425add0a8beede18f5cb705edfddaf195c8b6bdb
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / LoopStrengthReduce.cpp
1 //===- LoopStrengthReduce.cpp - Strength Reduce GEPs in Loops -------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass performs a strength reduction on array references inside loops that
11 // have as one or more of their components the loop induction variable.  This is
12 // accomplished by creating a new Value to hold the initial value of the array
13 // access for the first iteration, and then creating a new GEP instruction in
14 // the loop to increment the value by the appropriate amount.
15 //
16 //===----------------------------------------------------------------------===//
17
18 #define DEBUG_TYPE "loop-reduce"
19 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
20 #include "llvm/Constants.h"
21 #include "llvm/Instructions.h"
22 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
23 #include "llvm/Type.h"
24 #include "llvm/DerivedTypes.h"
25 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
26 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
27 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
28 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
29 #include "llvm/Support/CFG.h"
30 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
31 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
32 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
33 #include "llvm/Target/TargetData.h"
34 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
35 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
36 #include "llvm/Support/Debug.h"
37 #include "llvm/Support/Compiler.h"
38 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
39 #include <algorithm>
40 #include <set>
41 using namespace llvm;
42
43 STATISTIC(NumReduced ,    "Number of GEPs strength reduced");
44 STATISTIC(NumInserted,    "Number of PHIs inserted");
45 STATISTIC(NumVariable,    "Number of PHIs with variable strides");
46 STATISTIC(NumEliminated,  "Number of strides eliminated");
47 STATISTIC(NumShadow,      "Number of Shadow IVs optimized");
48
49 namespace {
50
51   struct BasedUser;
52
53   /// IVStrideUse - Keep track of one use of a strided induction variable, where
54   /// the stride is stored externally.  The Offset member keeps track of the 
55   /// offset from the IV, User is the actual user of the operand, and
56   /// 'OperandValToReplace' is the operand of the User that is the use.
57   struct VISIBILITY_HIDDEN IVStrideUse {
58     SCEVHandle Offset;
59     Instruction *User;
60     Value *OperandValToReplace;
61
62     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
63     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
64     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
65     // instruction for a loop or uses dominated by the loop.
66     bool isUseOfPostIncrementedValue;
67     
68     IVStrideUse(const SCEVHandle &Offs, Instruction *U, Value *O)
69       : Offset(Offs), User(U), OperandValToReplace(O),
70         isUseOfPostIncrementedValue(false) {}
71   };
72   
73   /// IVUsersOfOneStride - This structure keeps track of all instructions that
74   /// have an operand that is based on the trip count multiplied by some stride.
75   /// The stride for all of these users is common and kept external to this
76   /// structure.
77   struct VISIBILITY_HIDDEN IVUsersOfOneStride {
78     /// Users - Keep track of all of the users of this stride as well as the
79     /// initial value and the operand that uses the IV.
80     std::vector<IVStrideUse> Users;
81     
82     void addUser(const SCEVHandle &Offset,Instruction *User, Value *Operand) {
83       Users.push_back(IVStrideUse(Offset, User, Operand));
84     }
85   };
86
87   /// IVInfo - This structure keeps track of one IV expression inserted during
88   /// StrengthReduceStridedIVUsers. It contains the stride, the common base, as
89   /// well as the PHI node and increment value created for rewrite.
90   struct VISIBILITY_HIDDEN IVExpr {
91     SCEVHandle  Stride;
92     SCEVHandle  Base;
93     PHINode    *PHI;
94     Value      *IncV;
95
96     IVExpr(const SCEVHandle &stride, const SCEVHandle &base, PHINode *phi,
97            Value *incv)
98       : Stride(stride), Base(base), PHI(phi), IncV(incv) {}
99   };
100
101   /// IVsOfOneStride - This structure keeps track of all IV expression inserted
102   /// during StrengthReduceStridedIVUsers for a particular stride of the IV.
103   struct VISIBILITY_HIDDEN IVsOfOneStride {
104     std::vector<IVExpr> IVs;
105
106     void addIV(const SCEVHandle &Stride, const SCEVHandle &Base, PHINode *PHI,
107                Value *IncV) {
108       IVs.push_back(IVExpr(Stride, Base, PHI, IncV));
109     }
110   };
111
112   class VISIBILITY_HIDDEN LoopStrengthReduce : public LoopPass {
113     LoopInfo *LI;
114     DominatorTree *DT;
115     ScalarEvolution *SE;
116     const TargetData *TD;
117     const Type *UIntPtrTy;
118     bool Changed;
119
120     /// IVUsesByStride - Keep track of all uses of induction variables that we
121     /// are interested in.  The key of the map is the stride of the access.
122     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride> IVUsesByStride;
123
124     /// IVsByStride - Keep track of all IVs that have been inserted for a
125     /// particular stride.
126     std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride> IVsByStride;
127
128     /// StrideOrder - An ordering of the keys in IVUsesByStride that is stable:
129     /// We use this to iterate over the IVUsesByStride collection without being
130     /// dependent on random ordering of pointers in the process.
131     SmallVector<SCEVHandle, 16> StrideOrder;
132
133     /// GEPlist - A list of the GEP's that have been remembered in the SCEV
134     /// data structures.  SCEV does not know to update these when the operands
135     /// of the GEP are changed, which means we cannot leave them live across
136     /// loops.
137     SmallVector<GetElementPtrInst *, 16> GEPlist;
138
139     /// CastedValues - As we need to cast values to uintptr_t, this keeps track
140     /// of the casted version of each value.  This is accessed by
141     /// getCastedVersionOf.
142     DenseMap<Value*, Value*> CastedPointers;
143
144     /// DeadInsts - Keep track of instructions we may have made dead, so that
145     /// we can remove them after we are done working.
146     SmallVector<Instruction*, 16> DeadInsts;
147
148     /// TLI - Keep a pointer of a TargetLowering to consult for determining
149     /// transformation profitability.
150     const TargetLowering *TLI;
151
152   public:
153     static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
154     explicit LoopStrengthReduce(const TargetLowering *tli = NULL) : 
155       LoopPass(&ID), TLI(tli) {
156     }
157
158     bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
159
160     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
161       // We split critical edges, so we change the CFG.  However, we do update
162       // many analyses if they are around.
163       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
164       AU.addPreserved<LoopInfo>();
165       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
166       AU.addPreserved<DominatorTree>();
167
168       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
169       AU.addRequired<LoopInfo>();
170       AU.addRequired<DominatorTree>();
171       AU.addRequired<TargetData>();
172       AU.addRequired<ScalarEvolution>();
173       AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
174     }
175     
176     /// getCastedVersionOf - Return the specified value casted to uintptr_t.
177     ///
178     Value *getCastedVersionOf(Instruction::CastOps opcode, Value *V);
179 private:
180     bool AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
181                                SmallPtrSet<Instruction*,16> &Processed);
182     SCEVHandle GetExpressionSCEV(Instruction *E);
183     ICmpInst *ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
184                                   IVStrideUse* &CondUse,
185                                   const SCEVHandle* &CondStride);
186     void OptimizeIndvars(Loop *L);
187
188     /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
189     /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
190     void OptimizeShadowIV(Loop *L);
191
192     /// OptimizeSMax - Rewrite the loop's terminating condition
193     /// if it uses an smax computation.
194     ICmpInst *OptimizeSMax(Loop *L, ICmpInst *Cond,
195                            IVStrideUse* &CondUse);
196
197     bool FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
198                            const SCEVHandle *&CondStride);
199     bool RequiresTypeConversion(const Type *Ty, const Type *NewTy);
200     SCEVHandle CheckForIVReuse(bool, bool, bool, const SCEVHandle&,
201                              IVExpr&, const Type*,
202                              const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
203     bool ValidStride(bool, int64_t,
204                      const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
205     SCEVHandle CollectIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
206                               IVUsersOfOneStride &Uses,
207                               Loop *L,
208                               bool &AllUsesAreAddresses,
209                               bool &AllUsesAreOutsideLoop,
210                               std::vector<BasedUser> &UsersToProcess);
211     void StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
212                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
213                                       Loop *L, bool isOnlyStride);
214     void DeleteTriviallyDeadInstructions();
215   };
216 }
217
218 char LoopStrengthReduce::ID = 0;
219 static RegisterPass<LoopStrengthReduce>
220 X("loop-reduce", "Loop Strength Reduction");
221
222 Pass *llvm::createLoopStrengthReducePass(const TargetLowering *TLI) {
223   return new LoopStrengthReduce(TLI);
224 }
225
226 /// getCastedVersionOf - Return the specified value casted to uintptr_t. This
227 /// assumes that the Value* V is of integer or pointer type only.
228 ///
229 Value *LoopStrengthReduce::getCastedVersionOf(Instruction::CastOps opcode, 
230                                               Value *V) {
231   if (V->getType() == UIntPtrTy) return V;
232   if (Constant *CB = dyn_cast<Constant>(V))
233     return ConstantExpr::getCast(opcode, CB, UIntPtrTy);
234
235   Value *&New = CastedPointers[V];
236   if (New) return New;
237   
238   New = SCEVExpander::InsertCastOfTo(opcode, V, UIntPtrTy);
239   DeadInsts.push_back(cast<Instruction>(New));
240   return New;
241 }
242
243
244 /// DeleteTriviallyDeadInstructions - If any of the instructions is the
245 /// specified set are trivially dead, delete them and see if this makes any of
246 /// their operands subsequently dead.
247 void LoopStrengthReduce::DeleteTriviallyDeadInstructions() {
248   if (DeadInsts.empty()) return;
249   
250   // Sort the deadinsts list so that we can trivially eliminate duplicates as we
251   // go.  The code below never adds a non-dead instruction to the worklist, but
252   // callers may not be so careful.
253   array_pod_sort(DeadInsts.begin(), DeadInsts.end());
254
255   // Drop duplicate instructions and those with uses.
256   for (unsigned i = 0, e = DeadInsts.size()-1; i < e; ++i) {
257     Instruction *I = DeadInsts[i];
258     if (!I->use_empty()) DeadInsts[i] = 0;
259     while (i != e && DeadInsts[i+1] == I)
260       DeadInsts[++i] = 0;
261   }
262   
263   while (!DeadInsts.empty()) {
264     Instruction *I = DeadInsts.back();
265     DeadInsts.pop_back();
266     
267     if (I == 0 || !isInstructionTriviallyDead(I))
268       continue;
269
270     SE->deleteValueFromRecords(I);
271
272     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI) {
273       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
274         *OI = 0;
275         if (U->use_empty())
276           DeadInsts.push_back(U);
277       }
278     }
279     
280     I->eraseFromParent();
281     Changed = true;
282   }
283 }
284
285
286 /// GetExpressionSCEV - Compute and return the SCEV for the specified
287 /// instruction.
288 SCEVHandle LoopStrengthReduce::GetExpressionSCEV(Instruction *Exp) {
289   // Pointer to pointer bitcast instructions return the same value as their
290   // operand.
291   if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(Exp)) {
292     if (SE->hasSCEV(BCI) || !isa<Instruction>(BCI->getOperand(0)))
293       return SE->getSCEV(BCI);
294     SCEVHandle R = GetExpressionSCEV(cast<Instruction>(BCI->getOperand(0)));
295     SE->setSCEV(BCI, R);
296     return R;
297   }
298
299   // Scalar Evolutions doesn't know how to compute SCEV's for GEP instructions.
300   // If this is a GEP that SE doesn't know about, compute it now and insert it.
301   // If this is not a GEP, or if we have already done this computation, just let
302   // SE figure it out.
303   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Exp);
304   if (!GEP || SE->hasSCEV(GEP))
305     return SE->getSCEV(Exp);
306     
307   // Analyze all of the subscripts of this getelementptr instruction, looking
308   // for uses that are determined by the trip count of the loop.  First, skip
309   // all operands the are not dependent on the IV.
310
311   // Build up the base expression.  Insert an LLVM cast of the pointer to
312   // uintptr_t first.
313   SCEVHandle GEPVal = SE->getUnknown(
314       getCastedVersionOf(Instruction::PtrToInt, GEP->getOperand(0)));
315
316   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
317   
318   for (User::op_iterator i = GEP->op_begin() + 1, e = GEP->op_end();
319        i != e; ++i, ++GTI) {
320     // If this is a use of a recurrence that we can analyze, and it comes before
321     // Op does in the GEP operand list, we will handle this when we process this
322     // operand.
323     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
324       const StructLayout *SL = TD->getStructLayout(STy);
325       unsigned Idx = cast<ConstantInt>(*i)->getZExtValue();
326       uint64_t Offset = SL->getElementOffset(Idx);
327       GEPVal = SE->getAddExpr(GEPVal,
328                              SE->getIntegerSCEV(Offset, UIntPtrTy));
329     } else {
330       unsigned GEPOpiBits = 
331         (*i)->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
332       unsigned IntPtrBits = UIntPtrTy->getPrimitiveSizeInBits();
333       Instruction::CastOps opcode = (GEPOpiBits < IntPtrBits ? 
334           Instruction::SExt : (GEPOpiBits > IntPtrBits ? Instruction::Trunc :
335             Instruction::BitCast));
336       Value *OpVal = getCastedVersionOf(opcode, *i);
337       SCEVHandle Idx = SE->getSCEV(OpVal);
338
339       uint64_t TypeSize = TD->getTypePaddedSize(GTI.getIndexedType());
340       if (TypeSize != 1)
341         Idx = SE->getMulExpr(Idx,
342                             SE->getConstant(ConstantInt::get(UIntPtrTy,
343                                                              TypeSize)));
344       GEPVal = SE->getAddExpr(GEPVal, Idx);
345     }
346   }
347
348   SE->setSCEV(GEP, GEPVal);
349   GEPlist.push_back(GEP);
350   return GEPVal;
351 }
352
353 /// containsAddRecFromDifferentLoop - Determine whether expression S involves a 
354 /// subexpression that is an AddRec from a loop other than L.  An outer loop 
355 /// of L is OK, but not an inner loop nor a disjoint loop.
356 static bool containsAddRecFromDifferentLoop(SCEVHandle S, Loop *L) {
357   // This is very common, put it first.
358   if (isa<SCEVConstant>(S))
359     return false;
360   if (SCEVCommutativeExpr *AE = dyn_cast<SCEVCommutativeExpr>(S)) {
361     for (unsigned int i=0; i< AE->getNumOperands(); i++)
362       if (containsAddRecFromDifferentLoop(AE->getOperand(i), L))
363         return true;
364     return false;
365   }
366   if (SCEVAddRecExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
367     if (const Loop *newLoop = AE->getLoop()) {
368       if (newLoop == L)
369         return false;
370       // if newLoop is an outer loop of L, this is OK.
371       if (!LoopInfoBase<BasicBlock>::isNotAlreadyContainedIn(L, newLoop))
372         return false;
373     }
374     return true;
375   }
376   if (SCEVUDivExpr *DE = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S))
377     return containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getLHS(), L) ||
378            containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getRHS(), L);
379 #if 0
380   // SCEVSDivExpr has been backed out temporarily, but will be back; we'll 
381   // need this when it is.
382   if (SCEVSDivExpr *DE = dyn_cast<SCEVSDivExpr>(S))
383     return containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getLHS(), L) ||
384            containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getRHS(), L);
385 #endif
386   if (SCEVTruncateExpr *TE = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S))
387     return containsAddRecFromDifferentLoop(TE->getOperand(), L);
388   if (SCEVZeroExtendExpr *ZE = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S))
389     return containsAddRecFromDifferentLoop(ZE->getOperand(), L);
390   if (SCEVSignExtendExpr *SE = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S))
391     return containsAddRecFromDifferentLoop(SE->getOperand(), L);
392   return false;
393 }
394
395 /// getSCEVStartAndStride - Compute the start and stride of this expression,
396 /// returning false if the expression is not a start/stride pair, or true if it
397 /// is.  The stride must be a loop invariant expression, but the start may be
398 /// a mix of loop invariant and loop variant expressions.  The start cannot,
399 /// however, contain an AddRec from a different loop, unless that loop is an
400 /// outer loop of the current loop.
401 static bool getSCEVStartAndStride(const SCEVHandle &SH, Loop *L,
402                                   SCEVHandle &Start, SCEVHandle &Stride,
403                                   ScalarEvolution *SE) {
404   SCEVHandle TheAddRec = Start;   // Initialize to zero.
405
406   // If the outer level is an AddExpr, the operands are all start values except
407   // for a nested AddRecExpr.
408   if (SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(SH)) {
409     for (unsigned i = 0, e = AE->getNumOperands(); i != e; ++i)
410       if (SCEVAddRecExpr *AddRec =
411              dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(AE->getOperand(i))) {
412         if (AddRec->getLoop() == L)
413           TheAddRec = SE->getAddExpr(AddRec, TheAddRec);
414         else
415           return false;  // Nested IV of some sort?
416       } else {
417         Start = SE->getAddExpr(Start, AE->getOperand(i));
418       }
419         
420   } else if (isa<SCEVAddRecExpr>(SH)) {
421     TheAddRec = SH;
422   } else {
423     return false;  // not analyzable.
424   }
425   
426   SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(TheAddRec);
427   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L) return false;
428   
429   // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
430   if (!AddRec->isAffine()) return false;
431
432   // If Start contains an SCEVAddRecExpr from a different loop, other than an
433   // outer loop of the current loop, reject it.  SCEV has no concept of operating
434   // on one loop at a time so don't confuse it with such expressions.
435   if (containsAddRecFromDifferentLoop(Start, L))
436     return false;
437
438   Start = SE->getAddExpr(Start, AddRec->getOperand(0));
439   
440   if (!isa<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1)))
441     DOUT << "[" << L->getHeader()->getName()
442          << "] Variable stride: " << *AddRec << "\n";
443
444   Stride = AddRec->getOperand(1);
445   return true;
446 }
447
448 /// IVUseShouldUsePostIncValue - We have discovered a "User" of an IV expression
449 /// and now we need to decide whether the user should use the preinc or post-inc
450 /// value.  If this user should use the post-inc version of the IV, return true.
451 ///
452 /// Choosing wrong here can break dominance properties (if we choose to use the
453 /// post-inc value when we cannot) or it can end up adding extra live-ranges to
454 /// the loop, resulting in reg-reg copies (if we use the pre-inc value when we
455 /// should use the post-inc value).
456 static bool IVUseShouldUsePostIncValue(Instruction *User, Instruction *IV,
457                                        Loop *L, DominatorTree *DT, Pass *P,
458                                       SmallVectorImpl<Instruction*> &DeadInsts){
459   // If the user is in the loop, use the preinc value.
460   if (L->contains(User->getParent())) return false;
461   
462   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
463   
464   // Ok, the user is outside of the loop.  If it is dominated by the latch
465   // block, use the post-inc value.
466   if (DT->dominates(LatchBlock, User->getParent()))
467     return true;
468
469   // There is one case we have to be careful of: PHI nodes.  These little guys
470   // can live in blocks that do not dominate the latch block, but (since their
471   // uses occur in the predecessor block, not the block the PHI lives in) should
472   // still use the post-inc value.  Check for this case now.
473   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User);
474   if (!PN) return false;  // not a phi, not dominated by latch block.
475   
476   // Look at all of the uses of IV by the PHI node.  If any use corresponds to
477   // a block that is not dominated by the latch block, give up and use the
478   // preincremented value.
479   unsigned NumUses = 0;
480   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
481     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
482       ++NumUses;
483       if (!DT->dominates(LatchBlock, PN->getIncomingBlock(i)))
484         return false;
485     }
486
487   // Okay, all uses of IV by PN are in predecessor blocks that really are
488   // dominated by the latch block.  Split the critical edges and use the
489   // post-incremented value.
490   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
491     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
492       SplitCriticalEdge(PN->getIncomingBlock(i), PN->getParent(), P, false);
493       // Splitting the critical edge can reduce the number of entries in this
494       // PHI.
495       e = PN->getNumIncomingValues();
496       if (--NumUses == 0) break;
497     }
498
499   // PHI node might have become a constant value after SplitCriticalEdge.
500   DeadInsts.push_back(User);
501   
502   return true;
503 }
504
505 /// isAddress - Returns true if the specified instruction is using the
506 /// specified value as an address.
507 static bool isAddressUse(Instruction *Inst, Value *OperandVal) {
508   bool isAddress = isa<LoadInst>(Inst);
509   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
510     if (SI->getOperand(1) == OperandVal)
511       isAddress = true;
512   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
513     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
514     // of intrinsics.
515     switch (II->getIntrinsicID()) {
516       default: break;
517       case Intrinsic::prefetch:
518       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_dq:
519       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_pd:
520       case Intrinsic::x86_sse_loadu_ps:
521       case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
522       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
523       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
524       case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
525         if (II->getOperand(1) == OperandVal)
526           isAddress = true;
527         break;
528     }
529   }
530   return isAddress;
531 }
532
533 /// AddUsersIfInteresting - Inspect the specified instruction.  If it is a
534 /// reducible SCEV, recursively add its users to the IVUsesByStride set and
535 /// return true.  Otherwise, return false.
536 bool LoopStrengthReduce::AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
537                                       SmallPtrSet<Instruction*,16> &Processed) {
538   if (!I->getType()->isInteger() && !isa<PointerType>(I->getType()))
539     return false;   // Void and FP expressions cannot be reduced.
540   if (!Processed.insert(I))
541     return true;    // Instruction already handled.
542   
543   // Get the symbolic expression for this instruction.
544   SCEVHandle ISE = GetExpressionSCEV(I);
545   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(ISE)) return false;
546   
547   // Get the start and stride for this expression.
548   SCEVHandle Start = SE->getIntegerSCEV(0, ISE->getType());
549   SCEVHandle Stride = Start;
550   if (!getSCEVStartAndStride(ISE, L, Start, Stride, SE))
551     return false;  // Non-reducible symbolic expression, bail out.
552
553   std::vector<Instruction *> IUsers;
554   // Collect all I uses now because IVUseShouldUsePostIncValue may 
555   // invalidate use_iterator.
556   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E; ++UI)
557     IUsers.push_back(cast<Instruction>(*UI));
558
559   for (unsigned iused_index = 0, iused_size = IUsers.size(); 
560        iused_index != iused_size; ++iused_index) {
561
562     Instruction *User = IUsers[iused_index];
563
564     // Do not infinitely recurse on PHI nodes.
565     if (isa<PHINode>(User) && Processed.count(User))
566       continue;
567
568     // Descend recursively, but not into PHI nodes outside the current loop.
569     // It's important to see the entire expression outside the loop to get
570     // choices that depend on addressing mode use right, although we won't
571     // consider references ouside the loop in all cases.
572     // If User is already in Processed, we don't want to recurse into it again,
573     // but do want to record a second reference in the same instruction.
574     bool AddUserToIVUsers = false;
575     if (LI->getLoopFor(User->getParent()) != L) {
576       if (isa<PHINode>(User) || Processed.count(User) ||
577           !AddUsersIfInteresting(User, L, Processed)) {
578         DOUT << "FOUND USER in other loop: " << *User
579              << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
580         AddUserToIVUsers = true;
581       }
582     } else if (Processed.count(User) || 
583                !AddUsersIfInteresting(User, L, Processed)) {
584       DOUT << "FOUND USER: " << *User
585            << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
586       AddUserToIVUsers = true;
587     }
588
589     if (AddUserToIVUsers) {
590       IVUsersOfOneStride &StrideUses = IVUsesByStride[Stride];
591       if (StrideUses.Users.empty())     // First occurrence of this stride?
592         StrideOrder.push_back(Stride);
593       
594       // Okay, we found a user that we cannot reduce.  Analyze the instruction
595       // and decide what to do with it.  If we are a use inside of the loop, use
596       // the value before incrementation, otherwise use it after incrementation.
597       if (IVUseShouldUsePostIncValue(User, I, L, DT, this, DeadInsts)) {
598         // The value used will be incremented by the stride more than we are
599         // expecting, so subtract this off.
600         SCEVHandle NewStart = SE->getMinusSCEV(Start, Stride);
601         StrideUses.addUser(NewStart, User, I);
602         StrideUses.Users.back().isUseOfPostIncrementedValue = true;
603         DOUT << "   USING POSTINC SCEV, START=" << *NewStart<< "\n";
604       } else {        
605         StrideUses.addUser(Start, User, I);
606       }
607     }
608   }
609   return true;
610 }
611
612 namespace {
613   /// BasedUser - For a particular base value, keep information about how we've
614   /// partitioned the expression so far.
615   struct BasedUser {
616     /// SE - The current ScalarEvolution object.
617     ScalarEvolution *SE;
618
619     /// Base - The Base value for the PHI node that needs to be inserted for
620     /// this use.  As the use is processed, information gets moved from this
621     /// field to the Imm field (below).  BasedUser values are sorted by this
622     /// field.
623     SCEVHandle Base;
624     
625     /// Inst - The instruction using the induction variable.
626     Instruction *Inst;
627
628     /// OperandValToReplace - The operand value of Inst to replace with the
629     /// EmittedBase.
630     Value *OperandValToReplace;
631
632     /// Imm - The immediate value that should be added to the base immediately
633     /// before Inst, because it will be folded into the imm field of the
634     /// instruction.
635     SCEVHandle Imm;
636
637     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
638     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
639     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
640     // instruction for a loop and uses outside the loop that are dominated by
641     // the loop.
642     bool isUseOfPostIncrementedValue;
643     
644     BasedUser(IVStrideUse &IVSU, ScalarEvolution *se)
645       : SE(se), Base(IVSU.Offset), Inst(IVSU.User), 
646         OperandValToReplace(IVSU.OperandValToReplace), 
647         Imm(SE->getIntegerSCEV(0, Base->getType())), 
648         isUseOfPostIncrementedValue(IVSU.isUseOfPostIncrementedValue) {}
649
650     // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
651     // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
652     // to it.
653     void RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
654                                         Instruction *InsertPt,
655                                        SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
656                                       SmallVectorImpl<Instruction*> &DeadInsts);
657     
658     Value *InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
659                                        SCEVExpander &Rewriter,
660                                        Instruction *IP, Loop *L);
661     void dump() const;
662   };
663 }
664
665 void BasedUser::dump() const {
666   cerr << " Base=" << *Base;
667   cerr << " Imm=" << *Imm;
668   cerr << "   Inst: " << *Inst;
669 }
670
671 Value *BasedUser::InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
672                                               SCEVExpander &Rewriter,
673                                               Instruction *IP, Loop *L) {
674   // Figure out where we *really* want to insert this code.  In particular, if
675   // the user is inside of a loop that is nested inside of L, we really don't
676   // want to insert this expression before the user, we'd rather pull it out as
677   // many loops as possible.
678   LoopInfo &LI = Rewriter.getLoopInfo();
679   Instruction *BaseInsertPt = IP;
680   
681   // Figure out the most-nested loop that IP is in.
682   Loop *InsertLoop = LI.getLoopFor(IP->getParent());
683   
684   // If InsertLoop is not L, and InsertLoop is nested inside of L, figure out
685   // the preheader of the outer-most loop where NewBase is not loop invariant.
686   if (L->contains(IP->getParent()))
687     while (InsertLoop && NewBase->isLoopInvariant(InsertLoop)) {
688       BaseInsertPt = InsertLoop->getLoopPreheader()->getTerminator();
689       InsertLoop = InsertLoop->getParentLoop();
690     }
691   
692   // If there is no immediate value, skip the next part.
693   if (Imm->isZero())
694     return Rewriter.expandCodeFor(NewBase, BaseInsertPt);
695
696   Value *Base = Rewriter.expandCodeFor(NewBase, BaseInsertPt);
697
698   // If we are inserting the base and imm values in the same block, make sure to
699   // adjust the IP position if insertion reused a result.
700   if (IP == BaseInsertPt)
701     IP = Rewriter.getInsertionPoint();
702   
703   // Always emit the immediate (if non-zero) into the same block as the user.
704   SCEVHandle NewValSCEV = SE->getAddExpr(SE->getUnknown(Base), Imm);
705   return Rewriter.expandCodeFor(NewValSCEV, IP);
706   
707 }
708
709
710 // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
711 // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
712 // to it. NewBasePt is the last instruction which contributes to the
713 // value of NewBase in the case that it's a diffferent instruction from
714 // the PHI that NewBase is computed from, or null otherwise.
715 //
716 void BasedUser::RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
717                                                Instruction *NewBasePt,
718                                       SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
719                                       SmallVectorImpl<Instruction*> &DeadInsts){
720   if (!isa<PHINode>(Inst)) {
721     // By default, insert code at the user instruction.
722     BasicBlock::iterator InsertPt = Inst;
723     
724     // However, if the Operand is itself an instruction, the (potentially
725     // complex) inserted code may be shared by many users.  Because of this, we
726     // want to emit code for the computation of the operand right before its old
727     // computation.  This is usually safe, because we obviously used to use the
728     // computation when it was computed in its current block.  However, in some
729     // cases (e.g. use of a post-incremented induction variable) the NewBase
730     // value will be pinned to live somewhere after the original computation.
731     // In this case, we have to back off.
732     //
733     // If this is a use outside the loop (which means after, since it is based
734     // on a loop indvar) we use the post-incremented value, so that we don't
735     // artificially make the preinc value live out the bottom of the loop. 
736     if (!isUseOfPostIncrementedValue && L->contains(Inst->getParent())) {
737       if (NewBasePt && isa<PHINode>(OperandValToReplace)) {
738         InsertPt = NewBasePt;
739         ++InsertPt;
740       } else if (Instruction *OpInst
741                  = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace)) {
742         InsertPt = OpInst;
743         while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
744       }
745     }
746     Value *NewVal = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, Rewriter, InsertPt, L);
747     // Adjust the type back to match the Inst. Note that we can't use InsertPt
748     // here because the SCEVExpander may have inserted the instructions after
749     // that point, in its efforts to avoid inserting redundant expressions.
750     if (isa<PointerType>(OperandValToReplace->getType())) {
751       NewVal = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr,
752                                             NewVal,
753                                             OperandValToReplace->getType());
754     }
755     // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
756     Inst->replaceUsesOfWith(OperandValToReplace, NewVal);
757     DOUT << "    CHANGED: IMM =" << *Imm;
758     DOUT << "  \tNEWBASE =" << *NewBase;
759     DOUT << "  \tInst = " << *Inst;
760     return;
761   }
762   
763   // PHI nodes are more complex.  We have to insert one copy of the NewBase+Imm
764   // expression into each operand block that uses it.  Note that PHI nodes can
765   // have multiple entries for the same predecessor.  We use a map to make sure
766   // that a PHI node only has a single Value* for each predecessor (which also
767   // prevents us from inserting duplicate code in some blocks).
768   DenseMap<BasicBlock*, Value*> InsertedCode;
769   PHINode *PN = cast<PHINode>(Inst);
770   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
771     if (PN->getIncomingValue(i) == OperandValToReplace) {
772       // If the original expression is outside the loop, put the replacement
773       // code in the same place as the original expression,
774       // which need not be an immediate predecessor of this PHI.  This way we 
775       // need only one copy of it even if it is referenced multiple times in
776       // the PHI.  We don't do this when the original expression is inside the
777       // loop because multiple copies sometimes do useful sinking of code in that
778       // case(?).
779       Instruction *OldLoc = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace);
780       if (L->contains(OldLoc->getParent())) {
781         // If this is a critical edge, split the edge so that we do not insert the
782         // code on all predecessor/successor paths.  We do this unless this is the
783         // canonical backedge for this loop, as this can make some inserted code
784         // be in an illegal position.
785         BasicBlock *PHIPred = PN->getIncomingBlock(i);
786         if (e != 1 && PHIPred->getTerminator()->getNumSuccessors() > 1 &&
787             (PN->getParent() != L->getHeader() || !L->contains(PHIPred))) {
788
789           // First step, split the critical edge.
790           SplitCriticalEdge(PHIPred, PN->getParent(), P, false);
791
792           // Next step: move the basic block.  In particular, if the PHI node
793           // is outside of the loop, and PredTI is in the loop, we want to
794           // move the block to be immediately before the PHI block, not
795           // immediately after PredTI.
796           if (L->contains(PHIPred) && !L->contains(PN->getParent())) {
797             BasicBlock *NewBB = PN->getIncomingBlock(i);
798             NewBB->moveBefore(PN->getParent());
799           }
800
801           // Splitting the edge can reduce the number of PHI entries we have.
802           e = PN->getNumIncomingValues();
803         }
804       }
805       Value *&Code = InsertedCode[PN->getIncomingBlock(i)];
806       if (!Code) {
807         // Insert the code into the end of the predecessor block.
808         Instruction *InsertPt = (L->contains(OldLoc->getParent())) ?
809                                 PN->getIncomingBlock(i)->getTerminator() :
810                                 OldLoc->getParent()->getTerminator();
811         Code = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, Rewriter, InsertPt, L);
812
813         // Adjust the type back to match the PHI. Note that we can't use
814         // InsertPt here because the SCEVExpander may have inserted its
815         // instructions after that point, in its efforts to avoid inserting
816         // redundant expressions.
817         if (isa<PointerType>(PN->getType())) {
818           Code = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr,
819                                               Code,
820                                               PN->getType());
821         }
822       }
823       
824       // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
825       PN->setIncomingValue(i, Code);
826       Rewriter.clear();
827     }
828   }
829
830   // PHI node might have become a constant value after SplitCriticalEdge.
831   DeadInsts.push_back(Inst);
832
833   DOUT << "    CHANGED: IMM =" << *Imm << "  Inst = " << *Inst;
834 }
835
836
837 /// fitsInAddressMode - Return true if V can be subsumed within an addressing
838 /// mode, and does not need to be put in a register first.
839 static bool fitsInAddressMode(const SCEVHandle &V, const Type *UseTy,
840                              const TargetLowering *TLI, bool HasBaseReg) {
841   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
842     int64_t VC = SC->getValue()->getSExtValue();
843     if (TLI) {
844       TargetLowering::AddrMode AM;
845       AM.BaseOffs = VC;
846       AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
847       return TLI->isLegalAddressingMode(AM, UseTy);
848     } else {
849       // Defaults to PPC. PPC allows a sign-extended 16-bit immediate field.
850       return (VC > -(1 << 16) && VC < (1 << 16)-1);
851     }
852   }
853
854   if (SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V))
855     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(SU->getValue()))
856       if (TLI && CE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt) {
857         Constant *Op0 = CE->getOperand(0);
858         if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(Op0)) {
859           TargetLowering::AddrMode AM;
860           AM.BaseGV = GV;
861           AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
862           return TLI->isLegalAddressingMode(AM, UseTy);
863         }
864       }
865   return false;
866 }
867
868 /// MoveLoopVariantsToImmediateField - Move any subexpressions from Val that are
869 /// loop varying to the Imm operand.
870 static void MoveLoopVariantsToImmediateField(SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
871                                             Loop *L, ScalarEvolution *SE) {
872   if (Val->isLoopInvariant(L)) return;  // Nothing to do.
873   
874   if (SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
875     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
876     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
877     
878     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i)
879       if (!SAE->getOperand(i)->isLoopInvariant(L)) {
880         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
881         // field of the expression.
882         Imm = SE->getAddExpr(Imm, SAE->getOperand(i));
883       } else {
884         NewOps.push_back(SAE->getOperand(i));
885       }
886
887     if (NewOps.empty())
888       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
889     else
890       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
891   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
892     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
893     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
894     MoveLoopVariantsToImmediateField(Start, Imm, L, SE);
895     
896     std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
897     Ops[0] = Start;
898     Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
899   } else {
900     // Otherwise, all of Val is variant, move the whole thing over.
901     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
902     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
903   }
904 }
905
906
907 /// MoveImmediateValues - Look at Val, and pull out any additions of constants
908 /// that can fit into the immediate field of instructions in the target.
909 /// Accumulate these immediate values into the Imm value.
910 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
911                                 Instruction *User,
912                                 SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
913                                 bool isAddress, Loop *L,
914                                 ScalarEvolution *SE) {
915   const Type *UseTy = User->getType();
916   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User))
917     UseTy = SI->getOperand(0)->getType();
918
919   if (SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
920     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
921     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
922     
923     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i) {
924       SCEVHandle NewOp = SAE->getOperand(i);
925       MoveImmediateValues(TLI, User, NewOp, Imm, isAddress, L, SE);
926       
927       if (!NewOp->isLoopInvariant(L)) {
928         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
929         // field of the expression.
930         Imm = SE->getAddExpr(Imm, NewOp);
931       } else {
932         NewOps.push_back(NewOp);
933       }
934     }
935
936     if (NewOps.empty())
937       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
938     else
939       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
940     return;
941   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
942     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
943     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
944     MoveImmediateValues(TLI, User, Start, Imm, isAddress, L, SE);
945     
946     if (Start != SARE->getStart()) {
947       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
948       Ops[0] = Start;
949       Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
950     }
951     return;
952   } else if (SCEVMulExpr *SME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Val)) {
953     // Transform "8 * (4 + v)" -> "32 + 8*V" if "32" fits in the immed field.
954     if (isAddress && fitsInAddressMode(SME->getOperand(0), UseTy, TLI, false) &&
955         SME->getNumOperands() == 2 && SME->isLoopInvariant(L)) {
956
957       SCEVHandle SubImm = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
958       SCEVHandle NewOp = SME->getOperand(1);
959       MoveImmediateValues(TLI, User, NewOp, SubImm, isAddress, L, SE);
960       
961       // If we extracted something out of the subexpressions, see if we can 
962       // simplify this!
963       if (NewOp != SME->getOperand(1)) {
964         // Scale SubImm up by "8".  If the result is a target constant, we are
965         // good.
966         SubImm = SE->getMulExpr(SubImm, SME->getOperand(0));
967         if (fitsInAddressMode(SubImm, UseTy, TLI, false)) {
968           // Accumulate the immediate.
969           Imm = SE->getAddExpr(Imm, SubImm);
970           
971           // Update what is left of 'Val'.
972           Val = SE->getMulExpr(SME->getOperand(0), NewOp);
973           return;
974         }
975       }
976     }
977   }
978
979   // Loop-variant expressions must stay in the immediate field of the
980   // expression.
981   if ((isAddress && fitsInAddressMode(Val, UseTy, TLI, false)) ||
982       !Val->isLoopInvariant(L)) {
983     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
984     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
985     return;
986   }
987
988   // Otherwise, no immediates to move.
989 }
990
991
992 /// SeparateSubExprs - Decompose Expr into all of the subexpressions that are
993 /// added together.  This is used to reassociate common addition subexprs
994 /// together for maximal sharing when rewriting bases.
995 static void SeparateSubExprs(std::vector<SCEVHandle> &SubExprs,
996                              SCEVHandle Expr,
997                              ScalarEvolution *SE) {
998   if (SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Expr)) {
999     for (unsigned j = 0, e = AE->getNumOperands(); j != e; ++j)
1000       SeparateSubExprs(SubExprs, AE->getOperand(j), SE);
1001   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Expr)) {
1002     SCEVHandle Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Expr->getType());
1003     if (SARE->getOperand(0) == Zero) {
1004       SubExprs.push_back(Expr);
1005     } else {
1006       // Compute the addrec with zero as its base.
1007       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
1008       Ops[0] = Zero;   // Start with zero base.
1009       SubExprs.push_back(SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop()));
1010       
1011
1012       SeparateSubExprs(SubExprs, SARE->getOperand(0), SE);
1013     }
1014   } else if (!Expr->isZero()) {
1015     // Do not add zero.
1016     SubExprs.push_back(Expr);
1017   }
1018 }
1019
1020 // This is logically local to the following function, but C++ says we have 
1021 // to make it file scope.
1022 struct SubExprUseData { unsigned Count; bool notAllUsesAreFree; };
1023
1024 /// RemoveCommonExpressionsFromUseBases - Look through all of the Bases of all
1025 /// the Uses, removing any common subexpressions, except that if all such
1026 /// subexpressions can be folded into an addressing mode for all uses inside
1027 /// the loop (this case is referred to as "free" in comments herein) we do
1028 /// not remove anything.  This looks for things like (a+b+c) and
1029 /// (a+c+d) and computes the common (a+c) subexpression.  The common expression
1030 /// is *removed* from the Bases and returned.
1031 static SCEVHandle 
1032 RemoveCommonExpressionsFromUseBases(std::vector<BasedUser> &Uses,
1033                                     ScalarEvolution *SE, Loop *L,
1034                                     const TargetLowering *TLI) {
1035   unsigned NumUses = Uses.size();
1036
1037   // Only one use?  This is a very common case, so we handle it specially and
1038   // cheaply.
1039   SCEVHandle Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Uses[0].Base->getType());
1040   SCEVHandle Result = Zero;
1041   SCEVHandle FreeResult = Zero;
1042   if (NumUses == 1) {
1043     // If the use is inside the loop, use its base, regardless of what it is:
1044     // it is clearly shared across all the IV's.  If the use is outside the loop
1045     // (which means after it) we don't want to factor anything *into* the loop,
1046     // so just use 0 as the base.
1047     if (L->contains(Uses[0].Inst->getParent()))
1048       std::swap(Result, Uses[0].Base);
1049     return Result;
1050   }
1051
1052   // To find common subexpressions, count how many of Uses use each expression.
1053   // If any subexpressions are used Uses.size() times, they are common.
1054   // Also track whether all uses of each expression can be moved into an
1055   // an addressing mode "for free"; such expressions are left within the loop.
1056   // struct SubExprUseData { unsigned Count; bool notAllUsesAreFree; };
1057   std::map<SCEVHandle, SubExprUseData> SubExpressionUseData;
1058   
1059   // UniqueSubExprs - Keep track of all of the subexpressions we see in the
1060   // order we see them.
1061   std::vector<SCEVHandle> UniqueSubExprs;
1062
1063   std::vector<SCEVHandle> SubExprs;
1064   unsigned NumUsesInsideLoop = 0;
1065   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
1066     // If the user is outside the loop, just ignore it for base computation.
1067     // Since the user is outside the loop, it must be *after* the loop (if it
1068     // were before, it could not be based on the loop IV).  We don't want users
1069     // after the loop to affect base computation of values *inside* the loop,
1070     // because we can always add their offsets to the result IV after the loop
1071     // is done, ensuring we get good code inside the loop.
1072     if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent()))
1073       continue;
1074     NumUsesInsideLoop++;
1075     
1076     // If the base is zero (which is common), return zero now, there are no
1077     // CSEs we can find.
1078     if (Uses[i].Base == Zero) return Zero;
1079
1080     // If this use is as an address we may be able to put CSEs in the addressing
1081     // mode rather than hoisting them.
1082     bool isAddrUse = isAddressUse(Uses[i].Inst, Uses[i].OperandValToReplace);
1083     // We may need the UseTy below, but only when isAddrUse, so compute it
1084     // only in that case.
1085     const Type *UseTy = 0;
1086     if (isAddrUse) {
1087       UseTy  = Uses[i].Inst->getType();
1088       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Uses[i].Inst))
1089         UseTy = SI->getOperand(0)->getType();
1090     }
1091
1092     // Split the expression into subexprs.
1093     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
1094     // Add one to SubExpressionUseData.Count for each subexpr present, and
1095     // if the subexpr is not a valid immediate within an addressing mode use,
1096     // set SubExpressionUseData.notAllUsesAreFree.  We definitely want to
1097     // hoist these out of the loop (if they are common to all uses).
1098     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j) {
1099       if (++SubExpressionUseData[SubExprs[j]].Count == 1)
1100         UniqueSubExprs.push_back(SubExprs[j]);
1101       if (!isAddrUse || !fitsInAddressMode(SubExprs[j], UseTy, TLI, false))
1102         SubExpressionUseData[SubExprs[j]].notAllUsesAreFree = true;
1103     }
1104     SubExprs.clear();
1105   }
1106
1107   // Now that we know how many times each is used, build Result.  Iterate over
1108   // UniqueSubexprs so that we have a stable ordering.
1109   for (unsigned i = 0, e = UniqueSubExprs.size(); i != e; ++i) {
1110     std::map<SCEVHandle, SubExprUseData>::iterator I = 
1111        SubExpressionUseData.find(UniqueSubExprs[i]);
1112     assert(I != SubExpressionUseData.end() && "Entry not found?");
1113     if (I->second.Count == NumUsesInsideLoop) { // Found CSE! 
1114       if (I->second.notAllUsesAreFree)
1115         Result = SE->getAddExpr(Result, I->first);
1116       else 
1117         FreeResult = SE->getAddExpr(FreeResult, I->first);
1118     } else
1119       // Remove non-cse's from SubExpressionUseData.
1120       SubExpressionUseData.erase(I);
1121   }
1122
1123   if (FreeResult != Zero) {
1124     // We have some subexpressions that can be subsumed into addressing
1125     // modes in every use inside the loop.  However, it's possible that
1126     // there are so many of them that the combined FreeResult cannot
1127     // be subsumed, or that the target cannot handle both a FreeResult
1128     // and a Result in the same instruction (for example because it would
1129     // require too many registers).  Check this.
1130     for (unsigned i=0; i<NumUses; ++i) {
1131       if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent()))
1132         continue;
1133       // We know this is an addressing mode use; if there are any uses that
1134       // are not, FreeResult would be Zero.
1135       const Type *UseTy = Uses[i].Inst->getType();
1136       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Uses[i].Inst))
1137         UseTy = SI->getOperand(0)->getType();
1138       if (!fitsInAddressMode(FreeResult, UseTy, TLI, Result!=Zero)) {
1139         // FIXME:  could split up FreeResult into pieces here, some hoisted
1140         // and some not.  There is no obvious advantage to this.
1141         Result = SE->getAddExpr(Result, FreeResult);
1142         FreeResult = Zero;
1143         break;
1144       }
1145     }
1146   }
1147
1148   // If we found no CSE's, return now.
1149   if (Result == Zero) return Result;
1150   
1151   // If we still have a FreeResult, remove its subexpressions from
1152   // SubExpressionUseData.  This means they will remain in the use Bases.
1153   if (FreeResult != Zero) {
1154     SeparateSubExprs(SubExprs, FreeResult, SE);
1155     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j) {
1156       std::map<SCEVHandle, SubExprUseData>::iterator I = 
1157          SubExpressionUseData.find(SubExprs[j]);
1158       SubExpressionUseData.erase(I);
1159     }
1160     SubExprs.clear();
1161   }
1162
1163   // Otherwise, remove all of the CSE's we found from each of the base values.
1164   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
1165     // Uses outside the loop don't necessarily include the common base, but
1166     // the final IV value coming into those uses does.  Instead of trying to
1167     // remove the pieces of the common base, which might not be there,
1168     // subtract off the base to compensate for this.
1169     if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent())) {
1170       Uses[i].Base = SE->getMinusSCEV(Uses[i].Base, Result);
1171       continue;
1172     }
1173
1174     // Split the expression into subexprs.
1175     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
1176
1177     // Remove any common subexpressions.
1178     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
1179       if (SubExpressionUseData.count(SubExprs[j])) {
1180         SubExprs.erase(SubExprs.begin()+j);
1181         --j; --e;
1182       }
1183     
1184     // Finally, add the non-shared expressions together.
1185     if (SubExprs.empty())
1186       Uses[i].Base = Zero;
1187     else
1188       Uses[i].Base = SE->getAddExpr(SubExprs);
1189     SubExprs.clear();
1190   }
1191  
1192   return Result;
1193 }
1194
1195 /// ValidStride - Check whether the given Scale is valid for all loads and 
1196 /// stores in UsersToProcess.
1197 ///
1198 bool LoopStrengthReduce::ValidStride(bool HasBaseReg,
1199                                int64_t Scale, 
1200                                const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
1201   if (!TLI)
1202     return true;
1203
1204   for (unsigned i=0, e = UsersToProcess.size(); i!=e; ++i) {
1205     // If this is a load or other access, pass the type of the access in.
1206     const Type *AccessTy = Type::VoidTy;
1207     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UsersToProcess[i].Inst))
1208       AccessTy = SI->getOperand(0)->getType();
1209     else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(UsersToProcess[i].Inst))
1210       AccessTy = LI->getType();
1211     else if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst))
1212       continue;
1213     
1214     TargetLowering::AddrMode AM;
1215     if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(UsersToProcess[i].Imm))
1216       AM.BaseOffs = SC->getValue()->getSExtValue();
1217     AM.HasBaseReg = HasBaseReg || !UsersToProcess[i].Base->isZero();
1218     AM.Scale = Scale;
1219
1220     // If load[imm+r*scale] is illegal, bail out.
1221     if (!TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
1222       return false;
1223   }
1224   return true;
1225 }
1226
1227 /// RequiresTypeConversion - Returns true if converting Ty to NewTy is not
1228 /// a nop.
1229 bool LoopStrengthReduce::RequiresTypeConversion(const Type *Ty1,
1230                                                 const Type *Ty2) {
1231   if (Ty1 == Ty2)
1232     return false;
1233   if (TLI && TLI->isTruncateFree(Ty1, Ty2))
1234     return false;
1235   return (!Ty1->canLosslesslyBitCastTo(Ty2) &&
1236           !(isa<PointerType>(Ty2) &&
1237             Ty1->canLosslesslyBitCastTo(UIntPtrTy)) &&
1238           !(isa<PointerType>(Ty1) &&
1239             Ty2->canLosslesslyBitCastTo(UIntPtrTy)));
1240 }
1241
1242 /// CheckForIVReuse - Returns the multiple if the stride is the multiple
1243 /// of a previous stride and it is a legal value for the target addressing
1244 /// mode scale component and optional base reg. This allows the users of
1245 /// this stride to be rewritten as prev iv * factor. It returns 0 if no
1246 /// reuse is possible.  Factors can be negative on same targets, e.g. ARM.
1247 ///
1248 /// If all uses are outside the loop, we don't require that all multiplies
1249 /// be folded into the addressing mode, nor even that the factor be constant; 
1250 /// a multiply (executed once) outside the loop is better than another IV 
1251 /// within.  Well, usually.
1252 SCEVHandle LoopStrengthReduce::CheckForIVReuse(bool HasBaseReg,
1253                                 bool AllUsesAreAddresses,
1254                                 bool AllUsesAreOutsideLoop,
1255                                 const SCEVHandle &Stride, 
1256                                 IVExpr &IV, const Type *Ty,
1257                                 const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
1258   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Stride)) {
1259     int64_t SInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1260     for (unsigned NewStride = 0, e = StrideOrder.size(); NewStride != e;
1261          ++NewStride) {
1262       std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1263                 IVsByStride.find(StrideOrder[NewStride]);
1264       if (SI == IVsByStride.end() || !isa<SCEVConstant>(SI->first))
1265         continue;
1266       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1267       if (SI->first != Stride &&
1268           (unsigned(abs(SInt)) < SSInt || (SInt % SSInt) != 0))
1269         continue;
1270       int64_t Scale = SInt / SSInt;
1271       // Check that this stride is valid for all the types used for loads and
1272       // stores; if it can be used for some and not others, we might as well use
1273       // the original stride everywhere, since we have to create the IV for it
1274       // anyway. If the scale is 1, then we don't need to worry about folding
1275       // multiplications.
1276       if (Scale == 1 ||
1277           (AllUsesAreAddresses &&
1278            ValidStride(HasBaseReg, Scale, UsersToProcess)))
1279         for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1280                IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1281           // FIXME: Only handle base == 0 for now.
1282           // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion.
1283           if (II->Base->isZero() &&
1284               !RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1285             IV = *II;
1286             return SE->getIntegerSCEV(Scale, Stride->getType());
1287           }
1288     }
1289   } else if (AllUsesAreOutsideLoop) {
1290     // Accept nonconstant strides here; it is really really right to substitute
1291     // an existing IV if we can.
1292     for (unsigned NewStride = 0, e = StrideOrder.size(); NewStride != e;
1293          ++NewStride) {
1294       std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1295                 IVsByStride.find(StrideOrder[NewStride]);
1296       if (SI == IVsByStride.end() || !isa<SCEVConstant>(SI->first))
1297         continue;
1298       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1299       if (SI->first != Stride && SSInt != 1)
1300         continue;
1301       for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1302              IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1303         // Accept nonzero base here.
1304         // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion.
1305         if (!RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1306           IV = *II;
1307           return Stride;
1308         }
1309     }
1310     // Special case, old IV is -1*x and this one is x.  Can treat this one as
1311     // -1*old.
1312     for (unsigned NewStride = 0, e = StrideOrder.size(); NewStride != e;
1313          ++NewStride) {
1314       std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1315                 IVsByStride.find(StrideOrder[NewStride]);
1316       if (SI == IVsByStride.end()) 
1317         continue;
1318       if (SCEVMulExpr *ME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(SI->first))
1319         if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(ME->getOperand(0)))
1320           if (Stride == ME->getOperand(1) &&
1321               SC->getValue()->getSExtValue() == -1LL)
1322             for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1323                    IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1324               // Accept nonzero base here.
1325               // Only reuse previous IV if it would not require type conversion.
1326               if (!RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1327                 IV = *II;
1328                 return SE->getIntegerSCEV(-1LL, Stride->getType());
1329               }
1330     }
1331   }
1332   return SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1333 }
1334
1335 /// PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue - Simple boolean predicate that
1336 /// returns true if Val's isUseOfPostIncrementedValue is true.
1337 static bool PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue(const BasedUser &Val) {
1338   return Val.isUseOfPostIncrementedValue;
1339 }
1340
1341 /// isNonConstantNegative - Return true if the specified scev is negated, but
1342 /// not a constant.
1343 static bool isNonConstantNegative(const SCEVHandle &Expr) {
1344   SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Expr);
1345   if (!Mul) return false;
1346   
1347   // If there is a constant factor, it will be first.
1348   SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0));
1349   if (!SC) return false;
1350   
1351   // Return true if the value is negative, this matches things like (-42 * V).
1352   return SC->getValue()->getValue().isNegative();
1353 }
1354
1355 // CollectIVUsers - Transform our list of users and offsets to a bit more
1356 // complex table. In this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base', the base
1357 // of the strided accesses, as well as the old information from Uses. We
1358 // progressively move information from the Base field to the Imm field, until
1359 // we eventually have the full access expression to rewrite the use.
1360 SCEVHandle LoopStrengthReduce::CollectIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
1361                                               IVUsersOfOneStride &Uses,
1362                                               Loop *L,
1363                                               bool &AllUsesAreAddresses,
1364                                               bool &AllUsesAreOutsideLoop,
1365                                        std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
1366   UsersToProcess.reserve(Uses.Users.size());
1367   for (unsigned i = 0, e = Uses.Users.size(); i != e; ++i) {
1368     UsersToProcess.push_back(BasedUser(Uses.Users[i], SE));
1369     
1370     // Move any loop variant operands from the offset field to the immediate
1371     // field of the use, so that we don't try to use something before it is
1372     // computed.
1373     MoveLoopVariantsToImmediateField(UsersToProcess.back().Base,
1374                                     UsersToProcess.back().Imm, L, SE);
1375     assert(UsersToProcess.back().Base->isLoopInvariant(L) &&
1376            "Base value is not loop invariant!");
1377   }
1378
1379   // We now have a whole bunch of uses of like-strided induction variables, but
1380   // they might all have different bases.  We want to emit one PHI node for this
1381   // stride which we fold as many common expressions (between the IVs) into as
1382   // possible.  Start by identifying the common expressions in the base values 
1383   // for the strides (e.g. if we have "A+C+B" and "A+B+D" as our bases, find
1384   // "A+B"), emit it to the preheader, then remove the expression from the
1385   // UsersToProcess base values.
1386   SCEVHandle CommonExprs =
1387     RemoveCommonExpressionsFromUseBases(UsersToProcess, SE, L, TLI);
1388
1389   // Next, figure out what we can represent in the immediate fields of
1390   // instructions.  If we can represent anything there, move it to the imm
1391   // fields of the BasedUsers.  We do this so that it increases the commonality
1392   // of the remaining uses.
1393   unsigned NumPHI = 0;
1394   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1395     // If the user is not in the current loop, this means it is using the exit
1396     // value of the IV.  Do not put anything in the base, make sure it's all in
1397     // the immediate field to allow as much factoring as possible.
1398     if (!L->contains(UsersToProcess[i].Inst->getParent())) {
1399       UsersToProcess[i].Imm = SE->getAddExpr(UsersToProcess[i].Imm,
1400                                              UsersToProcess[i].Base);
1401       UsersToProcess[i].Base = 
1402         SE->getIntegerSCEV(0, UsersToProcess[i].Base->getType());
1403     } else {
1404
1405       // Addressing modes can be folded into loads and stores.  Be careful that
1406       // the store is through the expression, not of the expression though.
1407       bool isPHI = false;
1408       bool isAddress = isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
1409                                     UsersToProcess[i].OperandValToReplace);
1410       if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst)) {
1411         isPHI = true;
1412         ++NumPHI;
1413       }
1414
1415       // Not all uses are outside the loop.
1416       AllUsesAreOutsideLoop = false; 
1417      
1418       // If this use isn't an address, then not all uses are addresses.
1419       if (!isAddress && !isPHI)
1420         AllUsesAreAddresses = false;
1421       
1422       MoveImmediateValues(TLI, UsersToProcess[i].Inst, UsersToProcess[i].Base,
1423                           UsersToProcess[i].Imm, isAddress, L, SE);
1424     }
1425   }
1426
1427   // If one of the use if a PHI node and all other uses are addresses, still
1428   // allow iv reuse. Essentially we are trading one constant multiplication
1429   // for one fewer iv.
1430   if (NumPHI > 1)
1431     AllUsesAreAddresses = false;
1432
1433   return CommonExprs;
1434 }
1435
1436 /// StrengthReduceStridedIVUsers - Strength reduce all of the users of a single
1437 /// stride of IV.  All of the users may have different starting values, and this
1438 /// may not be the only stride (we know it is if isOnlyStride is true).
1439 void LoopStrengthReduce::StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
1440                                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
1441                                                       Loop *L,
1442                                                       bool isOnlyStride) {
1443   // If all the users are moved to another stride, then there is nothing to do.
1444   if (Uses.Users.empty())
1445     return;
1446
1447   // Keep track if every use in UsersToProcess is an address. If they all are,
1448   // we may be able to rewrite the entire collection of them in terms of a
1449   // smaller-stride IV.
1450   bool AllUsesAreAddresses = true;
1451
1452   // Keep track if every use of a single stride is outside the loop.  If so,
1453   // we want to be more aggressive about reusing a smaller-stride IV; a
1454   // multiply outside the loop is better than another IV inside.  Well, usually.
1455   bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
1456
1457   // Transform our list of users and offsets to a bit more complex table.  In
1458   // this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base' the base of the
1459   // strided accessas well as the old information from Uses.  We progressively
1460   // move information from the Base field to the Imm field, until we eventually
1461   // have the full access expression to rewrite the use.
1462   std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
1463   SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(Stride, Uses, L, AllUsesAreAddresses,
1464                                           AllUsesAreOutsideLoop,
1465                                           UsersToProcess);
1466
1467   // If we managed to find some expressions in common, we'll need to carry
1468   // their value in a register and add it in for each use. This will take up
1469   // a register operand, which potentially restricts what stride values are
1470   // valid.
1471   bool HaveCommonExprs = !CommonExprs->isZero();
1472   
1473   // If all uses are addresses, check if it is possible to reuse an IV with a
1474   // stride that is a factor of this stride. And that the multiple is a number
1475   // that can be encoded in the scale field of the target addressing mode. And
1476   // that we will have a valid instruction after this substition, including the
1477   // immediate field, if any.
1478   PHINode *NewPHI = NULL;
1479   Value   *IncV   = NULL;
1480   IVExpr   ReuseIV(SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1481                    SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1482                    0, 0);
1483   SCEVHandle RewriteFactor = 
1484                   CheckForIVReuse(HaveCommonExprs, AllUsesAreAddresses,
1485                                   AllUsesAreOutsideLoop,
1486                                   Stride, ReuseIV, CommonExprs->getType(),
1487                                   UsersToProcess);
1488   if (!isa<SCEVConstant>(RewriteFactor) || 
1489       !cast<SCEVConstant>(RewriteFactor)->isZero()) {
1490     DOUT << "BASED ON IV of STRIDE " << *ReuseIV.Stride
1491          << " and BASE " << *ReuseIV.Base << " :\n";
1492     NewPHI = ReuseIV.PHI;
1493     IncV   = ReuseIV.IncV;
1494   }
1495
1496   const Type *ReplacedTy = CommonExprs->getType();
1497   
1498   // Now that we know what we need to do, insert the PHI node itself.
1499   //
1500   DOUT << "INSERTING IV of TYPE " << *ReplacedTy << " of STRIDE "
1501        << *Stride << " and BASE " << *CommonExprs << ": ";
1502
1503   SCEVExpander Rewriter(*SE, *LI);
1504   SCEVExpander PreheaderRewriter(*SE, *LI);
1505   
1506   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
1507   Instruction *PreInsertPt = Preheader->getTerminator();
1508   Instruction *PhiInsertBefore = L->getHeader()->begin();
1509   
1510   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1511
1512
1513   // Emit the initial base value into the loop preheader.
1514   Value *CommonBaseV
1515     = PreheaderRewriter.expandCodeFor(CommonExprs, PreInsertPt);
1516
1517   if (isa<SCEVConstant>(RewriteFactor) &&
1518       cast<SCEVConstant>(RewriteFactor)->isZero()) {
1519     // Create a new Phi for this base, and stick it in the loop header.
1520     NewPHI = PHINode::Create(ReplacedTy, "iv.", PhiInsertBefore);
1521     ++NumInserted;
1522   
1523     // Add common base to the new Phi node.
1524     NewPHI->addIncoming(CommonBaseV, Preheader);
1525
1526     // If the stride is negative, insert a sub instead of an add for the
1527     // increment.
1528     bool isNegative = isNonConstantNegative(Stride);
1529     SCEVHandle IncAmount = Stride;
1530     if (isNegative)
1531       IncAmount = SE->getNegativeSCEV(Stride);
1532     
1533     // Insert the stride into the preheader.
1534     Value *StrideV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(IncAmount, PreInsertPt);
1535     if (!isa<ConstantInt>(StrideV)) ++NumVariable;
1536
1537     // Emit the increment of the base value before the terminator of the loop
1538     // latch block, and add it to the Phi node.
1539     SCEVHandle IncExp = SE->getUnknown(StrideV);
1540     if (isNegative)
1541       IncExp = SE->getNegativeSCEV(IncExp);
1542     IncExp = SE->getAddExpr(SE->getUnknown(NewPHI), IncExp);
1543   
1544     IncV = Rewriter.expandCodeFor(IncExp, LatchBlock->getTerminator());
1545     IncV->setName(NewPHI->getName()+".inc");
1546     NewPHI->addIncoming(IncV, LatchBlock);
1547
1548     // Remember this in case a later stride is multiple of this.
1549     IVsByStride[Stride].addIV(Stride, CommonExprs, NewPHI, IncV);
1550     
1551     DOUT << " IV=%" << NewPHI->getNameStr() << " INC=%" << IncV->getNameStr();
1552   } else {
1553     Constant *C = dyn_cast<Constant>(CommonBaseV);
1554     if (!C ||
1555         (!C->isNullValue() &&
1556          !fitsInAddressMode(SE->getUnknown(CommonBaseV), ReplacedTy, 
1557                            TLI, false)))
1558       // We want the common base emitted into the preheader! This is just
1559       // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1560       CommonBaseV = new BitCastInst(CommonBaseV, CommonBaseV->getType(), 
1561                                     "commonbase", PreInsertPt);
1562   }
1563   DOUT << "\n";
1564
1565   // We want to emit code for users inside the loop first.  To do this, we
1566   // rearrange BasedUser so that the entries at the end have
1567   // isUseOfPostIncrementedValue = false, because we pop off the end of the
1568   // vector (so we handle them first).
1569   std::partition(UsersToProcess.begin(), UsersToProcess.end(),
1570                  PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue);
1571   
1572   // Sort this by base, so that things with the same base are handled
1573   // together.  By partitioning first and stable-sorting later, we are
1574   // guaranteed that within each base we will pop off users from within the
1575   // loop before users outside of the loop with a particular base.
1576   //
1577   // We would like to use stable_sort here, but we can't.  The problem is that
1578   // SCEVHandle's don't have a deterministic ordering w.r.t to each other, so
1579   // we don't have anything to do a '<' comparison on.  Because we think the
1580   // number of uses is small, do a horrible bubble sort which just relies on
1581   // ==.
1582   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1583     // Get a base value.
1584     SCEVHandle Base = UsersToProcess[i].Base;
1585     
1586     // Compact everything with this base to be consecutive with this one.
1587     for (unsigned j = i+1; j != e; ++j) {
1588       if (UsersToProcess[j].Base == Base) {
1589         std::swap(UsersToProcess[i+1], UsersToProcess[j]);
1590         ++i;
1591       }
1592     }
1593   }
1594
1595   // Process all the users now.  This outer loop handles all bases, the inner
1596   // loop handles all users of a particular base.
1597   while (!UsersToProcess.empty()) {
1598     SCEVHandle Base = UsersToProcess.back().Base;
1599
1600     // Emit the code for Base into the preheader.
1601     Value *BaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(Base, PreInsertPt);
1602
1603     DOUT << "  INSERTING code for BASE = " << *Base << ":";
1604     if (BaseV->hasName())
1605       DOUT << " Result value name = %" << BaseV->getNameStr();
1606     DOUT << "\n";
1607
1608     // If BaseV is a constant other than 0, make sure that it gets inserted into
1609     // the preheader, instead of being forward substituted into the uses.  We do
1610     // this by forcing a BitCast (noop cast) to be inserted into the preheader 
1611     // in this case.
1612     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(BaseV)) {
1613       if (!C->isNullValue() && !fitsInAddressMode(Base, ReplacedTy, 
1614                                                  TLI, false)) {
1615         // We want this constant emitted into the preheader! This is just
1616         // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1617         BaseV = new BitCastInst(BaseV, BaseV->getType(), "preheaderinsert",
1618                                 PreInsertPt);       
1619       }
1620     }
1621
1622     // Emit the code to add the immediate offset to the Phi value, just before
1623     // the instructions that we identified as using this stride and base.
1624     do {
1625       // FIXME: Use emitted users to emit other users.
1626       BasedUser &User = UsersToProcess.back();
1627
1628       // If this instruction wants to use the post-incremented value, move it
1629       // after the post-inc and use its value instead of the PHI.
1630       Value *RewriteOp = NewPHI;
1631       if (User.isUseOfPostIncrementedValue) {
1632         RewriteOp = IncV;
1633
1634         // If this user is in the loop, make sure it is the last thing in the
1635         // loop to ensure it is dominated by the increment.
1636         if (L->contains(User.Inst->getParent()))
1637           User.Inst->moveBefore(LatchBlock->getTerminator());
1638       }
1639       if (RewriteOp->getType() != ReplacedTy) {
1640         Instruction::CastOps opcode = Instruction::Trunc;
1641         if (ReplacedTy->getPrimitiveSizeInBits() ==
1642             RewriteOp->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1643           opcode = Instruction::BitCast;
1644         RewriteOp = SCEVExpander::InsertCastOfTo(opcode, RewriteOp, ReplacedTy);
1645       }
1646
1647       SCEVHandle RewriteExpr = SE->getUnknown(RewriteOp);
1648
1649       // If we had to insert new instructions for RewriteOp, we have to
1650       // consider that they may not have been able to end up immediately
1651       // next to RewriteOp, because non-PHI instructions may never precede
1652       // PHI instructions in a block. In this case, remember where the last
1653       // instruction was inserted so that if we're replacing a different
1654       // PHI node, we can use the later point to expand the final
1655       // RewriteExpr.
1656       Instruction *NewBasePt = dyn_cast<Instruction>(RewriteOp);
1657       if (RewriteOp == NewPHI) NewBasePt = 0;
1658
1659       // Clear the SCEVExpander's expression map so that we are guaranteed
1660       // to have the code emitted where we expect it.
1661       Rewriter.clear();
1662
1663       // If we are reusing the iv, then it must be multiplied by a constant
1664       // factor take advantage of addressing mode scale component.
1665       if (!isa<SCEVConstant>(RewriteFactor) ||
1666           !cast<SCEVConstant>(RewriteFactor)->isZero()) {
1667         // If we're reusing an IV with a nonzero base (currently this happens
1668         // only when all reuses are outside the loop) subtract that base here.
1669         // The base has been used to initialize the PHI node but we don't want
1670         // it here.
1671         if (!ReuseIV.Base->isZero())
1672           RewriteExpr = SE->getMinusSCEV(RewriteExpr, ReuseIV.Base);
1673
1674         // Multiply old variable, with base removed, by new scale factor.
1675         RewriteExpr = SE->getMulExpr(RewriteFactor,
1676                                      RewriteExpr);
1677
1678         // The common base is emitted in the loop preheader. But since we
1679         // are reusing an IV, it has not been used to initialize the PHI node.
1680         // Add it to the expression used to rewrite the uses.
1681         // When this use is outside the loop, we earlier subtracted the
1682         // common base, and are adding it back here.  Use the same expression
1683         // as before, rather than CommonBaseV, so DAGCombiner will zap it.
1684         if (!isa<ConstantInt>(CommonBaseV) ||
1685             !cast<ConstantInt>(CommonBaseV)->isZero()) {
1686           if (L->contains(User.Inst->getParent()))
1687             RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr,
1688                                        SE->getUnknown(CommonBaseV));
1689           else
1690             RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, CommonExprs);
1691         }
1692       }
1693
1694       // Now that we know what we need to do, insert code before User for the
1695       // immediate and any loop-variant expressions.
1696       if (!isa<ConstantInt>(BaseV) || !cast<ConstantInt>(BaseV)->isZero())
1697         // Add BaseV to the PHI value if needed.
1698         RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, SE->getUnknown(BaseV));
1699
1700       User.RewriteInstructionToUseNewBase(RewriteExpr, NewBasePt,
1701                                           Rewriter, L, this,
1702                                           DeadInsts);
1703
1704       // Mark old value we replaced as possibly dead, so that it is eliminated
1705       // if we just replaced the last use of that value.
1706       DeadInsts.push_back(cast<Instruction>(User.OperandValToReplace));
1707
1708       UsersToProcess.pop_back();
1709       ++NumReduced;
1710
1711       // If there are any more users to process with the same base, process them
1712       // now.  We sorted by base above, so we just have to check the last elt.
1713     } while (!UsersToProcess.empty() && UsersToProcess.back().Base == Base);
1714     // TODO: Next, find out which base index is the most common, pull it out.
1715   }
1716
1717   // IMPORTANT TODO: Figure out how to partition the IV's with this stride, but
1718   // different starting values, into different PHIs.
1719 }
1720
1721 /// FindIVUserForCond - If Cond has an operand that is an expression of an IV,
1722 /// set the IV user and stride information and return true, otherwise return
1723 /// false.
1724 bool LoopStrengthReduce::FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
1725                                        const SCEVHandle *&CondStride) {
1726   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e && !CondUse;
1727        ++Stride) {
1728     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1729     IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
1730     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1731     
1732     for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
1733          E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI)
1734       if (UI->User == Cond) {
1735         // NOTE: we could handle setcc instructions with multiple uses here, but
1736         // InstCombine does it as well for simple uses, it's not clear that it
1737         // occurs enough in real life to handle.
1738         CondUse = &*UI;
1739         CondStride = &SI->first;
1740         return true;
1741       }
1742   }
1743   return false;
1744 }    
1745
1746 namespace {
1747   // Constant strides come first which in turns are sorted by their absolute
1748   // values. If absolute values are the same, then positive strides comes first.
1749   // e.g.
1750   // 4, -1, X, 1, 2 ==> 1, -1, 2, 4, X
1751   struct StrideCompare {
1752     bool operator()(const SCEVHandle &LHS, const SCEVHandle &RHS) {
1753       SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS);
1754       SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS);
1755       if (LHSC && RHSC) {
1756         int64_t  LV = LHSC->getValue()->getSExtValue();
1757         int64_t  RV = RHSC->getValue()->getSExtValue();
1758         uint64_t ALV = (LV < 0) ? -LV : LV;
1759         uint64_t ARV = (RV < 0) ? -RV : RV;
1760         if (ALV == ARV)
1761           return LV > RV;
1762         else
1763           return ALV < ARV;
1764       }
1765       return (LHSC && !RHSC);
1766     }
1767   };
1768 }
1769
1770 /// ChangeCompareStride - If a loop termination compare instruction is the
1771 /// only use of its stride, and the compaison is against a constant value,
1772 /// try eliminate the stride by moving the compare instruction to another
1773 /// stride and change its constant operand accordingly. e.g.
1774 ///
1775 /// loop:
1776 /// ...
1777 /// v1 = v1 + 3
1778 /// v2 = v2 + 1
1779 /// if (v2 < 10) goto loop
1780 /// =>
1781 /// loop:
1782 /// ...
1783 /// v1 = v1 + 3
1784 /// if (v1 < 30) goto loop
1785 ICmpInst *LoopStrengthReduce::ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
1786                                                 IVStrideUse* &CondUse,
1787                                                 const SCEVHandle* &CondStride) {
1788   if (StrideOrder.size() < 2 ||
1789       IVUsesByStride[*CondStride].Users.size() != 1)
1790     return Cond;
1791   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(*CondStride);
1792   if (!SC) return Cond;
1793   ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Cond->getOperand(1));
1794   if (!C) return Cond;
1795
1796   ICmpInst::Predicate Predicate = Cond->getPredicate();
1797   int64_t CmpSSInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1798   int64_t CmpVal = C->getValue().getSExtValue();
1799   unsigned BitWidth = C->getValue().getBitWidth();
1800   uint64_t SignBit = 1ULL << (BitWidth-1);
1801   const Type *CmpTy = C->getType();
1802   const Type *NewCmpTy = NULL;
1803   unsigned TyBits = CmpTy->getPrimitiveSizeInBits();
1804   unsigned NewTyBits = 0;
1805   int64_t NewCmpVal = CmpVal;
1806   SCEVHandle *NewStride = NULL;
1807   Value *NewIncV = NULL;
1808   int64_t Scale = 1;
1809
1810   // Check stride constant and the comparision constant signs to detect
1811   // overflow.
1812   if ((CmpVal & SignBit) != (CmpSSInt & SignBit))
1813     return Cond;
1814
1815   // Look for a suitable stride / iv as replacement.
1816   std::stable_sort(StrideOrder.begin(), StrideOrder.end(), StrideCompare());
1817   for (unsigned i = 0, e = StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
1818     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1819       IVUsesByStride.find(StrideOrder[i]);
1820     if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
1821       continue;
1822     int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1823     if (abs(SSInt) <= abs(CmpSSInt) || (SSInt % CmpSSInt) != 0)
1824       continue;
1825
1826     Scale = SSInt / CmpSSInt;
1827     NewCmpVal = CmpVal * Scale;
1828     APInt Mul = APInt(BitWidth, NewCmpVal);
1829     // Check for overflow.
1830     if (Mul.getSExtValue() != NewCmpVal) {
1831       NewCmpVal = CmpVal;
1832       continue;
1833     }
1834
1835     // Watch out for overflow.
1836     if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate) &&
1837         (CmpVal & SignBit) != (NewCmpVal & SignBit))
1838       NewCmpVal = CmpVal;
1839
1840     if (NewCmpVal != CmpVal) {
1841       // Pick the best iv to use trying to avoid a cast.
1842       NewIncV = NULL;
1843       for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
1844              E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI) {
1845         NewIncV = UI->OperandValToReplace;
1846         if (NewIncV->getType() == CmpTy)
1847           break;
1848       }
1849       if (!NewIncV) {
1850         NewCmpVal = CmpVal;
1851         continue;
1852       }
1853
1854       NewCmpTy = NewIncV->getType();
1855       NewTyBits = isa<PointerType>(NewCmpTy)
1856         ? UIntPtrTy->getPrimitiveSizeInBits()
1857         : NewCmpTy->getPrimitiveSizeInBits();
1858       if (RequiresTypeConversion(NewCmpTy, CmpTy)) {
1859         // Check if it is possible to rewrite it using
1860         // an iv / stride of a smaller integer type.
1861         bool TruncOk = false;
1862         if (NewCmpTy->isInteger()) {
1863           unsigned Bits = NewTyBits;
1864           if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate))
1865             --Bits;
1866           uint64_t Mask = (1ULL << Bits) - 1;
1867           if (((uint64_t)NewCmpVal & Mask) == (uint64_t)NewCmpVal)
1868             TruncOk = true;
1869         }
1870         if (!TruncOk) {
1871           NewCmpVal = CmpVal;
1872           continue;
1873         }
1874       }
1875
1876       // Don't rewrite if use offset is non-constant and the new type is
1877       // of a different type.
1878       // FIXME: too conservative?
1879       if (NewTyBits != TyBits && !isa<SCEVConstant>(CondUse->Offset)) {
1880         NewCmpVal = CmpVal;
1881         continue;
1882       }
1883
1884       bool AllUsesAreAddresses = true;
1885       bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
1886       std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
1887       SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(SI->first, SI->second, L,
1888                                               AllUsesAreAddresses,
1889                                               AllUsesAreOutsideLoop,
1890                                               UsersToProcess);
1891       // Avoid rewriting the compare instruction with an iv of new stride
1892       // if it's likely the new stride uses will be rewritten using the
1893       if (AllUsesAreAddresses &&
1894           ValidStride(!CommonExprs->isZero(), Scale, UsersToProcess)) {
1895         NewCmpVal = CmpVal;
1896         continue;
1897       }
1898
1899       // If scale is negative, use swapped predicate unless it's testing
1900       // for equality.
1901       if (Scale < 0 && !Cond->isEquality())
1902         Predicate = ICmpInst::getSwappedPredicate(Predicate);
1903
1904       NewStride = &StrideOrder[i];
1905       break;
1906     }
1907   }
1908
1909   // Forgo this transformation if it the increment happens to be
1910   // unfortunately positioned after the condition, and the condition
1911   // has multiple uses which prevent it from being moved immediately
1912   // before the branch. See
1913   // test/Transforms/LoopStrengthReduce/change-compare-stride-trickiness-*.ll
1914   // for an example of this situation.
1915   if (!Cond->hasOneUse()) {
1916     for (BasicBlock::iterator I = Cond, E = Cond->getParent()->end();
1917          I != E; ++I)
1918       if (I == NewIncV)
1919         return Cond;
1920   }
1921
1922   if (NewCmpVal != CmpVal) {
1923     // Create a new compare instruction using new stride / iv.
1924     ICmpInst *OldCond = Cond;
1925     Value *RHS;
1926     if (!isa<PointerType>(NewCmpTy))
1927       RHS = ConstantInt::get(NewCmpTy, NewCmpVal);
1928     else {
1929       RHS = ConstantInt::get(UIntPtrTy, NewCmpVal);
1930       RHS = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr, RHS, NewCmpTy);
1931     }
1932     // Insert new compare instruction.
1933     Cond = new ICmpInst(Predicate, NewIncV, RHS,
1934                         L->getHeader()->getName() + ".termcond",
1935                         OldCond);
1936
1937     // Remove the old compare instruction. The old indvar is probably dead too.
1938     DeadInsts.push_back(cast<Instruction>(CondUse->OperandValToReplace));
1939     SE->deleteValueFromRecords(OldCond);
1940     OldCond->replaceAllUsesWith(Cond);
1941     OldCond->eraseFromParent();
1942
1943     IVUsesByStride[*CondStride].Users.pop_back();
1944     SCEVHandle NewOffset = TyBits == NewTyBits
1945       ? SE->getMulExpr(CondUse->Offset,
1946                        SE->getConstant(ConstantInt::get(CmpTy, Scale)))
1947       : SE->getConstant(ConstantInt::get(NewCmpTy,
1948         cast<SCEVConstant>(CondUse->Offset)->getValue()->getSExtValue()*Scale));
1949     IVUsesByStride[*NewStride].addUser(NewOffset, Cond, NewIncV);
1950     CondUse = &IVUsesByStride[*NewStride].Users.back();
1951     CondStride = NewStride;
1952     ++NumEliminated;
1953   }
1954
1955   return Cond;
1956 }
1957
1958 /// OptimizeSMax - Rewrite the loop's terminating condition if it uses
1959 /// an smax computation.
1960 ///
1961 /// This is a narrow solution to a specific, but acute, problem. For loops
1962 /// like this:
1963 ///
1964 ///   i = 0;
1965 ///   do {
1966 ///     p[i] = 0.0;
1967 ///   } while (++i < n);
1968 ///
1969 /// where the comparison is signed, the trip count isn't just 'n', because
1970 /// 'n' could be negative. And unfortunately this can come up even for loops
1971 /// where the user didn't use a C do-while loop. For example, seemingly
1972 /// well-behaved top-test loops will commonly be lowered like this:
1973 //
1974 ///   if (n > 0) {
1975 ///     i = 0;
1976 ///     do {
1977 ///       p[i] = 0.0;
1978 ///     } while (++i < n);
1979 ///   }
1980 ///
1981 /// and then it's possible for subsequent optimization to obscure the if
1982 /// test in such a way that indvars can't find it.
1983 ///
1984 /// When indvars can't find the if test in loops like this, it creates a
1985 /// signed-max expression, which allows it to give the loop a canonical
1986 /// induction variable:
1987 ///
1988 ///   i = 0;
1989 ///   smax = n < 1 ? 1 : n;
1990 ///   do {
1991 ///     p[i] = 0.0;
1992 ///   } while (++i != smax);
1993 ///
1994 /// Canonical induction variables are necessary because the loop passes
1995 /// are designed around them. The most obvious example of this is the
1996 /// LoopInfo analysis, which doesn't remember trip count values. It
1997 /// expects to be able to rediscover the trip count each time it is
1998 /// needed, and it does this using a simple analyis that only succeeds if
1999 /// the loop has a canonical induction variable.
2000 ///
2001 /// However, when it comes time to generate code, the maximum operation
2002 /// can be quite costly, especially if it's inside of an outer loop.
2003 ///
2004 /// This function solves this problem by detecting this type of loop and
2005 /// rewriting their conditions from ICMP_NE back to ICMP_SLT, and deleting
2006 /// the instructions for the maximum computation.
2007 ///
2008 ICmpInst *LoopStrengthReduce::OptimizeSMax(Loop *L, ICmpInst *Cond,
2009                                            IVStrideUse* &CondUse) {
2010   // Check that the loop matches the pattern we're looking for.
2011   if (Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_EQ &&
2012       Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_NE)
2013     return Cond;
2014
2015   SelectInst *Sel = dyn_cast<SelectInst>(Cond->getOperand(1));
2016   if (!Sel || !Sel->hasOneUse()) return Cond;
2017
2018   SCEVHandle IterationCount = SE->getIterationCount(L);
2019   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(IterationCount))
2020     return Cond;
2021   SCEVHandle One = SE->getIntegerSCEV(1, IterationCount->getType());
2022
2023   // Adjust for an annoying getIterationCount quirk.
2024   IterationCount = SE->getAddExpr(IterationCount, One);
2025
2026   // Check for a max calculation that matches the pattern.
2027   SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(IterationCount);
2028   if (!SMax || SMax != SE->getSCEV(Sel)) return Cond;
2029
2030   SCEVHandle SMaxLHS = SMax->getOperand(0);
2031   SCEVHandle SMaxRHS = SMax->getOperand(1);
2032   if (!SMaxLHS || SMaxLHS != One) return Cond;
2033
2034   // Check the relevant induction variable for conformance to
2035   // the pattern.
2036   SCEVHandle IV = SE->getSCEV(Cond->getOperand(0));
2037   SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
2038   if (!AR || !AR->isAffine() ||
2039       AR->getStart() != One ||
2040       AR->getStepRecurrence(*SE) != One)
2041     return Cond;
2042
2043   // Check the right operand of the select, and remember it, as it will
2044   // be used in the new comparison instruction.
2045   Value *NewRHS = 0;
2046   if (SE->getSCEV(Sel->getOperand(1)) == SMaxRHS)
2047     NewRHS = Sel->getOperand(1);
2048   else if (SE->getSCEV(Sel->getOperand(2)) == SMaxRHS)
2049     NewRHS = Sel->getOperand(2);
2050   if (!NewRHS) return Cond;
2051
2052   // Ok, everything looks ok to change the condition into an SLT or SGE and
2053   // delete the max calculation.
2054   ICmpInst *NewCond =
2055     new ICmpInst(Cond->getPredicate() == CmpInst::ICMP_NE ?
2056                    CmpInst::ICMP_SLT :
2057                    CmpInst::ICMP_SGE,
2058                  Cond->getOperand(0), NewRHS, "scmp", Cond);
2059
2060   // Delete the max calculation instructions.
2061   SE->deleteValueFromRecords(Cond);
2062   Cond->replaceAllUsesWith(NewCond);
2063   Cond->eraseFromParent();
2064   Instruction *Cmp = cast<Instruction>(Sel->getOperand(0));
2065   SE->deleteValueFromRecords(Sel);
2066   Sel->eraseFromParent();
2067   if (Cmp->use_empty()) {
2068     SE->deleteValueFromRecords(Cmp);
2069     Cmp->eraseFromParent();
2070   }
2071   CondUse->User = NewCond;
2072   return NewCond;
2073 }
2074
2075 /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
2076 /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
2077 void LoopStrengthReduce::OptimizeShadowIV(Loop *L) {
2078
2079   SCEVHandle IterationCount = SE->getIterationCount(L);
2080   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(IterationCount))
2081     return;
2082
2083   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e;
2084        ++Stride) {
2085     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
2086       IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
2087     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2088     if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
2089       continue;
2090
2091     for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
2092            E = SI->second.Users.end(); UI != E; /* empty */) {
2093       std::vector<IVStrideUse>::iterator CandidateUI = UI;
2094       ++UI;
2095       Instruction *ShadowUse = CandidateUI->User;
2096       const Type *DestTy = NULL;
2097
2098       /* If shadow use is a int->float cast then insert a second IV
2099          to eliminate this cast.
2100
2101            for (unsigned i = 0; i < n; ++i) 
2102              foo((double)i);
2103
2104          is transformed into
2105
2106            double d = 0.0;
2107            for (unsigned i = 0; i < n; ++i, ++d) 
2108              foo(d);
2109       */
2110       if (UIToFPInst *UCast = dyn_cast<UIToFPInst>(CandidateUI->User))
2111         DestTy = UCast->getDestTy();
2112       else if (SIToFPInst *SCast = dyn_cast<SIToFPInst>(CandidateUI->User))
2113         DestTy = SCast->getDestTy();
2114       if (!DestTy) continue;
2115
2116       if (TLI) {
2117         /* If target does not support DestTy natively then do not apply
2118            this transformation. */
2119         MVT DVT = TLI->getValueType(DestTy);
2120         if (!TLI->isTypeLegal(DVT)) continue;
2121       }
2122
2123       PHINode *PH = dyn_cast<PHINode>(ShadowUse->getOperand(0));
2124       if (!PH) continue;
2125       if (PH->getNumIncomingValues() != 2) continue;
2126
2127       const Type *SrcTy = PH->getType();
2128       int Mantissa = DestTy->getFPMantissaWidth();
2129       if (Mantissa == -1) continue; 
2130       if ((int)TD->getTypeSizeInBits(SrcTy) > Mantissa)
2131         continue;
2132
2133       unsigned Entry, Latch;
2134       if (PH->getIncomingBlock(0) == L->getLoopPreheader()) {
2135         Entry = 0;
2136         Latch = 1;
2137       } else {
2138         Entry = 1;
2139         Latch = 0;
2140       }
2141         
2142       ConstantInt *Init = dyn_cast<ConstantInt>(PH->getIncomingValue(Entry));
2143       if (!Init) continue;
2144       ConstantFP *NewInit = ConstantFP::get(DestTy, Init->getZExtValue());
2145
2146       BinaryOperator *Incr = 
2147         dyn_cast<BinaryOperator>(PH->getIncomingValue(Latch));
2148       if (!Incr) continue;
2149       if (Incr->getOpcode() != Instruction::Add
2150           && Incr->getOpcode() != Instruction::Sub)
2151         continue;
2152
2153       /* Initialize new IV, double d = 0.0 in above example. */
2154       ConstantInt *C = NULL;
2155       if (Incr->getOperand(0) == PH)
2156         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(1));
2157       else if (Incr->getOperand(1) == PH)
2158         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(0));
2159       else
2160         continue;
2161
2162       if (!C) continue;
2163
2164       /* Add new PHINode. */
2165       PHINode *NewPH = PHINode::Create(DestTy, "IV.S.", PH);
2166
2167       /* create new increment. '++d' in above example. */
2168       ConstantFP *CFP = ConstantFP::get(DestTy, C->getZExtValue());
2169       BinaryOperator *NewIncr = 
2170         BinaryOperator::Create(Incr->getOpcode(),
2171                                NewPH, CFP, "IV.S.next.", Incr);
2172
2173       NewPH->addIncoming(NewInit, PH->getIncomingBlock(Entry));
2174       NewPH->addIncoming(NewIncr, PH->getIncomingBlock(Latch));
2175
2176       /* Remove cast operation */
2177       SE->deleteValueFromRecords(ShadowUse);
2178       ShadowUse->replaceAllUsesWith(NewPH);
2179       ShadowUse->eraseFromParent();
2180       SI->second.Users.erase(CandidateUI);
2181       NumShadow++;
2182       break;
2183     }
2184   }
2185 }
2186
2187 // OptimizeIndvars - Now that IVUsesByStride is set up with all of the indvar
2188 // uses in the loop, look to see if we can eliminate some, in favor of using
2189 // common indvars for the different uses.
2190 void LoopStrengthReduce::OptimizeIndvars(Loop *L) {
2191   // TODO: implement optzns here.
2192
2193   OptimizeShadowIV(L);
2194
2195   // Finally, get the terminating condition for the loop if possible.  If we
2196   // can, we want to change it to use a post-incremented version of its
2197   // induction variable, to allow coalescing the live ranges for the IV into
2198   // one register value.
2199   PHINode *SomePHI = cast<PHINode>(L->getHeader()->begin());
2200   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
2201   BasicBlock *LatchBlock =
2202    SomePHI->getIncomingBlock(SomePHI->getIncomingBlock(0) == Preheader);
2203   BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(LatchBlock->getTerminator());
2204   if (!TermBr || TermBr->isUnconditional() || 
2205       !isa<ICmpInst>(TermBr->getCondition()))
2206     return;
2207   ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(TermBr->getCondition());
2208
2209   // Search IVUsesByStride to find Cond's IVUse if there is one.
2210   IVStrideUse *CondUse = 0;
2211   const SCEVHandle *CondStride = 0;
2212
2213   if (!FindIVUserForCond(Cond, CondUse, CondStride))
2214     return; // setcc doesn't use the IV.
2215
2216   // If the trip count is computed in terms of an smax (due to ScalarEvolution
2217   // being unable to find a sufficient guard, for example), change the loop
2218   // comparison to use SLT instead of NE.
2219   Cond = OptimizeSMax(L, Cond, CondUse);
2220
2221   // If possible, change stride and operands of the compare instruction to
2222   // eliminate one stride.
2223   Cond = ChangeCompareStride(L, Cond, CondUse, CondStride);
2224
2225   // It's possible for the setcc instruction to be anywhere in the loop, and
2226   // possible for it to have multiple users.  If it is not immediately before
2227   // the latch block branch, move it.
2228   if (&*++BasicBlock::iterator(Cond) != (Instruction*)TermBr) {
2229     if (Cond->hasOneUse()) {   // Condition has a single use, just move it.
2230       Cond->moveBefore(TermBr);
2231     } else {
2232       // Otherwise, clone the terminating condition and insert into the loopend.
2233       Cond = cast<ICmpInst>(Cond->clone());
2234       Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
2235       LatchBlock->getInstList().insert(TermBr, Cond);
2236       
2237       // Clone the IVUse, as the old use still exists!
2238       IVUsesByStride[*CondStride].addUser(CondUse->Offset, Cond,
2239                                          CondUse->OperandValToReplace);
2240       CondUse = &IVUsesByStride[*CondStride].Users.back();
2241     }
2242   }
2243
2244   // If we get to here, we know that we can transform the setcc instruction to
2245   // use the post-incremented version of the IV, allowing us to coalesce the
2246   // live ranges for the IV correctly.
2247   CondUse->Offset = SE->getMinusSCEV(CondUse->Offset, *CondStride);
2248   CondUse->isUseOfPostIncrementedValue = true;
2249   Changed = true;
2250 }
2251
2252 bool LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
2253
2254   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
2255   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
2256   SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
2257   TD = &getAnalysis<TargetData>();
2258   UIntPtrTy = TD->getIntPtrType();
2259   Changed = false;
2260
2261   // Find all uses of induction variables in this loop, and categorize
2262   // them by stride.  Start by finding all of the PHI nodes in the header for
2263   // this loop.  If they are induction variables, inspect their uses.
2264   SmallPtrSet<Instruction*,16> Processed;   // Don't reprocess instructions.
2265   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ++I)
2266     AddUsersIfInteresting(I, L, Processed);
2267
2268   if (!IVUsesByStride.empty()) {
2269     // Optimize induction variables.  Some indvar uses can be transformed to use
2270     // strides that will be needed for other purposes.  A common example of this
2271     // is the exit test for the loop, which can often be rewritten to use the
2272     // computation of some other indvar to decide when to terminate the loop.
2273     OptimizeIndvars(L);
2274
2275     // FIXME: We can widen subreg IV's here for RISC targets.  e.g. instead of
2276     // doing computation in byte values, promote to 32-bit values if safe.
2277
2278     // FIXME: Attempt to reuse values across multiple IV's.  In particular, we
2279     // could have something like "for(i) { foo(i*8); bar(i*16) }", which should
2280     // be codegened as "for (j = 0;; j+=8) { foo(j); bar(j+j); }" on X86/PPC.
2281     // Need to be careful that IV's are all the same type.  Only works for
2282     // intptr_t indvars.
2283
2284     // If we only have one stride, we can more aggressively eliminate some
2285     // things.
2286     bool HasOneStride = IVUsesByStride.size() == 1;
2287
2288 #ifndef NDEBUG
2289     DOUT << "\nLSR on ";
2290     DEBUG(L->dump());
2291 #endif
2292
2293     // IVsByStride keeps IVs for one particular loop.
2294     assert(IVsByStride.empty() && "Stale entries in IVsByStride?");
2295
2296     // Sort the StrideOrder so we process larger strides first.
2297     std::stable_sort(StrideOrder.begin(), StrideOrder.end(), StrideCompare());
2298
2299     // Note: this processes each stride/type pair individually.  All users
2300     // passed into StrengthReduceStridedIVUsers have the same type AND stride.
2301     // Also, note that we iterate over IVUsesByStride indirectly by using
2302     // StrideOrder. This extra layer of indirection makes the ordering of
2303     // strides deterministic - not dependent on map order.
2304     for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e; ++Stride) {
2305       std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
2306         IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
2307       assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2308       StrengthReduceStridedIVUsers(SI->first, SI->second, L, HasOneStride);
2309     }
2310   }
2311
2312   // We're done analyzing this loop; release all the state we built up for it.
2313   CastedPointers.clear();
2314   IVUsesByStride.clear();
2315   IVsByStride.clear();
2316   StrideOrder.clear();
2317   for (unsigned i=0; i<GEPlist.size(); i++)
2318     SE->deleteValueFromRecords(GEPlist[i]);
2319   GEPlist.clear();  
2320
2321   // Clean up after ourselves
2322   if (!DeadInsts.empty()) {
2323     DeleteTriviallyDeadInstructions();
2324
2325     BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
2326     while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
2327       // At this point, we know that we have killed one or more IV users.
2328       // It is worth checking to see if the cannonical indvar is also
2329       // dead, so that we can remove it as well.
2330       //
2331       // We can remove a PHI if it is on a cycle in the def-use graph
2332       // where each node in the cycle has degree one, i.e. only one use,
2333       // and is an instruction with no side effects.
2334       //
2335       // FIXME: this needs to eliminate an induction variable even if it's being
2336       // compared against some value to decide loop termination.
2337       if (!PN->hasOneUse())
2338         continue;
2339       
2340       SmallPtrSet<PHINode *, 4> PHIs;
2341       for (Instruction *J = dyn_cast<Instruction>(*PN->use_begin());
2342            J && J->hasOneUse() && !J->mayWriteToMemory();
2343            J = dyn_cast<Instruction>(*J->use_begin())) {
2344         // If we find the original PHI, we've discovered a cycle.
2345         if (J == PN) {
2346           // Break the cycle and mark the PHI for deletion.
2347           SE->deleteValueFromRecords(PN);
2348           PN->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(PN->getType()));
2349           DeadInsts.push_back(PN);
2350           Changed = true;
2351           break;
2352         }
2353         // If we find a PHI more than once, we're on a cycle that
2354         // won't prove fruitful.
2355         if (isa<PHINode>(J) && !PHIs.insert(cast<PHINode>(J)))
2356           break;
2357       }
2358     }
2359     DeleteTriviallyDeadInstructions();
2360   }
2361   return Changed;
2362 }