChosenPairs);
735
736       if (ChosenPairs.empty()) continue;
737       AllPairableInsts.insert(AllPairableInsts.end(), PairableInsts.begin(),
738                               PairableInsts.end());
739       AllChosenPairs.insert(ChosenPairs.begin(), ChosenPairs.end());
740
741       // Only for the chosen pairs, propagate information on fixed-order pairs,
742       // pair connections, and their types to the data structures used by the
743       // pair fusion procedures.
744       for (DenseMap<Value *, Value *>::iterator I = ChosenPairs.begin(),
745            IE = ChosenPairs.end(); I != IE; ++I) {
746         if (FixedOrderPairs.count(*I))
747           AllFixedOrderPairs.insert(*I);
748         else if (FixedOrderPairs.count(ValuePair(I->second, I->first)))
749           AllFixedOrderPairs.insert(ValuePair(I->second, I->first));
750
751         for (DenseMap<Value *, Value *>::iterator J = ChosenPairs.begin();
752              J != IE; ++J) {
753           DenseMap<VPPair, unsigned>::iterator K =
754             PairConnectionTypes.find(VPPair(*I, *J));
755           if (K != PairConnectionTypes.end()) {
756             AllPairConnectionTypes.insert(*K);
757           } else {
758             K = PairConnectionTypes.find(VPPair(*J, *I));
759             if (K != PairConnectionTypes.end())
760               AllPairConnectionTypes.insert(*K);
761           }
762         }
763       }
764
765       for (std::multimap<ValuePair, ValuePair>::iterator
766            I = ConnectedPairs.begin(), IE = ConnectedPairs.end();
767            I != IE; ++I) {
768         if (AllPairConnectionTypes.count(*I)) {
769           AllConnectedPairs.insert(*I);
770           AllConnectedPairDeps.insert(VPPair(I->second, I->first));
771         }
772       }
773     } while (ShouldContinue);
774
775     if (AllChosenPairs.empty()) return false;
776     NumFusedOps += AllChosenPairs.size();
777
778     // A set of pairs has now been selected. It is now necessary to replace the
779     // paired instructions with vector instructions. For this procedure each
780     // operand must be replaced with a vector operand. This vector is formed
781     // by using build_vector on the old operands. The replaced values are then
782     // replaced with a vector_extract on the result.  Subsequent optimization
783     // passes should coalesce the build/extract combinations.
784
785     fuseChosenPairs(BB, AllPairableInsts, AllChosenPairs, AllFixedOrderPairs,
786                     AllPairConnectionTypes,
787                     AllConnectedPairs, AllConnectedPairDeps);
788
789     // It is important to cleanup here so that future iterations of this
790     // function have less work to do.
791     (void) SimplifyInstructionsInBlock(&BB, TD, AA->getTargetLibraryInfo());
792     return true;
793   }
794
795   // This function returns true if the provided instruction is capable of being
796   // fused into a vector instruction. This determination is based only on the
797   // type and other attributes of the instruction.
798   bool BBVectorize::isInstVectorizable(Instruction *I,
799                                          bool &IsSimpleLoadStore) {
800     IsSimpleLoadStore = false;
801
802     if (CallInst *C = dyn_cast<CallInst>(I)) {
803       if (!isVectorizableIntrinsic(C))
804         return false;
805     } else if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
806       // Vectorize simple loads if possbile:
807       IsSimpleLoadStore = L->isSimple();
808       if (!IsSimpleLoadStore || !Config.VectorizeMemOps)
809         return false;
810     } else if (StoreInst *S = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
811       // Vectorize simple stores if possbile:
812       IsSimpleLoadStore = S->isSimple();
813       if (!IsSimpleLoadStore || !Config.VectorizeMemOps)
814         return false;
815     } else if (CastInst *C = dyn_cast<CastInst>(I)) {
816       // We can vectorize casts, but not casts of pointer types, etc.
817       if (!Config.VectorizeCasts)
818         return false;
819
820       Type *SrcTy = C->getSrcTy();
821       if (!SrcTy->isSingleValueType())
822         return false;
823
824       Type *DestTy = C->getDestTy();
825       if (!DestTy->isSingleValueType())
826         return false;
827     } else if (isa<SelectInst>(I)) {
828       if (!Config.VectorizeSelect)
829         return false;
830     } else if (isa<CmpInst>(I)) {
831       if (!Config.VectorizeCmp)
832         return false;
833     } else if (GetElementPtrInst *G = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
834       if (!Config.VectorizeGEP)
835         return false;
836
837       // Currently, vector GEPs exist only with one index.
838       if (G->getNumIndices() != 1)
839         return false;
840     } else if (!(I->isBinaryOp() || isa<ShuffleVectorInst>(I) ||
841         isa<ExtractElementInst>(I) || isa<InsertElementInst>(I))) {
842       return false;
843     }
844
845     // We can't vectorize memory operations without target data
846     if (TD == 0 && IsSimpleLoadStore)
847       return false;
848
849     Type *T1, *T2;
850     getInstructionTypes(I, T1, T2);
851
852     // Not every type can be vectorized...
853     if (!(VectorType::isValidElementType(T1) || T1->isVectorTy()) ||
854         !(VectorType::isValidElementType(T2) || T2->isVectorTy()))
855       return false;
856
857     if (T1->getScalarSizeInBits() == 1) {
858       if (!Config.VectorizeBools)
859         return false;
860     } else {
861       if (!Config.VectorizeInts && T1->isIntOrIntVectorTy())
862         return false;
863     }
864
865     if (T2->getScalarSizeInBits() == 1) {
866       if (!Config.VectorizeBools)
867         return false;
868     } else {
869       if (!Config.VectorizeInts && T2->isIntOrIntVectorTy())
870         return false;
871     }
872
873     if (!Config.VectorizeFloats
874         && (T1->isFPOrFPVectorTy() || T2->isFPOrFPVectorTy()))
875       return false;
876
877     // Don't vectorize target-specific types.
878     if (T1->isX86_FP80Ty() || T1->isPPC_FP128Ty() || T1->isX86_MMXTy())
879       return false;
880     if (T2->isX86_FP80Ty() || T2->isPPC_FP128Ty() || T2->isX86_MMXTy())
881       return false;
882
883     if ((!Config.VectorizePointers || TD == 0) &&
884         (T1->getScalarType()->isPointerTy() ||
885          T2->getScalarType()->isPointerTy()))
886       return false;
887
888     if (!VTTI && (T1->getPrimitiveSizeInBits() >= Config.VectorBits ||
889                   T2->getPrimitiveSizeInBits() >= Config.VectorBits))
890       return false;
891
892     return true;
893   }
894
895   // This function returns true if the two provided instructions are compatible
896   // (meaning that they can be fused into a vector instruction). This assumes
897   // that I has already been determined to be vectorizable and that J is not
898   // in the use tree of I.
899   bool BBVectorize::areInstsCompatible(Instruction *I, Instruction *J,
900                        bool IsSimpleLoadStore, bool NonPow2Len,
901                        int &CostSavings, int &FixedOrder) {
902     DEBUG(if (DebugInstructionExamination) dbgs() << "BBV: looking at " << *I <<
903                      " <-> " << *J << "\n");
904
905     CostSavings = 0;
906     FixedOrder = 0;
907
908     // Loads and stores can be merged if they have different alignments,
909     // but are otherwise the same.
910     if (!J->isSameOperationAs(I, Instruction::CompareIgnoringAlignment |
911                       (NonPow2Len ? Instruction::CompareUsingScalarTypes : 0)))
912       return false;
913
914     Type *IT1, *IT2, *JT1, *JT2;
915     getInstructionTypes(I, IT1, IT2);
916     getInstructionTypes(J, JT1, JT2);
917     unsigned MaxTypeBits = std::max(
918       IT1->getPrimitiveSizeInBits() + JT1->getPrimitiveSizeInBits(),
919       IT2->getPrimitiveSizeInBits() + JT2->getPrimitiveSizeInBits());
920     if (!VTTI && MaxTypeBits > Config.VectorBits)
921       return false;
922
923     // FIXME: handle addsub-type operations!
924
925     if (IsSimpleLoadStore) {
926       Value *IPtr, *JPtr;
927       unsigned IAlignment, JAlignment, IAddressSpace, JAddressSpace;
928       int64_t OffsetInElmts = 0;
929       if (getPairPtrInfo(I, J, IPtr, JPtr, IAlignment, JAlignment,
930             IAddressSpace, JAddressSpace,
931             OffsetInElmts) && abs64(OffsetInElmts) == 1) {
932         FixedOrder = (int) OffsetInElmts;
933         unsigned BottomAlignment = IAlignment;
934         if (OffsetInElmts < 0) BottomAlignment = JAlignment;
935
936         Type *aTypeI = isa<StoreInst>(I) ?
937           cast<StoreInst>(I)->getValueOperand()->getType() : I->getType();
938         Type *aTypeJ = isa<StoreInst>(J) ?
939           cast<StoreInst>(J)->getValueOperand()->getType() : J->getType();
940         Type *VType = getVecTypeForPair(aTypeI, aTypeJ);
941
942         if (Config.AlignedOnly) {
943           // An aligned load or store is possible only if the instruction
944           // with the lower offset has an alignment suitable for the
945           // vector type.
946
947           unsigned VecAlignment = TD->getPrefTypeAlignment(VType);
948           if (BottomAlignment < VecAlignment)
949             return false;
950         }
951
952         if (VTTI) {
953           unsigned ICost = VTTI->getMemoryOpCost(I->getOpcode(), I->getType(),
954                                                  IAlignment, IAddressSpace);
955           unsigned JCost = VTTI->getMemoryOpCost(J->getOpcode(), J->getType(),
956                                                  JAlignment, JAddressSpace);
957           unsigned VCost = VTTI->getMemoryOpCost(I->getOpcode(), VType,
958                                                  BottomAlignment,
959                                                  IAddressSpace);
960           if (VCost > ICost + JCost)
961             return false;
962
963           // We don't want to fuse to a type that will be split, even
964           // if the two input types will also be split and there is no other
965           // associated cost.
966           unsigned VParts = VTTI->getNumberOfParts(VType);
967           if (VParts > 1)
968             return false;
969           else if (!VParts && VCost == ICost + JCost)
970             return false;
971
972           CostSavings = ICost + JCost - VCost;
973         }
974       } else {
975         return false;
976       }
977     } else if (VTTI) {
978       unsigned ICost = getInstrCost(I->getOpcode(), IT1, IT2);
979       unsigned JCost = getInstrCost(J->getOpcode(), JT1, JT2);
980       Type *VT1 = getVecTypeForPair(IT1, JT1),
981            *VT2 = getVecTypeForPair(IT2, JT2);
982       unsigned VCost = getInstrCost(I->getOpcode(), VT1, VT2);
983
984       if (VCost > ICost + JCost)
985         return false;
986
987       // We don't want to fuse to a type that will be split, even
988       // if the two input types will also be split and there is no other
989       // associated cost.
990       unsigned VParts = VTTI->getNumberOfParts(VT1);
991       if (VParts > 1)
992         return false;
993       else if (!VParts && VCost == ICost + JCost)
994         return false;
995
996       CostSavings = ICost + JCost - VCost;
997     }
998
999     // The powi intrinsic is special because only the first argument is
1000     // vectorized, the second arguments must be equal.
1001     CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I);
1002     Function *FI;
1003     if (CI && (FI = CI->getCalledFunction()) &&
1004         FI->getIntrinsicID() == Intrinsic::powi) {
1005
1006       Value *A1I = CI->getArgOperand(1),
1007             *A1J = cast<CallInst>(J)->getArgOperand(1);
1008       const SCEV *A1ISCEV = SE->getSCEV(A1I),
1009                  *A1JSCEV = SE->getSCEV(A1J);
1010       return (A1ISCEV == A1JSCEV);
1011     }
1012
1013     return true;
1014   }
1015
1016   // Figure out whether or not J uses I and update the users and write-set
1017   // structures associated with I. Specifically, Users represents the set of
1018   // instructions that depend on I. WriteSet represents the set
1019   // of memory locations that are dependent on I. If UpdateUsers is true,
1020   // and J uses I, then Users is updated to contain J and WriteSet is updated
1021   // to contain any memory locations to which J writes. The function returns
1022   // true if J uses I. By default, alias analysis is used to determine
1023   // whether J reads from memory that overlaps with a location in WriteSet.
1024   // If LoadMoveSet is not null, then it is a previously-computed multimap
1025   // where the key is the memory-based user instruction and the value is
1026   // the instruction to be compared with I. So, if LoadMoveSet is provided,
1027   // then the alias analysis is not used. This is necessary because this
1028   // function is called during the process of moving instructions during
1029   // vectorization and the results of the alias analysis are not stable during
1030   // that process.
1031   bool BBVectorize::trackUsesOfI(DenseSet<Value *> &Users,
1032                        AliasSetTracker &WriteSet, Instruction *I,
1033                        Instruction *J, bool UpdateUsers,
1034                        std::multimap<Value *, Value *> *LoadMoveSet) {
1035     bool UsesI = false;
1036
1037     // This instruction may already be marked as a user due, for example, to
1038     // being a member of a selected pair.
1039     if (Users.count(J))
1040       UsesI = true;
1041
1042     if (!UsesI)
1043       for (User::op_iterator JU = J->op_begin(), JE = J->op_end();
1044            JU != JE; ++JU) {
1045         Value *V = *JU;
1046         if (I == V || Users.count(V)) {
1047           UsesI = true;
1048           break;
1049         }
1050       }
1051     if (!UsesI && J->mayReadFromMemory()) {
1052       if (LoadMoveSet) {
1053         VPIteratorPair JPairRange = LoadMoveSet->equal_range(J);
1054         UsesI = isSecondInIteratorPair<Value*>(I, JPairRange);
1055       } else {
1056         for (AliasSetTracker::iterator W = WriteSet.begin(),
1057              WE = WriteSet.end(); W != WE; ++W) {
1058           if (W->aliasesUnknownInst(J, *AA)) {
1059             UsesI = true;
1060             break;
1061           }
1062         }
1063       }
1064     }
1065
1066     if (UsesI && UpdateUsers) {
1067       if (J->mayWriteToMemory()) WriteSet.add(J);
1068       Users.insert(J);
1069     }
1070
1071     return UsesI;
1072   }
1073
1074   // This function iterates over all instruction pairs in the provided
1075   // basic block and collects all candidate pairs for vectorization.
1076   bool BBVectorize::getCandidatePairs(BasicBlock &BB,
1077                        BasicBlock::iterator &Start,
1078                        std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
1079                        DenseSet<ValuePair> &FixedOrderPairs,
1080                        DenseMap<ValuePair, int> &CandidatePairCostSavings,
1081                        std::vector<Value *> &PairableInsts, bool NonPow2Len) {
1082     BasicBlock::iterator E = BB.end();
1083     if (Start == E) return false;
1084
1085     bool ShouldContinue = false, IAfterStart = false;
1086     for (BasicBlock::iterator I = Start++; I != E; ++I) {
1087       if (I == Start) IAfterStart = true;
1088
1089       bool IsSimpleLoadStore;
1090       if (!isInstVectorizable(I, IsSimpleLoadStore)) continue;
1091
1092       // Look for an instruction with which to pair instruction *I...
1093       DenseSet<Value *> Users;
1094       AliasSetTracker WriteSet(*AA);
1095       bool JAfterStart = IAfterStart;
1096       BasicBlock::iterator J = llvm::next(I);
1097       for (unsigned ss = 0; J != E && ss <= Config.SearchLimit; ++J, ++ss) {
1098         if (J == Start) JAfterStart = true;
1099
1100         // Determine if J uses I, if so, exit the loop.
1101         bool UsesI = trackUsesOfI(Users, WriteSet, I, J, !Config.FastDep);
1102         if (Config.FastDep) {
1103           // Note: For this heuristic to be effective, independent operations
1104           // must tend to be intermixed. This is likely to be true from some
1105           // kinds of grouped loop unrolling (but not the generic LLVM pass),
1106           // but otherwise may require some kind of reordering pass.
1107
1108           // When using fast dependency analysis,
1109           // stop searching after first use:
1110           if (UsesI) break;
1111         } else {
1112           if (UsesI) continue;
1113         }
1114
1115         // J does not use I, and comes before the first use of I, so it can be
1116         // merged with I if the instructions are compatible.
1117         int CostSavings, FixedOrder;
1118         if (!areInstsCompatible(I, J, IsSimpleLoadStore, NonPow2Len,
1119             CostSavings, FixedOrder)) continue;
1120
1121         // J is a candidate for merging with I.
1122         if (!PairableInsts.size() ||
1123              PairableInsts[PairableInsts.size()-1] != I) {
1124           PairableInsts.push_back(I);
1125         }
1126
1127         CandidatePairs.insert(ValuePair(I, J));
1128         if (VTTI)
1129           CandidatePairCostSavings.insert(ValuePairWithCost(ValuePair(I, J),
1130                                                             CostSavings));
1131
1132         if (FixedOrder == 1)
1133           FixedOrderPairs.insert(ValuePair(I, J));
1134         else if (FixedOrder == -1)
1135           FixedOrderPairs.insert(ValuePair(J, I));
1136
1137         // The next call to this function must start after the last instruction
1138         // selected during this invocation.
1139         if (JAfterStart) {
1140           Start = llvm::next(J);
1141           IAfterStart = JAfterStart = false;
1142         }
1143
1144         DEBUG(if (DebugCandidateSelection) dbgs() << "BBV: candidate pair "
1145                      << *I << " <-> " << *J << " (cost savings: " <<
1146                      CostSavings << ")\n");
1147
1148         // If we have already found too many pairs, break here and this function
1149         // will be called again starting after the last instruction selected
1150         // during this invocation.
1151         if (PairableInsts.size() >= Config.MaxInsts) {
1152           ShouldContinue = true;
1153           break;
1154         }
1155       }
1156
1157       if (ShouldContinue)
1158         break;
1159     }
1160
1161     DEBUG(dbgs() << "BBV: found " << PairableInsts.size()
1162            << " instructions with candidate pairs\n");
1163
1164     return ShouldContinue;
1165   }
1166
1167   // Finds candidate pairs connected to the pair P = <PI, PJ>. This means that
1168   // it looks for pairs such that both members have an input which is an
1169   // output of PI or PJ.
1170   void BBVectorize::computePairsConnectedTo(
1171                       std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
1172                       std::vector<Value *> &PairableInsts,
1173                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs,
1174                       DenseMap<VPPair, unsigned> &PairConnectionTypes,
1175                       ValuePair P) {
1176     StoreInst *SI, *SJ;
1177
1178     // For each possible pairing for this variable, look at the uses of
1179     // the first value...
1180     for (Value::use_iterator I = P.first->use_begin(),
1181          E = P.first->use_end(); I != E; ++I) {
1182       if (isa<LoadInst>(*I)) {
1183         // A pair cannot be connected to a load because the load only takes one
1184         // operand (the address) and it is a scalar even after vectorization.
1185         continue;
1186       } else if ((SI = dyn_cast<StoreInst>(*I)) &&
1187                  P.first == SI->getPointerOperand()) {
1188         // Similarly, a pair cannot be connected to a store through its
1189         // pointer operand.
1190         continue;
1191       }
1192
1193       VPIteratorPair IPairRange = CandidatePairs.equal_range(*I);
1194
1195       // For each use of the first variable, look for uses of the second
1196       // variable...
1197       for (Value::use_iterator J = P.second->use_begin(),
1198            E2 = P.second->use_end(); J != E2; ++J) {
1199         if ((SJ = dyn_cast<StoreInst>(*J)) &&
1200             P.second == SJ->getPointerOperand())
1201           continue;
1202
1203         VPIteratorPair JPairRange = CandidatePairs.equal_range(*J);
1204
1205         // Look for <I, J>:
1206         if (isSecondInIteratorPair<Value*>(*J, IPairRange)) {
1207           VPPair VP(P, ValuePair(*I, *J));
1208           ConnectedPairs.insert(VP);
1209           PairConnectionTypes.insert(VPPairWithType(VP, PairConnectionDirect));
1210         }
1211
1212         // Look for <J, I>:
1213         if (isSecondInIteratorPair<Value*>(*I, JPairRange)) {
1214           VPPair VP(P, ValuePair(*J, *I));
1215           ConnectedPairs.insert(VP);
1216           PairConnectionTypes.insert(VPPairWithType(VP, PairConnectionSwap));
1217         }
1218       }
1219
1220       if (Config.SplatBreaksChain) continue;
1221       // Look for cases where just the first value in the pair is used by
1222       // both members of another pair (splatting).
1223       for (Value::use_iterator J = P.first->use_begin(); J != E; ++J) {
1224         if ((SJ = dyn_cast<StoreInst>(*J)) &&
1225             P.first == SJ->getPointerOperand())
1226           continue;
1227
1228         if (isSecondInIteratorPair<Value*>(*J, IPairRange)) {
1229           VPPair VP(P, ValuePair(*I, *J));
1230           ConnectedPairs.insert(VP);
1231           PairConnectionTypes.insert(VPPairWithType(VP, PairConnectionSplat));
1232         }
1233       }
1234     }
1235
1236     if (Config.SplatBreaksChain) return;
1237     // Look for cases where just the second value in the pair is used by
1238     // both members of another pair (splatting).
1239     for (Value::use_iterator I = P.second->use_begin(),
1240          E = P.second->use_end(); I != E; ++I) {
1241       if (isa<LoadInst>(*I))
1242         continue;
1243       else if ((SI = dyn_cast<StoreInst>(*I)) &&
1244                P.second == SI->getPointerOperand())
1245         continue;
1246
1247       VPIteratorPair IPairRange = CandidatePairs.equal_range(*I);
1248
1249       for (Value::use_iterator J = P.second->use_begin(); J != E; ++J) {
1250         if ((SJ = dyn_cast<StoreInst>(*J)) &&
1251             P.second == SJ->getPointerOperand())
1252           continue;
1253
1254         if (isSecondInIteratorPair<Value*>(*J, IPairRange)) {
1255           VPPair VP(P, ValuePair(*I, *J));
1256           ConnectedPairs.insert(VP);
1257           PairConnectionTypes.insert(VPPairWithType(VP, PairConnectionSplat));
1258         }
1259       }
1260     }
1261   }
1262
1263   // This function figures out which pairs are connected.  Two pairs are
1264   // connected if some output of the first pair forms an input to both members
1265   // of the second pair.
1266   void BBVectorize::computeConnectedPairs(
1267                       std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
1268                       std::vector<Value *> &PairableInsts,
1269                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs,
1270                       DenseMap<VPPair, unsigned> &PairConnectionTypes) {
1271
1272     for (std::vector<Value *>::iterator PI = PairableInsts.begin(),
1273          PE = PairableInsts.end(); PI != PE; ++PI) {
1274       VPIteratorPair choiceRange = CandidatePairs.equal_range(*PI);
1275
1276       for (std::multimap<Value *, Value *>::iterator P = choiceRange.first;
1277            P != choiceRange.second; ++P)
1278         computePairsConnectedTo(CandidatePairs, PairableInsts,
1279                                 ConnectedPairs, PairConnectionTypes, *P);
1280     }
1281
1282     DEBUG(dbgs() << "BBV: found " << ConnectedPairs.size()
1283                  << " pair connections.\n");
1284   }
1285
1286   // This function builds a set of use tuples such that <A, B> is in the set
1287   // if B is in the use tree of A. If B is in the use tree of A, then B
1288   // depends on the output of A.
1289   void BBVectorize::buildDepMap(
1290                       BasicBlock &BB,
1291                       std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
1292                       std::vector<Value *> &PairableInsts,
1293                       DenseSet<ValuePair> &PairableInstUsers) {
1294     DenseSet<Value *> IsInPair;
1295     for (std::multimap<Value *, Value *>::iterator C = CandidatePairs.begin(),
1296          E = CandidatePairs.end(); C != E; ++C) {
1297       IsInPair.insert(C->first);
1298       IsInPair.insert(C->second);
1299     }
1300
1301     // Iterate through the basic block, recording all Users of each
1302     // pairable instruction.
1303
1304     BasicBlock::iterator E = BB.end();
1305     for (BasicBlock::iterator I = BB.getFirstInsertionPt(); I != E; ++I) {
1306       if (IsInPair.find(I) == IsInPair.end()) continue;
1307
1308       DenseSet<Value *> Users;
1309       AliasSetTracker WriteSet(*AA);
1310       for (BasicBlock::iterator J = llvm::next(I); J != E; ++J)
1311         (void) trackUsesOfI(Users, WriteSet, I, J);
1312
1313       for (DenseSet<Value *>::iterator U = Users.begin(), E = Users.end();
1314            U != E; ++U)
1315         PairableInstUsers.insert(ValuePair(I, *U));
1316     }
1317   }
1318
1319   // Returns true if an input to pair P is an output of pair Q and also an
1320   // input of pair Q is an output of pair P. If this is the case, then these
1321   // two pairs cannot be simultaneously fused.
1322   bool BBVectorize::pairsConflict(ValuePair P, ValuePair Q,
1323                      DenseSet<ValuePair> &PairableInstUsers,
1324                      std::multimap<ValuePair, ValuePair> *PairableInstUserMap) {
1325     // Two pairs are in conflict if they are mutual Users of eachother.
1326     bool QUsesP = PairableInstUsers.count(ValuePair(P.first,  Q.first))  ||
1327                   PairableInstUsers.count(ValuePair(P.first,  Q.second)) ||
1328                   PairableInstUsers.count(ValuePair(P.second, Q.first))  ||
1329                   PairableInstUsers.count(ValuePair(P.second, Q.second));
1330     bool PUsesQ = PairableInstUsers.count(ValuePair(Q.first,  P.first))  ||
1331                   PairableInstUsers.count(ValuePair(Q.first,  P.second)) ||
1332                   PairableInstUsers.count(ValuePair(Q.second, P.first))  ||
1333                   PairableInstUsers.count(ValuePair(Q.second, P.second));
1334     if (PairableInstUserMap) {
1335       // FIXME: The expensive part of the cycle check is not so much the cycle
1336       // check itself but this edge insertion procedure. This needs some
1337       // profiling and probably a different data structure (same is true of
1338       // most uses of std::multimap).
1339       if (PUsesQ) {
1340         VPPIteratorPair QPairRange = PairableInstUserMap->equal_range(Q);
1341         if (!isSecondInIteratorPair(P, QPairRange))
1342           PairableInstUserMap->insert(VPPair(Q, P));
1343       }
1344       if (QUsesP) {
1345         VPPIteratorPair PPairRange = PairableInstUserMap->equal_range(P);
1346         if (!isSecondInIteratorPair(Q, PPairRange))
1347           PairableInstUserMap->insert(VPPair(P, Q));
1348       }
1349     }
1350
1351     return (QUsesP && PUsesQ);
1352   }
1353
1354   // This function walks the use graph of current pairs to see if, starting
1355   // from P, the walk returns to P.
1356   bool BBVectorize::pairWillFormCycle(ValuePair P,
1357                        std::multimap<ValuePair, ValuePair> &PairableInstUserMap,
1358                        DenseSet<ValuePair> &CurrentPairs) {
1359     DEBUG(if (DebugCycleCheck)
1360             dbgs() << "BBV: starting cycle check for : " << *P.first << " <-> "
1361                    << *P.second << "\n");
1362     // A lookup table of visisted pairs is kept because the PairableInstUserMap
1363     // contains non-direct associations.
1364     DenseSet<ValuePair> Visited;
1365     SmallVector<ValuePair, 32> Q;
1366     // General depth-first post-order traversal:
1367     Q.push_back(P);
1368     do {
1369       ValuePair QTop = Q.pop_back_val();
1370       Visited.insert(QTop);
1371
1372       DEBUG(if (DebugCycleCheck)
1373               dbgs() << "BBV: cycle check visiting: " << *QTop.first << " <-> "
1374                      << *QTop.second << "\n");
1375       VPPIteratorPair QPairRange = PairableInstUserMap.equal_range(QTop);
1376       for (std::multimap<ValuePair, ValuePair>::iterator C = QPairRange.first;
1377            C != QPairRange.second; ++C) {
1378         if (C->second == P) {
1379           DEBUG(dbgs()
1380                  << "BBV: rejected to prevent non-trivial cycle formation: "
1381                  << *C->first.first << " <-> " << *C->first.second << "\n");
1382           return true;
1383         }
1384
1385         if (CurrentPairs.count(C->second) && !Visited.count(C->second))
1386           Q.push_back(C->second);
1387       }
1388     } while (!Q.empty());
1389
1390     return false;
1391   }
1392
1393   // This function builds the initial tree of connected pairs with the
1394   // pair J at the root.
1395   void BBVectorize::buildInitialTreeFor(
1396                       std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
1397                       std::vector<Value *> &PairableInsts,
1398                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs,
1399                       DenseSet<ValuePair> &PairableInstUsers,
1400                       DenseMap<Value *, Value *> &ChosenPairs,
1401                       DenseMap<ValuePair, size_t> &Tree, ValuePair J) {
1402     // Each of these pairs is viewed as the root node of a Tree. The Tree
1403     // is then walked (depth-first). As this happens, we keep track of
1404     // the pairs that compose the Tree and the maximum depth of the Tree.
1405     SmallVector<ValuePairWithDepth, 32> Q;
1406     // General depth-first post-order traversal:
1407     Q.push_back(ValuePairWithDepth(J, getDepthFactor(J.first)));
1408     do {
1409       ValuePairWithDepth QTop = Q.back();
1410
1411       // Push each child onto the queue:
1412       bool MoreChildren = false;
1413       size_t MaxChildDepth = QTop.second;
1414       VPPIteratorPair qtRange = ConnectedPairs.equal_range(QTop.first);
1415       for (std::multimap<ValuePair, ValuePair>::iterator k = qtRange.first;
1416            k != qtRange.second; ++k) {
1417         // Make sure that this child pair is still a candidate:
1418         bool IsStillCand = false;
1419         VPIteratorPair checkRange =
1420           CandidatePairs.equal_range(k->second.first);
1421         for (std::multimap<Value *, Value *>::iterator m = checkRange.first;
1422              m != checkRange.second; ++m) {
1423           if (m->second == k->second.second) {
1424             IsStillCand = true;
1425             break;
1426           }
1427         }
1428
1429         if (IsStillCand) {
1430           DenseMap<ValuePair, size_t>::iterator C = Tree.find(k->second);
1431           if (C == Tree.end()) {
1432             size_t d = getDepthFactor(k->second.first);
1433             Q.push_back(ValuePairWithDepth(k->second, QTop.second+d));
1434             MoreChildren = true;
1435           } else {
1436             MaxChildDepth = std::max(MaxChildDepth, C->second);
1437           }
1438         }
1439       }
1440
1441       if (!MoreChildren) {
1442         // Record the current pair as part of the Tree:
1443         Tree.insert(ValuePairWithDepth(QTop.first, MaxChildDepth));
1444         Q.pop_back();
1445       }
1446     } while (!Q.empty());
1447   }
1448
1449   // Given some initial tree, prune it by removing conflicting pairs (pairs
1450   // that cannot be simultaneously chosen for vectorization).
1451   void BBVectorize::pruneTreeFor(
1452                       std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
1453                       std::vector<Value *> &PairableInsts,
1454                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs,
1455                       DenseSet<ValuePair> &PairableInstUsers,
1456                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &PairableInstUserMap,
1457                       DenseMap<Value *, Value *> &ChosenPairs,
1458                       DenseMap<ValuePair, size_t> &Tree,
1459                       DenseSet<ValuePair> &PrunedTree, ValuePair J,
1460                       bool UseCycleCheck) {
1461     SmallVector<ValuePairWithDepth, 32> Q;
1462     // General depth-first post-order traversal:
1463     Q.push_back(ValuePairWithDepth(J, getDepthFactor(J.first)));
1464     do {
1465       ValuePairWithDepth QTop = Q.pop_back_val();
1466       PrunedTree.insert(QTop.first);
1467
1468       // Visit each child, pruning as necessary...
1469       DenseMap<ValuePair, size_t> BestChildren;
1470       VPPIteratorPair QTopRange = ConnectedPairs.equal_range(QTop.first);
1471       for (std::multimap<ValuePair, ValuePair>::iterator K = QTopRange.first;
1472            K != QTopRange.second; ++K) {
1473         DenseMap<ValuePair, size_t>::iterator C = Tree.find(K->second);
1474         if (C == Tree.end()) continue;
1475
1476         // This child is in the Tree, now we need to make sure it is the
1477         // best of any conflicting children. There could be multiple
1478         // conflicting children, so first, determine if we're keeping
1479         // this child, then delete conflicting children as necessary.
1480
1481         // It is also necessary to guard against pairing-induced
1482         // dependencies. Consider instructions a .. x .. y .. b
1483         // such that (a,b) are to be fused and (x,y) are to be fused
1484         // but a is an input to x and b is an output from y. This
1485         // means that y cannot be moved after b but x must be moved
1486         // after b for (a,b) to be fused. In other words, after
1487         // fusing (a,b) we have y .. a/b .. x where y is an input
1488         // to a/b and x is an output to a/b: x and y can no longer
1489         // be legally fused. To prevent this condition, we must
1490         // make sure that a child pair added to the Tree is not
1491         // both an input and output of an already-selected pair.
1492
1493         // Pairing-induced dependencies can also form from more complicated
1494         // cycles. The pair vs. pair conflicts are easy to check, and so
1495         // that is done explicitly for "fast rejection", and because for
1496         // child vs. child conflicts, we may prefer to keep the current
1497         // pair in preference to the already-selected child.
1498         DenseSet<ValuePair> CurrentPairs;
1499
1500         bool CanAdd = true;
1501         for (DenseMap<ValuePair, size_t>::iterator C2
1502               = BestChildren.begin(), E2 = BestChildren.end();
1503              C2 != E2; ++C2) {
1504           if (C2->first.first == C->first.first ||
1505               C2->first.first == C->first.second ||
1506               C2->first.second == C->first.first ||
1507               C2->first.second == C->first.second ||
1508               pairsConflict(C2->first, C->first, PairableInstUsers,
1509                             UseCycleCheck ? &PairableInstUserMap : 0)) {
1510             if (C2->second >= C->second) {
1511               CanAdd = false;
1512               break;
1513             }
1514
1515             CurrentPairs.insert(C2->first);
1516           }
1517         }
1518         if (!CanAdd) continue;
1519
1520         // Even worse, this child could conflict with another node already
1521         // selected for the Tree. If that is the case, ignore this child.
1522         for (DenseSet<ValuePair>::iterator T = PrunedTree.begin(),
1523              E2 = PrunedTree.end(); T != E2; ++T) {
1524           if (T->first == C->first.first ||
1525               T->first == C->first.second ||
1526               T->second == C->first.first ||
1527               T->second == C->first.second ||
1528               pairsConflict(*T, C->first, PairableInstUsers,
1529                             UseCycleCheck ? &PairableInstUserMap : 0)) {
1530             CanAdd = false;
1531             break;
1532           }
1533
1534           CurrentPairs.insert(*T);
1535         }
1536         if (!CanAdd) continue;
1537
1538         // And check the queue too...
1539         for (SmallVector<ValuePairWithDepth, 32>::iterator C2 = Q.begin(),
1540              E2 = Q.end(); C2 != E2; ++C2) {
1541           if (C2->first.first == C->first.first ||
1542               C2->first.first == C->first.second ||
1543               C2->first.second == C->first.first ||
1544               C2->first.second == C->first.second ||
1545               pairsConflict(C2->first, C->first, PairableInstUsers,
1546                             UseCycleCheck ? &PairableInstUserMap : 0)) {
1547             CanAdd = false;
1548             break;
1549           }
1550
1551           CurrentPairs.insert(C2->first);
1552         }
1553         if (!CanAdd) continue;
1554
1555         // Last but not least, check for a conflict with any of the
1556         // already-chosen pairs.
1557         for (DenseMap<Value *, Value *>::iterator C2 =
1558               ChosenPairs.begin(), E2 = ChosenPairs.end();
1559              C2 != E2; ++C2) {
1560           if (pairsConflict(*C2, C->first, PairableInstUsers,
1561                             UseCycleCheck ? &PairableInstUserMap : 0)) {
1562             CanAdd = false;
1563             break;
1564           }
1565
1566           CurrentPairs.insert(*C2);
1567         }
1568         if (!CanAdd) continue;
1569
1570         // To check for non-trivial cycles formed by the addition of the
1571         // current pair we've formed a list of all relevant pairs, now use a
1572         // graph walk to check for a cycle. We start from the current pair and
1573         // walk the use tree to see if we again reach the current pair. If we
1574         // do, then the current pair is rejected.
1575
1576         // FIXME: It may be more efficient to use a topological-ordering
1577         // algorithm to improve the cycle check. This should be investigated.
1578         if (UseCycleCheck &&
1579             pairWillFormCycle(C->first, PairableInstUserMap, CurrentPairs))
1580           continue;
1581
1582         // This child can be added, but we may have chosen it in preference
1583         // to an already-selected child. Check for this here, and if a
1584         // conflict is found, then remove the previously-selected child
1585         // before adding this one in its place.
1586         for (DenseMap<ValuePair, size_t>::iterator C2
1587               = BestChildren.begin(); C2 != BestChildren.end();) {
1588           if (C2->first.first == C->first.first ||
1589               C2->first.first == C->first.second ||
1590               C2->first.second == C->first.first ||
1591               C2->first.second == C->first.second ||
1592               pairsConflict(C2->first, C->first, PairableInstUsers))
1593             BestChildren.erase(C2++);
1594           else
1595             ++C2;
1596         }
1597
1598         BestChildren.insert(ValuePairWithDepth(C->first, C->second));
1599       }
1600
1601       for (DenseMap<ValuePair, size_t>::iterator C
1602             = BestChildren.begin(), E2 = BestChildren.end();
1603            C != E2; ++C) {
1604         size_t DepthF = getDepthFactor(C->first.first);
1605         Q.push_back(ValuePairWithDepth(C->first, QTop.second+DepthF));
1606       }
1607     } while (!Q.empty());
1608   }
1609
1610   // This function finds the best tree of mututally-compatible connected
1611   // pairs, given the choice of root pairs as an iterator range.
1612   void BBVectorize::findBestTreeFor(
1613                       std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
1614                       DenseMap<ValuePair, int> &CandidatePairCostSavings,
1615                       std::vector<Value *> &PairableInsts,
1616                       DenseSet<ValuePair> &FixedOrderPairs,
1617                       DenseMap<VPPair, unsigned> &PairConnectionTypes,
1618                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs,
1619                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairDeps,
1620                       DenseSet<ValuePair> &PairableInstUsers,
1621                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &PairableInstUserMap,
1622                       DenseMap<Value *, Value *> &ChosenPairs,
1623                       DenseSet<ValuePair> &BestTree, size_t &BestMaxDepth,
1624                       int &BestEffSize, VPIteratorPair ChoiceRange,
1625                       bool UseCycleCheck) {
1626     for (std::multimap<Value *, Value *>::iterator J = ChoiceRange.first;
1627          J != ChoiceRange.second; ++J) {
1628
1629       // Before going any further, make sure that this pair does not
1630       // conflict with any already-selected pairs (see comment below
1631       // near the Tree pruning for more details).
1632       DenseSet<ValuePair> ChosenPairSet;
1633       bool DoesConflict = false;
1634       for (DenseMap<Value *, Value *>::iterator C = ChosenPairs.begin(),
1635            E = ChosenPairs.end(); C != E; ++C) {
1636         if (pairsConflict(*C, *J, PairableInstUsers,
1637                           UseCycleCheck ? &PairableInstUserMap : 0)) {
1638           DoesConflict = true;
1639           break;
1640         }
1641
1642         ChosenPairSet.insert(*C);
1643       }
1644       if (DoesConflict) continue;
1645
1646       if (UseCycleCheck &&
1647           pairWillFormCycle(*J, PairableInstUserMap, ChosenPairSet))
1648         continue;
1649
1650       DenseMap<ValuePair, size_t> Tree;
1651       buildInitialTreeFor(CandidatePairs, PairableInsts, ConnectedPairs,
1652                           PairableInstUsers, ChosenPairs, Tree, *J);
1653
1654       // Because we'll keep the child with the largest depth, the largest
1655       // depth is still the same in the unpruned Tree.
1656       size_t MaxDepth = Tree.lookup(*J);
1657
1658       DEBUG(if (DebugPairSelection) dbgs() << "BBV: found Tree for pair {"
1659                    << *J->first << " <-> " << *J->second << "} of depth " <<
1660                    MaxDepth << " and size " << Tree.size() << "\n");
1661
1662       // At this point the Tree has been constructed, but, may contain
1663       // contradictory children (meaning that different children of
1664       // some tree node may be attempting to fuse the same instruction).
1665       // So now we walk the tree again, in the case of a conflict,
1666       // keep only the child with the largest depth. To break a tie,
1667       // favor the first child.
1668
1669       DenseSet<ValuePair> PrunedTree;
1670       pruneTreeFor(CandidatePairs, PairableInsts, ConnectedPairs,
1671                    PairableInstUsers, PairableInstUserMap, ChosenPairs, Tree,
1672                    PrunedTree, *J, UseCycleCheck);
1673
1674       int EffSize = 0;
1675       if (VTTI) {
1676         DenseSet<Value *> PrunedTreeInstrs;
1677         for (DenseSet<ValuePair>::iterator S = PrunedTree.begin(),
1678              E = PrunedTree.end(); S != E; ++S) {
1679           PrunedTreeInstrs.insert(S->first);
1680           PrunedTreeInstrs.insert(S->second);
1681         }
1682
1683         // The set of pairs that have already contributed to the total cost.
1684         DenseSet<ValuePair> IncomingPairs;
1685
1686         // The node weights represent the cost savings associated with
1687         // fusing the pair of instructions.
1688         for (DenseSet<ValuePair>::iterator S = PrunedTree.begin(),
1689              E = PrunedTree.end(); S != E; ++S) {
1690           bool FlipOrder = false;
1691
1692           if (getDepthFactor(S->first)) {
1693             int ESContrib = CandidatePairCostSavings.find(*S)->second;
1694             DEBUG(if (DebugPairSelection) dbgs() << "\tweight {"
1695                    << *S->first << " <-> " << *S->second << "} = " <<
1696                    ESContrib << "\n");
1697             EffSize += ESContrib;
1698           }
1699
1700           // The edge weights contribute in a negative sense: they represent
1701           // the cost of shuffles.
1702           VPPIteratorPair IP = ConnectedPairDeps.equal_range(*S);
1703           if (IP.first != ConnectedPairDeps.end()) {
1704             unsigned NumDepsDirect = 0, NumDepsSwap = 0;
1705             for (std::multimap<ValuePair, ValuePair>::iterator Q = IP.first;
1706                  Q != IP.second; ++Q) {
1707               if (!PrunedTree.count(Q->second))
1708                 continue;
1709               DenseMap<VPPair, unsigned>::iterator R =
1710                 PairConnectionTypes.find(VPPair(Q->second, Q->first));
1711               assert(R != PairConnectionTypes.end() &&
1712                      "Cannot find pair connection type");
1713               if (R->second == PairConnectionDirect)
1714                 ++NumDepsDirect;
1715               else if (R->second == PairConnectionSwap)
1716                 ++NumDepsSwap;
1717             }
1718
1719             // If there are more swaps than direct connections, then
1720             // the pair order will be flipped during fusion. So the real
1721             // number of swaps is the minimum number.
1722             FlipOrder = !FixedOrderPairs.count(*S) &&
1723               ((NumDepsSwap > NumDepsDirect) ||
1724                 FixedOrderPairs.count(ValuePair(S->second, S->first)));
1725
1726             for (std::multimap<ValuePair, ValuePair>::iterator Q = IP.first;
1727                  Q != IP.second; ++Q) {
1728               if (!PrunedTree.count(Q->second))
1729                 continue;
1730               DenseMap<VPPair, unsigned>::iterator R =
1731                 PairConnectionTypes.find(VPPair(Q->second, Q->first));
1732               assert(R != PairConnectionTypes.end() &&
1733                      "Cannot find pair connection type");
1734               Type *Ty1 = Q->second.first->getType(),
1735                    *Ty2 = Q->second.second->getType();
1736               Type *VTy = getVecTypeForPair(Ty1, Ty2);
1737               if ((R->second == PairConnectionDirect && FlipOrder) ||
1738                   (R->second == PairConnectionSwap && !FlipOrder)  ||
1739                   R->second == PairConnectionSplat) {
1740                 int ESContrib = (int) getInstrCost(Instruction::ShuffleVector,
1741                                                    VTy, VTy);
1742                 DEBUG(if (DebugPairSelection) dbgs() << "\tcost {" <<
1743                   *Q->second.first << " <-> " << *Q->second.second <<
1744                     "} -> {" <<
1745                   *S->first << " <-> " << *S->second << "} = " <<
1746                    ESContrib << "\n");
1747                 EffSize -= ESContrib;
1748               }
1749             }
1750           }
1751
1752           // Compute the cost of outgoing edges. We assume that edges outgoing
1753           // to shuffles, inserts or extracts can be merged, and so contribute
1754           // no additional cost.
1755           if (!S->first->getType()->isVoidTy()) {
1756             Type *Ty1 = S->first->getType(),
1757                  *Ty2 = S->second->getType();
1758             Type *VTy = getVecTypeForPair(Ty1, Ty2);
1759
1760             bool NeedsExtraction = false;
1761             for (Value::use_iterator I = S->first->use_begin(),
1762                  IE = S->first->use_end(); I != IE; ++I) {
1763               if (isa<ShuffleVectorInst>(*I) ||
1764                   isa<InsertElementInst>(*I) ||
1765                   isa<ExtractElementInst>(*I))
1766                 continue;
1767               if (PrunedTreeInstrs.count(*I))
1768                 continue;
1769               NeedsExtraction = true;
1770               break;
1771             }
1772
1773             if (NeedsExtraction) {
1774               int ESContrib;
1775               if (Ty1->isVectorTy())
1776                 ESContrib = (int) getInstrCost(Instruction::ShuffleVector,
1777                                                Ty1, VTy);
1778               else
1779                 ESContrib = (int) VTTI->getVectorInstrCost(
1780                                     Instruction::ExtractElement, VTy, 0);
1781
1782               DEBUG(if (DebugPairSelection) dbgs() << "\tcost {" <<
1783                 *S->first << "} = " << ESContrib << "\n");
1784               EffSize -= ESContrib;
1785             }
1786
1787             NeedsExtraction = false;
1788             for (Value::use_iterator I = S->second->use_begin(),
1789                  IE = S->second->use_end(); I != IE; ++I) {
1790               if (isa<ShuffleVectorInst>(*I) ||
1791                   isa<InsertElementInst>(*I) ||
1792                   isa<ExtractElementInst>(*I))
1793                 continue;
1794               if (PrunedTreeInstrs.count(*I))
1795                 continue;
1796               NeedsExtraction = true;
1797               break;
1798             }
1799
1800             if (NeedsExtraction) {
1801               int ESContrib;
1802               if (Ty2->isVectorTy())
1803                 ESContrib = (int) getInstrCost(Instruction::ShuffleVector,
1804                                                Ty2, VTy);
1805               else
1806                 ESContrib = (int) VTTI->getVectorInstrCost(
1807                                     Instruction::ExtractElement, VTy, 1);
1808               DEBUG(if (DebugPairSelection) dbgs() << "\tcost {" <<
1809                 *S->second << "} = " << ESContrib << "\n");
1810               EffSize -= ESContrib;
1811             }
1812           }
1813
1814           // Compute the cost of incoming edges.
1815           if (!isa<LoadInst>(S->first) && !isa<StoreInst>(S->first)) {
1816             Instruction *S1 = cast<Instruction>(S->first),
1817                         *S2 = cast<Instruction>(S->second);
1818             for (unsigned o = 0; o < S1->getNumOperands(); ++o) {
1819               Value *O1 = S1->getOperand(o), *O2 = S2->getOperand(o);
1820
1821               // Combining constants into vector constants (or small vector
1822               // constants into larger ones are assumed free).
1823               if (isa<Constant>(O1) && isa<Constant>(O2))
1824                 continue;
1825
1826               if (FlipOrder)
1827                 std::swap(O1, O2);
1828
1829               ValuePair VP  = ValuePair(O1, O2);
1830               ValuePair VPR = ValuePair(O2, O1);
1831
1832               // Internal edges are not handled here.
1833               if (PrunedTree.count(VP) || PrunedTree.count(VPR))
1834                 continue;
1835
1836               Type *Ty1 = O1->getType(),
1837                    *Ty2 = O2->getType();
1838               Type *VTy = getVecTypeForPair(Ty1, Ty2);
1839
1840               // Combining vector operations of the same type is also assumed
1841               // folded with other operations.
1842               if (Ty1 == Ty2 &&
1843                   (isa<ShuffleVectorInst>(O1) ||
1844                    isa<InsertElementInst>(O1) ||
1845                    isa<InsertElementInst>(O1)) &&
1846                   (isa<ShuffleVectorInst>(O2) ||
1847                    isa<InsertElementInst>(O2) ||
1848                    isa<InsertElementInst>(O2)))
1849                 continue;
1850
1851               int ESContrib;
1852               // This pair has already been formed.
1853               if (IncomingPairs.count(VP)) {
1854                 continue;
1855               } else if (IncomingPairs.count(VPR)) {
1856                 ESContrib = (int) getInstrCost(Instruction::ShuffleVector,
1857                                                VTy, VTy);
1858               } else if (!Ty1->isVectorTy() && !Ty2->isVectorTy()) {
1859                 ESContrib = (int) VTTI->getVectorInstrCost(
1860                                     Instruction::InsertElement, VTy, 0);
1861                 ESContrib += (int) VTTI->getVectorInstrCost(
1862                                      Instruction::InsertElement, VTy, 1);
1863               } else if (!Ty1->isVectorTy()) {
1864                 // O1 needs to be inserted into a vector of size O2, and then
1865                 // both need to be shuffled together.
1866                 ESContrib = (int) VTTI->getVectorInstrCost(
1867                                     Instruction::InsertElement, Ty2, 0);
1868                 ESContrib += (int) getInstrCost(Instruction::ShuffleVector,
1869                                                 VTy, Ty2);
1870               } else if (!Ty2->isVectorTy()) {
1871                 // O2 needs to be inserted into a vector of size O1, and then
1872                 // both need to be shuffled together.
1873                 ESContrib = (int) VTTI->getVectorInstrCost(
1874                                     Instruction::InsertElement, Ty1, 0);
1875                 ESContrib += (int) getInstrCost(Instruction::ShuffleVector,
1876                                                 VTy, Ty1);
1877               } else {
1878                 Type *TyBig = Ty1, *TySmall = Ty2;
1879                 if (Ty2->getVectorNumElements() > Ty1->getVectorNumElements())
1880                   std::swap(TyBig, TySmall);
1881
1882                 ESContrib = (int) getInstrCost(Instruction::ShuffleVector,
1883                                                VTy, TyBig);
1884                 if (TyBig != TySmall)
1885                   ESContrib += (int) getInstrCost(Instruction::ShuffleVector,
1886                                                   TyBig, TySmall);
1887               }
1888
1889               DEBUG(if (DebugPairSelection) dbgs() << "\tcost {"
1890                      << *O1 << " <-> " << *O2 << "} = " <<
1891                      ESContrib << "\n");
1892               EffSize -= ESContrib;
1893               IncomingPairs.insert(VP);
1894             }
1895           }
1896         }
1897       } else {
1898         for (DenseSet<ValuePair>::iterator S = PrunedTree.begin(),
1899              E = PrunedTree.end(); S != E; ++S)
1900           EffSize += (int) getDepthFactor(S->first);
1901       }
1902
1903       DEBUG(if (DebugPairSelection)
1904              dbgs() << "BBV: found pruned Tree for pair {"
1905              << *J->first << " <-> " << *J->second << "} of depth " <<
1906              MaxDepth << " and size " << PrunedTree.size() <<
1907             " (effective size: " << EffSize << ")\n");
1908       if (((VTTI && !UseChainDepthWithTI) ||
1909             MaxDepth >= Config.ReqChainDepth) &&
1910           EffSize > 0 && EffSize > BestEffSize) {
1911         BestMaxDepth = MaxDepth;
1912         BestEffSize = EffSize;
1913         BestTree = PrunedTree;
1914       }
1915     }
1916   }
1917
1918   // Given the list of candidate pairs, this function selects those
1919   // that will be fused into vector instructions.
1920   void BBVectorize::choosePairs(
1921                       std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
1922                       DenseMap<ValuePair, int> &CandidatePairCostSavings,
1923                       std::vector<Value *> &PairableInsts,
1924                       DenseSet<ValuePair> &FixedOrderPairs,
1925                       DenseMap<VPPair, unsigned> &PairConnectionTypes,
1926                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs,
1927                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairDeps,
1928                       DenseSet<ValuePair> &PairableInstUsers,
1929                       DenseMap<Value *, Value *>& ChosenPairs) {
1930     bool UseCycleCheck =
1931      CandidatePairs.size() <= Config.MaxCandPairsForCycleCheck;
1932     std::multimap<ValuePair, ValuePair> PairableInstUserMap;
1933     for (std::vector<Value *>::iterator I = PairableInsts.begin(),
1934          E = PairableInsts.end(); I != E; ++I) {
1935       // The number of possible pairings for this variable:
1936       size_t NumChoices = CandidatePairs.count(*I);
1937       if (!NumChoices) continue;
1938
1939       VPIteratorPair ChoiceRange = CandidatePairs.equal_range(*I);
1940
1941       // The best pair to choose and its tree:
1942       size_t BestMaxDepth = 0;
1943       int BestEffSize = 0;
1944       DenseSet<ValuePair> BestTree;
1945       findBestTreeFor(CandidatePairs, CandidatePairCostSavings,
1946                       PairableInsts, FixedOrderPairs, PairConnectionTypes,
1947                       ConnectedPairs, ConnectedPairDeps,
1948                       PairableInstUsers, PairableInstUserMap, ChosenPairs,
1949                       BestTree, BestMaxDepth, BestEffSize, ChoiceRange,
1950                       UseCycleCheck);
1951
1952       // A tree has been chosen (or not) at this point. If no tree was
1953       // chosen, then this instruction, I, cannot be paired (and is no longer
1954       // considered).
1955
1956       DEBUG(if (BestTree.size() > 0)
1957               dbgs() << "BBV: selected pairs in the best tree for: "
1958                      << *cast<Instruction>(*I) << "\n");
1959
1960       for (DenseSet<ValuePair>::iterator S = BestTree.begin(),
1961            SE2 = BestTree.end(); S != SE2; ++S) {
1962         // Insert the members of this tree into the list of chosen pairs.
1963         ChosenPairs.insert(ValuePair(S->first, S->second));
1964         DEBUG(dbgs() << "BBV: selected pair: " << *S->first << " <-> " <<
1965                *S->second << "\n");
1966
1967         // Remove all candidate pairs that have values in the chosen tree.
1968         for (std::multimap<Value *, Value *>::iterator K =
1969                CandidatePairs.begin(); K != CandidatePairs.end();) {
1970           if (K->first == S->first || K->second == S->first ||
1971               K->second == S->second || K->first == S->second) {
1972             // Don't remove the actual pair chosen so that it can be used
1973             // in subsequent tree selections.
1974             if (!(K->first == S->first && K->second == S->second))
1975               CandidatePairs.erase(K++);
1976             else
1977               ++K;
1978           } else {
1979             ++K;
1980           }
1981         }
1982       }
1983     }
1984
1985     DEBUG(dbgs() << "BBV: selected " << ChosenPairs.size() << " pairs.\n");
1986   }
1987
1988   std::string getReplacementName(Instruction *I, bool IsInput, unsigned o,
1989                      unsigned n = 0) {
1990     if (!I->hasName())
1991       return "";
1992
1993     return (I->getName() + (IsInput ? ".v.i" : ".v.r") + utostr(o) +
1994              (n > 0 ? "." + utostr(n) : "")).str();
1995   }
1996
1997   // Returns the value that is to be used as the pointer input to the vector
1998   // instruction that fuses I with J.
1999   Value *BBVectorize::getReplacementPointerInput(LLVMContext& Context,
2000                      Instruction *I, Instruction *J, unsigned o) {
2001     Value *IPtr, *JPtr;
2002     unsigned IAlignment, JAlignment, IAddressSpace, JAddressSpace;
2003     int64_t OffsetInElmts;
2004
2005     // Note: the analysis might fail here, that is why the pair order has
2006     // been precomputed (OffsetInElmts must be unused here).
2007     (void) getPairPtrInfo(I, J, IPtr, JPtr, IAlignment, JAlignment,
2008                           IAddressSpace, JAddressSpace,
2009                           OffsetInElmts, false);
2010
2011     // The pointer value is taken to be the one with the lowest offset.
2012     Value *VPtr = IPtr;
2013
2014     Type *ArgTypeI = cast<PointerType>(IPtr->getType())->getElementType();
2015     Type *ArgTypeJ = cast<PointerType>(JPtr->getType())->getElementType();
2016     Type *VArgType = getVecTypeForPair(ArgTypeI, ArgTypeJ);
2017     Type *VArgPtrType = PointerType::get(VArgType,
2018       cast<PointerType>(IPtr->getType())->getAddressSpace());
2019     return new BitCastInst(VPtr, VArgPtrType, getReplacementName(I, true, o),
2020                         /* insert before */ I);
2021   }
2022
2023   void BBVectorize::fillNewShuffleMask(LLVMContext& Context, Instruction *J,
2024                      unsigned MaskOffset, unsigned NumInElem,
2025                      unsigned NumInElem1, unsigned IdxOffset,
2026                      std::vector<Constant*> &Mask) {
2027     unsigned NumElem1 = cast<VectorType>(J->getType())->getNumElements();
2028     for (unsigned v = 0; v < NumElem1; ++v) {
2029       int m = cast<ShuffleVectorInst>(J)->getMaskValue(v);
2030       if (m < 0) {
2031         Mask[v+MaskOffset] = UndefValue::get(Type::getInt32Ty(Context));
2032       } else {
2033         unsigned mm = m + (int) IdxOffset;
2034         if (m >= (int) NumInElem1)
2035           mm += (int) NumInElem;
2036
2037         Mask[v+MaskOffset] =
2038           ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), mm);
2039       }
2040     }
2041   }
2042
2043   // Returns the value that is to be used as the vector-shuffle mask to the
2044   // vector instruction that fuses I with J.
2045   Value *BBVectorize::getReplacementShuffleMask(LLVMContext& Context,
2046                      Instruction *I, Instruction *J) {
2047     // This is the shuffle mask. We need to append the second
2048     // mask to the first, and the numbers need to be adjusted.
2049
2050     Type *ArgTypeI = I->getType();
2051     Type *ArgTypeJ = J->getType();
2052     Type *VArgType = getVecTypeForPair(ArgTypeI, ArgTypeJ);
2053
2054     unsigned NumElemI = cast<VectorType>(ArgTypeI)->getNumElements();
2055
2056     // Get the total number of elements in the fused vector type.
2057     // By definition, this must equal the number of elements in
2058     // the final mask.
2059     unsigned NumElem = cast<VectorType>(VArgType)->getNumElements();
2060     std::vector<Constant*> Mask(NumElem);
2061
2062     Type *OpTypeI = I->getOperand(0)->getType();
2063     unsigned NumInElemI = cast<VectorType>(OpTypeI)->getNumElements();
2064     Type *OpTypeJ = J->getOperand(0)->getType();
2065     unsigned NumInElemJ = cast<VectorType>(OpTypeJ)->getNumElements();
2066
2067     // The fused vector will be:
2068     // -----------------------------------------------------
2069     // | NumInElemI | NumInElemJ | NumInElemI | NumInElemJ |
2070     // -----------------------------------------------------
2071     // from which we'll extract NumElem total elements (where the first NumElemI
2072     // of them come from the mask in I and the remainder come from the mask
2073     // in J.
2074
2075     // For the mask from the first pair...
2076     fillNewShuffleMask(Context, I, 0,        NumInElemJ, NumInElemI,
2077                        0,          Mask);
2078
2079     // For the mask from the second pair...
2080     fillNewShuffleMask(Context, J, NumElemI, NumInElemI, NumInElemJ,
2081                        NumInElemI, Mask);
2082
2083     return ConstantVector::get(Mask);
2084   }
2085
2086   bool BBVectorize::expandIEChain(LLVMContext& Context, Instruction *I,
2087                                   Instruction *J, unsigned o, Value *&LOp,
2088                                   unsigned numElemL,
2089                                   Type *ArgTypeL, Type *ArgTypeH,
2090                                   bool IBeforeJ, unsigned IdxOff) {
2091     bool ExpandedIEChain = false;
2092     if (InsertElementInst *LIE = dyn_cast<InsertElementInst>(LOp)) {
2093       // If we have a pure insertelement chain, then this can be rewritten
2094       // into a chain that directly builds the larger type.
2095       bool PureChain = true;
2096       InsertElementInst *LIENext = LIE;
2097       do {
2098         if (!isa<UndefValue>(LIENext->getOperand(0)) &&
2099             !isa<InsertElementInst>(LIENext->getOperand(0))) {
2100           PureChain = false;
2101           break;
2102         }
2103       } while ((LIENext =
2104                  dyn_cast<InsertElementInst>(LIENext->getOperand(0))));
2105
2106       if (PureChain) {
2107         SmallVector<Value *, 8> VectElemts(numElemL,
2108           UndefValue::get(ArgTypeL->getScalarType()));
2109         InsertElementInst *LIENext = LIE;
2110         do {
2111           unsigned Idx =
2112             cast<ConstantInt>(LIENext->getOperand(2))->getSExtValue();
2113           VectElemts[Idx] = LIENext->getOperand(1);
2114         } while ((LIENext =
2115                    dyn_cast<InsertElementInst>(LIENext->getOperand(0))));
2116
2117         LIENext = 0;
2118         Value *LIEPrev = UndefValue::get(ArgTypeH);
2119         for (unsigned i = 0; i < numElemL; ++i) {
2120           if (isa<UndefValue>(VectElemts[i])) continue;
2121           LIENext = InsertElementInst::Create(LIEPrev, VectElemts[i],
2122                              ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context),
2123                                               i + IdxOff),
2124                              getReplacementName(IBeforeJ ? I : J,
2125                                                 true, o, i+1));
2126           LIENext->insertBefore(IBeforeJ ? J : I);
2127           LIEPrev = LIENext;
2128         }
2129
2130         LOp = LIENext ? (Value*) LIENext : UndefValue::get(ArgTypeH);
2131         ExpandedIEChain = true;
2132       }
2133     }
2134
2135     return ExpandedIEChain;
2136   }
2137
2138   // Returns the value to be used as the specified operand of the vector
2139   // instruction that fuses I with J.
2140   Value *BBVectorize::getReplacementInput(LLVMContext& Context, Instruction *I,
2141                      Instruction *J, unsigned o, bool IBeforeJ) {
2142     Value *CV0 = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), 0);
2143     Value *CV1 = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), 1);
2144
2145     // Compute the fused vector type for this operand
2146     Type *ArgTypeI = I->getOperand(o)->getType();
2147     Type *ArgTypeJ = J->getOperand(o)->getType();
2148     VectorType *VArgType = getVecTypeForPair(ArgTypeI, ArgTypeJ);
2149
2150     Instruction *L = I, *H = J;
2151     Type *ArgTypeL = ArgTypeI, *ArgTypeH = ArgTypeJ;
2152
2153     unsigned numElemL;
2154     if (ArgTypeL->isVectorTy())
2155       numElemL = cast<VectorType>(ArgTypeL)->getNumElements();
2156     else
2157       numElemL = 1;
2158
2159     unsigned numElemH;
2160     if (ArgTypeH->isVectorTy())
2161       numElemH = cast<VectorType>(ArgTypeH)->getNumElements();
2162     else
2163       numElemH = 1;
2164
2165     Value *LOp = L->getOperand(o);
2166     Value *HOp = H->getOperand(o);
2167     unsigned numElem = VArgType->getNumElements();
2168
2169     // First, we check if we can reuse the "original" vector outputs (if these
2170     // exist). We might need a shuffle.
2171     ExtractElementInst *LEE = dyn_cast<ExtractElementInst>(LOp);
2172     ExtractElementInst *HEE = dyn_cast<ExtractElementInst>(HOp);
2173     ShuffleVectorInst *LSV = dyn_cast<ShuffleVectorInst>(LOp);
2174     ShuffleVectorInst *HSV = dyn_cast<ShuffleVectorInst>(HOp);
2175
2176     // FIXME: If we're fusing shuffle instructions, then we can't apply this
2177     // optimization. The input vectors to the shuffle might be a different
2178     // length from the shuffle outputs. Unfortunately, the replacement
2179     // shuffle mask has already been formed, and the mask entries are sensitive
2180     // to the sizes of the inputs.
2181     bool IsSizeChangeShuffle =
2182       isa<ShuffleVectorInst>(L) &&
2183         (LOp->getType() != L->getType() || HOp->getType() != H->getType());
2184
2185     if ((LEE || LSV) && (HEE || HSV) && !IsSizeChangeShuffle) {
2186       // We can have at most two unique vector inputs.
2187       bool CanUseInputs = true;
2188       Value *I1, *I2 = 0;
2189       if (LEE) {
2190         I1 = LEE->getOperand(0);
2191       } else {
2192         I1 = LSV->getOperand(0);
2193         I2 = LSV->getOperand(1);
2194         if (I2 == I1 || isa<UndefValue>(I2))
2195           I2 = 0;
2196       }
2197   
2198       if (HEE) {
2199         Value *I3 = HEE->getOperand(0);
2200         if (!I2 && I3 != I1)
2201           I2 = I3;
2202         else if (I3 != I1 && I3 != I2)
2203           CanUseInputs = false;
2204       } else {
2205         Value *I3 = HSV->getOperand(0);
2206         if (!I2 && I3 != I1)
2207           I2 = I3;
2208         else if (I3 != I1 && I3 != I2)
2209           CanUseInputs = false;
2210
2211         if (CanUseInputs) {
2212           Value *I4 = HSV->getOperand(1);
2213           if (!isa<UndefValue>(I4)) {
2214             if (!I2 && I4 != I1)
2215               I2 = I4;
2216             else if (I4 != I1 && I4 != I2)
2217               CanUseInputs = false;
2218           }
2219         }
2220       }
2221
2222       if (CanUseInputs) {
2223         unsigned LOpElem =
2224           cast<VectorType>(cast<Instruction>(LOp)->getOperand(0)->getType())
2225             ->getNumElements();
2226         unsigned HOpElem =
2227           cast<VectorType>(cast<Instruction>(HOp)->getOperand(0)->getType())
2228             ->getNumElements();
2229
2230         // We have one or two input vectors. We need to map each index of the
2231         // operands to the index of the original vector.
2232         SmallVector<std::pair<int, int>, 8>  II(numElem);
2233         for (unsigned i = 0; i < numElemL; ++i) {
2234           int Idx, INum;
2235           if (LEE) {
2236             Idx =
2237               cast<ConstantInt>(LEE->getOperand(1))->getSExtValue();
2238             INum = LEE->getOperand(0) == I1 ? 0 : 1;
2239           } else {
2240             Idx = LSV->getMaskValue(i);
2241             if (Idx < (int) LOpElem) {
2242               INum = LSV->getOperand(0) == I1 ? 0 : 1;
2243             } else {
2244               Idx -= LOpElem;
2245               INum = LSV->getOperand(1) == I1 ? 0 : 1;
2246             }
2247           }
2248
2249           II[i] = std::pair<int, int>(Idx, INum);
2250         }
2251         for (unsigned i = 0; i < numElemH; ++i) {
2252           int Idx, INum;
2253           if (HEE) {
2254             Idx =
2255               cast<ConstantInt>(HEE->getOperand(1))->getSExtValue();
2256             INum = HEE->getOperand(0) == I1 ? 0 : 1;
2257           } else {
2258             Idx = HSV->getMaskValue(i);
2259             if (Idx < (int) HOpElem) {
2260               INum = HSV->getOperand(0) == I1 ? 0 : 1;
2261             } else {
2262               Idx -= HOpElem;
2263               INum = HSV->getOperand(1) == I1 ? 0 : 1;
2264             }
2265           }
2266
2267           II[i + numElemL] = std::pair<int, int>(Idx, INum);
2268         }
2269
2270         // We now have an array which tells us from which index of which
2271         // input vector each element of the operand comes.
2272         VectorType *I1T = cast<VectorType>(I1->getType());
2273         unsigned I1Elem = I1T->getNumElements();
2274
2275         if (!I2) {
2276           // In this case there is only one underlying vector input. Check for
2277           // the trivial case where we can use the input directly.
2278           if (I1Elem == numElem) {
2279             bool ElemInOrder = true;
2280             for (unsigned i = 0; i < numElem; ++i) {
2281               if (II[i].first != (int) i && II[i].first != -1) {
2282                 ElemInOrder = false;
2283                 break;
2284               }
2285             }
2286
2287             if (ElemInOrder)
2288               return I1;
2289           }
2290
2291           // A shuffle is needed.
2292           std::vector<Constant *> Mask(numElem);
2293           for (unsigned i = 0; i < numElem; ++i) {
2294             int Idx = II[i].first;
2295             if (Idx == -1)
2296               Mask[i] = UndefValue::get(Type::getInt32Ty(Context));
2297             else
2298               Mask[i] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), Idx);
2299           }
2300
2301           Instruction *S =
2302             new ShuffleVectorInst(I1, UndefValue::get(I1T),
2303                                   ConstantVector::get(Mask),
2304                                   getReplacementName(IBeforeJ ? I : J,
2305                                                      true, o));
2306           S->insertBefore(IBeforeJ ? J : I);
2307           return S;
2308         }
2309
2310         VectorType *I2T = cast<VectorType>(I2->getType());
2311         unsigned I2Elem = I2T->getNumElements();
2312
2313         // This input comes from two distinct vectors. The first step is to
2314         // make sure that both vectors are the same length. If not, the
2315         // smaller one will need to grow before they can be shuffled together.
2316         if (I1Elem < I2Elem) {
2317           std::vector<Constant *> Mask(I2Elem);
2318           unsigned v = 0;
2319           for (; v < I1Elem; ++v)
2320             Mask[v] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), v);
2321           for (; v < I2Elem; ++v)
2322             Mask[v] = UndefValue::get(Type::getInt32Ty(Context));
2323
2324           Instruction *NewI1 =
2325             new ShuffleVectorInst(I1, UndefValue::get(I1T),
2326                                   ConstantVector::get(Mask),
2327                                   getReplacementName(IBeforeJ ? I : J,
2328                                                      true, o, 1));
2329           NewI1->insertBefore(IBeforeJ ? J : I);
2330           I1 = NewI1;
2331           I1T = I2T;
2332           I1Elem = I2Elem;
2333         } else if (I1Elem > I2Elem) {
2334           std::vector<Constant *> Mask(I1Elem);
2335           unsigned v = 0;
2336           for (; v < I2Elem; ++v)
2337             Mask[v] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), v);
2338           for (; v < I1Elem; ++v)
2339             Mask[v] = UndefValue::get(Type::getInt32Ty(Context));
2340
2341           Instruction *NewI2 =
2342             new ShuffleVectorInst(I2, UndefValue::get(I2T),
2343                                   ConstantVector::get(Mask),
2344                                   getReplacementName(IBeforeJ ? I : J,
2345                                                      true, o, 1));
2346           NewI2->insertBefore(IBeforeJ ? J : I);
2347           I2 = NewI2;
2348           I2T = I1T;
2349           I2Elem = I1Elem;
2350         }
2351
2352         // Now that both I1 and I2 are the same length we can shuffle them
2353         // together (and use the result).
2354         std::vector<Constant *> Mask(numElem);
2355         for (unsigned v = 0; v < numElem; ++v) {
2356           if (II[v].first == -1) {
2357             Mask[v] = UndefValue::get(Type::getInt32Ty(Context));
2358           } else {
2359             int Idx = II[v].first + II[v].second * I1Elem;
2360             Mask[v] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), Idx);
2361           }
2362         }
2363
2364         Instruction *NewOp =
2365           new ShuffleVectorInst(I1, I2, ConstantVector::get(Mask),
2366                                 getReplacementName(IBeforeJ ? I : J, true, o));
2367         NewOp->insertBefore(IBeforeJ ? J : I);
2368         return NewOp;
2369       }
2370     }
2371
2372     Type *ArgType = ArgTypeL;
2373     if (numElemL < numElemH) {
2374       if (numElemL == 1 && expandIEChain(Context, I, J, o, HOp, numElemH,
2375                                          ArgTypeL, VArgType, IBeforeJ, 1)) {
2376         // This is another short-circuit case: we're combining a scalar into
2377         // a vector that is formed by an IE chain. We've just expanded the IE
2378         // chain, now insert the scalar and we're done.
2379
2380         Instruction *S = InsertElementInst::Create(HOp, LOp, CV0,
2381                            getReplacementName(IBeforeJ ? I : J, true, o));
2382         S->insertBefore(IBeforeJ ? J : I);
2383         return S;
2384       } else if (!expandIEChain(Context, I, J, o, LOp, numElemL, ArgTypeL,
2385                                 ArgTypeH, IBeforeJ)) {
2386         // The two vector inputs to the shuffle must be the same length,
2387         // so extend the smaller vector to be the same length as the larger one.
2388         Instruction *NLOp;
2389         if (numElemL > 1) {
2390   
2391           std::vector<Constant *> Mask(numElemH);
2392           unsigned v = 0;
2393           for (; v < numElemL; ++v)
2394             Mask[v] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), v);
2395           for (; v < numElemH; ++v)
2396             Mask[v] = UndefValue::get(Type::getInt32Ty(Context));
2397     
2398           NLOp = new ShuffleVectorInst(LOp, UndefValue::get(ArgTypeL),
2399                                        ConstantVector::get(Mask),
2400                                        getReplacementName(IBeforeJ ? I : J,
2401                                                           true, o, 1));
2402         } else {
2403           NLOp = InsertElementInst::Create(UndefValue::get(ArgTypeH), LOp, CV0,
2404                                            getReplacementName(IBeforeJ ? I : J,
2405                                                               true, o, 1));
2406         }
2407   
2408         NLOp->insertBefore(IBeforeJ ? J : I);
2409         LOp = NLOp;
2410       }
2411
2412       ArgType = ArgTypeH;
2413     } else if (numElemL > numElemH) {
2414       if (numElemH == 1 && expandIEChain(Context, I, J, o, LOp, numElemL,
2415                                          ArgTypeH, VArgType, IBeforeJ)) {
2416         Instruction *S =
2417           InsertElementInst::Create(LOp, HOp, 
2418                                     ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context),
2419                                                      numElemL),
2420                                     getReplacementName(IBeforeJ ? I : J,
2421                                                        true, o));
2422         S->insertBefore(IBeforeJ ? J : I);
2423         return S;
2424       } else if (!expandIEChain(Context, I, J, o, HOp, numElemH, ArgTypeH,
2425                                 ArgTypeL, IBeforeJ)) {
2426         Instruction *NHOp;
2427         if (numElemH > 1) {
2428           std::vector<Constant *> Mask(numElemL);
2429           unsigned v = 0;
2430           for (; v < numElemH; ++v)
2431             Mask[v] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), v);
2432           for (; v < numElemL; ++v)
2433             Mask[v] = UndefValue::get(Type::getInt32Ty(Context));
2434     
2435           NHOp = new ShuffleVectorInst(HOp, UndefValue::get(ArgTypeH),
2436                                        ConstantVector::get(Mask),
2437                                        getReplacementName(IBeforeJ ? I : J,
2438                                                           true, o, 1));
2439         } else {
2440           NHOp = InsertElementInst::Create(UndefValue::get(ArgTypeL), HOp, CV0,
2441                                            getReplacementName(IBeforeJ ? I : J,
2442                                                               true, o, 1));
2443         }
2444   
2445         NHOp->insertBefore(IBeforeJ ? J : I);
2446         HOp = NHOp;
2447       }
2448     }
2449
2450     if (ArgType->isVectorTy()) {
2451       unsigned numElem = cast<VectorType>(VArgType)->getNumElements();
2452       std::vector<Constant*> Mask(numElem);
2453       for (unsigned v = 0; v < numElem; ++v) {
2454         unsigned Idx = v;
2455         // If the low vector was expanded, we need to skip the extra
2456         // undefined entries.
2457         if (v >= numElemL && numElemH > numElemL)
2458           Idx += (numElemH - numElemL);
2459         Mask[v] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), Idx);
2460       }
2461
2462       Instruction *BV = new ShuffleVectorInst(LOp, HOp,
2463                           ConstantVector::get(Mask),
2464                           getReplacementName(IBeforeJ ? I : J, true, o));
2465       BV->insertBefore(IBeforeJ ? J : I);
2466       return BV;
2467     }
2468
2469     Instruction *BV1 = InsertElementInst::Create(
2470                                           UndefValue::get(VArgType), LOp, CV0,
2471                                           getReplacementName(IBeforeJ ? I : J,
2472                                                              true, o, 1));
2473     BV1->insertBefore(IBeforeJ ? J : I);
2474     Instruction *BV2 = InsertElementInst::Create(BV1, HOp, CV1,
2475                                           getReplacementName(IBeforeJ ? I : J,
2476                                                              true, o, 2));
2477     BV2->insertBefore(IBeforeJ ? J : I);
2478     return BV2;
2479   }
2480
2481   // This function creates an array of values that will be used as the inputs
2482   // to the vector instruction that fuses I with J.
2483   void BBVectorize::getReplacementInputsForPair(LLVMContext& Context,
2484                      Instruction *I, Instruction *J,
2485                      SmallVector<Value *, 3> &ReplacedOperands,
2486                      bool IBeforeJ) {
2487     unsigned NumOperands = I->getNumOperands();
2488
2489     for (unsigned p = 0, o = NumOperands-1; p < NumOperands; ++p, --o) {
2490       // Iterate backward so that we look at the store pointer
2491       // first and know whether or not we need to flip the inputs.
2492
2493       if (isa<LoadInst>(I) || (o == 1 && isa<StoreInst>(I))) {
2494         // This is the pointer for a load/store instruction.
2495         ReplacedOperands[o] = getReplacementPointerInput(Context, I, J, o);
2496         continue;
2497       } else if (isa<CallInst>(I)) {
2498         Function *F = cast<CallInst>(I)->getCalledFunction();
2499         unsigned IID = F->getIntrinsicID();
2500         if (o == NumOperands-1) {
2501           BasicBlock &BB = *I->getParent();
2502
2503           Module *M = BB.getParent()->getParent();
2504           Type *ArgTypeI = I->getType();
2505           Type *ArgTypeJ = J->getType();
2506           Type *VArgType = getVecTypeForPair(ArgTypeI, ArgTypeJ);
2507
2508           ReplacedOperands[o] = Intrinsic::getDeclaration(M,
2509             (Intrinsic::ID) IID, VArgType);
2510           continue;
2511         } else if (IID == Intrinsic::powi && o == 1) {
2512           // The second argument of powi is a single integer and we've already
2513           // checked that both arguments are equal. As a result, we just keep
2514           // I's second argument.
2515           ReplacedOperands[o] = I->getOperand(o);
2516           continue;
2517         }
2518       } else if (isa<ShuffleVectorInst>(I) && o == NumOperands-1) {
2519         ReplacedOperands[o] = getReplacementShuffleMask(Context, I, J);
2520         continue;
2521       }
2522
2523       ReplacedOperands[o] = getReplacementInput(Context, I, J, o, IBeforeJ);
2524     }
2525   }
2526
2527   // This function creates two values that represent the outputs of the
2528   // original I and J instructions. These are generally vector shuffles
2529   // or extracts. In many cases, these will end up being unused and, thus,
2530   // eliminated by later passes.
2531   void BBVectorize::replaceOutputsOfPair(LLVMContext& Context, Instruction *I,
2532                      Instruction *J, Instruction *K,
2533                      Instruction *&InsertionPt,
2534                      Instruction *&K1, Instruction *&K2) {
2535     if (isa<StoreInst>(I)) {
2536       AA->replaceWithNewValue(I, K);
2537       AA->replaceWithNewValue(J, K);
2538     } else {
2539       Type *IType = I->getType();
2540       Type *JType = J->getType();
2541
2542       VectorType *VType = getVecTypeForPair(IType, JType);
2543       unsigned numElem = VType->getNumElements();
2544
2545       unsigned numElemI, numElemJ;
2546       if (IType->isVectorTy())
2547         numElemI = cast<VectorType>(IType)->getNumElements();
2548       else
2549         numElemI = 1;
2550
2551       if (JType->isVectorTy())
2552         numElemJ = cast<VectorType>(JType)->getNumElements();
2553       else
2554         numElemJ = 1;
2555
2556       if (IType->isVectorTy()) {
2557         std::vector<Constant*> Mask1(numElemI), Mask2(numElemI);
2558         for (unsigned v = 0; v < numElemI; ++v) {
2559           Mask1[v] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), v);
2560           Mask2[v] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), numElemJ+v);
2561         }
2562
2563         K1 = new ShuffleVectorInst(K, UndefValue::get(VType),
2564                                    ConstantVector::get( Mask1),
2565                                    getReplacementName(K, false, 1));
2566       } else {
2567         Value *CV0 = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), 0);
2568         K1 = ExtractElementInst::Create(K, CV0,
2569                                           getReplacementName(K, false, 1));
2570       }
2571
2572       if (JType->isVectorTy()) {
2573         std::vector<Constant*> Mask1(numElemJ), Mask2(numElemJ);
2574         for (unsigned v = 0; v < numElemJ; ++v) {
2575           Mask1[v] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), v);
2576           Mask2[v] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), numElemI+v);
2577         }
2578
2579         K2 = new ShuffleVectorInst(K, UndefValue::get(VType),
2580                                    ConstantVector::get( Mask2),
2581                                    getReplacementName(K, false, 2));
2582       } else {
2583         Value *CV1 = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), numElem-1);
2584         K2 = ExtractElementInst::Create(K, CV1,
2585                                           getReplacementName(K, false, 2));
2586       }
2587
2588       K1->insertAfter(K);
2589       K2->insertAfter(K1);
2590       InsertionPt = K2;
2591     }
2592   }
2593
2594   // Move all uses of the function I (including pairing-induced uses) after J.
2595   bool BBVectorize::canMoveUsesOfIAfterJ(BasicBlock &BB,
2596                      std::multimap<Value *, Value *> &LoadMoveSet,
2597                      Instruction *I, Instruction *J) {
2598     // Skip to the first instruction past I.
2599     BasicBlock::iterator L = llvm::next(BasicBlock::iterator(I));
2600
2601     DenseSet<Value *> Users;
2602     AliasSetTracker WriteSet(*AA);
2603     for (; cast<Instruction>(L) != J; ++L)
2604       (void) trackUsesOfI(Users, WriteSet, I, L, true, &LoadMoveSet);
2605
2606     assert(cast<Instruction>(L) == J &&
2607       "Tracking has not proceeded far enough to check for dependencies");
2608     // If J is now in the use set of I, then trackUsesOfI will return true
2609     // and we have a dependency cycle (and the fusing operation must abort).
2610     return !trackUsesOfI(Users, WriteSet, I, J, true, &LoadMoveSet);
2611   }
2612
2613   // Move all uses of the function I (including pairing-induced uses) after J.
2614   void BBVectorize::moveUsesOfIAfterJ(BasicBlock &BB,
2615                      std::multimap<Value *, Value *> &LoadMoveSet,
2616                      Instruction *&InsertionPt,
2617                      Instruction *I, Instruction *J) {
2618     // Skip to the first instruction past I.
2619     BasicBlock::iterator L = llvm::next(BasicBlock::iterator(I));
2620
2621     DenseSet<Value *> Users;
2622     AliasSetTracker WriteSet(*AA);
2623     for (; cast<Instruction>(L) != J;) {
2624       if (trackUsesOfI(Users, WriteSet, I, L, true, &LoadMoveSet)) {
2625         // Move this instruction
2626         Instruction *InstToMove = L; ++L;
2627
2628         DEBUG(dbgs() << "BBV: moving: " << *InstToMove <<
2629                         " to after " << *InsertionPt << "\n");
2630         InstToMove->removeFromParent();
2631         InstToMove->insertAfter(InsertionPt);
2632         InsertionPt = InstToMove;
2633       } else {
2634         ++L;
2635       }
2636     }
2637   }
2638
2639   // Collect all load instruction that are in the move set of a given first
2640   // pair member.  These loads depend on the first instruction, I, and so need
2641   // to be moved after J (the second instruction) when the pair is fused.
2642   void BBVectorize::collectPairLoadMoveSet(BasicBlock &BB,
2643                      DenseMap<Value *, Value *> &ChosenPairs,
2644                      std::multimap<Value *, Value *> &LoadMoveSet,
2645                      Instruction *I) {
2646     // Skip to the first instruction past I.
2647     BasicBlock::iterator L = llvm::next(BasicBlock::iterator(I));
2648
2649     DenseSet<Value *> Users;
2650     AliasSetTracker WriteSet(*AA);
2651
2652     // Note: We cannot end the loop when we reach J because J could be moved
2653     // farther down the use chain by another instruction pairing. Also, J
2654     // could be before I if this is an inverted input.
2655     for (BasicBlock::iterator E = BB.end(); cast<Instruction>(L) != E; ++L) {
2656       if (trackUsesOfI(Users, WriteSet, I, L)) {
2657         if (L->mayReadFromMemory())
2658           LoadMoveSet.insert(ValuePair(L, I));
2659       }
2660     }
2661   }
2662
2663   // In cases where both load/stores and the computation of their pointers
2664   // are chosen for vectorization, we can end up in a situation where the
2665   // aliasing analysis starts returning different query results as the
2666   // process of fusing instruction pairs continues. Because the algorithm
2667   // relies on finding the same use trees here as were found earlier, we'll
2668   // need to precompute the necessary aliasing information here and then
2669   // manually update it during the fusion process.
2670   void BBVectorize::collectLoadMoveSet(BasicBlock &BB,
2671                      std::vector<Value *> &PairableInsts,
2672                      DenseMap<Value *, Value *> &ChosenPairs,
2673                      std::multimap<Value *, Value *> &LoadMoveSet) {
2674     for (std::vector<Value *>::iterator PI = PairableInsts.begin(),
2675          PIE = PairableInsts.end(); PI != PIE; ++PI) {
2676       DenseMap<Value *, Value *>::iterator P = ChosenPairs.find(*PI);
2677       if (P == ChosenPairs.end()) continue;
2678
2679       Instruction *I = cast<Instruction>(P->first);
2680       collectPairLoadMoveSet(BB, ChosenPairs, LoadMoveSet, I);
2681     }
2682   }
2683
2684   // When the first instruction in each pair is cloned, it will inherit its
2685   // parent's metadata. This metadata must be combined with that of the other
2686   // instruction in a safe way.
2687   void BBVectorize::combineMetadata(Instruction *K, const Instruction *J) {
2688     SmallVector<std::pair<unsigned, MDNode*>, 4> Metadata;
2689     K->getAllMetadataOtherThanDebugLoc(Metadata);
2690     for (unsigned i = 0, n = Metadata.size(); i < n; ++i) {
2691       unsigned Kind = Metadata[i].first;
2692       MDNode *JMD = J->getMetadata(Kind);
2693       MDNode *KMD = Metadata[i].second;
2694
2695       switch (Kind) {
2696       default:
2697         K->setMetadata(Kind, 0); // Remove unknown metadata
2698         break;
2699       case LLVMContext::MD_tbaa:
2700         K->setMetadata(Kind, MDNode::getMostGenericTBAA(JMD, KMD));
2701         break;
2702       case LLVMContext::MD_fpmath:
2703         K->setMetadata(Kind, MDNode::getMostGenericFPMath(JMD, KMD));
2704         break;
2705       }
2706     }
2707   }
2708
2709   // This function fuses the chosen instruction pairs into vector instructions,
2710   // taking care preserve any needed scalar outputs and, then, it reorders the
2711   // remaining instructions as needed (users of the first member of the pair
2712   // need to be moved to after the location of the second member of the pair
2713   // because the vector instruction is inserted in the location of the pair's
2714   // second member).
2715   void BBVectorize::fuseChosenPairs(BasicBlock &BB,
2716                      std::vector<Value *> &PairableInsts,
2717                      DenseMap<Value *, Value *> &ChosenPairs,
2718                      DenseSet<ValuePair> &FixedOrderPairs,
2719                      DenseMap<VPPair, unsigned> &PairConnectionTypes,
2720                      std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs,
2721                      std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairDeps) {
2722     LLVMContext& Context = BB.getContext();
2723
2724     // During the vectorization process, the order of the pairs to be fused
2725     // could be flipped. So we'll add each pair, flipped, into the ChosenPairs
2726     // list. After a pair is fused, the flipped pair is removed from the list.
2727     DenseSet<ValuePair> FlippedPairs;
2728     for (DenseMap<Value *, Value *>::iterator P = ChosenPairs.begin(),
2729          E = ChosenPairs.end(); P != E; ++P)
2730       FlippedPairs.insert(ValuePair(P->second, P->first));
2731     for (DenseSet<ValuePair>::iterator P = FlippedPairs.begin(),
2732          E = FlippedPairs.end(); P != E; ++P)
2733       ChosenPairs.insert(*P);
2734
2735     std::multimap<Value *, Value *> LoadMoveSet;
2736     collectLoadMoveSet(BB, PairableInsts, ChosenPairs, LoadMoveSet);
2737
2738     DEBUG(dbgs() << "BBV: initial: \n" << BB << "\n");
2739
2740     for (BasicBlock::iterator PI = BB.getFirstInsertionPt(); PI != BB.end();) {
2741       DenseMap<Value *, Value *>::iterator P = ChosenPairs.find(PI);
2742       if (P == ChosenPairs.end()) {
2743         ++PI;
2744         continue;
2745       }
2746
2747       if (getDepthFactor(P->first) == 0) {
2748         // These instructions are not really fused, but are tracked as though
2749         // they are. Any case in which it would be interesting to fuse them
2750         // will be taken care of by InstCombine.
2751         --NumFusedOps;
2752         ++PI;
2753         continue;
2754       }
2755
2756       Instruction *I = cast<Instruction>(P->first),
2757         *J = cast<Instruction>(P->second);
2758
2759       DEBUG(dbgs() << "BBV: fusing: " << *I <<
2760              " <-> " << *J << "\n");
2761
2762       // Remove the pair and flipped pair from the list.
2763       DenseMap<Value *, Value *>::iterator FP = ChosenPairs.find(P->second);
2764       assert(FP != ChosenPairs.end() && "Flipped pair not found in list");
2765       ChosenPairs.erase(FP);
2766       ChosenPairs.erase(P);
2767
2768       if (!canMoveUsesOfIAfterJ(BB, LoadMoveSet, I, J)) {
2769         DEBUG(dbgs() << "BBV: fusion of: " << *I <<
2770                " <-> " << *J <<
2771                " aborted because of non-trivial dependency cycle\n");
2772         --NumFusedOps;
2773         ++PI;
2774         continue;
2775       }
2776
2777       // If the pair must have the other order, then flip it.
2778       bool FlipPairOrder = FixedOrderPairs.count(ValuePair(J, I));
2779       if (!FlipPairOrder && !FixedOrderPairs.count(ValuePair(I, J))) {
2780         // This pair does not have a fixed order, and so we might want to
2781         // flip it if that will yield fewer shuffles. We count the number
2782         // of dependencies connected via swaps, and those directly connected,
2783         // and flip the order if the number of swaps is greater.
2784         bool OrigOrder = true;
2785         VPPIteratorPair IP = ConnectedPairDeps.equal_range(ValuePair(I, J));
2786         if (IP.first == ConnectedPairDeps.end()) {
2787           IP = ConnectedPairDeps.equal_range(ValuePair(J, I));
2788           OrigOrder = false;
2789         }
2790
2791         if (IP.first != ConnectedPairDeps.end()) {
2792           unsigned NumDepsDirect = 0, NumDepsSwap = 0;
2793           for (std::multimap<ValuePair, ValuePair>::iterator Q = IP.first;
2794                Q != IP.second; ++Q) {
2795             DenseMap<VPPair, unsigned>::iterator R =
2796               PairConnectionTypes.find(VPPair(Q->second, Q->first));
2797             assert(R != PairConnectionTypes.end() &&
2798                    "Cannot find pair connection type");
2799             if (R->second == PairConnectionDirect)
2800               ++NumDepsDirect;
2801             else if (R->second == PairConnectionSwap)
2802               ++NumDepsSwap;
2803           }
2804
2805           if (!OrigOrder)
2806             std::swap(NumDepsDirect, NumDepsSwap);
2807
2808           if (NumDepsSwap > NumDepsDirect) {
2809             FlipPairOrder = true;
2810             DEBUG(dbgs() << "BBV: reordering pair: " << *I <<
2811                             " <-> " << *J << "\n");
2812           }
2813         }
2814       }
2815
2816       Instruction *L = I, *H = J;
2817       if (FlipPairOrder)
2818         std::swap(H, L);
2819
2820       // If the pair being fused uses the opposite order from that in the pair
2821       // connection map, then we need to flip the types.
2822       VPPIteratorPair IP = ConnectedPairs.equal_range(ValuePair(H, L));
2823       for (std::multimap<ValuePair, ValuePair>::iterator Q = IP.first;
2824            Q != IP.second; ++Q) {
2825         DenseMap<VPPair, unsigned>::iterator R = PairConnectionTypes.find(*Q);
2826         assert(R != PairConnectionTypes.end() &&
2827                "Cannot find pair connection type");
2828         if (R->second == PairConnectionDirect)
2829           R->second = PairConnectionSwap;
2830         else if (R->second == PairConnectionSwap)
2831           R->second = PairConnectionDirect;
2832       }
2833
2834       bool LBeforeH = !FlipPairOrder;
2835       unsigned NumOperands = I->getNumOperands();
2836       SmallVector<Value *, 3> ReplacedOperands(NumOperands);
2837       getReplacementInputsForPair(Context, L, H, ReplacedOperands,
2838                                   LBeforeH);
2839
2840       // Make a copy of the original operation, change its type to the vector
2841       // type and replace its operands with the vector operands.
2842       Instruction *K = L->clone();
2843       if (L->hasName())
2844         K->takeName(L);
2845       else if (H->hasName())
2846         K->takeName(H);
2847
2848       if (!isa<StoreInst>(K))
2849         K->mutateType(getVecTypeForPair(L->getType(), H->getType()));
2850
2851       combineMetadata(K, H);
2852
2853       for (unsigned o = 0; o < NumOperands; ++o)
2854         K->setOperand(o, ReplacedOperands[o]);
2855
2856       K->insertAfter(J);
2857
2858       // Instruction insertion point:
2859       Instruction *InsertionPt = K;
2860       Instruction *K1 = 0, *K2 = 0;
2861       replaceOutputsOfPair(Context, L, H, K, InsertionPt, K1, K2);
2862
2863       // The use tree of the first original instruction must be moved to after
2864       // the location of the second instruction. The entire use tree of the
2865       // first instruction is disjoint from the input tree of the second
2866       // (by definition), and so commutes with it.
2867
2868       moveUsesOfIAfterJ(BB, LoadMoveSet, InsertionPt, I, J);
2869
2870       if (!isa<StoreInst>(I)) {
2871         L->replaceAllUsesWith(K1);
2872         H->replaceAllUsesWith(K2);
2873         AA->replaceWithNewValue(L, K1);
2874         AA->replaceWithNewValue(H, K2);
2875       }
2876
2877       // Instructions that may read from memory may be in the load move set.
2878       // Once an instruction is fused, we no longer need its move set, and so
2879       // the values of the map never need to be updated. However, when a load
2880       // is fused, we need to merge the entries from both instructions in the
2881       // pair in case those instructions were in the move set of some other
2882       // yet-to-be-fused pair. The loads in question are the keys of the map.
2883       if (I->mayReadFromMemory()) {
2884         std::vector<ValuePair> NewSetMembers;
2885         VPIteratorPair IPairRange = LoadMoveSet.equal_range(I);
2886         VPIteratorPair JPairRange = LoadMoveSet.equal_range(J);
2887         for (std::multimap<Value *, Value *>::iterator N = IPairRange.first;
2888              N != IPairRange.second; ++N)
2889           NewSetMembers.push_back(ValuePair(K, N->second));
2890         for (std::multimap<Value *, Value *>::iterator N = JPairRange.first;
2891              N != JPairRange.second; ++N)
2892           NewSetMembers.push_back(ValuePair(K, N->second));
2893         for (std::vector<ValuePair>::iterator A = NewSetMembers.begin(),
2894              AE = NewSetMembers.end(); A != AE; ++A)
2895           LoadMoveSet.insert(*A);
2896       }
2897
2898       // Before removing I, set the iterator to the next instruction.
2899       PI = llvm::next(BasicBlock::iterator(I));
2900       if (cast<Instruction>(PI) == J)
2901         ++PI;
2902
2903       SE->forgetValue(I);
2904       SE->forgetValue(J);
2905       I->eraseFromParent();
2906       J->eraseFromParent();
2907
2908       DEBUG(if (PrintAfterEveryPair) dbgs() << "BBV: block is now: \n" <<
2909                                                BB << "\n");
2910     }
2911
2912     DEBUG(dbgs() << "BBV: final: \n" << BB << "\n");
2913   }
2914 }
2915
2916 char BBVectorize::ID = 0;
2917 static const char bb_vectorize_name[] = "Basic-Block Vectorization";
2918 INITIALIZE_PASS_BEGIN(BBVectorize, BBV_NAME, bb_vectorize_name, false, false)
2919 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
2920 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
2921 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolution)
2922 INITIALIZE_PASS_END(BBVectorize, BBV_NAME, bb_vectorize_name, false, false)
2923
2924 BasicBlockPass *llvm::createBBVectorizePass(const VectorizeConfig &C) {
2925   return new BBVectorize(C);
2926 }
2927
2928 bool
2929 llvm::vectorizeBasicBlock(Pass *P, BasicBlock &BB, const VectorizeConfig &C) {
2930   BBVectorize BBVectorizer(P, C);
2931   return BBVectorizer.vectorizeBB(BB);
2932 }
2933
2934 //===----------------------------------------------------------------------===//
2935 VectorizeConfig::VectorizeConfig() {
2936   VectorBits = ::VectorBits;
2937   VectorizeBools = !::NoBools;
2938   VectorizeInts = !::NoInts;
2939   VectorizeFloats = !::NoFloats;
2940   VectorizePointers = !::NoPointers;
2941   VectorizeCasts = !::NoCasts;
2942   VectorizeMath = !::NoMath;
2943   VectorizeFMA = !::NoFMA;
2944   VectorizeSelect = !::NoSelect;
2945   VectorizeCmp = !::NoCmp;
2946   VectorizeGEP = !::NoGEP;
2947   VectorizeMemOps = !::NoMemOps;
2948   AlignedOnly = ::AlignedOnly;
2949   ReqChainDepth= ::ReqChainDepth;
2950   SearchLimit = ::SearchLimit;
2951   MaxCandPairsForCycleCheck = ::MaxCandPairsForCycleCheck;
2952   SplatBreaksChain = ::SplatBreaksChain;
2953   MaxInsts = ::MaxInsts;
2954   MaxIter = ::MaxIter;
2955   Pow2LenOnly = ::Pow2LenOnly;
2956   NoMemOpBoost = ::NoMemOpBoost;
2957   FastDep = ::FastDep;
2958 }