lib/Transforms/Vectorize/SLPVectorizer.cpp

   1 //===- SLPVectorizer.cpp - A bottom up SLP 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 // This pass implements the Bottom Up SLP vectorizer. It detects consecutive
  10 // stores that can be put together into vector-stores. Next, it attempts to
  11 // construct vectorizable tree using the use-def chains. If a profitable tree
  12 // was found, the SLP vectorizer performs vectorization on the tree.
  13 //
  14 // The pass is inspired by the work described in the paper:
  15 //  "Loop-Aware SLP in GCC" by Ira Rosen, Dorit Nuzman, Ayal Zaks.
  16 //
  17 //===----------------------------------------------------------------------===//
  18 #define SV_NAME "slp-vectorizer"
  19 #define DEBUG_TYPE "SLP"
  20
  21 #include "llvm/Transforms/Vectorize.h"
  22 #include "llvm/ADT/MapVector.h"
  23 #include "llvm/ADT/PostOrderIterator.h"
  24 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
  25 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
  26 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolution.h"
  27 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
  28 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
  29 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
  30 #include "llvm/Analysis/Verifier.h"
  31 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
  32 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
  33 #include "llvm/IR/Instructions.h"
  34 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
  35 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
  36 #include "llvm/IR/Module.h"
  37 #include "llvm/IR/Type.h"
  38 #include "llvm/IR/Value.h"
  39 #include "llvm/Pass.h"
  40 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  41 #include "llvm/Support/Debug.h"
  42 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  43 #include <algorithm>
  44 #include <map>
  45
  46 using namespace llvm;
  47
  48 static cl::opt<int>
  49     SLPCostThreshold("slp-threshold", cl::init(0), cl::Hidden,
  50                      cl::desc("Only vectorize if you gain more than this "
  51                               "number "));
  52 namespace {
  53
  54 static const unsigned MinVecRegSize = 128;
  55
  56 static const unsigned RecursionMaxDepth = 12;
  57
  58 /// RAII pattern to save the insertion point of the IR builder.
  59 class BuilderLocGuard {
  60 public:
  61   BuilderLocGuard(IRBuilder<> &B) : Builder(B), Loc(B.GetInsertPoint()) {}
  62   ~BuilderLocGuard() { if (Loc) Builder.SetInsertPoint(Loc); }
  63
  64 private:
  65   // Prevent copying.
  66   BuilderLocGuard(const BuilderLocGuard &);
  67   BuilderLocGuard &operator=(const BuilderLocGuard &);
  68   IRBuilder<> &Builder;
  69   AssertingVH<Instruction> Loc;
  70 };
  71
  72 /// A helper class for numbering instructions in multible blocks.
  73 /// Numbers starts at zero for each basic block.
  74 struct BlockNumbering {
  75
  76   BlockNumbering(BasicBlock *Bb) : BB(Bb), Valid(false) {}
  77
  78   BlockNumbering() : BB(0), Valid(false) {}
  79
  80   void numberInstructions() {
  81     unsigned Loc = 0;
  82     InstrIdx.clear();
  83     InstrVec.clear();
  84     // Number the instructions in the block.
  85     for (BasicBlock::iterator it = BB->begin(), e = BB->end(); it != e; ++it) {
  86       InstrIdx[it] = Loc++;
  87       InstrVec.push_back(it);
  88       assert(InstrVec[InstrIdx[it]] == it && "Invalid allocation");
  89     }
  90     Valid = true;
  91   }
  92
  93   int getIndex(Instruction *I) {
  94     assert(I->getParent() == BB && "Invalid instruction");
  95     if (!Valid)
  96       numberInstructions();
  97     assert(InstrIdx.count(I) && "Unknown instruction");
  98     return InstrIdx[I];
  99   }
 100
 101   Instruction *getInstruction(unsigned loc) {
 102     if (!Valid)
 103       numberInstructions();
 104     assert(InstrVec.size() > loc && "Invalid Index");
 105     return InstrVec[loc];
 106   }
 107
 108   void forget() { Valid = false; }
 109
 110 private:
 111   /// The block we are numbering.
 112   BasicBlock *BB;
 113   /// Is the block numbered.
 114   bool Valid;
 115   /// Maps instructions to numbers and back.
 116   SmallDenseMap<Instruction *, int> InstrIdx;
 117   /// Maps integers to Instructions.
 118   SmallVector<Instruction *, 32> InstrVec;
 119 };
 120
 121 /// \returns the parent basic block if all of the instructions in \p VL
 122 /// are in the same block or null otherwise.
 123 static BasicBlock *getSameBlock(ArrayRef<Value *> VL) {
 124   Instruction *I0 = dyn_cast<Instruction>(VL[0]);
 125   if (!I0)
 126     return 0;
 127   BasicBlock *BB = I0->getParent();
 128   for (int i = 1, e = VL.size(); i < e; i++) {
 129     Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(VL[i]);
 130     if (!I)
 131       return 0;
 132
 133     if (BB != I->getParent())
 134       return 0;
 135   }
 136   return BB;
 137 }
 138
 139 /// \returns True if all of the values in \p VL are constants.
 140 static bool allConstant(ArrayRef<Value *> VL) {
 141   for (unsigned i = 0, e = VL.size(); i < e; ++i)
 142     if (!isa<Constant>(VL[i]))
 143       return false;
 144   return true;
 145 }
 146
 147 /// \returns True if all of the values in \p VL are identical.
 148 static bool isSplat(ArrayRef<Value *> VL) {
 149   for (unsigned i = 1, e = VL.size(); i < e; ++i)
 150     if (VL[i] != VL[0])
 151       return false;
 152   return true;
 153 }
 154
 155 /// \returns The opcode if all of the Instructions in \p VL have the same
 156 /// opcode, or zero.
 157 static unsigned getSameOpcode(ArrayRef<Value *> VL) {
 158   Instruction *I0 = dyn_cast<Instruction>(VL[0]);
 159   if (!I0)
 160     return 0;
 161   unsigned Opcode = I0->getOpcode();
 162   for (int i = 1, e = VL.size(); i < e; i++) {
 163     Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(VL[i]);
 164     if (!I || Opcode != I->getOpcode())
 165       return 0;
 166   }
 167   return Opcode;
 168 }
 169
 170 /// \returns The type that all of the values in \p VL have or null if there
 171 /// are different types.
 172 static Type* getSameType(ArrayRef<Value *> VL) {
 173   Type *Ty = VL[0]->getType();
 174   for (int i = 1, e = VL.size(); i < e; i++)
 175     if (VL[i]->getType() != Ty)
 176       return 0;
 177
 178   return Ty;
 179 }
 180
 181 /// \returns True if the ExtractElement instructions in VL can be vectorized
 182 /// to use the original vector.
 183 static bool CanReuseExtract(ArrayRef<Value *> VL) {
 184   assert(Instruction::ExtractElement == getSameOpcode(VL) && "Invalid opcode");
 185   // Check if all of the extracts come from the same vector and from the
 186   // correct offset.
 187   Value *VL0 = VL[0];
 188   ExtractElementInst *E0 = cast<ExtractElementInst>(VL0);
 189   Value *Vec = E0->getOperand(0);
 190
 191   // We have to extract from the same vector type.
 192   unsigned NElts = Vec->getType()->getVectorNumElements();
 193
 194   if (NElts != VL.size())
 195     return false;
 196
 197   // Check that all of the indices extract from the correct offset.
 198   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(E0->getOperand(1));
 199   if (!CI || CI->getZExtValue())
 200     return false;
 201
 202   for (unsigned i = 1, e = VL.size(); i < e; ++i) {
 203     ExtractElementInst *E = cast<ExtractElementInst>(VL[i]);
 204     ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(E->getOperand(1));
 205
 206     if (!CI || CI->getZExtValue() != i || E->getOperand(0) != Vec)
 207       return false;
 208   }
 209
 210   return true;
 211 }
 212
 213 /// Bottom Up SLP Vectorizer.
 214 class BoUpSLP {
 215 public:
 216   typedef SmallVector<Value *, 8> ValueList;
 217   typedef SmallVector<Instruction *, 16> InstrList;
 218   typedef SmallPtrSet<Value *, 16> ValueSet;
 219   typedef SmallVector<StoreInst *, 8> StoreList;
 220
 221   BoUpSLP(Function *Func, ScalarEvolution *Se, DataLayout *Dl,
 222           TargetTransformInfo *Tti, AliasAnalysis *Aa, LoopInfo *Li,
 223           DominatorTree *Dt) :
 224     F(Func), SE(Se), DL(Dl), TTI(Tti), AA(Aa), LI(Li), DT(Dt),
 225     Builder(Se->getContext()) {
 226       // Setup the block numbering utility for all of the blocks in the
 227       // function.
 228       for (Function::iterator it = F->begin(), e = F->end(); it != e; ++it) {
 229         BasicBlock *BB = it;
 230         BlocksNumbers[BB] = BlockNumbering(BB);
 231       }
 232     }
 233
 234   /// \brief Vectorize the tree that starts with the elements in \p VL.
 235   void vectorizeTree();
 236
 237   /// \returns the vectorization cost of the subtree that starts at \p VL.
 238   /// A negative number means that this is profitable.
 239   int getTreeCost();
 240
 241   /// Construct a vectorizable tree that starts at \p Roots.
 242   void buildTree(ArrayRef<Value *> Roots);
 243
 244   /// Clear the internal data structures that are created by 'buildTree'.
 245   void deleteTree() {
 246     VectorizableTree.clear();
 247     ScalarToTreeEntry.clear();
 248     MustGather.clear();
 249     ExternalUses.clear();
 250     MemBarrierIgnoreList.clear();
 251   }
 252
 253   /// \returns true if the memory operations A and B are consecutive.
 254   bool isConsecutiveAccess(Value *A, Value *B);
 255
 256   /// \brief Perform LICM and CSE on the newly generated gather sequences.
 257   void optimizeGatherSequence();
 258 private:
 259   struct TreeEntry;
 260
 261   /// \returns the cost of the vectorizable entry.
 262   int getEntryCost(TreeEntry *E);
 263
 264   /// This is the recursive part of buildTree.
 265   void buildTree_rec(ArrayRef<Value *> Roots, unsigned Depth);
 266
 267   /// Vectorize a single entry in the tree.
 268   Value *vectorizeTree(TreeEntry *E);
 269
 270   /// Vectorize a single entry in the tree, starting in \p VL.
 271   Value *vectorizeTree(ArrayRef<Value *> VL);
 272
 273   /// \returns the pointer to the vectorized value if \p VL is already
 274   /// vectorized, or NULL. They may happen in cycles.
 275   Value *alreadyVectorized(ArrayRef<Value *> VL);
 276
 277   /// \brief Take the pointer operand from the Load/Store instruction.
 278   /// \returns NULL if this is not a valid Load/Store instruction.
 279   static Value *getPointerOperand(Value *I);
 280
 281   /// \brief Take the address space operand from the Load/Store instruction.
 282   /// \returns -1 if this is not a valid Load/Store instruction.
 283   static unsigned getAddressSpaceOperand(Value *I);
 284
 285   /// \returns the scalarization cost for this type. Scalarization in this
 286   /// context means the creation of vectors from a group of scalars.
 287   int getGatherCost(Type *Ty);
 288
 289   /// \returns the scalarization cost for this list of values. Assuming that
 290   /// this subtree gets vectorized, we may need to extract the values from the
 291   /// roots. This method calculates the cost of extracting the values.
 292   int getGatherCost(ArrayRef<Value *> VL);
 293
 294   /// \returns the AA location that is being access by the instruction.
 295   AliasAnalysis::Location getLocation(Instruction *I);
 296
 297   /// \brief Checks if it is possible to sink an instruction from
 298   /// \p Src to \p Dst.
 299   /// \returns the pointer to the barrier instruction if we can't sink.
 300   Value *getSinkBarrier(Instruction *Src, Instruction *Dst);
 301
 302   /// \returns the index of the last instrucion in the BB from \p VL.
 303   int getLastIndex(ArrayRef<Value *> VL);
 304
 305   /// \returns the Instrucion in the bundle \p VL.
 306   Instruction *getLastInstruction(ArrayRef<Value *> VL);
 307
 308   /// \returns a vector from a collection of scalars in \p VL.
 309   Value *Gather(ArrayRef<Value *> VL, VectorType *Ty);
 310
 311   struct TreeEntry {
 312     TreeEntry() : Scalars(), VectorizedValue(0), LastScalarIndex(0),
 313     NeedToGather(0) {}
 314
 315     /// \returns true if the scalars in VL are equal to this entry.
 316     bool isSame(ArrayRef<Value *> VL) {
 317       assert(VL.size() == Scalars.size() && "Invalid size");
 318       for (int i = 0, e = VL.size(); i != e; ++i)
 319         if (VL[i] != Scalars[i])
 320           return false;
 321       return true;
 322     }
 323
 324     /// A vector of scalars.
 325     ValueList Scalars;
 326
 327     /// The Scalars are vectorized into this value. It is initialized to Null.
 328     Value *VectorizedValue;
 329
 330     /// The index in the basic block of the last scalar.
 331     int LastScalarIndex;
 332
 333     /// Do we need to gather this sequence ?
 334     bool NeedToGather;
 335   };
 336
 337   /// Create a new VectorizableTree entry.
 338   TreeEntry *newTreeEntry(ArrayRef<Value *> VL, bool Vectorized) {
 339     VectorizableTree.push_back(TreeEntry());
 340     int idx = VectorizableTree.size() - 1;
 341     TreeEntry *Last = &VectorizableTree[idx];
 342     Last->Scalars.insert(Last->Scalars.begin(), VL.begin(), VL.end());
 343     Last->NeedToGather = !Vectorized;
 344     if (Vectorized) {
 345       Last->LastScalarIndex = getLastIndex(VL);
 346       for (int i = 0, e = VL.size(); i != e; ++i) {
 347         assert(!ScalarToTreeEntry.count(VL[i]) && "Scalar already in tree!");
 348         ScalarToTreeEntry[VL[i]] = idx;
 349       }
 350     } else {
 351       Last->LastScalarIndex = 0;
 352       MustGather.insert(VL.begin(), VL.end());
 353     }
 354     return Last;
 355   }
 356
 357   /// -- Vectorization State --
 358   /// Holds all of the tree entries.
 359   std::vector<TreeEntry> VectorizableTree;
 360
 361   /// Maps a specific scalar to its tree entry.
 362   SmallDenseMap<Value*, int> ScalarToTreeEntry;
 363
 364   /// A list of scalars that we found that we need to keep as scalars.
 365   ValueSet MustGather;
 366
 367   /// This POD struct describes one external user in the vectorized tree.
 368   struct ExternalUser {
 369     ExternalUser (Value *S, llvm::User *U, int L) :
 370       Scalar(S), User(U), Lane(L){};
 371     // Which scalar in our function.
 372     Value *Scalar;
 373     // Which user that uses the scalar.
 374     llvm::User *User;
 375     // Which lane does the scalar belong to.
 376     int Lane;
 377   };
 378   typedef SmallVector<ExternalUser, 16> UserList;
 379
 380   /// A list of values that need to extracted out of the tree.
 381   /// This list holds pairs of (Internal Scalar : External User).
 382   UserList ExternalUses;
 383
 384   /// A list of instructions to ignore while sinking
 385   /// memory instructions. This map must be reset between runs of getCost.
 386   ValueSet MemBarrierIgnoreList;
 387
 388   /// Holds all of the instructions that we gathered.
 389   SetVector<Instruction *> GatherSeq;
 390
 391   /// Numbers instructions in different blocks.
 392   DenseMap<BasicBlock *, BlockNumbering> BlocksNumbers;
 393
 394   // Analysis and block reference.
 395   Function *F;
 396   ScalarEvolution *SE;
 397   DataLayout *DL;
 398   TargetTransformInfo *TTI;
 399   AliasAnalysis *AA;
 400   LoopInfo *LI;
 401   DominatorTree *DT;
 402   /// Instruction builder to construct the vectorized tree.
 403   IRBuilder<> Builder;
 404 };
 405
 406 void BoUpSLP::buildTree(ArrayRef<Value *> Roots) {
 407   deleteTree();
 408   if (!getSameType(Roots))
 409     return;
 410   buildTree_rec(Roots, 0);
 411
 412   // Collect the values that we need to extract from the tree.
 413   for (int EIdx = 0, EE = VectorizableTree.size(); EIdx < EE; ++EIdx) {
 414     TreeEntry *Entry = &VectorizableTree[EIdx];
 415
 416     // For each lane:
 417     for (int Lane = 0, LE = Entry->Scalars.size(); Lane != LE; ++Lane) {
 418       Value *Scalar = Entry->Scalars[Lane];
 419
 420       // No need to handle users of gathered values.
 421       if (Entry->NeedToGather)
 422         continue;
 423
 424       for (Value::use_iterator User = Scalar->use_begin(),
 425            UE = Scalar->use_end(); User != UE; ++User) {
 426         DEBUG(dbgs() << "SLP: Checking user:" << **User << ".\n");
 427
 428         bool Gathered = MustGather.count(*User);
 429
 430         // Skip in-tree scalars that become vectors.
 431         if (ScalarToTreeEntry.count(*User) && !Gathered) {
 432           DEBUG(dbgs() << "SLP: \tInternal user will be removed:" <<
 433                 **User << ".\n");
 434           int Idx = ScalarToTreeEntry[*User]; (void) Idx;
 435           assert(!VectorizableTree[Idx].NeedToGather && "Bad state");
 436           continue;
 437         }
 438
 439         if (!isa<Instruction>(*User))
 440           continue;
 441
 442         DEBUG(dbgs() << "SLP: Need to extract:" << **User << " from lane " <<
 443               Lane << " from " << *Scalar << ".\n");
 444         ExternalUses.push_back(ExternalUser(Scalar, *User, Lane));
 445       }
 446     }
 447   }
 448 }
 449
 450
 451 void BoUpSLP::buildTree_rec(ArrayRef<Value *> VL, unsigned Depth) {
 452   bool SameTy = getSameType(VL); (void)SameTy;
 453   assert(SameTy && "Invalid types!");
 454
 455   if (Depth == RecursionMaxDepth) {
 456     DEBUG(dbgs() << "SLP: Gathering due to max recursion depth.\n");
 457     newTreeEntry(VL, false);
 458     return;
 459   }
 460
 461   // Don't handle vectors.
 462   if (VL[0]->getType()->isVectorTy()) {
 463     DEBUG(dbgs() << "SLP: Gathering due to vector type.\n");
 464     newTreeEntry(VL, false);
 465     return;
 466   }
 467
 468   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(VL[0]))
 469     if (SI->getValueOperand()->getType()->isVectorTy()) {
 470       DEBUG(dbgs() << "SLP: Gathering due to store vector type.\n");
 471       newTreeEntry(VL, false);
 472       return;
 473     }
 474
 475   // If all of the operands are identical or constant we have a simple solution.
 476   if (allConstant(VL) || isSplat(VL) || !getSameBlock(VL) ||
 477       !getSameOpcode(VL)) {
 478     DEBUG(dbgs() << "SLP: Gathering due to C,S,B,O. \n");
 479     newTreeEntry(VL, false);
 480     return;
 481   }
 482
 483   // We now know that this is a vector of instructions of the same type from
 484   // the same block.
 485
 486   // Check if this is a duplicate of another entry.
 487   if (ScalarToTreeEntry.count(VL[0])) {
 488     int Idx = ScalarToTreeEntry[VL[0]];
 489     TreeEntry *E = &VectorizableTree[Idx];
 490     for (unsigned i = 0, e = VL.size(); i != e; ++i) {
 491       DEBUG(dbgs() << "SLP: \tChecking bundle: " << *VL[i] << ".\n");
 492       if (E->Scalars[i] != VL[i]) {
 493         DEBUG(dbgs() << "SLP: Gathering due to partial overlap.\n");
 494         newTreeEntry(VL, false);
 495         return;
 496       }
 497     }
 498     DEBUG(dbgs() << "SLP: Perfect diamond merge at " << *VL[0] << ".\n");
 499     return;
 500   }
 501
 502   // Check that none of the instructions in the bundle are already in the tree.
 503   for (unsigned i = 0, e = VL.size(); i != e; ++i) {
 504     if (ScalarToTreeEntry.count(VL[i])) {
 505       DEBUG(dbgs() << "SLP: The instruction (" << *VL[i] <<
 506             ") is already in tree.\n");
 507       newTreeEntry(VL, false);
 508       return;
 509     }
 510   }
 511
 512   // If any of the scalars appears in the table OR it is marked as a value that
 513   // needs to stat scalar then we need to gather the scalars.
 514   for (unsigned i = 0, e = VL.size(); i != e; ++i) {
 515     if (ScalarToTreeEntry.count(VL[i]) || MustGather.count(VL[i])) {
 516       DEBUG(dbgs() << "SLP: Gathering due to gathered scalar. \n");
 517       newTreeEntry(VL, false);
 518       return;
 519     }
 520   }
 521
 522   // Check that all of the users of the scalars that we want to vectorize are
 523   // schedulable.
 524   Instruction *VL0 = cast<Instruction>(VL[0]);
 525   int MyLastIndex = getLastIndex(VL);
 526   BasicBlock *BB = cast<Instruction>(VL0)->getParent();
 527
 528   for (unsigned i = 0, e = VL.size(); i != e; ++i) {
 529     Instruction *Scalar = cast<Instruction>(VL[i]);
 530     DEBUG(dbgs() << "SLP: Checking users of  " << *Scalar << ". \n");
 531     for (Value::use_iterator U = Scalar->use_begin(), UE = Scalar->use_end();
 532          U != UE; ++U) {
 533       DEBUG(dbgs() << "SLP: \tUser " << **U << ". \n");
 534       Instruction *User = dyn_cast<Instruction>(*U);
 535       if (!User) {
 536         DEBUG(dbgs() << "SLP: Gathering due unknown user. \n");
 537         newTreeEntry(VL, false);
 538         return;
 539       }
 540
 541       // We don't care if the user is in a different basic block.
 542       BasicBlock *UserBlock = User->getParent();
 543       if (UserBlock != BB) {
 544         DEBUG(dbgs() << "SLP: User from a different basic block "
 545               << *User << ". \n");
 546         continue;
 547       }
 548
 549       // If this is a PHINode within this basic block then we can place the
 550       // extract wherever we want.
 551       if (isa<PHINode>(*User)) {
 552         DEBUG(dbgs() << "SLP: \tWe can schedule PHIs:" << *User << ". \n");
 553         continue;
 554       }
 555
 556       // Check if this is a safe in-tree user.
 557       if (ScalarToTreeEntry.count(User)) {
 558         int Idx = ScalarToTreeEntry[User];
 559         int VecLocation = VectorizableTree[Idx].LastScalarIndex;
 560         if (VecLocation <= MyLastIndex) {
 561           DEBUG(dbgs() << "SLP: Gathering due to unschedulable vector. \n");
 562           newTreeEntry(VL, false);
 563           return;
 564         }
 565         DEBUG(dbgs() << "SLP: In-tree user (" << *User << ") at #" <<
 566               VecLocation << " vector value (" << *Scalar << ") at #"
 567               << MyLastIndex << ".\n");
 568         continue;
 569       }
 570
 571       // Make sure that we can schedule this unknown user.
 572       BlockNumbering &BN = BlocksNumbers[BB];
 573       int UserIndex = BN.getIndex(User);
 574       if (UserIndex < MyLastIndex) {
 575
 576         DEBUG(dbgs() << "SLP: Can't schedule extractelement for "
 577               << *User << ". \n");
 578         newTreeEntry(VL, false);
 579         return;
 580       }
 581     }
 582   }
 583
 584   // Check that every instructions appears once in this bundle.
 585   for (unsigned i = 0, e = VL.size(); i < e; ++i)
 586     for (unsigned j = i+1; j < e; ++j)
 587       if (VL[i] == VL[j]) {
 588         DEBUG(dbgs() << "SLP: Scalar used twice in bundle.\n");
 589         newTreeEntry(VL, false);
 590         return;
 591       }
 592
 593   // Check that instructions in this bundle don't reference other instructions.
 594   // The runtime of this check is O(N * N-1 * uses(N)) and a typical N is 4.
 595   for (unsigned i = 0, e = VL.size(); i < e; ++i) {
 596     for (Value::use_iterator U = VL[i]->use_begin(), UE = VL[i]->use_end();
 597          U != UE; ++U) {
 598       for (unsigned j = 0; j < e; ++j) {
 599         if (i != j && *U == VL[j]) {
 600           DEBUG(dbgs() << "SLP: Intra-bundle dependencies!" << **U << ". \n");
 601           newTreeEntry(VL, false);
 602           return;
 603         }
 604       }
 605     }
 606   }
 607
 608   DEBUG(dbgs() << "SLP: We are able to schedule this bundle.\n");
 609
 610   unsigned Opcode = getSameOpcode(VL);
 611
 612   // Check if it is safe to sink the loads or the stores.
 613   if (Opcode == Instruction::Load || Opcode == Instruction::Store) {
 614     Instruction *Last = getLastInstruction(VL);
 615
 616     for (unsigned i = 0, e = VL.size(); i < e; ++i) {
 617       if (VL[i] == Last)
 618         continue;
 619       Value *Barrier = getSinkBarrier(cast<Instruction>(VL[i]), Last);
 620       if (Barrier) {
 621         DEBUG(dbgs() << "SLP: Can't sink " << *VL[i] << "\n down to " << *Last
 622               << "\n because of " << *Barrier << ".  Gathering.\n");
 623         newTreeEntry(VL, false);
 624         return;
 625       }
 626     }
 627   }
 628
 629   switch (Opcode) {
 630     case Instruction::PHI: {
 631       PHINode *PH = dyn_cast<PHINode>(VL0);
 632       newTreeEntry(VL, true);
 633       DEBUG(dbgs() << "SLP: added a vector of PHINodes.\n");
 634
 635       for (unsigned i = 0, e = PH->getNumIncomingValues(); i < e; ++i) {
 636         ValueList Operands;
 637         // Prepare the operand vector.
 638         for (unsigned j = 0; j < VL.size(); ++j)
 639           Operands.push_back(cast<PHINode>(VL[j])->getIncomingValue(i));
 640
 641         buildTree_rec(Operands, Depth + 1);
 642       }
 643       return;
 644     }
 645     case Instruction::ExtractElement: {
 646       bool Reuse = CanReuseExtract(VL);
 647       if (Reuse) {
 648         DEBUG(dbgs() << "SLP: Reusing extract sequence.\n");
 649       }
 650       newTreeEntry(VL, Reuse);
 651       return;
 652     }
 653     case Instruction::Load: {
 654       // Check if the loads are consecutive or of we need to swizzle them.
 655       for (unsigned i = 0, e = VL.size() - 1; i < e; ++i)
 656         if (!isConsecutiveAccess(VL[i], VL[i + 1])) {
 657           newTreeEntry(VL, false);
 658           DEBUG(dbgs() << "SLP: Need to swizzle loads.\n");
 659           return;
 660         }
 661
 662       newTreeEntry(VL, true);
 663       DEBUG(dbgs() << "SLP: added a vector of loads.\n");
 664       return;
 665     }
 666     case Instruction::ZExt:
 667     case Instruction::SExt:
 668     case Instruction::FPToUI:
 669     case Instruction::FPToSI:
 670     case Instruction::FPExt:
 671     case Instruction::PtrToInt:
 672     case Instruction::IntToPtr:
 673     case Instruction::SIToFP:
 674     case Instruction::UIToFP:
 675     case Instruction::Trunc:
 676     case Instruction::FPTrunc:
 677     case Instruction::BitCast: {
 678       Type *SrcTy = VL0->getOperand(0)->getType();
 679       for (unsigned i = 0; i < VL.size(); ++i) {
 680         Type *Ty = cast<Instruction>(VL[i])->getOperand(0)->getType();
 681         if (Ty != SrcTy || Ty->isAggregateType() || Ty->isVectorTy()) {
 682           newTreeEntry(VL, false);
 683           DEBUG(dbgs() << "SLP: Gathering casts with different src types.\n");
 684           return;
 685         }
 686       }
 687       newTreeEntry(VL, true);
 688       DEBUG(dbgs() << "SLP: added a vector of casts.\n");
 689
 690       for (unsigned i = 0, e = VL0->getNumOperands(); i < e; ++i) {
 691         ValueList Operands;
 692         // Prepare the operand vector.
 693         for (unsigned j = 0; j < VL.size(); ++j)
 694           Operands.push_back(cast<Instruction>(VL[j])->getOperand(i));
 695
 696         buildTree_rec(Operands, Depth+1);
 697       }
 698       return;
 699     }
 700     case Instruction::ICmp:
 701     case Instruction::FCmp: {
 702       // Check that all of the compares have the same predicate.
 703       CmpInst::Predicate P0 = dyn_cast<CmpInst>(VL0)->getPredicate();
 704       Type *ComparedTy = cast<Instruction>(VL[0])->getOperand(0)->getType();
 705       for (unsigned i = 1, e = VL.size(); i < e; ++i) {
 706         CmpInst *Cmp = cast<CmpInst>(VL[i]);
 707         if (Cmp->getPredicate() != P0 ||
 708             Cmp->getOperand(0)->getType() != ComparedTy) {
 709           newTreeEntry(VL, false);
 710           DEBUG(dbgs() << "SLP: Gathering cmp with different predicate.\n");
 711           return;
 712         }
 713       }
 714
 715       newTreeEntry(VL, true);
 716       DEBUG(dbgs() << "SLP: added a vector of compares.\n");
 717
 718       for (unsigned i = 0, e = VL0->getNumOperands(); i < e; ++i) {
 719         ValueList Operands;
 720         // Prepare the operand vector.
 721         for (unsigned j = 0; j < VL.size(); ++j)
 722           Operands.push_back(cast<Instruction>(VL[j])->getOperand(i));
 723
 724         buildTree_rec(Operands, Depth+1);
 725       }
 726       return;
 727     }
 728     case Instruction::Select:
 729     case Instruction::Add:
 730     case Instruction::FAdd:
 731     case Instruction::Sub:
 732     case Instruction::FSub:
 733     case Instruction::Mul:
 734     case Instruction::FMul:
 735     case Instruction::UDiv:
 736     case Instruction::SDiv:
 737     case Instruction::FDiv:
 738     case Instruction::URem:
 739     case Instruction::SRem:
 740     case Instruction::FRem:
 741     case Instruction::Shl:
 742     case Instruction::LShr:
 743     case Instruction::AShr:
 744     case Instruction::And:
 745     case Instruction::Or:
 746     case Instruction::Xor: {
 747       newTreeEntry(VL, true);
 748       DEBUG(dbgs() << "SLP: added a vector of bin op.\n");
 749
 750       for (unsigned i = 0, e = VL0->getNumOperands(); i < e; ++i) {
 751         ValueList Operands;
 752         // Prepare the operand vector.
 753         for (unsigned j = 0; j < VL.size(); ++j)
 754           Operands.push_back(cast<Instruction>(VL[j])->getOperand(i));
 755
 756         buildTree_rec(Operands, Depth+1);
 757       }
 758       return;
 759     }
 760     case Instruction::Store: {
 761       // Check if the stores are consecutive or of we need to swizzle them.
 762       for (unsigned i = 0, e = VL.size() - 1; i < e; ++i)
 763         if (!isConsecutiveAccess(VL[i], VL[i + 1])) {
 764           newTreeEntry(VL, false);
 765           DEBUG(dbgs() << "SLP: Non consecutive store.\n");
 766           return;
 767         }
 768
 769       newTreeEntry(VL, true);
 770       DEBUG(dbgs() << "SLP: added a vector of stores.\n");
 771
 772       ValueList Operands;
 773       for (unsigned j = 0; j < VL.size(); ++j)
 774         Operands.push_back(cast<Instruction>(VL[j])->getOperand(0));
 775
 776       // We can ignore these values because we are sinking them down.
 777       MemBarrierIgnoreList.insert(VL.begin(), VL.end());
 778       buildTree_rec(Operands, Depth + 1);
 779       return;
 780     }
 781     default:
 782       newTreeEntry(VL, false);
 783       DEBUG(dbgs() << "SLP: Gathering unknown instruction.\n");
 784       return;
 785   }
 786 }
 787
 788 int BoUpSLP::getEntryCost(TreeEntry *E) {
 789   ArrayRef<Value*> VL = E->Scalars;
 790
 791   Type *ScalarTy = VL[0]->getType();
 792   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(VL[0]))
 793     ScalarTy = SI->getValueOperand()->getType();
 794   VectorType *VecTy = VectorType::get(ScalarTy, VL.size());
 795
 796   if (E->NeedToGather) {
 797     if (allConstant(VL))
 798       return 0;
 799     if (isSplat(VL)) {
 800       return TTI->getShuffleCost(TargetTransformInfo::SK_Broadcast, VecTy, 0);
 801     }
 802     return getGatherCost(E->Scalars);
 803   }
 804
 805   assert(getSameOpcode(VL) && getSameType(VL) && getSameBlock(VL) &&
 806          "Invalid VL");
 807   Instruction *VL0 = cast<Instruction>(VL[0]);
 808   unsigned Opcode = VL0->getOpcode();
 809   switch (Opcode) {
 810     case Instruction::PHI: {
 811       return 0;
 812     }
 813     case Instruction::ExtractElement: {
 814       if (CanReuseExtract(VL))
 815         return 0;
 816       return getGatherCost(VecTy);
 817     }
 818     case Instruction::ZExt:
 819     case Instruction::SExt:
 820     case Instruction::FPToUI:
 821     case Instruction::FPToSI:
 822     case Instruction::FPExt:
 823     case Instruction::PtrToInt:
 824     case Instruction::IntToPtr:
 825     case Instruction::SIToFP:
 826     case Instruction::UIToFP:
 827     case Instruction::Trunc:
 828     case Instruction::FPTrunc:
 829     case Instruction::BitCast: {
 830       Type *SrcTy = VL0->getOperand(0)->getType();
 831
 832       // Calculate the cost of this instruction.
 833       int ScalarCost = VL.size() * TTI->getCastInstrCost(VL0->getOpcode(),
 834                                                          VL0->getType(), SrcTy);
 835
 836       VectorType *SrcVecTy = VectorType::get(SrcTy, VL.size());
 837       int VecCost = TTI->getCastInstrCost(VL0->getOpcode(), VecTy, SrcVecTy);
 838       return VecCost - ScalarCost;
 839     }
 840     case Instruction::FCmp:
 841     case Instruction::ICmp:
 842     case Instruction::Select:
 843     case Instruction::Add:
 844     case Instruction::FAdd:
 845     case Instruction::Sub:
 846     case Instruction::FSub:
 847     case Instruction::Mul:
 848     case Instruction::FMul:
 849     case Instruction::UDiv:
 850     case Instruction::SDiv:
 851     case Instruction::FDiv:
 852     case Instruction::URem:
 853     case Instruction::SRem:
 854     case Instruction::FRem:
 855     case Instruction::Shl:
 856     case Instruction::LShr:
 857     case Instruction::AShr:
 858     case Instruction::And:
 859     case Instruction::Or:
 860     case Instruction::Xor: {
 861       // Calculate the cost of this instruction.
 862       int ScalarCost = 0;
 863       int VecCost = 0;
 864       if (Opcode == Instruction::FCmp || Opcode == Instruction::ICmp ||
 865           Opcode == Instruction::Select) {
 866         VectorType *MaskTy = VectorType::get(Builder.getInt1Ty(), VL.size());
 867         ScalarCost = VecTy->getNumElements() *
 868         TTI->getCmpSelInstrCost(Opcode, ScalarTy, Builder.getInt1Ty());
 869         VecCost = TTI->getCmpSelInstrCost(Opcode, VecTy, MaskTy);
 870       } else {
 871         ScalarCost = VecTy->getNumElements() *
 872         TTI->getArithmeticInstrCost(Opcode, ScalarTy);
 873         VecCost = TTI->getArithmeticInstrCost(Opcode, VecTy);
 874       }
 875       return VecCost - ScalarCost;
 876     }
 877     case Instruction::Load: {
 878       // Cost of wide load - cost of scalar loads.
 879       int ScalarLdCost = VecTy->getNumElements() *
 880       TTI->getMemoryOpCost(Instruction::Load, ScalarTy, 1, 0);
 881       int VecLdCost = TTI->getMemoryOpCost(Instruction::Load, ScalarTy, 1, 0);
 882       return VecLdCost - ScalarLdCost;
 883     }
 884     case Instruction::Store: {
 885       // We know that we can merge the stores. Calculate the cost.
 886       int ScalarStCost = VecTy->getNumElements() *
 887       TTI->getMemoryOpCost(Instruction::Store, ScalarTy, 1, 0);
 888       int VecStCost = TTI->getMemoryOpCost(Instruction::Store, ScalarTy, 1, 0);
 889       return VecStCost - ScalarStCost;
 890     }
 891     default:
 892       llvm_unreachable("Unknown instruction");
 893   }
 894 }
 895
 896 int BoUpSLP::getTreeCost() {
 897   int Cost = 0;
 898   DEBUG(dbgs() << "SLP: Calculating cost for tree of size " <<
 899         VectorizableTree.size() << ".\n");
 900
 901   // Don't vectorize tiny trees. Small load/store chains or consecutive stores
 902   // of constants will be vectoried in SelectionDAG in MergeConsecutiveStores.
 903   // The SelectionDAG vectorizer can only handle pairs (trees of height = 2).
 904   if (VectorizableTree.size() < 3) {
 905     if (!VectorizableTree.size()) {
 906       assert(!ExternalUses.size() && "We should not have any external users");
 907     }
 908     return 0;
 909   }
 910
 911   unsigned BundleWidth = VectorizableTree[0].Scalars.size();
 912
 913   for (unsigned i = 0, e = VectorizableTree.size(); i != e; ++i) {
 914     int C = getEntryCost(&VectorizableTree[i]);
 915     DEBUG(dbgs() << "SLP: Adding cost " << C << " for bundle that starts with "
 916           << *VectorizableTree[i].Scalars[0] << " .\n");
 917     Cost += C;
 918   }
 919
 920   int ExtractCost = 0;
 921   for (UserList::iterator I = ExternalUses.begin(), E = ExternalUses.end();
 922        I != E; ++I) {
 923
 924     VectorType *VecTy = VectorType::get(I->Scalar->getType(), BundleWidth);
 925     ExtractCost += TTI->getVectorInstrCost(Instruction::ExtractElement, VecTy,
 926                                            I->Lane);
 927   }
 928
 929
 930   DEBUG(dbgs() << "SLP: Total Cost " << Cost + ExtractCost<< ".\n");
 931   return  Cost + ExtractCost;
 932 }
 933
 934 int BoUpSLP::getGatherCost(Type *Ty) {
 935   int Cost = 0;
 936   for (unsigned i = 0, e = cast<VectorType>(Ty)->getNumElements(); i < e; ++i)
 937     Cost += TTI->getVectorInstrCost(Instruction::InsertElement, Ty, i);
 938   return Cost;
 939 }
 940
 941 int BoUpSLP::getGatherCost(ArrayRef<Value *> VL) {
 942   // Find the type of the operands in VL.
 943   Type *ScalarTy = VL[0]->getType();
 944   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(VL[0]))
 945     ScalarTy = SI->getValueOperand()->getType();
 946   VectorType *VecTy = VectorType::get(ScalarTy, VL.size());
 947   // Find the cost of inserting/extracting values from the vector.
 948   return getGatherCost(VecTy);
 949 }
 950
 951 AliasAnalysis::Location BoUpSLP::getLocation(Instruction *I) {
 952   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I))
 953     return AA->getLocation(SI);
 954   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
 955     return AA->getLocation(LI);
 956   return AliasAnalysis::Location();
 957 }
 958
 959 Value *BoUpSLP::getPointerOperand(Value *I) {
 960   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
 961     return LI->getPointerOperand();
 962   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I))
 963     return SI->getPointerOperand();
 964   return 0;
 965 }
 966
 967 unsigned BoUpSLP::getAddressSpaceOperand(Value *I) {
 968   if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(I))
 969     return L->getPointerAddressSpace();
 970   if (StoreInst *S = dyn_cast<StoreInst>(I))
 971     return S->getPointerAddressSpace();
 972   return -1;
 973 }
 974
 975 bool BoUpSLP::isConsecutiveAccess(Value *A, Value *B) {
 976   Value *PtrA = getPointerOperand(A);
 977   Value *PtrB = getPointerOperand(B);
 978   unsigned ASA = getAddressSpaceOperand(A);
 979   unsigned ASB = getAddressSpaceOperand(B);
 980
 981   // Check that the address spaces match and that the pointers are valid.
 982   if (!PtrA || !PtrB || (ASA != ASB))
 983     return false;
 984
 985   // Make sure that A and B are different pointers of the same type.
 986   if (PtrA == PtrB || PtrA->getType() != PtrB->getType())
 987     return false;
 988
 989   // Calculate a constant offset from the base pointer without using SCEV
 990   // in the supported cases.
 991   // TODO: Add support for the case where one of the pointers is a GEP that
 992   // uses the other pointer.
 993   GetElementPtrInst *GepA = dyn_cast<GetElementPtrInst>(PtrA);
 994   GetElementPtrInst *GepB = dyn_cast<GetElementPtrInst>(PtrB);
 995
 996   unsigned BW = DL->getPointerSizeInBits(ASA);
 997   Type *Ty = cast<PointerType>(PtrA->getType())->getElementType();
 998   int64_t Sz = DL->getTypeStoreSize(Ty);
 999
1000   // Check if PtrA is the base and PtrB is a constant offset.
1001   if (GepB && GepB->getPointerOperand() == PtrA) {
1002     APInt Offset(BW, 0);
1003     if (GepB->accumulateConstantOffset(*DL, Offset))
1004       return Offset.getSExtValue() == Sz;
1005     return false;
1006   }
1007
1008   // Check if PtrB is the base and PtrA is a constant offset.
1009   if (GepA && GepA->getPointerOperand() == PtrB) {
1010     APInt Offset(BW, 0);
1011     if (GepA->accumulateConstantOffset(*DL, Offset))
1012       return Offset.getSExtValue() == -Sz;
1013     return false;
1014   }
1015
1016   // If both pointers are GEPs:
1017   if (GepA && GepB) {
1018     // Check that they have the same base pointer and number of indices.
1019     if (GepA->getPointerOperand() != GepB->getPointerOperand() ||
1020         GepA->getNumIndices() != GepB->getNumIndices())
1021       return false;
1022
1023     // Try to strip the geps. This makes SCEV faster.
1024     // Make sure that all of the indices except for the last are identical.
1025     int LastIdx = GepA->getNumIndices();
1026     for (int i = 0; i < LastIdx - 1; i++) {
1027       if (GepA->getOperand(i+1) != GepB->getOperand(i+1))
1028           return false;
1029     }
1030
1031     PtrA = GepA->getOperand(LastIdx);
1032     PtrB = GepB->getOperand(LastIdx);
1033     Sz = 1;
1034   }
1035
1036   ConstantInt *CA = dyn_cast<ConstantInt>(PtrA);
1037   ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(PtrB);
1038   if (CA && CB) {
1039     return (CA->getSExtValue() + Sz == CB->getSExtValue());
1040   }
1041
1042   // Calculate the distance.
1043   const SCEV *PtrSCEVA = SE->getSCEV(PtrA);
1044   const SCEV *PtrSCEVB = SE->getSCEV(PtrB);
1045   const SCEV *C = SE->getConstant(PtrSCEVA->getType(), Sz);
1046   const SCEV *X = SE->getAddExpr(PtrSCEVA, C);
1047   return X == PtrSCEVB;
1048 }
1049
1050 Value *BoUpSLP::getSinkBarrier(Instruction *Src, Instruction *Dst) {
1051   assert(Src->getParent() == Dst->getParent() && "Not the same BB");
1052   BasicBlock::iterator I = Src, E = Dst;
1053   /// Scan all of the instruction from SRC to DST and check if
1054   /// the source may alias.
1055   for (++I; I != E; ++I) {
1056     // Ignore store instructions that are marked as 'ignore'.
1057     if (MemBarrierIgnoreList.count(I))
1058       continue;
1059     if (Src->mayWriteToMemory()) /* Write */ {
1060       if (!I->mayReadOrWriteMemory())
1061         continue;
1062     } else /* Read */ {
1063       if (!I->mayWriteToMemory())
1064         continue;
1065     }
1066     AliasAnalysis::Location A = getLocation(&*I);
1067     AliasAnalysis::Location B = getLocation(Src);
1068
1069     if (!A.Ptr || !B.Ptr || AA->alias(A, B))
1070       return I;
1071   }
1072   return 0;
1073 }
1074
1075 int BoUpSLP::getLastIndex(ArrayRef<Value *> VL) {
1076   BasicBlock *BB = cast<Instruction>(VL[0])->getParent();
1077   assert(BB == getSameBlock(VL) && BlocksNumbers.count(BB) && "Invalid block");
1078   BlockNumbering &BN = BlocksNumbers[BB];
1079
1080   int MaxIdx = BN.getIndex(BB->getFirstNonPHI());
1081   for (unsigned i = 0, e = VL.size(); i < e; ++i)
1082     MaxIdx = std::max(MaxIdx, BN.getIndex(cast<Instruction>(VL[i])));
1083   return MaxIdx;
1084 }
1085
1086 Instruction *BoUpSLP::getLastInstruction(ArrayRef<Value *> VL) {
1087   BasicBlock *BB = cast<Instruction>(VL[0])->getParent();
1088   assert(BB == getSameBlock(VL) && BlocksNumbers.count(BB) && "Invalid block");
1089   BlockNumbering &BN = BlocksNumbers[BB];
1090
1091   int MaxIdx = BN.getIndex(cast<Instruction>(VL[0]));
1092   for (unsigned i = 1, e = VL.size(); i < e; ++i)
1093     MaxIdx = std::max(MaxIdx, BN.getIndex(cast<Instruction>(VL[i])));
1094   Instruction *I = BN.getInstruction(MaxIdx);
1095   assert(I && "bad location");
1096   return I;
1097 }
1098
1099 Value *BoUpSLP::Gather(ArrayRef<Value *> VL, VectorType *Ty) {
1100   Value *Vec = UndefValue::get(Ty);
1101   // Generate the 'InsertElement' instruction.
1102   for (unsigned i = 0; i < Ty->getNumElements(); ++i) {
1103     Vec = Builder.CreateInsertElement(Vec, VL[i], Builder.getInt32(i));
1104     if (Instruction *Insrt = dyn_cast<Instruction>(Vec)) {
1105       GatherSeq.insert(Insrt);
1106
1107       // Add to our 'need-to-extract' list.
1108       if (ScalarToTreeEntry.count(VL[i])) {
1109         int Idx = ScalarToTreeEntry[VL[i]];
1110         TreeEntry *E = &VectorizableTree[Idx];
1111         // Find which lane we need to extract.
1112         int FoundLane = -1;
1113         for (unsigned Lane = 0, LE = VL.size(); Lane != LE; ++Lane) {
1114           // Is this the lane of the scalar that we are looking for ?
1115           if (E->Scalars[Lane] == VL[i]) {
1116             FoundLane = Lane;
1117             break;
1118           }
1119         }
1120         assert(FoundLane >= 0 && "Could not find the correct lane");
1121         ExternalUses.push_back(ExternalUser(VL[i], Insrt, FoundLane));
1122       }
1123     }
1124   }
1125
1126   return Vec;
1127 }
1128
1129 Value *BoUpSLP::alreadyVectorized(ArrayRef<Value *> VL) {
1130   if (ScalarToTreeEntry.count(VL[0])) {
1131     int Idx = ScalarToTreeEntry[VL[0]];
1132     TreeEntry *En = &VectorizableTree[Idx];
1133     if (En->isSame(VL) && En->VectorizedValue)
1134       return En->VectorizedValue;
1135   }
1136   return 0;
1137 }
1138
1139 Value *BoUpSLP::vectorizeTree(ArrayRef<Value *> VL) {
1140   if (ScalarToTreeEntry.count(VL[0])) {
1141     int Idx = ScalarToTreeEntry[VL[0]];
1142     TreeEntry *E = &VectorizableTree[Idx];
1143     if (E->isSame(VL))
1144       return vectorizeTree(E);
1145   }
1146
1147   Type *ScalarTy = VL[0]->getType();
1148   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(VL[0]))
1149     ScalarTy = SI->getValueOperand()->getType();
1150   VectorType *VecTy = VectorType::get(ScalarTy, VL.size());
1151
1152   return Gather(VL, VecTy);
1153 }
1154
1155 Value *BoUpSLP::vectorizeTree(TreeEntry *E) {
1156   BuilderLocGuard Guard(Builder);
1157
1158   if (E->VectorizedValue) {
1159     DEBUG(dbgs() << "SLP: Diamond merged for " << *E->Scalars[0] << ".\n");
1160     return E->VectorizedValue;
1161   }
1162
1163   Type *ScalarTy = E->Scalars[0]->getType();
1164   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(E->Scalars[0]))
1165     ScalarTy = SI->getValueOperand()->getType();
1166   VectorType *VecTy = VectorType::get(ScalarTy, E->Scalars.size());
1167
1168   if (E->NeedToGather) {
1169     return Gather(E->Scalars, VecTy);
1170   }
1171
1172   Instruction *VL0 = cast<Instruction>(E->Scalars[0]);
1173   unsigned Opcode = VL0->getOpcode();
1174   assert(Opcode == getSameOpcode(E->Scalars) && "Invalid opcode");
1175
1176   switch (Opcode) {
1177     case Instruction::PHI: {
1178       PHINode *PH = dyn_cast<PHINode>(VL0);
1179       Builder.SetInsertPoint(PH->getParent()->getFirstInsertionPt());
1180       PHINode *NewPhi = Builder.CreatePHI(VecTy, PH->getNumIncomingValues());
1181       E->VectorizedValue = NewPhi;
1182
1183       for (unsigned i = 0, e = PH->getNumIncomingValues(); i < e; ++i) {
1184         ValueList Operands;
1185         BasicBlock *IBB = PH->getIncomingBlock(i);
1186
1187         // Prepare the operand vector.
1188         for (unsigned j = 0; j < E->Scalars.size(); ++j)
1189           Operands.push_back(cast<PHINode>(E->Scalars[j])->
1190                              getIncomingValueForBlock(IBB));
1191
1192         Builder.SetInsertPoint(IBB->getTerminator());
1193         Value *Vec = vectorizeTree(Operands);
1194         NewPhi->addIncoming(Vec, IBB);
1195       }
1196
1197       assert(NewPhi->getNumIncomingValues() == PH->getNumIncomingValues() &&
1198              "Invalid number of incoming values");
1199       return NewPhi;
1200     }
1201
1202     case Instruction::ExtractElement: {
1203       if (CanReuseExtract(E->Scalars)) {
1204         Value *V = VL0->getOperand(0);
1205         E->VectorizedValue = V;
1206         return V;
1207       }
1208       return Gather(E->Scalars, VecTy);
1209     }
1210     case Instruction::ZExt:
1211     case Instruction::SExt:
1212     case Instruction::FPToUI:
1213     case Instruction::FPToSI:
1214     case Instruction::FPExt:
1215     case Instruction::PtrToInt:
1216     case Instruction::IntToPtr:
1217     case Instruction::SIToFP:
1218     case Instruction::UIToFP:
1219     case Instruction::Trunc:
1220     case Instruction::FPTrunc:
1221     case Instruction::BitCast: {
1222       ValueList INVL;
1223       for (int i = 0, e = E->Scalars.size(); i < e; ++i)
1224         INVL.push_back(cast<Instruction>(E->Scalars[i])->getOperand(0));
1225
1226       Builder.SetInsertPoint(getLastInstruction(E->Scalars));
1227       Value *InVec = vectorizeTree(INVL);
1228
1229       if (Value *V = alreadyVectorized(E->Scalars))
1230         return V;
1231
1232       CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(VL0);
1233       Value *V = Builder.CreateCast(CI->getOpcode(), InVec, VecTy);
1234       E->VectorizedValue = V;
1235       return V;
1236     }
1237     case Instruction::FCmp:
1238     case Instruction::ICmp: {
1239       ValueList LHSV, RHSV;
1240       for (int i = 0, e = E->Scalars.size(); i < e; ++i) {
1241         LHSV.push_back(cast<Instruction>(E->Scalars[i])->getOperand(0));
1242         RHSV.push_back(cast<Instruction>(E->Scalars[i])->getOperand(1));
1243       }
1244
1245       Builder.SetInsertPoint(getLastInstruction(E->Scalars));
1246       Value *L = vectorizeTree(LHSV);
1247       Value *R = vectorizeTree(RHSV);
1248
1249       if (Value *V = alreadyVectorized(E->Scalars))
1250         return V;
1251
1252       CmpInst::Predicate P0 = dyn_cast<CmpInst>(VL0)->getPredicate();
1253       Value *V;
1254       if (Opcode == Instruction::FCmp)
1255         V = Builder.CreateFCmp(P0, L, R);
1256       else
1257         V = Builder.CreateICmp(P0, L, R);
1258
1259       E->VectorizedValue = V;
1260       return V;
1261     }
1262     case Instruction::Select: {
1263       ValueList TrueVec, FalseVec, CondVec;
1264       for (int i = 0, e = E->Scalars.size(); i < e; ++i) {
1265         CondVec.push_back(cast<Instruction>(E->Scalars[i])->getOperand(0));
1266         TrueVec.push_back(cast<Instruction>(E->Scalars[i])->getOperand(1));
1267         FalseVec.push_back(cast<Instruction>(E->Scalars[i])->getOperand(2));
1268       }
1269
1270       Builder.SetInsertPoint(getLastInstruction(E->Scalars));
1271       Value *Cond = vectorizeTree(CondVec);
1272       Value *True = vectorizeTree(TrueVec);
1273       Value *False = vectorizeTree(FalseVec);
1274
1275       if (Value *V = alreadyVectorized(E->Scalars))
1276         return V;
1277
1278       Value *V = Builder.CreateSelect(Cond, True, False);
1279       E->VectorizedValue = V;
1280       return V;
1281     }
1282     case Instruction::Add:
1283     case Instruction::FAdd:
1284     case Instruction::Sub:
1285     case Instruction::FSub:
1286     case Instruction::Mul:
1287     case Instruction::FMul:
1288     case Instruction::UDiv:
1289     case Instruction::SDiv:
1290     case Instruction::FDiv:
1291     case Instruction::URem:
1292     case Instruction::SRem:
1293     case Instruction::FRem:
1294     case Instruction::Shl:
1295     case Instruction::LShr:
1296     case Instruction::AShr:
1297     case Instruction::And:
1298     case Instruction::Or:
1299     case Instruction::Xor: {
1300       ValueList LHSVL, RHSVL;
1301       for (int i = 0, e = E->Scalars.size(); i < e; ++i) {
1302         LHSVL.push_back(cast<Instruction>(E->Scalars[i])->getOperand(0));
1303         RHSVL.push_back(cast<Instruction>(E->Scalars[i])->getOperand(1));
1304       }
1305
1306       Builder.SetInsertPoint(getLastInstruction(E->Scalars));
1307       Value *LHS = vectorizeTree(LHSVL);
1308       Value *RHS = vectorizeTree(RHSVL);
1309
1310       if (LHS == RHS && isa<Instruction>(LHS)) {
1311         assert((VL0->getOperand(0) == VL0->getOperand(1)) && "Invalid order");
1312       }
1313
1314       if (Value *V = alreadyVectorized(E->Scalars))
1315         return V;
1316
1317       BinaryOperator *BinOp = cast<BinaryOperator>(VL0);
1318       Value *V = Builder.CreateBinOp(BinOp->getOpcode(), LHS, RHS);
1319       E->VectorizedValue = V;
1320       return V;
1321     }
1322     case Instruction::Load: {
1323       // Loads are inserted at the head of the tree because we don't want to
1324       // sink them all the way down past store instructions.
1325       Builder.SetInsertPoint(getLastInstruction(E->Scalars));
1326       LoadInst *LI = cast<LoadInst>(VL0);
1327       Value *VecPtr =
1328       Builder.CreateBitCast(LI->getPointerOperand(), VecTy->getPointerTo());
1329       unsigned Alignment = LI->getAlignment();
1330       LI = Builder.CreateLoad(VecPtr);
1331       LI->setAlignment(Alignment);
1332       E->VectorizedValue = LI;
1333       return LI;
1334     }
1335     case Instruction::Store: {
1336       StoreInst *SI = cast<StoreInst>(VL0);
1337       unsigned Alignment = SI->getAlignment();
1338
1339       ValueList ValueOp;
1340       for (int i = 0, e = E->Scalars.size(); i < e; ++i)
1341         ValueOp.push_back(cast<StoreInst>(E->Scalars[i])->getValueOperand());
1342
1343       Builder.SetInsertPoint(getLastInstruction(E->Scalars));
1344       Value *VecValue = vectorizeTree(ValueOp);
1345       Value *VecPtr =
1346       Builder.CreateBitCast(SI->getPointerOperand(), VecTy->getPointerTo());
1347       StoreInst *S = Builder.CreateStore(VecValue, VecPtr);
1348       S->setAlignment(Alignment);
1349       E->VectorizedValue = S;
1350       return S;
1351     }
1352     default:
1353     llvm_unreachable("unknown inst");
1354   }
1355   return 0;
1356 }
1357
1358 void BoUpSLP::vectorizeTree() {
1359   Builder.SetInsertPoint(F->getEntryBlock().begin());
1360   vectorizeTree(&VectorizableTree[0]);
1361
1362   DEBUG(dbgs() << "SLP: Extracting " << ExternalUses.size() << " values .\n");
1363
1364   // Extract all of the elements with the external uses.
1365   for (UserList::iterator it = ExternalUses.begin(), e = ExternalUses.end();
1366        it != e; ++it) {
1367     Value *Scalar = it->Scalar;
1368     llvm::User *User = it->User;
1369
1370     // Skip users that we already RAUW. This happens when one instruction
1371     // has multiple uses of the same value.
1372     if (std::find(Scalar->use_begin(), Scalar->use_end(), User) ==
1373         Scalar->use_end())
1374       continue;
1375     assert(ScalarToTreeEntry.count(Scalar) && "Invalid scalar");
1376
1377     int Idx = ScalarToTreeEntry[Scalar];
1378     TreeEntry *E = &VectorizableTree[Idx];
1379     assert(!E->NeedToGather && "Extracting from a gather list");
1380
1381     Value *Vec = E->VectorizedValue;
1382     assert(Vec && "Can't find vectorizable value");
1383
1384     // Generate extracts for out-of-tree users.
1385     // Find the insertion point for the extractelement lane.
1386     Instruction *Loc = 0;
1387     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Vec)) {
1388       Loc = PN->getParent()->getFirstInsertionPt();
1389     } else if (isa<Instruction>(Vec)){
1390       if (PHINode *PH = dyn_cast<PHINode>(User)) {
1391         for (int i = 0, e = PH->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1392           if (PH->getIncomingValue(i) == Scalar) {
1393             Loc = PH->getIncomingBlock(i)->getTerminator();
1394             break;
1395           }
1396         }
1397         assert(Loc && "Unable to find incoming value for the PHI");
1398       } else {
1399         Loc = cast<Instruction>(User);
1400      }
1401     } else {
1402       Loc = F->getEntryBlock().begin();
1403     }
1404
1405     Builder.SetInsertPoint(Loc);
1406     Value *Ex = Builder.CreateExtractElement(Vec, Builder.getInt32(it->Lane));
1407     User->replaceUsesOfWith(Scalar, Ex);
1408     DEBUG(dbgs() << "SLP: Replaced:" << *User << ".\n");
1409   }
1410
1411   // For each vectorized value:
1412   for (int EIdx = 0, EE = VectorizableTree.size(); EIdx < EE; ++EIdx) {
1413     TreeEntry *Entry = &VectorizableTree[EIdx];
1414
1415     // For each lane:
1416     for (int Lane = 0, LE = Entry->Scalars.size(); Lane != LE; ++Lane) {
1417       Value *Scalar = Entry->Scalars[Lane];
1418
1419       // No need to handle users of gathered values.
1420       if (Entry->NeedToGather)
1421         continue;
1422
1423       assert(Entry->VectorizedValue && "Can't find vectorizable value");
1424
1425       Type *Ty = Scalar->getType();
1426       if (!Ty->isVoidTy()) {
1427         for (Value::use_iterator User = Scalar->use_begin(),
1428              UE = Scalar->use_end(); User != UE; ++User) {
1429           DEBUG(dbgs() << "SLP: \tvalidating user:" << **User << ".\n");
1430           assert(!MustGather.count(*User) &&
1431                  "Replacing gathered value with undef");
1432           assert(ScalarToTreeEntry.count(*User) &&
1433                  "Replacing out-of-tree value with undef");
1434         }
1435         Value *Undef = UndefValue::get(Ty);
1436         Scalar->replaceAllUsesWith(Undef);
1437       }
1438       DEBUG(dbgs() << "SLP: \tErasing scalar:" << *Scalar << ".\n");
1439       cast<Instruction>(Scalar)->eraseFromParent();
1440     }
1441   }
1442
1443   for (Function::iterator it = F->begin(), e = F->end(); it != e; ++it) {
1444     BlocksNumbers[it].forget();
1445   }
1446   Builder.ClearInsertionPoint();
1447 }
1448
1449 void BoUpSLP::optimizeGatherSequence() {
1450   DEBUG(dbgs() << "SLP: Optimizing " << GatherSeq.size()
1451         << " gather sequences instructions.\n");
1452   // LICM InsertElementInst sequences.
1453   for (SetVector<Instruction *>::iterator it = GatherSeq.begin(),
1454        e = GatherSeq.end(); it != e; ++it) {
1455     InsertElementInst *Insert = dyn_cast<InsertElementInst>(*it);
1456
1457     if (!Insert)
1458       continue;
1459
1460     // Check if this block is inside a loop.
1461     Loop *L = LI->getLoopFor(Insert->getParent());
1462     if (!L)
1463       continue;
1464
1465     // Check if it has a preheader.
1466     BasicBlock *PreHeader = L->getLoopPreheader();
1467     if (!PreHeader)
1468       continue;
1469
1470     // If the vector or the element that we insert into it are
1471     // instructions that are defined in this basic block then we can't
1472     // hoist this instruction.
1473     Instruction *CurrVec = dyn_cast<Instruction>(Insert->getOperand(0));
1474     Instruction *NewElem = dyn_cast<Instruction>(Insert->getOperand(1));
1475     if (CurrVec && L->contains(CurrVec))
1476       continue;
1477     if (NewElem && L->contains(NewElem))
1478       continue;
1479
1480     // We can hoist this instruction. Move it to the pre-header.
1481     Insert->moveBefore(PreHeader->getTerminator());
1482   }
1483
1484   // Perform O(N^2) search over the gather sequences and merge identical
1485   // instructions. TODO: We can further optimize this scan if we split the
1486   // instructions into different buckets based on the insert lane.
1487   SmallPtrSet<Instruction*, 16> Visited;
1488   SmallVector<Instruction*, 16> ToRemove;
1489   ReversePostOrderTraversal<Function*> RPOT(F);
1490   for (ReversePostOrderTraversal<Function*>::rpo_iterator I = RPOT.begin(),
1491        E = RPOT.end(); I != E; ++I) {
1492     BasicBlock *BB = *I;
1493     // For all instructions in the function:
1494     for (BasicBlock::iterator it = BB->begin(), e = BB->end(); it != e; ++it) {
1495       Instruction *In = it;
1496       if ((!isa<InsertElementInst>(In) && !isa<ExtractElementInst>(In)) ||
1497           !GatherSeq.count(In))
1498         continue;
1499
1500       // Check if we can replace this instruction with any of the
1501       // visited instructions.
1502       for (SmallPtrSet<Instruction*, 16>::iterator v = Visited.begin(),
1503            ve = Visited.end(); v != ve; ++v) {
1504         if (In->isIdenticalTo(*v) &&
1505             DT->dominates((*v)->getParent(), In->getParent())) {
1506           In->replaceAllUsesWith(*v);
1507           ToRemove.push_back(In);
1508           In = 0;
1509           break;
1510         }
1511       }
1512       if (In)
1513         Visited.insert(In);
1514     }
1515   }
1516
1517   // Erase all of the instructions that we RAUWed.
1518   for (SmallVectorImpl<Instruction *>::iterator v = ToRemove.begin(),
1519        ve = ToRemove.end(); v != ve; ++v) {
1520     assert((*v)->getNumUses() == 0 && "Can't remove instructions with uses");
1521     (*v)->eraseFromParent();
1522   }
1523 }
1524
1525 /// The SLPVectorizer Pass.
1526 struct SLPVectorizer : public FunctionPass {
1527   typedef SmallVector<StoreInst *, 8> StoreList;
1528   typedef MapVector<Value *, StoreList> StoreListMap;
1529
1530   /// Pass identification, replacement for typeid
1531   static char ID;
1532
1533   explicit SLPVectorizer() : FunctionPass(ID) {
1534     initializeSLPVectorizerPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
1535   }
1536
1537   ScalarEvolution *SE;
1538   DataLayout *DL;
1539   TargetTransformInfo *TTI;
1540   AliasAnalysis *AA;
1541   LoopInfo *LI;
1542   DominatorTree *DT;
1543
1544   virtual bool runOnFunction(Function &F) {
1545     SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
1546     DL = getAnalysisIfAvailable<DataLayout>();
1547     TTI = &getAnalysis<TargetTransformInfo>();
1548     AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
1549     LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
1550     DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
1551
1552     StoreRefs.clear();
1553     bool Changed = false;
1554
1555     // Must have DataLayout. We can't require it because some tests run w/o
1556     // triple.
1557     if (!DL)
1558       return false;
1559
1560     DEBUG(dbgs() << "SLP: Analyzing blocks in " << F.getName() << ".\n");
1561
1562     // Use the bollom up slp vectorizer to construct chains that start with
1563     // he store instructions.
1564     BoUpSLP R(&F, SE, DL, TTI, AA, LI, DT);
1565
1566     // Scan the blocks in the function in post order.
1567     for (po_iterator<BasicBlock*> it = po_begin(&F.getEntryBlock()),
1568          e = po_end(&F.getEntryBlock()); it != e; ++it) {
1569       BasicBlock *BB = *it;
1570
1571       // Vectorize trees that end at stores.
1572       if (unsigned count = collectStores(BB, R)) {
1573         (void)count;
1574         DEBUG(dbgs() << "SLP: Found " << count << " stores to vectorize.\n");
1575         Changed |= vectorizeStoreChains(R);
1576       }
1577
1578       // Vectorize trees that end at reductions.
1579       Changed |= vectorizeChainsInBlock(BB, R);
1580     }
1581
1582     if (Changed) {
1583       R.optimizeGatherSequence();
1584       DEBUG(dbgs() << "SLP: vectorized \"" << F.getName() << "\"\n");
1585       DEBUG(verifyFunction(F));
1586     }
1587     return Changed;
1588   }
1589
1590   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
1591     FunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
1592     AU.addRequired<ScalarEvolution>();
1593     AU.addRequired<AliasAnalysis>();
1594     AU.addRequired<TargetTransformInfo>();
1595     AU.addRequired<LoopInfo>();
1596     AU.addRequired<DominatorTree>();
1597     AU.addPreserved<LoopInfo>();
1598     AU.addPreserved<DominatorTree>();
1599     AU.setPreservesCFG();
1600   }
1601
1602 private:
1603
1604   /// \brief Collect memory references and sort them according to their base
1605   /// object. We sort the stores to their base objects to reduce the cost of the
1606   /// quadratic search on the stores. TODO: We can further reduce this cost
1607   /// if we flush the chain creation every time we run into a memory barrier.
1608   unsigned collectStores(BasicBlock *BB, BoUpSLP &R);
1609
1610   /// \brief Try to vectorize a chain that starts at two arithmetic instrs.
1611   bool tryToVectorizePair(Value *A, Value *B, BoUpSLP &R);
1612
1613   /// \brief Try to vectorize a list of operands.
1614   /// \returns true if a value was vectorized.
1615   bool tryToVectorizeList(ArrayRef<Value *> VL, BoUpSLP &R);
1616
1617   /// \brief Try to vectorize a chain that may start at the operands of \V;
1618   bool tryToVectorize(BinaryOperator *V, BoUpSLP &R);
1619
1620   /// \brief Vectorize the stores that were collected in StoreRefs.
1621   bool vectorizeStoreChains(BoUpSLP &R);
1622
1623   /// \brief Scan the basic block and look for patterns that are likely to start
1624   /// a vectorization chain.
1625   bool vectorizeChainsInBlock(BasicBlock *BB, BoUpSLP &R);
1626
1627   bool vectorizeStoreChain(ArrayRef<Value *> Chain, int CostThreshold,
1628                            BoUpSLP &R);
1629
1630   bool vectorizeStores(ArrayRef<StoreInst *> Stores, int costThreshold,
1631                        BoUpSLP &R);
1632 private:
1633   StoreListMap StoreRefs;
1634 };
1635
1636 bool SLPVectorizer::vectorizeStoreChain(ArrayRef<Value *> Chain,
1637                                           int CostThreshold, BoUpSLP &R) {
1638   unsigned ChainLen = Chain.size();
1639   DEBUG(dbgs() << "SLP: Analyzing a store chain of length " << ChainLen
1640         << "\n");
1641   Type *StoreTy = cast<StoreInst>(Chain[0])->getValueOperand()->getType();
1642   unsigned Sz = DL->getTypeSizeInBits(StoreTy);
1643   unsigned VF = MinVecRegSize / Sz;
1644
1645   if (!isPowerOf2_32(Sz) || VF < 2)
1646     return false;
1647
1648   bool Changed = false;
1649   // Look for profitable vectorizable trees at all offsets, starting at zero.
1650   for (unsigned i = 0, e = ChainLen; i < e; ++i) {
1651     if (i + VF > e)
1652       break;
1653     DEBUG(dbgs() << "SLP: Analyzing " << VF << " stores at offset " << i
1654           << "\n");
1655     ArrayRef<Value *> Operands = Chain.slice(i, VF);
1656
1657     R.buildTree(Operands);
1658
1659     int Cost = R.getTreeCost();
1660
1661     DEBUG(dbgs() << "SLP: Found cost=" << Cost << " for VF=" << VF << "\n");
1662     if (Cost < CostThreshold) {
1663       DEBUG(dbgs() << "SLP: Decided to vectorize cost=" << Cost << "\n");
1664       R.vectorizeTree();
1665
1666       // Move to the next bundle.
1667       i += VF - 1;
1668       Changed = true;
1669     }
1670   }
1671
1672     return Changed;
1673 }
1674
1675 bool SLPVectorizer::vectorizeStores(ArrayRef<StoreInst *> Stores,
1676                                     int costThreshold, BoUpSLP &R) {
1677   SetVector<Value *> Heads, Tails;
1678   SmallDenseMap<Value *, Value *> ConsecutiveChain;
1679
1680   // We may run into multiple chains that merge into a single chain. We mark the
1681   // stores that we vectorized so that we don't visit the same store twice.
1682   BoUpSLP::ValueSet VectorizedStores;
1683   bool Changed = false;
1684
1685   // Do a quadratic search on all of the given stores and find
1686   // all of the pairs of stores that follow each other.
1687   for (unsigned i = 0, e = Stores.size(); i < e; ++i) {
1688     for (unsigned j = 0; j < e; ++j) {
1689       if (i == j)
1690         continue;
1691
1692       if (R.isConsecutiveAccess(Stores[i], Stores[j])) {
1693         Tails.insert(Stores[j]);
1694         Heads.insert(Stores[i]);
1695         ConsecutiveChain[Stores[i]] = Stores[j];
1696       }
1697     }
1698   }
1699
1700   // For stores that start but don't end a link in the chain:
1701   for (SetVector<Value *>::iterator it = Heads.begin(), e = Heads.end();
1702        it != e; ++it) {
1703     if (Tails.count(*it))
1704       continue;
1705
1706     // We found a store instr that starts a chain. Now follow the chain and try
1707     // to vectorize it.
1708     BoUpSLP::ValueList Operands;
1709     Value *I = *it;
1710     // Collect the chain into a list.
1711     while (Tails.count(I) || Heads.count(I)) {
1712       if (VectorizedStores.count(I))
1713         break;
1714       Operands.push_back(I);
1715       // Move to the next value in the chain.
1716       I = ConsecutiveChain[I];
1717     }
1718
1719     bool Vectorized = vectorizeStoreChain(Operands, costThreshold, R);
1720
1721     // Mark the vectorized stores so that we don't vectorize them again.
1722     if (Vectorized)
1723       VectorizedStores.insert(Operands.begin(), Operands.end());
1724     Changed |= Vectorized;
1725   }
1726
1727   return Changed;
1728 }
1729
1730
1731 unsigned SLPVectorizer::collectStores(BasicBlock *BB, BoUpSLP &R) {
1732   unsigned count = 0;
1733   StoreRefs.clear();
1734   for (BasicBlock::iterator it = BB->begin(), e = BB->end(); it != e; ++it) {
1735     StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(it);
1736     if (!SI)
1737       continue;
1738
1739     // Check that the pointer points to scalars.
1740     Type *Ty = SI->getValueOperand()->getType();
1741     if (Ty->isAggregateType() || Ty->isVectorTy())
1742       return 0;
1743
1744     // Find the base of the GEP.
1745     Value *Ptr = SI->getPointerOperand();
1746     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr))
1747       Ptr = GEP->getPointerOperand();
1748
1749     // Save the store locations.
1750     StoreRefs[Ptr].push_back(SI);
1751     count++;
1752   }
1753   return count;
1754 }
1755
1756 bool SLPVectorizer::tryToVectorizePair(Value *A, Value *B, BoUpSLP &R) {
1757   if (!A || !B)
1758     return false;
1759   Value *VL[] = { A, B };
1760   return tryToVectorizeList(VL, R);
1761 }
1762
1763 bool SLPVectorizer::tryToVectorizeList(ArrayRef<Value *> VL, BoUpSLP &R) {
1764   if (VL.size() < 2)
1765     return false;
1766
1767   DEBUG(dbgs() << "SLP: Vectorizing a list of length = " << VL.size() << ".\n");
1768
1769   // Check that all of the parts are scalar instructions of the same type.
1770   Instruction *I0 = dyn_cast<Instruction>(VL[0]);
1771   if (!I0)
1772     return 0;
1773
1774   unsigned Opcode0 = I0->getOpcode();
1775
1776   for (int i = 0, e = VL.size(); i < e; ++i) {
1777     Type *Ty = VL[i]->getType();
1778     if (Ty->isAggregateType() || Ty->isVectorTy())
1779       return 0;
1780     Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(VL[i]);
1781     if (!Inst || Inst->getOpcode() != Opcode0)
1782       return 0;
1783   }
1784
1785   R.buildTree(VL);
1786   int Cost = R.getTreeCost();
1787
1788   if (Cost >= -SLPCostThreshold)
1789     return false;
1790
1791   DEBUG(dbgs() << "SLP: Vectorizing pair at cost:" << Cost << ".\n");
1792   R.vectorizeTree();
1793   return true;
1794 }
1795
1796 bool SLPVectorizer::tryToVectorize(BinaryOperator *V, BoUpSLP &R) {
1797   if (!V)
1798     return false;
1799
1800   // Try to vectorize V.
1801   if (tryToVectorizePair(V->getOperand(0), V->getOperand(1), R))
1802     return true;
1803
1804   BinaryOperator *A = dyn_cast<BinaryOperator>(V->getOperand(0));
1805   BinaryOperator *B = dyn_cast<BinaryOperator>(V->getOperand(1));
1806   // Try to skip B.
1807   if (B && B->hasOneUse()) {
1808     BinaryOperator *B0 = dyn_cast<BinaryOperator>(B->getOperand(0));
1809     BinaryOperator *B1 = dyn_cast<BinaryOperator>(B->getOperand(1));
1810     if (tryToVectorizePair(A, B0, R)) {
1811       B->moveBefore(V);
1812       return true;
1813     }
1814     if (tryToVectorizePair(A, B1, R)) {
1815       B->moveBefore(V);
1816       return true;
1817     }
1818   }
1819
1820   // Try to skip A.
1821   if (A && A->hasOneUse()) {
1822     BinaryOperator *A0 = dyn_cast<BinaryOperator>(A->getOperand(0));
1823     BinaryOperator *A1 = dyn_cast<BinaryOperator>(A->getOperand(1));
1824     if (tryToVectorizePair(A0, B, R)) {
1825       A->moveBefore(V);
1826       return true;
1827     }
1828     if (tryToVectorizePair(A1, B, R)) {
1829       A->moveBefore(V);
1830       return true;
1831     }
1832   }
1833   return 0;
1834 }
1835
1836 bool SLPVectorizer::vectorizeChainsInBlock(BasicBlock *BB, BoUpSLP &R) {
1837   bool Changed = false;
1838   SmallVector<Value *, 4> Incoming;
1839   // Collect the incoming values from the PHIs.
1840   for (BasicBlock::iterator instr = BB->begin(), ie = BB->end(); instr != ie;
1841        ++instr) {
1842     PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(instr);
1843
1844     if (!P)
1845       break;
1846
1847     // Stop constructing the list when you reach a different type.
1848     if (Incoming.size() && P->getType() != Incoming[0]->getType()) {
1849       Changed |= tryToVectorizeList(Incoming, R);
1850       Incoming.clear();
1851     }
1852
1853     Incoming.push_back(P);
1854   }
1855
1856   if (Incoming.size() > 1)
1857     Changed |= tryToVectorizeList(Incoming, R);
1858
1859   for (BasicBlock::iterator it = BB->begin(), e = BB->end(); it != e; ++it) {
1860     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(it))
1861       continue;
1862
1863     // Try to vectorize reductions that use PHINodes.
1864     if (PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(it)) {
1865       // Check that the PHI is a reduction PHI.
1866       if (P->getNumIncomingValues() != 2)
1867         return Changed;
1868       Value *Rdx =
1869           (P->getIncomingBlock(0) == BB
1870                ? (P->getIncomingValue(0))
1871                : (P->getIncomingBlock(1) == BB ? P->getIncomingValue(1) : 0));
1872       // Check if this is a Binary Operator.
1873       BinaryOperator *BI = dyn_cast_or_null<BinaryOperator>(Rdx);
1874       if (!BI)
1875         continue;
1876
1877       Value *Inst = BI->getOperand(0);
1878       if (Inst == P)
1879         Inst = BI->getOperand(1);
1880
1881       Changed |= tryToVectorize(dyn_cast<BinaryOperator>(Inst), R);
1882       continue;
1883     }
1884
1885     // Try to vectorize trees that start at compare instructions.
1886     if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(it)) {
1887       if (tryToVectorizePair(CI->getOperand(0), CI->getOperand(1), R)) {
1888         Changed |= true;
1889         continue;
1890       }
1891       for (int i = 0; i < 2; ++i)
1892         if (BinaryOperator *BI = dyn_cast<BinaryOperator>(CI->getOperand(i)))
1893           Changed |=
1894               tryToVectorizePair(BI->getOperand(0), BI->getOperand(1), R);
1895       continue;
1896     }
1897   }
1898
1899   return Changed;
1900 }
1901
1902 bool SLPVectorizer::vectorizeStoreChains(BoUpSLP &R) {
1903   bool Changed = false;
1904   // Attempt to sort and vectorize each of the store-groups.
1905   for (StoreListMap::iterator it = StoreRefs.begin(), e = StoreRefs.end();
1906        it != e; ++it) {
1907     if (it->second.size() < 2)
1908       continue;
1909
1910     DEBUG(dbgs() << "SLP: Analyzing a store chain of length "
1911           << it->second.size() << ".\n");
1912
1913     // Process the stores in chunks of 16.
1914     for (unsigned CI = 0, CE = it->second.size(); CI < CE; CI+=16) {
1915       unsigned Len = std::min<unsigned>(CE - CI, 16);
1916       ArrayRef<StoreInst *> Chunk(&it->second[CI], Len);
1917       Changed |= vectorizeStores(Chunk, -SLPCostThreshold, R);
1918     }
1919   }
1920   return Changed;
1921 }
1922
1923 } // end anonymous namespace
1924
1925 char SLPVectorizer::ID = 0;
1926 static const char lv_name[] = "SLP Vectorizer";
1927 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SLPVectorizer, SV_NAME, lv_name, false, false)
1928 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
1929 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(TargetTransformInfo)
1930 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolution)
1931 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopSimplify)
1932 INITIALIZE_PASS_END(SLPVectorizer, SV_NAME, lv_name, false, false)
1933
1934 namespace llvm {
1935 Pass *createSLPVectorizerPass() { return new SLPVectorizer(); }
1936 }