[LAA] Remove unused pointer partition argument from getNumberOfChecks, NFC
[oota-llvm.git] / lib / Analysis / LoopAccessAnalysis.cpp
1 //===- LoopAccessAnalysis.cpp - Loop Access Analysis Implementation --------==//
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 // The implementation for the loop memory dependence that was originally
11 // developed for the loop vectorizer.
12 //
13 //===----------------------------------------------------------------------===//
14
15 #include "llvm/Analysis/LoopAccessAnalysis.h"
16 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
17 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
18 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
19 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
20 #include "llvm/IR/DiagnosticInfo.h"
21 #include "llvm/IR/Dominators.h"
22 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
23 #include "llvm/Support/Debug.h"
24 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
25 #include "llvm/Analysis/VectorUtils.h"
26 using namespace llvm;
27
28 #define DEBUG_TYPE "loop-accesses"
29
30 static cl::opt<unsigned, true>
31 VectorizationFactor("force-vector-width", cl::Hidden,
32                     cl::desc("Sets the SIMD width. Zero is autoselect."),
33                     cl::location(VectorizerParams::VectorizationFactor));
34 unsigned VectorizerParams::VectorizationFactor;
35
36 static cl::opt<unsigned, true>
37 VectorizationInterleave("force-vector-interleave", cl::Hidden,
38                         cl::desc("Sets the vectorization interleave count. "
39                                  "Zero is autoselect."),
40                         cl::location(
41                             VectorizerParams::VectorizationInterleave));
42 unsigned VectorizerParams::VectorizationInterleave;
43
44 static cl::opt<unsigned, true> RuntimeMemoryCheckThreshold(
45     "runtime-memory-check-threshold", cl::Hidden,
46     cl::desc("When performing memory disambiguation checks at runtime do not "
47              "generate more than this number of comparisons (default = 8)."),
48     cl::location(VectorizerParams::RuntimeMemoryCheckThreshold), cl::init(8));
49 unsigned VectorizerParams::RuntimeMemoryCheckThreshold;
50
51 /// \brief The maximum iterations used to merge memory checks
52 static cl::opt<unsigned> MemoryCheckMergeThreshold(
53     "memory-check-merge-threshold", cl::Hidden,
54     cl::desc("Maximum number of comparisons done when trying to merge "
55              "runtime memory checks. (default = 100)"),
56     cl::init(100));
57
58 /// Maximum SIMD width.
59 const unsigned VectorizerParams::MaxVectorWidth = 64;
60
61 /// \brief We collect interesting dependences up to this threshold.
62 static cl::opt<unsigned> MaxInterestingDependence(
63     "max-interesting-dependences", cl::Hidden,
64     cl::desc("Maximum number of interesting dependences collected by "
65              "loop-access analysis (default = 100)"),
66     cl::init(100));
67
68 bool VectorizerParams::isInterleaveForced() {
69   return ::VectorizationInterleave.getNumOccurrences() > 0;
70 }
71
72 void LoopAccessReport::emitAnalysis(const LoopAccessReport &Message,
73                                     const Function *TheFunction,
74                                     const Loop *TheLoop,
75                                     const char *PassName) {
76   DebugLoc DL = TheLoop->getStartLoc();
77   if (const Instruction *I = Message.getInstr())
78     DL = I->getDebugLoc();
79   emitOptimizationRemarkAnalysis(TheFunction->getContext(), PassName,
80                                  *TheFunction, DL, Message.str());
81 }
82
83 Value *llvm::stripIntegerCast(Value *V) {
84   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(V))
85     if (CI->getOperand(0)->getType()->isIntegerTy())
86       return CI->getOperand(0);
87   return V;
88 }
89
90 const SCEV *llvm::replaceSymbolicStrideSCEV(ScalarEvolution *SE,
91                                             const ValueToValueMap &PtrToStride,
92                                             Value *Ptr, Value *OrigPtr) {
93
94   const SCEV *OrigSCEV = SE->getSCEV(Ptr);
95
96   // If there is an entry in the map return the SCEV of the pointer with the
97   // symbolic stride replaced by one.
98   ValueToValueMap::const_iterator SI =
99       PtrToStride.find(OrigPtr ? OrigPtr : Ptr);
100   if (SI != PtrToStride.end()) {
101     Value *StrideVal = SI->second;
102
103     // Strip casts.
104     StrideVal = stripIntegerCast(StrideVal);
105
106     // Replace symbolic stride by one.
107     Value *One = ConstantInt::get(StrideVal->getType(), 1);
108     ValueToValueMap RewriteMap;
109     RewriteMap[StrideVal] = One;
110
111     const SCEV *ByOne =
112         SCEVParameterRewriter::rewrite(OrigSCEV, *SE, RewriteMap, true);
113     DEBUG(dbgs() << "LAA: Replacing SCEV: " << *OrigSCEV << " by: " << *ByOne
114                  << "\n");
115     return ByOne;
116   }
117
118   // Otherwise, just return the SCEV of the original pointer.
119   return SE->getSCEV(Ptr);
120 }
121
122 void RuntimePointerChecking::insert(Loop *Lp, Value *Ptr, bool WritePtr,
123                                     unsigned DepSetId, unsigned ASId,
124                                     const ValueToValueMap &Strides) {
125   // Get the stride replaced scev.
126   const SCEV *Sc = replaceSymbolicStrideSCEV(SE, Strides, Ptr);
127   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Sc);
128   assert(AR && "Invalid addrec expression");
129   const SCEV *Ex = SE->getBackedgeTakenCount(Lp);
130
131   const SCEV *ScStart = AR->getStart();
132   const SCEV *ScEnd = AR->evaluateAtIteration(Ex, *SE);
133   const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*SE);
134
135   // For expressions with negative step, the upper bound is ScStart and the
136   // lower bound is ScEnd.
137   if (const SCEVConstant *CStep = dyn_cast<const SCEVConstant>(Step)) {
138     if (CStep->getValue()->isNegative())
139       std::swap(ScStart, ScEnd);
140   } else {
141     // Fallback case: the step is not constant, but the we can still
142     // get the upper and lower bounds of the interval by using min/max
143     // expressions.
144     ScStart = SE->getUMinExpr(ScStart, ScEnd);
145     ScEnd = SE->getUMaxExpr(AR->getStart(), ScEnd);
146   }
147
148   Pointers.emplace_back(Ptr, ScStart, ScEnd, WritePtr, DepSetId, ASId, Sc);
149 }
150
151 SmallVector<RuntimePointerChecking::PointerCheck, 4>
152 RuntimePointerChecking::generateChecks(
153     const SmallVectorImpl<int> *PtrPartition) const {
154   SmallVector<PointerCheck, 4> Checks;
155
156   for (unsigned I = 0; I < CheckingGroups.size(); ++I) {
157     for (unsigned J = I + 1; J < CheckingGroups.size(); ++J) {
158       const RuntimePointerChecking::CheckingPtrGroup &CGI = CheckingGroups[I];
159       const RuntimePointerChecking::CheckingPtrGroup &CGJ = CheckingGroups[J];
160
161       if (needsChecking(CGI, CGJ, PtrPartition))
162         Checks.push_back(std::make_pair(&CGI, &CGJ));
163     }
164   }
165   return Checks;
166 }
167
168 void RuntimePointerChecking::generateChecks(
169     MemoryDepChecker::DepCandidates &DepCands, bool UseDependencies) {
170   assert(Checks.empty() && "Checks is not empty");
171   groupChecks(DepCands, UseDependencies);
172   Checks = generateChecks();
173 }
174
175 bool RuntimePointerChecking::needsChecking(
176     const CheckingPtrGroup &M, const CheckingPtrGroup &N,
177     const SmallVectorImpl<int> *PtrPartition) const {
178   for (unsigned I = 0, EI = M.Members.size(); EI != I; ++I)
179     for (unsigned J = 0, EJ = N.Members.size(); EJ != J; ++J)
180       if (needsChecking(M.Members[I], N.Members[J], PtrPartition))
181         return true;
182   return false;
183 }
184
185 /// Compare \p I and \p J and return the minimum.
186 /// Return nullptr in case we couldn't find an answer.
187 static const SCEV *getMinFromExprs(const SCEV *I, const SCEV *J,
188                                    ScalarEvolution *SE) {
189   const SCEV *Diff = SE->getMinusSCEV(J, I);
190   const SCEVConstant *C = dyn_cast<const SCEVConstant>(Diff);
191
192   if (!C)
193     return nullptr;
194   if (C->getValue()->isNegative())
195     return J;
196   return I;
197 }
198
199 bool RuntimePointerChecking::CheckingPtrGroup::addPointer(unsigned Index) {
200   const SCEV *Start = RtCheck.Pointers[Index].Start;
201   const SCEV *End = RtCheck.Pointers[Index].End;
202
203   // Compare the starts and ends with the known minimum and maximum
204   // of this set. We need to know how we compare against the min/max
205   // of the set in order to be able to emit memchecks.
206   const SCEV *Min0 = getMinFromExprs(Start, Low, RtCheck.SE);
207   if (!Min0)
208     return false;
209
210   const SCEV *Min1 = getMinFromExprs(End, High, RtCheck.SE);
211   if (!Min1)
212     return false;
213
214   // Update the low bound  expression if we've found a new min value.
215   if (Min0 == Start)
216     Low = Start;
217
218   // Update the high bound expression if we've found a new max value.
219   if (Min1 != End)
220     High = End;
221
222   Members.push_back(Index);
223   return true;
224 }
225
226 void RuntimePointerChecking::groupChecks(
227     MemoryDepChecker::DepCandidates &DepCands, bool UseDependencies) {
228   // We build the groups from dependency candidates equivalence classes
229   // because:
230   //    - We know that pointers in the same equivalence class share
231   //      the same underlying object and therefore there is a chance
232   //      that we can compare pointers
233   //    - We wouldn't be able to merge two pointers for which we need
234   //      to emit a memcheck. The classes in DepCands are already
235   //      conveniently built such that no two pointers in the same
236   //      class need checking against each other.
237
238   // We use the following (greedy) algorithm to construct the groups
239   // For every pointer in the equivalence class:
240   //   For each existing group:
241   //   - if the difference between this pointer and the min/max bounds
242   //     of the group is a constant, then make the pointer part of the
243   //     group and update the min/max bounds of that group as required.
244
245   CheckingGroups.clear();
246
247   // If we need to check two pointers to the same underlying object
248   // with a non-constant difference, we shouldn't perform any pointer
249   // grouping with those pointers. This is because we can easily get
250   // into cases where the resulting check would return false, even when
251   // the accesses are safe.
252   //
253   // The following example shows this:
254   // for (i = 0; i < 1000; ++i)
255   //   a[5000 + i * m] = a[i] + a[i + 9000]
256   //
257   // Here grouping gives a check of (5000, 5000 + 1000 * m) against
258   // (0, 10000) which is always false. However, if m is 1, there is no
259   // dependence. Not grouping the checks for a[i] and a[i + 9000] allows
260   // us to perform an accurate check in this case.
261   //
262   // The above case requires that we have an UnknownDependence between
263   // accesses to the same underlying object. This cannot happen unless
264   // ShouldRetryWithRuntimeCheck is set, and therefore UseDependencies
265   // is also false. In this case we will use the fallback path and create
266   // separate checking groups for all pointers.
267  
268   // If we don't have the dependency partitions, construct a new
269   // checking pointer group for each pointer. This is also required
270   // for correctness, because in this case we can have checking between
271   // pointers to the same underlying object.
272   if (!UseDependencies) {
273     for (unsigned I = 0; I < Pointers.size(); ++I)
274       CheckingGroups.push_back(CheckingPtrGroup(I, *this));
275     return;
276   }
277
278   unsigned TotalComparisons = 0;
279
280   DenseMap<Value *, unsigned> PositionMap;
281   for (unsigned Index = 0; Index < Pointers.size(); ++Index)
282     PositionMap[Pointers[Index].PointerValue] = Index;
283
284   // We need to keep track of what pointers we've already seen so we
285   // don't process them twice.
286   SmallSet<unsigned, 2> Seen;
287
288   // Go through all equivalence classes, get the the "pointer check groups"
289   // and add them to the overall solution. We use the order in which accesses
290   // appear in 'Pointers' to enforce determinism.
291   for (unsigned I = 0; I < Pointers.size(); ++I) {
292     // We've seen this pointer before, and therefore already processed
293     // its equivalence class.
294     if (Seen.count(I))
295       continue;
296
297     MemoryDepChecker::MemAccessInfo Access(Pointers[I].PointerValue,
298                                            Pointers[I].IsWritePtr);
299
300     SmallVector<CheckingPtrGroup, 2> Groups;
301     auto LeaderI = DepCands.findValue(DepCands.getLeaderValue(Access));
302
303     // Because DepCands is constructed by visiting accesses in the order in
304     // which they appear in alias sets (which is deterministic) and the
305     // iteration order within an equivalence class member is only dependent on
306     // the order in which unions and insertions are performed on the
307     // equivalence class, the iteration order is deterministic.
308     for (auto MI = DepCands.member_begin(LeaderI), ME = DepCands.member_end();
309          MI != ME; ++MI) {
310       unsigned Pointer = PositionMap[MI->getPointer()];
311       bool Merged = false;
312       // Mark this pointer as seen.
313       Seen.insert(Pointer);
314
315       // Go through all the existing sets and see if we can find one
316       // which can include this pointer.
317       for (CheckingPtrGroup &Group : Groups) {
318         // Don't perform more than a certain amount of comparisons.
319         // This should limit the cost of grouping the pointers to something
320         // reasonable.  If we do end up hitting this threshold, the algorithm
321         // will create separate groups for all remaining pointers.
322         if (TotalComparisons > MemoryCheckMergeThreshold)
323           break;
324
325         TotalComparisons++;
326
327         if (Group.addPointer(Pointer)) {
328           Merged = true;
329           break;
330         }
331       }
332
333       if (!Merged)
334         // We couldn't add this pointer to any existing set or the threshold
335         // for the number of comparisons has been reached. Create a new group
336         // to hold the current pointer.
337         Groups.push_back(CheckingPtrGroup(Pointer, *this));
338     }
339
340     // We've computed the grouped checks for this partition.
341     // Save the results and continue with the next one.
342     std::copy(Groups.begin(), Groups.end(), std::back_inserter(CheckingGroups));
343   }
344 }
345
346 bool RuntimePointerChecking::arePointersInSamePartition(
347     const SmallVectorImpl<int> &PtrToPartition, unsigned PtrIdx1,
348     unsigned PtrIdx2) {
349   return (PtrToPartition[PtrIdx1] != -1 &&
350           PtrToPartition[PtrIdx1] == PtrToPartition[PtrIdx2]);
351 }
352
353 bool RuntimePointerChecking::needsChecking(
354     unsigned I, unsigned J, const SmallVectorImpl<int> *PtrPartition) const {
355   const PointerInfo &PointerI = Pointers[I];
356   const PointerInfo &PointerJ = Pointers[J];
357
358   // No need to check if two readonly pointers intersect.
359   if (!PointerI.IsWritePtr && !PointerJ.IsWritePtr)
360     return false;
361
362   // Only need to check pointers between two different dependency sets.
363   if (PointerI.DependencySetId == PointerJ.DependencySetId)
364     return false;
365
366   // Only need to check pointers in the same alias set.
367   if (PointerI.AliasSetId != PointerJ.AliasSetId)
368     return false;
369
370   // If PtrPartition is set omit checks between pointers of the same partition.
371   if (PtrPartition && arePointersInSamePartition(*PtrPartition, I, J))
372     return false;
373
374   return true;
375 }
376
377 void RuntimePointerChecking::printChecks(
378     raw_ostream &OS, const SmallVectorImpl<PointerCheck> &Checks,
379     unsigned Depth) const {
380   unsigned N = 0;
381   for (const auto &Check : Checks) {
382     const auto &First = Check.first->Members, &Second = Check.second->Members;
383
384     OS.indent(Depth) << "Check " << N++ << ":\n";
385
386     OS.indent(Depth + 2) << "Comparing group (" << Check.first << "):\n";
387     for (unsigned K = 0; K < First.size(); ++K)
388       OS.indent(Depth + 2) << *Pointers[First[K]].PointerValue << "\n";
389
390     OS.indent(Depth + 2) << "Against group (" << Check.second << "):\n";
391     for (unsigned K = 0; K < Second.size(); ++K)
392       OS.indent(Depth + 2) << *Pointers[Second[K]].PointerValue << "\n";
393   }
394 }
395
396 void RuntimePointerChecking::print(raw_ostream &OS, unsigned Depth) const {
397
398   OS.indent(Depth) << "Run-time memory checks:\n";
399   printChecks(OS, Checks, Depth);
400
401   OS.indent(Depth) << "Grouped accesses:\n";
402   for (unsigned I = 0; I < CheckingGroups.size(); ++I) {
403     const auto &CG = CheckingGroups[I];
404
405     OS.indent(Depth + 2) << "Group " << &CG << ":\n";
406     OS.indent(Depth + 4) << "(Low: " << *CG.Low << " High: " << *CG.High
407                          << ")\n";
408     for (unsigned J = 0; J < CG.Members.size(); ++J) {
409       OS.indent(Depth + 6) << "Member: " << *Pointers[CG.Members[J]].Expr
410                            << "\n";
411     }
412   }
413 }
414
415 namespace {
416 /// \brief Analyses memory accesses in a loop.
417 ///
418 /// Checks whether run time pointer checks are needed and builds sets for data
419 /// dependence checking.
420 class AccessAnalysis {
421 public:
422   /// \brief Read or write access location.
423   typedef PointerIntPair<Value *, 1, bool> MemAccessInfo;
424   typedef SmallPtrSet<MemAccessInfo, 8> MemAccessInfoSet;
425
426   AccessAnalysis(const DataLayout &Dl, AliasAnalysis *AA, LoopInfo *LI,
427                  MemoryDepChecker::DepCandidates &DA)
428       : DL(Dl), AST(*AA), LI(LI), DepCands(DA),
429         IsRTCheckAnalysisNeeded(false) {}
430
431   /// \brief Register a load  and whether it is only read from.
432   void addLoad(MemoryLocation &Loc, bool IsReadOnly) {
433     Value *Ptr = const_cast<Value*>(Loc.Ptr);
434     AST.add(Ptr, MemoryLocation::UnknownSize, Loc.AATags);
435     Accesses.insert(MemAccessInfo(Ptr, false));
436     if (IsReadOnly)
437       ReadOnlyPtr.insert(Ptr);
438   }
439
440   /// \brief Register a store.
441   void addStore(MemoryLocation &Loc) {
442     Value *Ptr = const_cast<Value*>(Loc.Ptr);
443     AST.add(Ptr, MemoryLocation::UnknownSize, Loc.AATags);
444     Accesses.insert(MemAccessInfo(Ptr, true));
445   }
446
447   /// \brief Check whether we can check the pointers at runtime for
448   /// non-intersection.
449   ///
450   /// Returns true if we need no check or if we do and we can generate them
451   /// (i.e. the pointers have computable bounds).
452   bool canCheckPtrAtRT(RuntimePointerChecking &RtCheck, ScalarEvolution *SE,
453                        Loop *TheLoop, const ValueToValueMap &Strides,
454                        bool ShouldCheckStride = false);
455
456   /// \brief Goes over all memory accesses, checks whether a RT check is needed
457   /// and builds sets of dependent accesses.
458   void buildDependenceSets() {
459     processMemAccesses();
460   }
461
462   /// \brief Initial processing of memory accesses determined that we need to
463   /// perform dependency checking.
464   ///
465   /// Note that this can later be cleared if we retry memcheck analysis without
466   /// dependency checking (i.e. ShouldRetryWithRuntimeCheck).
467   bool isDependencyCheckNeeded() { return !CheckDeps.empty(); }
468
469   /// We decided that no dependence analysis would be used.  Reset the state.
470   void resetDepChecks(MemoryDepChecker &DepChecker) {
471     CheckDeps.clear();
472     DepChecker.clearInterestingDependences();
473   }
474
475   MemAccessInfoSet &getDependenciesToCheck() { return CheckDeps; }
476
477 private:
478   typedef SetVector<MemAccessInfo> PtrAccessSet;
479
480   /// \brief Go over all memory access and check whether runtime pointer checks
481   /// are needed and build sets of dependency check candidates.
482   void processMemAccesses();
483
484   /// Set of all accesses.
485   PtrAccessSet Accesses;
486
487   const DataLayout &DL;
488
489   /// Set of accesses that need a further dependence check.
490   MemAccessInfoSet CheckDeps;
491
492   /// Set of pointers that are read only.
493   SmallPtrSet<Value*, 16> ReadOnlyPtr;
494
495   /// An alias set tracker to partition the access set by underlying object and
496   //intrinsic property (such as TBAA metadata).
497   AliasSetTracker AST;
498
499   LoopInfo *LI;
500
501   /// Sets of potentially dependent accesses - members of one set share an
502   /// underlying pointer. The set "CheckDeps" identfies which sets really need a
503   /// dependence check.
504   MemoryDepChecker::DepCandidates &DepCands;
505
506   /// \brief Initial processing of memory accesses determined that we may need
507   /// to add memchecks.  Perform the analysis to determine the necessary checks.
508   ///
509   /// Note that, this is different from isDependencyCheckNeeded.  When we retry
510   /// memcheck analysis without dependency checking
511   /// (i.e. ShouldRetryWithRuntimeCheck), isDependencyCheckNeeded is cleared
512   /// while this remains set if we have potentially dependent accesses.
513   bool IsRTCheckAnalysisNeeded;
514 };
515
516 } // end anonymous namespace
517
518 /// \brief Check whether a pointer can participate in a runtime bounds check.
519 static bool hasComputableBounds(ScalarEvolution *SE,
520                                 const ValueToValueMap &Strides, Value *Ptr) {
521   const SCEV *PtrScev = replaceSymbolicStrideSCEV(SE, Strides, Ptr);
522   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(PtrScev);
523   if (!AR)
524     return false;
525
526   return AR->isAffine();
527 }
528
529 bool AccessAnalysis::canCheckPtrAtRT(RuntimePointerChecking &RtCheck,
530                                      ScalarEvolution *SE, Loop *TheLoop,
531                                      const ValueToValueMap &StridesMap,
532                                      bool ShouldCheckStride) {
533   // Find pointers with computable bounds. We are going to use this information
534   // to place a runtime bound check.
535   bool CanDoRT = true;
536
537   bool NeedRTCheck = false;
538   if (!IsRTCheckAnalysisNeeded) return true;
539
540   bool IsDepCheckNeeded = isDependencyCheckNeeded();
541
542   // We assign a consecutive id to access from different alias sets.
543   // Accesses between different groups doesn't need to be checked.
544   unsigned ASId = 1;
545   for (auto &AS : AST) {
546     int NumReadPtrChecks = 0;
547     int NumWritePtrChecks = 0;
548
549     // We assign consecutive id to access from different dependence sets.
550     // Accesses within the same set don't need a runtime check.
551     unsigned RunningDepId = 1;
552     DenseMap<Value *, unsigned> DepSetId;
553
554     for (auto A : AS) {
555       Value *Ptr = A.getValue();
556       bool IsWrite = Accesses.count(MemAccessInfo(Ptr, true));
557       MemAccessInfo Access(Ptr, IsWrite);
558
559       if (IsWrite)
560         ++NumWritePtrChecks;
561       else
562         ++NumReadPtrChecks;
563
564       if (hasComputableBounds(SE, StridesMap, Ptr) &&
565           // When we run after a failing dependency check we have to make sure
566           // we don't have wrapping pointers.
567           (!ShouldCheckStride ||
568            isStridedPtr(SE, Ptr, TheLoop, StridesMap) == 1)) {
569         // The id of the dependence set.
570         unsigned DepId;
571
572         if (IsDepCheckNeeded) {
573           Value *Leader = DepCands.getLeaderValue(Access).getPointer();
574           unsigned &LeaderId = DepSetId[Leader];
575           if (!LeaderId)
576             LeaderId = RunningDepId++;
577           DepId = LeaderId;
578         } else
579           // Each access has its own dependence set.
580           DepId = RunningDepId++;
581
582         RtCheck.insert(TheLoop, Ptr, IsWrite, DepId, ASId, StridesMap);
583
584         DEBUG(dbgs() << "LAA: Found a runtime check ptr:" << *Ptr << '\n');
585       } else {
586         DEBUG(dbgs() << "LAA: Can't find bounds for ptr:" << *Ptr << '\n');
587         CanDoRT = false;
588       }
589     }
590
591     // If we have at least two writes or one write and a read then we need to
592     // check them.  But there is no need to checks if there is only one
593     // dependence set for this alias set.
594     //
595     // Note that this function computes CanDoRT and NeedRTCheck independently.
596     // For example CanDoRT=false, NeedRTCheck=false means that we have a pointer
597     // for which we couldn't find the bounds but we don't actually need to emit
598     // any checks so it does not matter.
599     if (!(IsDepCheckNeeded && CanDoRT && RunningDepId == 2))
600       NeedRTCheck |= (NumWritePtrChecks >= 2 || (NumReadPtrChecks >= 1 &&
601                                                  NumWritePtrChecks >= 1));
602
603     ++ASId;
604   }
605
606   // If the pointers that we would use for the bounds comparison have different
607   // address spaces, assume the values aren't directly comparable, so we can't
608   // use them for the runtime check. We also have to assume they could
609   // overlap. In the future there should be metadata for whether address spaces
610   // are disjoint.
611   unsigned NumPointers = RtCheck.Pointers.size();
612   for (unsigned i = 0; i < NumPointers; ++i) {
613     for (unsigned j = i + 1; j < NumPointers; ++j) {
614       // Only need to check pointers between two different dependency sets.
615       if (RtCheck.Pointers[i].DependencySetId ==
616           RtCheck.Pointers[j].DependencySetId)
617        continue;
618       // Only need to check pointers in the same alias set.
619       if (RtCheck.Pointers[i].AliasSetId != RtCheck.Pointers[j].AliasSetId)
620         continue;
621
622       Value *PtrI = RtCheck.Pointers[i].PointerValue;
623       Value *PtrJ = RtCheck.Pointers[j].PointerValue;
624
625       unsigned ASi = PtrI->getType()->getPointerAddressSpace();
626       unsigned ASj = PtrJ->getType()->getPointerAddressSpace();
627       if (ASi != ASj) {
628         DEBUG(dbgs() << "LAA: Runtime check would require comparison between"
629                        " different address spaces\n");
630         return false;
631       }
632     }
633   }
634
635   if (NeedRTCheck && CanDoRT)
636     RtCheck.generateChecks(DepCands, IsDepCheckNeeded);
637
638   DEBUG(dbgs() << "LAA: We need to do " << RtCheck.getNumberOfChecks()
639                << " pointer comparisons.\n");
640
641   RtCheck.Need = NeedRTCheck;
642
643   bool CanDoRTIfNeeded = !NeedRTCheck || CanDoRT;
644   if (!CanDoRTIfNeeded)
645     RtCheck.reset();
646   return CanDoRTIfNeeded;
647 }
648
649 void AccessAnalysis::processMemAccesses() {
650   // We process the set twice: first we process read-write pointers, last we
651   // process read-only pointers. This allows us to skip dependence tests for
652   // read-only pointers.
653
654   DEBUG(dbgs() << "LAA: Processing memory accesses...\n");
655   DEBUG(dbgs() << "  AST: "; AST.dump());
656   DEBUG(dbgs() << "LAA:   Accesses(" << Accesses.size() << "):\n");
657   DEBUG({
658     for (auto A : Accesses)
659       dbgs() << "\t" << *A.getPointer() << " (" <<
660                 (A.getInt() ? "write" : (ReadOnlyPtr.count(A.getPointer()) ?
661                                          "read-only" : "read")) << ")\n";
662   });
663
664   // The AliasSetTracker has nicely partitioned our pointers by metadata
665   // compatibility and potential for underlying-object overlap. As a result, we
666   // only need to check for potential pointer dependencies within each alias
667   // set.
668   for (auto &AS : AST) {
669     // Note that both the alias-set tracker and the alias sets themselves used
670     // linked lists internally and so the iteration order here is deterministic
671     // (matching the original instruction order within each set).
672
673     bool SetHasWrite = false;
674
675     // Map of pointers to last access encountered.
676     typedef DenseMap<Value*, MemAccessInfo> UnderlyingObjToAccessMap;
677     UnderlyingObjToAccessMap ObjToLastAccess;
678
679     // Set of access to check after all writes have been processed.
680     PtrAccessSet DeferredAccesses;
681
682     // Iterate over each alias set twice, once to process read/write pointers,
683     // and then to process read-only pointers.
684     for (int SetIteration = 0; SetIteration < 2; ++SetIteration) {
685       bool UseDeferred = SetIteration > 0;
686       PtrAccessSet &S = UseDeferred ? DeferredAccesses : Accesses;
687
688       for (auto AV : AS) {
689         Value *Ptr = AV.getValue();
690
691         // For a single memory access in AliasSetTracker, Accesses may contain
692         // both read and write, and they both need to be handled for CheckDeps.
693         for (auto AC : S) {
694           if (AC.getPointer() != Ptr)
695             continue;
696
697           bool IsWrite = AC.getInt();
698
699           // If we're using the deferred access set, then it contains only
700           // reads.
701           bool IsReadOnlyPtr = ReadOnlyPtr.count(Ptr) && !IsWrite;
702           if (UseDeferred && !IsReadOnlyPtr)
703             continue;
704           // Otherwise, the pointer must be in the PtrAccessSet, either as a
705           // read or a write.
706           assert(((IsReadOnlyPtr && UseDeferred) || IsWrite ||
707                   S.count(MemAccessInfo(Ptr, false))) &&
708                  "Alias-set pointer not in the access set?");
709
710           MemAccessInfo Access(Ptr, IsWrite);
711           DepCands.insert(Access);
712
713           // Memorize read-only pointers for later processing and skip them in
714           // the first round (they need to be checked after we have seen all
715           // write pointers). Note: we also mark pointer that are not
716           // consecutive as "read-only" pointers (so that we check
717           // "a[b[i]] +="). Hence, we need the second check for "!IsWrite".
718           if (!UseDeferred && IsReadOnlyPtr) {
719             DeferredAccesses.insert(Access);
720             continue;
721           }
722
723           // If this is a write - check other reads and writes for conflicts. If
724           // this is a read only check other writes for conflicts (but only if
725           // there is no other write to the ptr - this is an optimization to
726           // catch "a[i] = a[i] + " without having to do a dependence check).
727           if ((IsWrite || IsReadOnlyPtr) && SetHasWrite) {
728             CheckDeps.insert(Access);
729             IsRTCheckAnalysisNeeded = true;
730           }
731
732           if (IsWrite)
733             SetHasWrite = true;
734
735           // Create sets of pointers connected by a shared alias set and
736           // underlying object.
737           typedef SmallVector<Value *, 16> ValueVector;
738           ValueVector TempObjects;
739
740           GetUnderlyingObjects(Ptr, TempObjects, DL, LI);
741           DEBUG(dbgs() << "Underlying objects for pointer " << *Ptr << "\n");
742           for (Value *UnderlyingObj : TempObjects) {
743             UnderlyingObjToAccessMap::iterator Prev =
744                 ObjToLastAccess.find(UnderlyingObj);
745             if (Prev != ObjToLastAccess.end())
746               DepCands.unionSets(Access, Prev->second);
747
748             ObjToLastAccess[UnderlyingObj] = Access;
749             DEBUG(dbgs() << "  " << *UnderlyingObj << "\n");
750           }
751         }
752       }
753     }
754   }
755 }
756
757 static bool isInBoundsGep(Value *Ptr) {
758   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr))
759     return GEP->isInBounds();
760   return false;
761 }
762
763 /// \brief Return true if an AddRec pointer \p Ptr is unsigned non-wrapping,
764 /// i.e. monotonically increasing/decreasing.
765 static bool isNoWrapAddRec(Value *Ptr, const SCEVAddRecExpr *AR,
766                            ScalarEvolution *SE, const Loop *L) {
767   // FIXME: This should probably only return true for NUW.
768   if (AR->getNoWrapFlags(SCEV::NoWrapMask))
769     return true;
770
771   // Scalar evolution does not propagate the non-wrapping flags to values that
772   // are derived from a non-wrapping induction variable because non-wrapping
773   // could be flow-sensitive.
774   //
775   // Look through the potentially overflowing instruction to try to prove
776   // non-wrapping for the *specific* value of Ptr.
777
778   // The arithmetic implied by an inbounds GEP can't overflow.
779   auto *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr);
780   if (!GEP || !GEP->isInBounds())
781     return false;
782
783   // Make sure there is only one non-const index and analyze that.
784   Value *NonConstIndex = nullptr;
785   for (auto Index = GEP->idx_begin(); Index != GEP->idx_end(); ++Index)
786     if (!isa<ConstantInt>(*Index)) {
787       if (NonConstIndex)
788         return false;
789       NonConstIndex = *Index;
790     }
791   if (!NonConstIndex)
792     // The recurrence is on the pointer, ignore for now.
793     return false;
794
795   // The index in GEP is signed.  It is non-wrapping if it's derived from a NSW
796   // AddRec using a NSW operation.
797   if (auto *OBO = dyn_cast<OverflowingBinaryOperator>(NonConstIndex))
798     if (OBO->hasNoSignedWrap() &&
799         // Assume constant for other the operand so that the AddRec can be
800         // easily found.
801         isa<ConstantInt>(OBO->getOperand(1))) {
802       auto *OpScev = SE->getSCEV(OBO->getOperand(0));
803
804       if (auto *OpAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(OpScev))
805         return OpAR->getLoop() == L && OpAR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW);
806     }
807
808   return false;
809 }
810
811 /// \brief Check whether the access through \p Ptr has a constant stride.
812 int llvm::isStridedPtr(ScalarEvolution *SE, Value *Ptr, const Loop *Lp,
813                        const ValueToValueMap &StridesMap) {
814   Type *Ty = Ptr->getType();
815   assert(Ty->isPointerTy() && "Unexpected non-ptr");
816
817   // Make sure that the pointer does not point to aggregate types.
818   auto *PtrTy = cast<PointerType>(Ty);
819   if (PtrTy->getElementType()->isAggregateType()) {
820     DEBUG(dbgs() << "LAA: Bad stride - Not a pointer to a scalar type"
821           << *Ptr << "\n");
822     return 0;
823   }
824
825   const SCEV *PtrScev = replaceSymbolicStrideSCEV(SE, StridesMap, Ptr);
826
827   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(PtrScev);
828   if (!AR) {
829     DEBUG(dbgs() << "LAA: Bad stride - Not an AddRecExpr pointer "
830           << *Ptr << " SCEV: " << *PtrScev << "\n");
831     return 0;
832   }
833
834   // The accesss function must stride over the innermost loop.
835   if (Lp != AR->getLoop()) {
836     DEBUG(dbgs() << "LAA: Bad stride - Not striding over innermost loop " <<
837           *Ptr << " SCEV: " << *PtrScev << "\n");
838   }
839
840   // The address calculation must not wrap. Otherwise, a dependence could be
841   // inverted.
842   // An inbounds getelementptr that is a AddRec with a unit stride
843   // cannot wrap per definition. The unit stride requirement is checked later.
844   // An getelementptr without an inbounds attribute and unit stride would have
845   // to access the pointer value "0" which is undefined behavior in address
846   // space 0, therefore we can also vectorize this case.
847   bool IsInBoundsGEP = isInBoundsGep(Ptr);
848   bool IsNoWrapAddRec = isNoWrapAddRec(Ptr, AR, SE, Lp);
849   bool IsInAddressSpaceZero = PtrTy->getAddressSpace() == 0;
850   if (!IsNoWrapAddRec && !IsInBoundsGEP && !IsInAddressSpaceZero) {
851     DEBUG(dbgs() << "LAA: Bad stride - Pointer may wrap in the address space "
852           << *Ptr << " SCEV: " << *PtrScev << "\n");
853     return 0;
854   }
855
856   // Check the step is constant.
857   const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*SE);
858
859   // Calculate the pointer stride and check if it is constant.
860   const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Step);
861   if (!C) {
862     DEBUG(dbgs() << "LAA: Bad stride - Not a constant strided " << *Ptr <<
863           " SCEV: " << *PtrScev << "\n");
864     return 0;
865   }
866
867   auto &DL = Lp->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
868   int64_t Size = DL.getTypeAllocSize(PtrTy->getElementType());
869   const APInt &APStepVal = C->getValue()->getValue();
870
871   // Huge step value - give up.
872   if (APStepVal.getBitWidth() > 64)
873     return 0;
874
875   int64_t StepVal = APStepVal.getSExtValue();
876
877   // Strided access.
878   int64_t Stride = StepVal / Size;
879   int64_t Rem = StepVal % Size;
880   if (Rem)
881     return 0;
882
883   // If the SCEV could wrap but we have an inbounds gep with a unit stride we
884   // know we can't "wrap around the address space". In case of address space
885   // zero we know that this won't happen without triggering undefined behavior.
886   if (!IsNoWrapAddRec && (IsInBoundsGEP || IsInAddressSpaceZero) &&
887       Stride != 1 && Stride != -1)
888     return 0;
889
890   return Stride;
891 }
892
893 bool MemoryDepChecker::Dependence::isSafeForVectorization(DepType Type) {
894   switch (Type) {
895   case NoDep:
896   case Forward:
897   case BackwardVectorizable:
898     return true;
899
900   case Unknown:
901   case ForwardButPreventsForwarding:
902   case Backward:
903   case BackwardVectorizableButPreventsForwarding:
904     return false;
905   }
906   llvm_unreachable("unexpected DepType!");
907 }
908
909 bool MemoryDepChecker::Dependence::isInterestingDependence(DepType Type) {
910   switch (Type) {
911   case NoDep:
912   case Forward:
913     return false;
914
915   case BackwardVectorizable:
916   case Unknown:
917   case ForwardButPreventsForwarding:
918   case Backward:
919   case BackwardVectorizableButPreventsForwarding:
920     return true;
921   }
922   llvm_unreachable("unexpected DepType!");
923 }
924
925 bool MemoryDepChecker::Dependence::isPossiblyBackward() const {
926   switch (Type) {
927   case NoDep:
928   case Forward:
929   case ForwardButPreventsForwarding:
930     return false;
931
932   case Unknown:
933   case BackwardVectorizable:
934   case Backward:
935   case BackwardVectorizableButPreventsForwarding:
936     return true;
937   }
938   llvm_unreachable("unexpected DepType!");
939 }
940
941 bool MemoryDepChecker::couldPreventStoreLoadForward(unsigned Distance,
942                                                     unsigned TypeByteSize) {
943   // If loads occur at a distance that is not a multiple of a feasible vector
944   // factor store-load forwarding does not take place.
945   // Positive dependences might cause troubles because vectorizing them might
946   // prevent store-load forwarding making vectorized code run a lot slower.
947   //   a[i] = a[i-3] ^ a[i-8];
948   //   The stores to a[i:i+1] don't align with the stores to a[i-3:i-2] and
949   //   hence on your typical architecture store-load forwarding does not take
950   //   place. Vectorizing in such cases does not make sense.
951   // Store-load forwarding distance.
952   const unsigned NumCyclesForStoreLoadThroughMemory = 8*TypeByteSize;
953   // Maximum vector factor.
954   unsigned MaxVFWithoutSLForwardIssues =
955     VectorizerParams::MaxVectorWidth * TypeByteSize;
956   if(MaxSafeDepDistBytes < MaxVFWithoutSLForwardIssues)
957     MaxVFWithoutSLForwardIssues = MaxSafeDepDistBytes;
958
959   for (unsigned vf = 2*TypeByteSize; vf <= MaxVFWithoutSLForwardIssues;
960        vf *= 2) {
961     if (Distance % vf && Distance / vf < NumCyclesForStoreLoadThroughMemory) {
962       MaxVFWithoutSLForwardIssues = (vf >>=1);
963       break;
964     }
965   }
966
967   if (MaxVFWithoutSLForwardIssues< 2*TypeByteSize) {
968     DEBUG(dbgs() << "LAA: Distance " << Distance <<
969           " that could cause a store-load forwarding conflict\n");
970     return true;
971   }
972
973   if (MaxVFWithoutSLForwardIssues < MaxSafeDepDistBytes &&
974       MaxVFWithoutSLForwardIssues !=
975       VectorizerParams::MaxVectorWidth * TypeByteSize)
976     MaxSafeDepDistBytes = MaxVFWithoutSLForwardIssues;
977   return false;
978 }
979
980 /// \brief Check the dependence for two accesses with the same stride \p Stride.
981 /// \p Distance is the positive distance and \p TypeByteSize is type size in
982 /// bytes.
983 ///
984 /// \returns true if they are independent.
985 static bool areStridedAccessesIndependent(unsigned Distance, unsigned Stride,
986                                           unsigned TypeByteSize) {
987   assert(Stride > 1 && "The stride must be greater than 1");
988   assert(TypeByteSize > 0 && "The type size in byte must be non-zero");
989   assert(Distance > 0 && "The distance must be non-zero");
990
991   // Skip if the distance is not multiple of type byte size.
992   if (Distance % TypeByteSize)
993     return false;
994
995   unsigned ScaledDist = Distance / TypeByteSize;
996
997   // No dependence if the scaled distance is not multiple of the stride.
998   // E.g.
999   //      for (i = 0; i < 1024 ; i += 4)
1000   //        A[i+2] = A[i] + 1;
1001   //
1002   // Two accesses in memory (scaled distance is 2, stride is 4):
1003   //     | A[0] |      |      |      | A[4] |      |      |      |
1004   //     |      |      | A[2] |      |      |      | A[6] |      |
1005   //
1006   // E.g.
1007   //      for (i = 0; i < 1024 ; i += 3)
1008   //        A[i+4] = A[i] + 1;
1009   //
1010   // Two accesses in memory (scaled distance is 4, stride is 3):
1011   //     | A[0] |      |      | A[3] |      |      | A[6] |      |      |
1012   //     |      |      |      |      | A[4] |      |      | A[7] |      |
1013   return ScaledDist % Stride;
1014 }
1015
1016 MemoryDepChecker::Dependence::DepType
1017 MemoryDepChecker::isDependent(const MemAccessInfo &A, unsigned AIdx,
1018                               const MemAccessInfo &B, unsigned BIdx,
1019                               const ValueToValueMap &Strides) {
1020   assert (AIdx < BIdx && "Must pass arguments in program order");
1021
1022   Value *APtr = A.getPointer();
1023   Value *BPtr = B.getPointer();
1024   bool AIsWrite = A.getInt();
1025   bool BIsWrite = B.getInt();
1026
1027   // Two reads are independent.
1028   if (!AIsWrite && !BIsWrite)
1029     return Dependence::NoDep;
1030
1031   // We cannot check pointers in different address spaces.
1032   if (APtr->getType()->getPointerAddressSpace() !=
1033       BPtr->getType()->getPointerAddressSpace())
1034     return Dependence::Unknown;
1035
1036   const SCEV *AScev = replaceSymbolicStrideSCEV(SE, Strides, APtr);
1037   const SCEV *BScev = replaceSymbolicStrideSCEV(SE, Strides, BPtr);
1038
1039   int StrideAPtr = isStridedPtr(SE, APtr, InnermostLoop, Strides);
1040   int StrideBPtr = isStridedPtr(SE, BPtr, InnermostLoop, Strides);
1041
1042   const SCEV *Src = AScev;
1043   const SCEV *Sink = BScev;
1044
1045   // If the induction step is negative we have to invert source and sink of the
1046   // dependence.
1047   if (StrideAPtr < 0) {
1048     //Src = BScev;
1049     //Sink = AScev;
1050     std::swap(APtr, BPtr);
1051     std::swap(Src, Sink);
1052     std::swap(AIsWrite, BIsWrite);
1053     std::swap(AIdx, BIdx);
1054     std::swap(StrideAPtr, StrideBPtr);
1055   }
1056
1057   const SCEV *Dist = SE->getMinusSCEV(Sink, Src);
1058
1059   DEBUG(dbgs() << "LAA: Src Scev: " << *Src << "Sink Scev: " << *Sink
1060         << "(Induction step: " << StrideAPtr <<  ")\n");
1061   DEBUG(dbgs() << "LAA: Distance for " << *InstMap[AIdx] << " to "
1062         << *InstMap[BIdx] << ": " << *Dist << "\n");
1063
1064   // Need accesses with constant stride. We don't want to vectorize
1065   // "A[B[i]] += ..." and similar code or pointer arithmetic that could wrap in
1066   // the address space.
1067   if (!StrideAPtr || !StrideBPtr || StrideAPtr != StrideBPtr){
1068     DEBUG(dbgs() << "Pointer access with non-constant stride\n");
1069     return Dependence::Unknown;
1070   }
1071
1072   const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Dist);
1073   if (!C) {
1074     DEBUG(dbgs() << "LAA: Dependence because of non-constant distance\n");
1075     ShouldRetryWithRuntimeCheck = true;
1076     return Dependence::Unknown;
1077   }
1078
1079   Type *ATy = APtr->getType()->getPointerElementType();
1080   Type *BTy = BPtr->getType()->getPointerElementType();
1081   auto &DL = InnermostLoop->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
1082   unsigned TypeByteSize = DL.getTypeAllocSize(ATy);
1083
1084   // Negative distances are not plausible dependencies.
1085   const APInt &Val = C->getValue()->getValue();
1086   if (Val.isNegative()) {
1087     bool IsTrueDataDependence = (AIsWrite && !BIsWrite);
1088     if (IsTrueDataDependence &&
1089         (couldPreventStoreLoadForward(Val.abs().getZExtValue(), TypeByteSize) ||
1090          ATy != BTy))
1091       return Dependence::ForwardButPreventsForwarding;
1092
1093     DEBUG(dbgs() << "LAA: Dependence is negative: NoDep\n");
1094     return Dependence::Forward;
1095   }
1096
1097   // Write to the same location with the same size.
1098   // Could be improved to assert type sizes are the same (i32 == float, etc).
1099   if (Val == 0) {
1100     if (ATy == BTy)
1101       return Dependence::NoDep;
1102     DEBUG(dbgs() << "LAA: Zero dependence difference but different types\n");
1103     return Dependence::Unknown;
1104   }
1105
1106   assert(Val.isStrictlyPositive() && "Expect a positive value");
1107
1108   if (ATy != BTy) {
1109     DEBUG(dbgs() <<
1110           "LAA: ReadWrite-Write positive dependency with different types\n");
1111     return Dependence::Unknown;
1112   }
1113
1114   unsigned Distance = (unsigned) Val.getZExtValue();
1115
1116   unsigned Stride = std::abs(StrideAPtr);
1117   if (Stride > 1 &&
1118       areStridedAccessesIndependent(Distance, Stride, TypeByteSize)) {
1119     DEBUG(dbgs() << "LAA: Strided accesses are independent\n");
1120     return Dependence::NoDep;
1121   }
1122
1123   // Bail out early if passed-in parameters make vectorization not feasible.
1124   unsigned ForcedFactor = (VectorizerParams::VectorizationFactor ?
1125                            VectorizerParams::VectorizationFactor : 1);
1126   unsigned ForcedUnroll = (VectorizerParams::VectorizationInterleave ?
1127                            VectorizerParams::VectorizationInterleave : 1);
1128   // The minimum number of iterations for a vectorized/unrolled version.
1129   unsigned MinNumIter = std::max(ForcedFactor * ForcedUnroll, 2U);
1130
1131   // It's not vectorizable if the distance is smaller than the minimum distance
1132   // needed for a vectroized/unrolled version. Vectorizing one iteration in
1133   // front needs TypeByteSize * Stride. Vectorizing the last iteration needs
1134   // TypeByteSize (No need to plus the last gap distance).
1135   //
1136   // E.g. Assume one char is 1 byte in memory and one int is 4 bytes.
1137   //      foo(int *A) {
1138   //        int *B = (int *)((char *)A + 14);
1139   //        for (i = 0 ; i < 1024 ; i += 2)
1140   //          B[i] = A[i] + 1;
1141   //      }
1142   //
1143   // Two accesses in memory (stride is 2):
1144   //     | A[0] |      | A[2] |      | A[4] |      | A[6] |      |
1145   //                              | B[0] |      | B[2] |      | B[4] |
1146   //
1147   // Distance needs for vectorizing iterations except the last iteration:
1148   // 4 * 2 * (MinNumIter - 1). Distance needs for the last iteration: 4.
1149   // So the minimum distance needed is: 4 * 2 * (MinNumIter - 1) + 4.
1150   //
1151   // If MinNumIter is 2, it is vectorizable as the minimum distance needed is
1152   // 12, which is less than distance.
1153   //
1154   // If MinNumIter is 4 (Say if a user forces the vectorization factor to be 4),
1155   // the minimum distance needed is 28, which is greater than distance. It is
1156   // not safe to do vectorization.
1157   unsigned MinDistanceNeeded =
1158       TypeByteSize * Stride * (MinNumIter - 1) + TypeByteSize;
1159   if (MinDistanceNeeded > Distance) {
1160     DEBUG(dbgs() << "LAA: Failure because of positive distance " << Distance
1161                  << '\n');
1162     return Dependence::Backward;
1163   }
1164
1165   // Unsafe if the minimum distance needed is greater than max safe distance.
1166   if (MinDistanceNeeded > MaxSafeDepDistBytes) {
1167     DEBUG(dbgs() << "LAA: Failure because it needs at least "
1168                  << MinDistanceNeeded << " size in bytes");
1169     return Dependence::Backward;
1170   }
1171
1172   // Positive distance bigger than max vectorization factor.
1173   // FIXME: Should use max factor instead of max distance in bytes, which could
1174   // not handle different types.
1175   // E.g. Assume one char is 1 byte in memory and one int is 4 bytes.
1176   //      void foo (int *A, char *B) {
1177   //        for (unsigned i = 0; i < 1024; i++) {
1178   //          A[i+2] = A[i] + 1;
1179   //          B[i+2] = B[i] + 1;
1180   //        }
1181   //      }
1182   //
1183   // This case is currently unsafe according to the max safe distance. If we
1184   // analyze the two accesses on array B, the max safe dependence distance
1185   // is 2. Then we analyze the accesses on array A, the minimum distance needed
1186   // is 8, which is less than 2 and forbidden vectorization, But actually
1187   // both A and B could be vectorized by 2 iterations.
1188   MaxSafeDepDistBytes =
1189       Distance < MaxSafeDepDistBytes ? Distance : MaxSafeDepDistBytes;
1190
1191   bool IsTrueDataDependence = (!AIsWrite && BIsWrite);
1192   if (IsTrueDataDependence &&
1193       couldPreventStoreLoadForward(Distance, TypeByteSize))
1194     return Dependence::BackwardVectorizableButPreventsForwarding;
1195
1196   DEBUG(dbgs() << "LAA: Positive distance " << Val.getSExtValue()
1197                << " with max VF = "
1198                << MaxSafeDepDistBytes / (TypeByteSize * Stride) << '\n');
1199
1200   return Dependence::BackwardVectorizable;
1201 }
1202
1203 bool MemoryDepChecker::areDepsSafe(DepCandidates &AccessSets,
1204                                    MemAccessInfoSet &CheckDeps,
1205                                    const ValueToValueMap &Strides) {
1206
1207   MaxSafeDepDistBytes = -1U;
1208   while (!CheckDeps.empty()) {
1209     MemAccessInfo CurAccess = *CheckDeps.begin();
1210
1211     // Get the relevant memory access set.
1212     EquivalenceClasses<MemAccessInfo>::iterator I =
1213       AccessSets.findValue(AccessSets.getLeaderValue(CurAccess));
1214
1215     // Check accesses within this set.
1216     EquivalenceClasses<MemAccessInfo>::member_iterator AI, AE;
1217     AI = AccessSets.member_begin(I), AE = AccessSets.member_end();
1218
1219     // Check every access pair.
1220     while (AI != AE) {
1221       CheckDeps.erase(*AI);
1222       EquivalenceClasses<MemAccessInfo>::member_iterator OI = std::next(AI);
1223       while (OI != AE) {
1224         // Check every accessing instruction pair in program order.
1225         for (std::vector<unsigned>::iterator I1 = Accesses[*AI].begin(),
1226              I1E = Accesses[*AI].end(); I1 != I1E; ++I1)
1227           for (std::vector<unsigned>::iterator I2 = Accesses[*OI].begin(),
1228                I2E = Accesses[*OI].end(); I2 != I2E; ++I2) {
1229             auto A = std::make_pair(&*AI, *I1);
1230             auto B = std::make_pair(&*OI, *I2);
1231
1232             assert(*I1 != *I2);
1233             if (*I1 > *I2)
1234               std::swap(A, B);
1235
1236             Dependence::DepType Type =
1237                 isDependent(*A.first, A.second, *B.first, B.second, Strides);
1238             SafeForVectorization &= Dependence::isSafeForVectorization(Type);
1239
1240             // Gather dependences unless we accumulated MaxInterestingDependence
1241             // dependences.  In that case return as soon as we find the first
1242             // unsafe dependence.  This puts a limit on this quadratic
1243             // algorithm.
1244             if (RecordInterestingDependences) {
1245               if (Dependence::isInterestingDependence(Type))
1246                 InterestingDependences.push_back(
1247                     Dependence(A.second, B.second, Type));
1248
1249               if (InterestingDependences.size() >= MaxInterestingDependence) {
1250                 RecordInterestingDependences = false;
1251                 InterestingDependences.clear();
1252                 DEBUG(dbgs() << "Too many dependences, stopped recording\n");
1253               }
1254             }
1255             if (!RecordInterestingDependences && !SafeForVectorization)
1256               return false;
1257           }
1258         ++OI;
1259       }
1260       AI++;
1261     }
1262   }
1263
1264   DEBUG(dbgs() << "Total Interesting Dependences: "
1265                << InterestingDependences.size() << "\n");
1266   return SafeForVectorization;
1267 }
1268
1269 SmallVector<Instruction *, 4>
1270 MemoryDepChecker::getInstructionsForAccess(Value *Ptr, bool isWrite) const {
1271   MemAccessInfo Access(Ptr, isWrite);
1272   auto &IndexVector = Accesses.find(Access)->second;
1273
1274   SmallVector<Instruction *, 4> Insts;
1275   std::transform(IndexVector.begin(), IndexVector.end(),
1276                  std::back_inserter(Insts),
1277                  [&](unsigned Idx) { return this->InstMap[Idx]; });
1278   return Insts;
1279 }
1280
1281 const char *MemoryDepChecker::Dependence::DepName[] = {
1282     "NoDep", "Unknown", "Forward", "ForwardButPreventsForwarding", "Backward",
1283     "BackwardVectorizable", "BackwardVectorizableButPreventsForwarding"};
1284
1285 void MemoryDepChecker::Dependence::print(
1286     raw_ostream &OS, unsigned Depth,
1287     const SmallVectorImpl<Instruction *> &Instrs) const {
1288   OS.indent(Depth) << DepName[Type] << ":\n";
1289   OS.indent(Depth + 2) << *Instrs[Source] << " -> \n";
1290   OS.indent(Depth + 2) << *Instrs[Destination] << "\n";
1291 }
1292
1293 bool LoopAccessInfo::canAnalyzeLoop() {
1294   // We need to have a loop header.
1295   DEBUG(dbgs() << "LAA: Found a loop: " <<
1296         TheLoop->getHeader()->getName() << '\n');
1297
1298     // We can only analyze innermost loops.
1299   if (!TheLoop->empty()) {
1300     DEBUG(dbgs() << "LAA: loop is not the innermost loop\n");
1301     emitAnalysis(LoopAccessReport() << "loop is not the innermost loop");
1302     return false;
1303   }
1304
1305   // We must have a single backedge.
1306   if (TheLoop->getNumBackEdges() != 1) {
1307     DEBUG(dbgs() << "LAA: loop control flow is not understood by analyzer\n");
1308     emitAnalysis(
1309         LoopAccessReport() <<
1310         "loop control flow is not understood by analyzer");
1311     return false;
1312   }
1313
1314   // We must have a single exiting block.
1315   if (!TheLoop->getExitingBlock()) {
1316     DEBUG(dbgs() << "LAA: loop control flow is not understood by analyzer\n");
1317     emitAnalysis(
1318         LoopAccessReport() <<
1319         "loop control flow is not understood by analyzer");
1320     return false;
1321   }
1322
1323   // We only handle bottom-tested loops, i.e. loop in which the condition is
1324   // checked at the end of each iteration. With that we can assume that all
1325   // instructions in the loop are executed the same number of times.
1326   if (TheLoop->getExitingBlock() != TheLoop->getLoopLatch()) {
1327     DEBUG(dbgs() << "LAA: loop control flow is not understood by analyzer\n");
1328     emitAnalysis(
1329         LoopAccessReport() <<
1330         "loop control flow is not understood by analyzer");
1331     return false;
1332   }
1333
1334   // ScalarEvolution needs to be able to find the exit count.
1335   const SCEV *ExitCount = SE->getBackedgeTakenCount(TheLoop);
1336   if (ExitCount == SE->getCouldNotCompute()) {
1337     emitAnalysis(LoopAccessReport() <<
1338                  "could not determine number of loop iterations");
1339     DEBUG(dbgs() << "LAA: SCEV could not compute the loop exit count.\n");
1340     return false;
1341   }
1342
1343   return true;
1344 }
1345
1346 void LoopAccessInfo::analyzeLoop(const ValueToValueMap &Strides) {
1347
1348   typedef SmallVector<Value*, 16> ValueVector;
1349   typedef SmallPtrSet<Value*, 16> ValueSet;
1350
1351   // Holds the Load and Store *instructions*.
1352   ValueVector Loads;
1353   ValueVector Stores;
1354
1355   // Holds all the different accesses in the loop.
1356   unsigned NumReads = 0;
1357   unsigned NumReadWrites = 0;
1358
1359   PtrRtChecking.Pointers.clear();
1360   PtrRtChecking.Need = false;
1361
1362   const bool IsAnnotatedParallel = TheLoop->isAnnotatedParallel();
1363
1364   // For each block.
1365   for (Loop::block_iterator bb = TheLoop->block_begin(),
1366        be = TheLoop->block_end(); bb != be; ++bb) {
1367
1368     // Scan the BB and collect legal loads and stores.
1369     for (BasicBlock::iterator it = (*bb)->begin(), e = (*bb)->end(); it != e;
1370          ++it) {
1371
1372       // If this is a load, save it. If this instruction can read from memory
1373       // but is not a load, then we quit. Notice that we don't handle function
1374       // calls that read or write.
1375       if (it->mayReadFromMemory()) {
1376         // Many math library functions read the rounding mode. We will only
1377         // vectorize a loop if it contains known function calls that don't set
1378         // the flag. Therefore, it is safe to ignore this read from memory.
1379         CallInst *Call = dyn_cast<CallInst>(it);
1380         if (Call && getIntrinsicIDForCall(Call, TLI))
1381           continue;
1382
1383         // If the function has an explicit vectorized counterpart, we can safely
1384         // assume that it can be vectorized.
1385         if (Call && !Call->isNoBuiltin() && Call->getCalledFunction() &&
1386             TLI->isFunctionVectorizable(Call->getCalledFunction()->getName()))
1387           continue;
1388
1389         LoadInst *Ld = dyn_cast<LoadInst>(it);
1390         if (!Ld || (!Ld->isSimple() && !IsAnnotatedParallel)) {
1391           emitAnalysis(LoopAccessReport(Ld)
1392                        << "read with atomic ordering or volatile read");
1393           DEBUG(dbgs() << "LAA: Found a non-simple load.\n");
1394           CanVecMem = false;
1395           return;
1396         }
1397         NumLoads++;
1398         Loads.push_back(Ld);
1399         DepChecker.addAccess(Ld);
1400         continue;
1401       }
1402
1403       // Save 'store' instructions. Abort if other instructions write to memory.
1404       if (it->mayWriteToMemory()) {
1405         StoreInst *St = dyn_cast<StoreInst>(it);
1406         if (!St) {
1407           emitAnalysis(LoopAccessReport(it) <<
1408                        "instruction cannot be vectorized");
1409           CanVecMem = false;
1410           return;
1411         }
1412         if (!St->isSimple() && !IsAnnotatedParallel) {
1413           emitAnalysis(LoopAccessReport(St)
1414                        << "write with atomic ordering or volatile write");
1415           DEBUG(dbgs() << "LAA: Found a non-simple store.\n");
1416           CanVecMem = false;
1417           return;
1418         }
1419         NumStores++;
1420         Stores.push_back(St);
1421         DepChecker.addAccess(St);
1422       }
1423     } // Next instr.
1424   } // Next block.
1425
1426   // Now we have two lists that hold the loads and the stores.
1427   // Next, we find the pointers that they use.
1428
1429   // Check if we see any stores. If there are no stores, then we don't
1430   // care if the pointers are *restrict*.
1431   if (!Stores.size()) {
1432     DEBUG(dbgs() << "LAA: Found a read-only loop!\n");
1433     CanVecMem = true;
1434     return;
1435   }
1436
1437   MemoryDepChecker::DepCandidates DependentAccesses;
1438   AccessAnalysis Accesses(TheLoop->getHeader()->getModule()->getDataLayout(),
1439                           AA, LI, DependentAccesses);
1440
1441   // Holds the analyzed pointers. We don't want to call GetUnderlyingObjects
1442   // multiple times on the same object. If the ptr is accessed twice, once
1443   // for read and once for write, it will only appear once (on the write
1444   // list). This is okay, since we are going to check for conflicts between
1445   // writes and between reads and writes, but not between reads and reads.
1446   ValueSet Seen;
1447
1448   ValueVector::iterator I, IE;
1449   for (I = Stores.begin(), IE = Stores.end(); I != IE; ++I) {
1450     StoreInst *ST = cast<StoreInst>(*I);
1451     Value* Ptr = ST->getPointerOperand();
1452     // Check for store to loop invariant address.
1453     StoreToLoopInvariantAddress |= isUniform(Ptr);
1454     // If we did *not* see this pointer before, insert it to  the read-write
1455     // list. At this phase it is only a 'write' list.
1456     if (Seen.insert(Ptr).second) {
1457       ++NumReadWrites;
1458
1459       MemoryLocation Loc = MemoryLocation::get(ST);
1460       // The TBAA metadata could have a control dependency on the predication
1461       // condition, so we cannot rely on it when determining whether or not we
1462       // need runtime pointer checks.
1463       if (blockNeedsPredication(ST->getParent(), TheLoop, DT))
1464         Loc.AATags.TBAA = nullptr;
1465
1466       Accesses.addStore(Loc);
1467     }
1468   }
1469
1470   if (IsAnnotatedParallel) {
1471     DEBUG(dbgs()
1472           << "LAA: A loop annotated parallel, ignore memory dependency "
1473           << "checks.\n");
1474     CanVecMem = true;
1475     return;
1476   }
1477
1478   for (I = Loads.begin(), IE = Loads.end(); I != IE; ++I) {
1479     LoadInst *LD = cast<LoadInst>(*I);
1480     Value* Ptr = LD->getPointerOperand();
1481     // If we did *not* see this pointer before, insert it to the
1482     // read list. If we *did* see it before, then it is already in
1483     // the read-write list. This allows us to vectorize expressions
1484     // such as A[i] += x;  Because the address of A[i] is a read-write
1485     // pointer. This only works if the index of A[i] is consecutive.
1486     // If the address of i is unknown (for example A[B[i]]) then we may
1487     // read a few words, modify, and write a few words, and some of the
1488     // words may be written to the same address.
1489     bool IsReadOnlyPtr = false;
1490     if (Seen.insert(Ptr).second || !isStridedPtr(SE, Ptr, TheLoop, Strides)) {
1491       ++NumReads;
1492       IsReadOnlyPtr = true;
1493     }
1494
1495     MemoryLocation Loc = MemoryLocation::get(LD);
1496     // The TBAA metadata could have a control dependency on the predication
1497     // condition, so we cannot rely on it when determining whether or not we
1498     // need runtime pointer checks.
1499     if (blockNeedsPredication(LD->getParent(), TheLoop, DT))
1500       Loc.AATags.TBAA = nullptr;
1501
1502     Accesses.addLoad(Loc, IsReadOnlyPtr);
1503   }
1504
1505   // If we write (or read-write) to a single destination and there are no
1506   // other reads in this loop then is it safe to vectorize.
1507   if (NumReadWrites == 1 && NumReads == 0) {
1508     DEBUG(dbgs() << "LAA: Found a write-only loop!\n");
1509     CanVecMem = true;
1510     return;
1511   }
1512
1513   // Build dependence sets and check whether we need a runtime pointer bounds
1514   // check.
1515   Accesses.buildDependenceSets();
1516
1517   // Find pointers with computable bounds. We are going to use this information
1518   // to place a runtime bound check.
1519   bool CanDoRTIfNeeded =
1520       Accesses.canCheckPtrAtRT(PtrRtChecking, SE, TheLoop, Strides);
1521   if (!CanDoRTIfNeeded) {
1522     emitAnalysis(LoopAccessReport() << "cannot identify array bounds");
1523     DEBUG(dbgs() << "LAA: We can't vectorize because we can't find "
1524                  << "the array bounds.\n");
1525     CanVecMem = false;
1526     return;
1527   }
1528
1529   DEBUG(dbgs() << "LAA: We can perform a memory runtime check if needed.\n");
1530
1531   CanVecMem = true;
1532   if (Accesses.isDependencyCheckNeeded()) {
1533     DEBUG(dbgs() << "LAA: Checking memory dependencies\n");
1534     CanVecMem = DepChecker.areDepsSafe(
1535         DependentAccesses, Accesses.getDependenciesToCheck(), Strides);
1536     MaxSafeDepDistBytes = DepChecker.getMaxSafeDepDistBytes();
1537
1538     if (!CanVecMem && DepChecker.shouldRetryWithRuntimeCheck()) {
1539       DEBUG(dbgs() << "LAA: Retrying with memory checks\n");
1540
1541       // Clear the dependency checks. We assume they are not needed.
1542       Accesses.resetDepChecks(DepChecker);
1543
1544       PtrRtChecking.reset();
1545       PtrRtChecking.Need = true;
1546
1547       CanDoRTIfNeeded =
1548           Accesses.canCheckPtrAtRT(PtrRtChecking, SE, TheLoop, Strides, true);
1549
1550       // Check that we found the bounds for the pointer.
1551       if (!CanDoRTIfNeeded) {
1552         emitAnalysis(LoopAccessReport()
1553                      << "cannot check memory dependencies at runtime");
1554         DEBUG(dbgs() << "LAA: Can't vectorize with memory checks\n");
1555         CanVecMem = false;
1556         return;
1557       }
1558
1559       CanVecMem = true;
1560     }
1561   }
1562
1563   if (CanVecMem)
1564     DEBUG(dbgs() << "LAA: No unsafe dependent memory operations in loop.  We"
1565                  << (PtrRtChecking.Need ? "" : " don't")
1566                  << " need runtime memory checks.\n");
1567   else {
1568     emitAnalysis(LoopAccessReport() <<
1569                  "unsafe dependent memory operations in loop");
1570     DEBUG(dbgs() << "LAA: unsafe dependent memory operations in loop\n");
1571   }
1572 }
1573
1574 bool LoopAccessInfo::blockNeedsPredication(BasicBlock *BB, Loop *TheLoop,
1575                                            DominatorTree *DT)  {
1576   assert(TheLoop->contains(BB) && "Unknown block used");
1577
1578   // Blocks that do not dominate the latch need predication.
1579   BasicBlock* Latch = TheLoop->getLoopLatch();
1580   return !DT->dominates(BB, Latch);
1581 }
1582
1583 void LoopAccessInfo::emitAnalysis(LoopAccessReport &Message) {
1584   assert(!Report && "Multiple reports generated");
1585   Report = Message;
1586 }
1587
1588 bool LoopAccessInfo::isUniform(Value *V) const {
1589   return (SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(V), TheLoop));
1590 }
1591
1592 // FIXME: this function is currently a duplicate of the one in
1593 // LoopVectorize.cpp.
1594 static Instruction *getFirstInst(Instruction *FirstInst, Value *V,
1595                                  Instruction *Loc) {
1596   if (FirstInst)
1597     return FirstInst;
1598   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
1599     return I->getParent() == Loc->getParent() ? I : nullptr;
1600   return nullptr;
1601 }
1602
1603 /// \brief IR Values for the lower and upper bounds of a pointer evolution.
1604 struct PointerBounds {
1605   Value *Start;
1606   Value *End;
1607 };
1608
1609 /// \brief Expand code for the lower and upper bound of the pointer group \p CG
1610 /// in \p TheLoop.  \return the values for the bounds.
1611 static PointerBounds
1612 expandBounds(const RuntimePointerChecking::CheckingPtrGroup *CG, Loop *TheLoop,
1613              Instruction *Loc, SCEVExpander &Exp, ScalarEvolution *SE,
1614              const RuntimePointerChecking &PtrRtChecking) {
1615   Value *Ptr = PtrRtChecking.Pointers[CG->Members[0]].PointerValue;
1616   const SCEV *Sc = SE->getSCEV(Ptr);
1617
1618   if (SE->isLoopInvariant(Sc, TheLoop)) {
1619     DEBUG(dbgs() << "LAA: Adding RT check for a loop invariant ptr:" << *Ptr
1620                  << "\n");
1621     return {Ptr, Ptr};
1622   } else {
1623     unsigned AS = Ptr->getType()->getPointerAddressSpace();
1624     LLVMContext &Ctx = Loc->getContext();
1625
1626     // Use this type for pointer arithmetic.
1627     Type *PtrArithTy = Type::getInt8PtrTy(Ctx, AS);
1628     Value *Start = nullptr, *End = nullptr;
1629
1630     DEBUG(dbgs() << "LAA: Adding RT check for range:\n");
1631     Start = Exp.expandCodeFor(CG->Low, PtrArithTy, Loc);
1632     End = Exp.expandCodeFor(CG->High, PtrArithTy, Loc);
1633     DEBUG(dbgs() << "Start: " << *CG->Low << " End: " << *CG->High << "\n");
1634     return {Start, End};
1635   }
1636 }
1637
1638 /// \brief Turns a collection of checks into a collection of expanded upper and
1639 /// lower bounds for both pointers in the check.
1640 static SmallVector<std::pair<PointerBounds, PointerBounds>, 4> expandBounds(
1641     const SmallVectorImpl<RuntimePointerChecking::PointerCheck> &PointerChecks,
1642     Loop *L, Instruction *Loc, ScalarEvolution *SE, SCEVExpander &Exp,
1643     const RuntimePointerChecking &PtrRtChecking) {
1644   SmallVector<std::pair<PointerBounds, PointerBounds>, 4> ChecksWithBounds;
1645
1646   // Here we're relying on the SCEV Expander's cache to only emit code for the
1647   // same bounds once.
1648   std::transform(
1649       PointerChecks.begin(), PointerChecks.end(),
1650       std::back_inserter(ChecksWithBounds),
1651       [&](const RuntimePointerChecking::PointerCheck &Check) {
1652         PointerBounds
1653           First = expandBounds(Check.first, L, Loc, Exp, SE, PtrRtChecking),
1654           Second = expandBounds(Check.second, L, Loc, Exp, SE, PtrRtChecking);
1655         return std::make_pair(First, Second);
1656       });
1657
1658   return ChecksWithBounds;
1659 }
1660
1661 std::pair<Instruction *, Instruction *> LoopAccessInfo::addRuntimeCheck(
1662     Instruction *Loc,
1663     const SmallVectorImpl<RuntimePointerChecking::PointerCheck> &PointerChecks)
1664     const {
1665
1666   SCEVExpander Exp(*SE, DL, "induction");
1667   auto ExpandedChecks =
1668       expandBounds(PointerChecks, TheLoop, Loc, SE, Exp, PtrRtChecking);
1669
1670   LLVMContext &Ctx = Loc->getContext();
1671   Instruction *FirstInst = nullptr;
1672   IRBuilder<> ChkBuilder(Loc);
1673   // Our instructions might fold to a constant.
1674   Value *MemoryRuntimeCheck = nullptr;
1675
1676   for (const auto &Check : ExpandedChecks) {
1677     const PointerBounds &A = Check.first, &B = Check.second;
1678     unsigned AS0 = A.Start->getType()->getPointerAddressSpace();
1679     unsigned AS1 = B.Start->getType()->getPointerAddressSpace();
1680
1681     assert((AS0 == B.End->getType()->getPointerAddressSpace()) &&
1682            (AS1 == A.End->getType()->getPointerAddressSpace()) &&
1683            "Trying to bounds check pointers with different address spaces");
1684
1685     Type *PtrArithTy0 = Type::getInt8PtrTy(Ctx, AS0);
1686     Type *PtrArithTy1 = Type::getInt8PtrTy(Ctx, AS1);
1687
1688     Value *Start0 = ChkBuilder.CreateBitCast(A.Start, PtrArithTy0, "bc");
1689     Value *Start1 = ChkBuilder.CreateBitCast(B.Start, PtrArithTy1, "bc");
1690     Value *End0 =   ChkBuilder.CreateBitCast(A.End,   PtrArithTy1, "bc");
1691     Value *End1 =   ChkBuilder.CreateBitCast(B.End,   PtrArithTy0, "bc");
1692
1693     Value *Cmp0 = ChkBuilder.CreateICmpULE(Start0, End1, "bound0");
1694     FirstInst = getFirstInst(FirstInst, Cmp0, Loc);
1695     Value *Cmp1 = ChkBuilder.CreateICmpULE(Start1, End0, "bound1");
1696     FirstInst = getFirstInst(FirstInst, Cmp1, Loc);
1697     Value *IsConflict = ChkBuilder.CreateAnd(Cmp0, Cmp1, "found.conflict");
1698     FirstInst = getFirstInst(FirstInst, IsConflict, Loc);
1699     if (MemoryRuntimeCheck) {
1700       IsConflict =
1701           ChkBuilder.CreateOr(MemoryRuntimeCheck, IsConflict, "conflict.rdx");
1702       FirstInst = getFirstInst(FirstInst, IsConflict, Loc);
1703     }
1704     MemoryRuntimeCheck = IsConflict;
1705   }
1706
1707   if (!MemoryRuntimeCheck)
1708     return std::make_pair(nullptr, nullptr);
1709
1710   // We have to do this trickery because the IRBuilder might fold the check to a
1711   // constant expression in which case there is no Instruction anchored in a
1712   // the block.
1713   Instruction *Check = BinaryOperator::CreateAnd(MemoryRuntimeCheck,
1714                                                  ConstantInt::getTrue(Ctx));
1715   ChkBuilder.Insert(Check, "memcheck.conflict");
1716   FirstInst = getFirstInst(FirstInst, Check, Loc);
1717   return std::make_pair(FirstInst, Check);
1718 }
1719
1720 std::pair<Instruction *, Instruction *> LoopAccessInfo::addRuntimeCheck(
1721     Instruction *Loc) const {
1722   if (!PtrRtChecking.Need)
1723     return std::make_pair(nullptr, nullptr);
1724
1725   return addRuntimeCheck(Loc, PtrRtChecking.getChecks());
1726 }
1727
1728 LoopAccessInfo::LoopAccessInfo(Loop *L, ScalarEvolution *SE,
1729                                const DataLayout &DL,
1730                                const TargetLibraryInfo *TLI, AliasAnalysis *AA,
1731                                DominatorTree *DT, LoopInfo *LI,
1732                                const ValueToValueMap &Strides)
1733     : PtrRtChecking(SE), DepChecker(SE, L), TheLoop(L), SE(SE), DL(DL),
1734       TLI(TLI), AA(AA), DT(DT), LI(LI), NumLoads(0), NumStores(0),
1735       MaxSafeDepDistBytes(-1U), CanVecMem(false),
1736       StoreToLoopInvariantAddress(false) {
1737   if (canAnalyzeLoop())
1738     analyzeLoop(Strides);
1739 }
1740
1741 void LoopAccessInfo::print(raw_ostream &OS, unsigned Depth) const {
1742   if (CanVecMem) {
1743     if (PtrRtChecking.Need)
1744       OS.indent(Depth) << "Memory dependences are safe with run-time checks\n";
1745     else
1746       OS.indent(Depth) << "Memory dependences are safe\n";
1747   }
1748
1749   if (Report)
1750     OS.indent(Depth) << "Report: " << Report->str() << "\n";
1751
1752   if (auto *InterestingDependences = DepChecker.getInterestingDependences()) {
1753     OS.indent(Depth) << "Interesting Dependences:\n";
1754     for (auto &Dep : *InterestingDependences) {
1755       Dep.print(OS, Depth + 2, DepChecker.getMemoryInstructions());
1756       OS << "\n";
1757     }
1758   } else
1759     OS.indent(Depth) << "Too many interesting dependences, not recorded\n";
1760
1761   // List the pair of accesses need run-time checks to prove independence.
1762   PtrRtChecking.print(OS, Depth);
1763   OS << "\n";
1764
1765   OS.indent(Depth) << "Store to invariant address was "
1766                    << (StoreToLoopInvariantAddress ? "" : "not ")
1767                    << "found in loop.\n";
1768 }
1769
1770 const LoopAccessInfo &
1771 LoopAccessAnalysis::getInfo(Loop *L, const ValueToValueMap &Strides) {
1772   auto &LAI = LoopAccessInfoMap[L];
1773
1774 #ifndef NDEBUG
1775   assert((!LAI || LAI->NumSymbolicStrides == Strides.size()) &&
1776          "Symbolic strides changed for loop");
1777 #endif
1778
1779   if (!LAI) {
1780     const DataLayout &DL = L->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
1781     LAI = llvm::make_unique<LoopAccessInfo>(L, SE, DL, TLI, AA, DT, LI,
1782                                             Strides);
1783 #ifndef NDEBUG
1784     LAI->NumSymbolicStrides = Strides.size();
1785 #endif
1786   }
1787   return *LAI.get();
1788 }
1789
1790 void LoopAccessAnalysis::print(raw_ostream &OS, const Module *M) const {
1791   LoopAccessAnalysis &LAA = *const_cast<LoopAccessAnalysis *>(this);
1792
1793   ValueToValueMap NoSymbolicStrides;
1794
1795   for (Loop *TopLevelLoop : *LI)
1796     for (Loop *L : depth_first(TopLevelLoop)) {
1797       OS.indent(2) << L->getHeader()->getName() << ":\n";
1798       auto &LAI = LAA.getInfo(L, NoSymbolicStrides);
1799       LAI.print(OS, 4);
1800     }
1801 }
1802
1803 bool LoopAccessAnalysis::runOnFunction(Function &F) {
1804   SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
1805   auto *TLIP = getAnalysisIfAvailable<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
1806   TLI = TLIP ? &TLIP->getTLI() : nullptr;
1807   AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
1808   DT = &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
1809   LI = &getAnalysis<LoopInfoWrapperPass>().getLoopInfo();
1810
1811   return false;
1812 }
1813
1814 void LoopAccessAnalysis::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
1815     AU.addRequired<ScalarEvolution>();
1816     AU.addRequired<AliasAnalysis>();
1817     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
1818     AU.addRequired<LoopInfoWrapperPass>();
1819
1820     AU.setPreservesAll();
1821 }
1822
1823 char LoopAccessAnalysis::ID = 0;
1824 static const char laa_name[] = "Loop Access Analysis";
1825 #define LAA_NAME "loop-accesses"
1826
1827 INITIALIZE_PASS_BEGIN(LoopAccessAnalysis, LAA_NAME, laa_name, false, true)
1828 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
1829 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolution)
1830 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
1831 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfoWrapperPass)
1832 INITIALIZE_PASS_END(LoopAccessAnalysis, LAA_NAME, laa_name, false, true)
1833
1834 namespace llvm {
1835   Pass *createLAAPass() {
1836     return new LoopAccessAnalysis();
1837   }
1838 }