57ddc67a0a38a405d7ca5cdafe6d484245eec2a6
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / LoopStrengthReduce.cpp
1 //===- LoopStrengthReduce.cpp - Strength Reduce GEPs in Loops -------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file was developed by Nate Begeman and is distributed under the
6 // University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass performs a strength reduction on array references inside loops that
11 // have as one or more of their components the loop induction variable.  This is
12 // accomplished by creating a new Value to hold the initial value of the array
13 // access for the first iteration, and then creating a new GEP instruction in
14 // the loop to increment the value by the appropriate amount.
15 //
16 //===----------------------------------------------------------------------===//
17
18 #define DEBUG_TYPE "loop-reduce"
19 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
20 #include "llvm/Constants.h"
21 #include "llvm/Instructions.h"
22 #include "llvm/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
48 namespace {
49
50   struct BasedUser;
51
52   /// IVStrideUse - Keep track of one use of a strided induction variable, where
53   /// the stride is stored externally.  The Offset member keeps track of the 
54   /// offset from the IV, User is the actual user of the operand, and
55   /// 'OperandValToReplace' is the operand of the User that is the use.
56   struct VISIBILITY_HIDDEN IVStrideUse {
57     SCEVHandle Offset;
58     Instruction *User;
59     Value *OperandValToReplace;
60
61     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
62     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
63     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
64     // instruction for a loop or uses dominated by the loop.
65     bool isUseOfPostIncrementedValue;
66     
67     IVStrideUse(const SCEVHandle &Offs, Instruction *U, Value *O)
68       : Offset(Offs), User(U), OperandValToReplace(O),
69         isUseOfPostIncrementedValue(false) {}
70   };
71   
72   /// IVUsersOfOneStride - This structure keeps track of all instructions that
73   /// have an operand that is based on the trip count multiplied by some stride.
74   /// The stride for all of these users is common and kept external to this
75   /// structure.
76   struct VISIBILITY_HIDDEN IVUsersOfOneStride {
77     /// Users - Keep track of all of the users of this stride as well as the
78     /// initial value and the operand that uses the IV.
79     std::vector<IVStrideUse> Users;
80     
81     void addUser(const SCEVHandle &Offset,Instruction *User, Value *Operand) {
82       Users.push_back(IVStrideUse(Offset, User, Operand));
83     }
84   };
85
86   /// IVInfo - This structure keeps track of one IV expression inserted during
87   /// StrengthReduceStridedIVUsers. It contains the stride, the common base, as
88   /// well as the PHI node and increment value created for rewrite.
89   struct VISIBILITY_HIDDEN IVExpr {
90     SCEVHandle  Stride;
91     SCEVHandle  Base;
92     PHINode    *PHI;
93     Value      *IncV;
94
95     IVExpr(const SCEVHandle &stride, const SCEVHandle &base, PHINode *phi,
96            Value *incv)
97       : Stride(stride), Base(base), PHI(phi), IncV(incv) {}
98   };
99
100   /// IVsOfOneStride - This structure keeps track of all IV expression inserted
101   /// during StrengthReduceStridedIVUsers for a particular stride of the IV.
102   struct VISIBILITY_HIDDEN IVsOfOneStride {
103     std::vector<IVExpr> IVs;
104
105     void addIV(const SCEVHandle &Stride, const SCEVHandle &Base, PHINode *PHI,
106                Value *IncV) {
107       IVs.push_back(IVExpr(Stride, Base, PHI, IncV));
108     }
109   };
110
111   class VISIBILITY_HIDDEN LoopStrengthReduce : public LoopPass {
112     LoopInfo *LI;
113     DominatorTree *DT;
114     ScalarEvolution *SE;
115     const TargetData *TD;
116     const Type *UIntPtrTy;
117     bool Changed;
118
119     /// IVUsesByStride - Keep track of all uses of induction variables that we
120     /// are interested in.  The key of the map is the stride of the access.
121     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride> IVUsesByStride;
122
123     /// IVsByStride - Keep track of all IVs that have been inserted for a
124     /// particular stride.
125     std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride> IVsByStride;
126
127     /// StrideOrder - An ordering of the keys in IVUsesByStride that is stable:
128     /// We use this to iterate over the IVUsesByStride collection without being
129     /// dependent on random ordering of pointers in the process.
130     std::vector<SCEVHandle> StrideOrder;
131
132     /// CastedValues - As we need to cast values to uintptr_t, this keeps track
133     /// of the casted version of each value.  This is accessed by
134     /// getCastedVersionOf.
135     std::map<Value*, Value*> CastedPointers;
136
137     /// DeadInsts - Keep track of instructions we may have made dead, so that
138     /// we can remove them after we are done working.
139     SmallPtrSet<Instruction*,16> DeadInsts;
140
141     /// TLI - Keep a pointer of a TargetLowering to consult for determining
142     /// transformation profitability.
143     const TargetLowering *TLI;
144
145   public:
146     static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
147     explicit LoopStrengthReduce(const TargetLowering *tli = NULL) : 
148       LoopPass((intptr_t)&ID), TLI(tli) {
149     }
150
151     bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
152
153     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
154       // We split critical edges, so we change the CFG.  However, we do update
155       // many analyses if they are around.
156       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
157       AU.addPreserved<LoopInfo>();
158       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
159       AU.addPreserved<DominatorTree>();
160
161       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
162       AU.addRequired<LoopInfo>();
163       AU.addRequired<DominatorTree>();
164       AU.addRequired<TargetData>();
165       AU.addRequired<ScalarEvolution>();
166     }
167     
168     /// getCastedVersionOf - Return the specified value casted to uintptr_t.
169     ///
170     Value *getCastedVersionOf(Instruction::CastOps opcode, Value *V);
171 private:
172     bool AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
173                                SmallPtrSet<Instruction*,16> &Processed);
174     SCEVHandle GetExpressionSCEV(Instruction *E);
175     ICmpInst *ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
176                                   IVStrideUse* &CondUse,
177                                   const SCEVHandle* &CondStride);
178     void OptimizeIndvars(Loop *L);
179     bool FindIVForUser(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
180                        const SCEVHandle *&CondStride);
181     bool RequiresTypeConversion(const Type *Ty, const Type *NewTy);
182     unsigned CheckForIVReuse(bool, bool, const SCEVHandle&,
183                              IVExpr&, const Type*,
184                              const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
185     bool ValidStride(bool, int64_t,
186                      const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
187     SCEVHandle CollectIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
188                               IVUsersOfOneStride &Uses,
189                               Loop *L,
190                               bool &AllUsesAreAddresses,
191                               std::vector<BasedUser> &UsersToProcess);
192     void StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
193                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
194                                       Loop *L, bool isOnlyStride);
195     void DeleteTriviallyDeadInstructions(SmallPtrSet<Instruction*,16> &Insts);
196   };
197   char LoopStrengthReduce::ID = 0;
198   RegisterPass<LoopStrengthReduce> X("loop-reduce", "Loop Strength Reduction");
199 }
200
201 LoopPass *llvm::createLoopStrengthReducePass(const TargetLowering *TLI) {
202   return new LoopStrengthReduce(TLI);
203 }
204
205 /// getCastedVersionOf - Return the specified value casted to uintptr_t. This
206 /// assumes that the Value* V is of integer or pointer type only.
207 ///
208 Value *LoopStrengthReduce::getCastedVersionOf(Instruction::CastOps opcode, 
209                                               Value *V) {
210   if (V->getType() == UIntPtrTy) return V;
211   if (Constant *CB = dyn_cast<Constant>(V))
212     return ConstantExpr::getCast(opcode, CB, UIntPtrTy);
213
214   Value *&New = CastedPointers[V];
215   if (New) return New;
216   
217   New = SCEVExpander::InsertCastOfTo(opcode, V, UIntPtrTy);
218   DeadInsts.insert(cast<Instruction>(New));
219   return New;
220 }
221
222
223 /// DeleteTriviallyDeadInstructions - If any of the instructions is the
224 /// specified set are trivially dead, delete them and see if this makes any of
225 /// their operands subsequently dead.
226 void LoopStrengthReduce::
227 DeleteTriviallyDeadInstructions(SmallPtrSet<Instruction*,16> &Insts) {
228   while (!Insts.empty()) {
229     Instruction *I = *Insts.begin();
230     Insts.erase(I);
231     if (isInstructionTriviallyDead(I)) {
232       for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i)
233         if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(i)))
234           Insts.insert(U);
235       SE->deleteValueFromRecords(I);
236       I->eraseFromParent();
237       Changed = true;
238     }
239   }
240 }
241
242
243 /// GetExpressionSCEV - Compute and return the SCEV for the specified
244 /// instruction.
245 SCEVHandle LoopStrengthReduce::GetExpressionSCEV(Instruction *Exp) {
246   // Pointer to pointer bitcast instructions return the same value as their
247   // operand.
248   if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(Exp)) {
249     if (SE->hasSCEV(BCI) || !isa<Instruction>(BCI->getOperand(0)))
250       return SE->getSCEV(BCI);
251     SCEVHandle R = GetExpressionSCEV(cast<Instruction>(BCI->getOperand(0)));
252     SE->setSCEV(BCI, R);
253     return R;
254   }
255
256   // Scalar Evolutions doesn't know how to compute SCEV's for GEP instructions.
257   // If this is a GEP that SE doesn't know about, compute it now and insert it.
258   // If this is not a GEP, or if we have already done this computation, just let
259   // SE figure it out.
260   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Exp);
261   if (!GEP || SE->hasSCEV(GEP))
262     return SE->getSCEV(Exp);
263     
264   // Analyze all of the subscripts of this getelementptr instruction, looking
265   // for uses that are determined by the trip count of the loop.  First, skip
266   // all operands the are not dependent on the IV.
267
268   // Build up the base expression.  Insert an LLVM cast of the pointer to
269   // uintptr_t first.
270   SCEVHandle GEPVal = SE->getUnknown(
271       getCastedVersionOf(Instruction::PtrToInt, GEP->getOperand(0)));
272
273   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
274   
275   for (unsigned i = 1, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i, ++GTI) {
276     // If this is a use of a recurrence that we can analyze, and it comes before
277     // Op does in the GEP operand list, we will handle this when we process this
278     // operand.
279     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
280       const StructLayout *SL = TD->getStructLayout(STy);
281       unsigned Idx = cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))->getZExtValue();
282       uint64_t Offset = SL->getElementOffset(Idx);
283       GEPVal = SE->getAddExpr(GEPVal,
284                              SE->getIntegerSCEV(Offset, UIntPtrTy));
285     } else {
286       unsigned GEPOpiBits = 
287         GEP->getOperand(i)->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
288       unsigned IntPtrBits = UIntPtrTy->getPrimitiveSizeInBits();
289       Instruction::CastOps opcode = (GEPOpiBits < IntPtrBits ? 
290           Instruction::SExt : (GEPOpiBits > IntPtrBits ? Instruction::Trunc :
291             Instruction::BitCast));
292       Value *OpVal = getCastedVersionOf(opcode, GEP->getOperand(i));
293       SCEVHandle Idx = SE->getSCEV(OpVal);
294
295       uint64_t TypeSize = TD->getABITypeSize(GTI.getIndexedType());
296       if (TypeSize != 1)
297         Idx = SE->getMulExpr(Idx,
298                             SE->getConstant(ConstantInt::get(UIntPtrTy,
299                                                              TypeSize)));
300       GEPVal = SE->getAddExpr(GEPVal, Idx);
301     }
302   }
303
304   SE->setSCEV(GEP, GEPVal);
305   return GEPVal;
306 }
307
308 /// getSCEVStartAndStride - Compute the start and stride of this expression,
309 /// returning false if the expression is not a start/stride pair, or true if it
310 /// is.  The stride must be a loop invariant expression, but the start may be
311 /// a mix of loop invariant and loop variant expressions.
312 static bool getSCEVStartAndStride(const SCEVHandle &SH, Loop *L,
313                                   SCEVHandle &Start, SCEVHandle &Stride,
314                                   ScalarEvolution *SE) {
315   SCEVHandle TheAddRec = Start;   // Initialize to zero.
316
317   // If the outer level is an AddExpr, the operands are all start values except
318   // for a nested AddRecExpr.
319   if (SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(SH)) {
320     for (unsigned i = 0, e = AE->getNumOperands(); i != e; ++i)
321       if (SCEVAddRecExpr *AddRec =
322              dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(AE->getOperand(i))) {
323         if (AddRec->getLoop() == L)
324           TheAddRec = SE->getAddExpr(AddRec, TheAddRec);
325         else
326           return false;  // Nested IV of some sort?
327       } else {
328         Start = SE->getAddExpr(Start, AE->getOperand(i));
329       }
330         
331   } else if (isa<SCEVAddRecExpr>(SH)) {
332     TheAddRec = SH;
333   } else {
334     return false;  // not analyzable.
335   }
336   
337   SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(TheAddRec);
338   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L) return false;
339   
340   // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
341   if (!AddRec->isAffine()) return false;
342
343   Start = SE->getAddExpr(Start, AddRec->getOperand(0));
344   
345   if (!isa<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1)))
346     DOUT << "[" << L->getHeader()->getName()
347          << "] Variable stride: " << *AddRec << "\n";
348
349   Stride = AddRec->getOperand(1);
350   return true;
351 }
352
353 /// IVUseShouldUsePostIncValue - We have discovered a "User" of an IV expression
354 /// and now we need to decide whether the user should use the preinc or post-inc
355 /// value.  If this user should use the post-inc version of the IV, return true.
356 ///
357 /// Choosing wrong here can break dominance properties (if we choose to use the
358 /// post-inc value when we cannot) or it can end up adding extra live-ranges to
359 /// the loop, resulting in reg-reg copies (if we use the pre-inc value when we
360 /// should use the post-inc value).
361 static bool IVUseShouldUsePostIncValue(Instruction *User, Instruction *IV,
362                                        Loop *L, DominatorTree *DT, Pass *P) {
363   // If the user is in the loop, use the preinc value.
364   if (L->contains(User->getParent())) return false;
365   
366   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
367   
368   // Ok, the user is outside of the loop.  If it is dominated by the latch
369   // block, use the post-inc value.
370   if (DT->dominates(LatchBlock, User->getParent()))
371     return true;
372
373   // There is one case we have to be careful of: PHI nodes.  These little guys
374   // can live in blocks that do not dominate the latch block, but (since their
375   // uses occur in the predecessor block, not the block the PHI lives in) should
376   // still use the post-inc value.  Check for this case now.
377   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User);
378   if (!PN) return false;  // not a phi, not dominated by latch block.
379   
380   // Look at all of the uses of IV by the PHI node.  If any use corresponds to
381   // a block that is not dominated by the latch block, give up and use the
382   // preincremented value.
383   unsigned NumUses = 0;
384   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
385     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
386       ++NumUses;
387       if (!DT->dominates(LatchBlock, PN->getIncomingBlock(i)))
388         return false;
389     }
390
391   // Okay, all uses of IV by PN are in predecessor blocks that really are
392   // dominated by the latch block.  Split the critical edges and use the
393   // post-incremented value.
394   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
395     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
396       SplitCriticalEdge(PN->getIncomingBlock(i), PN->getParent(), P,
397                         true);
398       // Splitting the critical edge can reduce the number of entries in this
399       // PHI.
400       e = PN->getNumIncomingValues();
401       if (--NumUses == 0) break;
402     }
403   
404   return true;
405 }
406
407   
408
409 /// AddUsersIfInteresting - Inspect the specified instruction.  If it is a
410 /// reducible SCEV, recursively add its users to the IVUsesByStride set and
411 /// return true.  Otherwise, return false.
412 bool LoopStrengthReduce::AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
413                                       SmallPtrSet<Instruction*,16> &Processed) {
414   if (!I->getType()->isInteger() && !isa<PointerType>(I->getType()))
415       return false;   // Void and FP expressions cannot be reduced.
416   if (!Processed.insert(I))
417     return true;    // Instruction already handled.
418   
419   // Get the symbolic expression for this instruction.
420   SCEVHandle ISE = GetExpressionSCEV(I);
421   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(ISE)) return false;
422   
423   // Get the start and stride for this expression.
424   SCEVHandle Start = SE->getIntegerSCEV(0, ISE->getType());
425   SCEVHandle Stride = Start;
426   if (!getSCEVStartAndStride(ISE, L, Start, Stride, SE))
427     return false;  // Non-reducible symbolic expression, bail out.
428
429   std::vector<Instruction *> IUsers;
430   // Collect all I uses now because IVUseShouldUsePostIncValue may 
431   // invalidate use_iterator.
432   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E; ++UI)
433     IUsers.push_back(cast<Instruction>(*UI));
434
435   for (unsigned iused_index = 0, iused_size = IUsers.size(); 
436        iused_index != iused_size; ++iused_index) {
437
438     Instruction *User = IUsers[iused_index];
439
440     // Do not infinitely recurse on PHI nodes.
441     if (isa<PHINode>(User) && Processed.count(User))
442       continue;
443
444     // If this is an instruction defined in a nested loop, or outside this loop,
445     // don't recurse into it.
446     bool AddUserToIVUsers = false;
447     if (LI->getLoopFor(User->getParent()) != L) {
448       DOUT << "FOUND USER in other loop: " << *User
449            << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
450       AddUserToIVUsers = true;
451     } else if (!AddUsersIfInteresting(User, L, Processed)) {
452       DOUT << "FOUND USER: " << *User
453            << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
454       AddUserToIVUsers = true;
455     }
456
457     if (AddUserToIVUsers) {
458       IVUsersOfOneStride &StrideUses = IVUsesByStride[Stride];
459       if (StrideUses.Users.empty())     // First occurance of this stride?
460         StrideOrder.push_back(Stride);
461       
462       // Okay, we found a user that we cannot reduce.  Analyze the instruction
463       // and decide what to do with it.  If we are a use inside of the loop, use
464       // the value before incrementation, otherwise use it after incrementation.
465       if (IVUseShouldUsePostIncValue(User, I, L, DT, this)) {
466         // The value used will be incremented by the stride more than we are
467         // expecting, so subtract this off.
468         SCEVHandle NewStart = SE->getMinusSCEV(Start, Stride);
469         StrideUses.addUser(NewStart, User, I);
470         StrideUses.Users.back().isUseOfPostIncrementedValue = true;
471         DOUT << "   USING POSTINC SCEV, START=" << *NewStart<< "\n";
472       } else {        
473         StrideUses.addUser(Start, User, I);
474       }
475     }
476   }
477   return true;
478 }
479
480 namespace {
481   /// BasedUser - For a particular base value, keep information about how we've
482   /// partitioned the expression so far.
483   struct BasedUser {
484     /// SE - The current ScalarEvolution object.
485     ScalarEvolution *SE;
486
487     /// Base - The Base value for the PHI node that needs to be inserted for
488     /// this use.  As the use is processed, information gets moved from this
489     /// field to the Imm field (below).  BasedUser values are sorted by this
490     /// field.
491     SCEVHandle Base;
492     
493     /// Inst - The instruction using the induction variable.
494     Instruction *Inst;
495
496     /// OperandValToReplace - The operand value of Inst to replace with the
497     /// EmittedBase.
498     Value *OperandValToReplace;
499
500     /// Imm - The immediate value that should be added to the base immediately
501     /// before Inst, because it will be folded into the imm field of the
502     /// instruction.
503     SCEVHandle Imm;
504
505     /// EmittedBase - The actual value* to use for the base value of this
506     /// operation.  This is null if we should just use zero so far.
507     Value *EmittedBase;
508
509     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
510     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
511     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
512     // instruction for a loop and uses outside the loop that are dominated by
513     // the loop.
514     bool isUseOfPostIncrementedValue;
515     
516     BasedUser(IVStrideUse &IVSU, ScalarEvolution *se)
517       : SE(se), Base(IVSU.Offset), Inst(IVSU.User), 
518         OperandValToReplace(IVSU.OperandValToReplace), 
519         Imm(SE->getIntegerSCEV(0, Base->getType())), EmittedBase(0),
520         isUseOfPostIncrementedValue(IVSU.isUseOfPostIncrementedValue) {}
521
522     // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
523     // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
524     // to it.
525     void RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
526                                         SCEVExpander &Rewriter, Loop *L,
527                                         Pass *P);
528     
529     Value *InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
530                                        SCEVExpander &Rewriter,
531                                        Instruction *IP, Loop *L);
532     void dump() const;
533   };
534 }
535
536 void BasedUser::dump() const {
537   cerr << " Base=" << *Base;
538   cerr << " Imm=" << *Imm;
539   if (EmittedBase)
540     cerr << "  EB=" << *EmittedBase;
541
542   cerr << "   Inst: " << *Inst;
543 }
544
545 Value *BasedUser::InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
546                                               SCEVExpander &Rewriter,
547                                               Instruction *IP, Loop *L) {
548   // Figure out where we *really* want to insert this code.  In particular, if
549   // the user is inside of a loop that is nested inside of L, we really don't
550   // want to insert this expression before the user, we'd rather pull it out as
551   // many loops as possible.
552   LoopInfo &LI = Rewriter.getLoopInfo();
553   Instruction *BaseInsertPt = IP;
554   
555   // Figure out the most-nested loop that IP is in.
556   Loop *InsertLoop = LI.getLoopFor(IP->getParent());
557   
558   // If InsertLoop is not L, and InsertLoop is nested inside of L, figure out
559   // the preheader of the outer-most loop where NewBase is not loop invariant.
560   while (InsertLoop && NewBase->isLoopInvariant(InsertLoop)) {
561     BaseInsertPt = InsertLoop->getLoopPreheader()->getTerminator();
562     InsertLoop = InsertLoop->getParentLoop();
563   }
564   
565   // If there is no immediate value, skip the next part.
566   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Imm))
567     if (SC->getValue()->isZero())
568       return Rewriter.expandCodeFor(NewBase, BaseInsertPt);
569
570   Value *Base = Rewriter.expandCodeFor(NewBase, BaseInsertPt);
571
572   // If we are inserting the base and imm values in the same block, make sure to
573   // adjust the IP position if insertion reused a result.
574   if (IP == BaseInsertPt)
575     IP = Rewriter.getInsertionPoint();
576   
577   // Always emit the immediate (if non-zero) into the same block as the user.
578   SCEVHandle NewValSCEV = SE->getAddExpr(SE->getUnknown(Base), Imm);
579   return Rewriter.expandCodeFor(NewValSCEV, IP);
580   
581 }
582
583
584 // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
585 // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
586 // to it.
587 void BasedUser::RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
588                                                SCEVExpander &Rewriter,
589                                                Loop *L, Pass *P) {
590   if (!isa<PHINode>(Inst)) {
591     // By default, insert code at the user instruction.
592     BasicBlock::iterator InsertPt = Inst;
593     
594     // However, if the Operand is itself an instruction, the (potentially
595     // complex) inserted code may be shared by many users.  Because of this, we
596     // want to emit code for the computation of the operand right before its old
597     // computation.  This is usually safe, because we obviously used to use the
598     // computation when it was computed in its current block.  However, in some
599     // cases (e.g. use of a post-incremented induction variable) the NewBase
600     // value will be pinned to live somewhere after the original computation.
601     // In this case, we have to back off.
602     if (!isUseOfPostIncrementedValue) {
603       if (Instruction *OpInst = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace)) { 
604         InsertPt = OpInst;
605         while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
606       }
607     }
608     Value *NewVal = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, Rewriter, InsertPt, L);
609     // Adjust the type back to match the Inst. Note that we can't use InsertPt
610     // here because the SCEVExpander may have inserted the instructions after
611     // that point, in its efforts to avoid inserting redundant expressions.
612     if (isa<PointerType>(OperandValToReplace->getType())) {
613       NewVal = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr,
614                                             NewVal,
615                                             OperandValToReplace->getType());
616     }
617     // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
618     Inst->replaceUsesOfWith(OperandValToReplace, NewVal);
619     DOUT << "    CHANGED: IMM =" << *Imm;
620     DOUT << "  \tNEWBASE =" << *NewBase;
621     DOUT << "  \tInst = " << *Inst;
622     return;
623   }
624   
625   // PHI nodes are more complex.  We have to insert one copy of the NewBase+Imm
626   // expression into each operand block that uses it.  Note that PHI nodes can
627   // have multiple entries for the same predecessor.  We use a map to make sure
628   // that a PHI node only has a single Value* for each predecessor (which also
629   // prevents us from inserting duplicate code in some blocks).
630   std::map<BasicBlock*, Value*> InsertedCode;
631   PHINode *PN = cast<PHINode>(Inst);
632   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
633     if (PN->getIncomingValue(i) == OperandValToReplace) {
634       // If this is a critical edge, split the edge so that we do not insert the
635       // code on all predecessor/successor paths.  We do this unless this is the
636       // canonical backedge for this loop, as this can make some inserted code
637       // be in an illegal position.
638       BasicBlock *PHIPred = PN->getIncomingBlock(i);
639       if (e != 1 && PHIPred->getTerminator()->getNumSuccessors() > 1 &&
640           (PN->getParent() != L->getHeader() || !L->contains(PHIPred))) {
641         
642         // First step, split the critical edge.
643         SplitCriticalEdge(PHIPred, PN->getParent(), P, true);
644             
645         // Next step: move the basic block.  In particular, if the PHI node
646         // is outside of the loop, and PredTI is in the loop, we want to
647         // move the block to be immediately before the PHI block, not
648         // immediately after PredTI.
649         if (L->contains(PHIPred) && !L->contains(PN->getParent())) {
650           BasicBlock *NewBB = PN->getIncomingBlock(i);
651           NewBB->moveBefore(PN->getParent());
652         }
653         
654         // Splitting the edge can reduce the number of PHI entries we have.
655         e = PN->getNumIncomingValues();
656       }
657
658       Value *&Code = InsertedCode[PN->getIncomingBlock(i)];
659       if (!Code) {
660         // Insert the code into the end of the predecessor block.
661         Instruction *InsertPt = PN->getIncomingBlock(i)->getTerminator();
662         Code = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, Rewriter, InsertPt, L);
663
664         // Adjust the type back to match the PHI. Note that we can't use
665         // InsertPt here because the SCEVExpander may have inserted its
666         // instructions after that point, in its efforts to avoid inserting
667         // redundant expressions.
668         if (isa<PointerType>(PN->getType())) {
669           Code = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr,
670                                               Code,
671                                               PN->getType());
672         }
673       }
674       
675       // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
676       PN->setIncomingValue(i, Code);
677       Rewriter.clear();
678     }
679   }
680   DOUT << "    CHANGED: IMM =" << *Imm << "  Inst = " << *Inst;
681 }
682
683
684 /// isTargetConstant - Return true if the following can be referenced by the
685 /// immediate field of a target instruction.
686 static bool isTargetConstant(const SCEVHandle &V, const Type *UseTy,
687                              const TargetLowering *TLI) {
688   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
689     int64_t VC = SC->getValue()->getSExtValue();
690     if (TLI) {
691       TargetLowering::AddrMode AM;
692       AM.BaseOffs = VC;
693       return TLI->isLegalAddressingMode(AM, UseTy);
694     } else {
695       // Defaults to PPC. PPC allows a sign-extended 16-bit immediate field.
696       return (VC > -(1 << 16) && VC < (1 << 16)-1);
697     }
698   }
699
700   if (SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V))
701     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(SU->getValue()))
702       if (TLI && CE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt) {
703         Constant *Op0 = CE->getOperand(0);
704         if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(Op0)) {
705           TargetLowering::AddrMode AM;
706           AM.BaseGV = GV;
707           return TLI->isLegalAddressingMode(AM, UseTy);
708         }
709       }
710   return false;
711 }
712
713 /// MoveLoopVariantsToImediateField - Move any subexpressions from Val that are
714 /// loop varying to the Imm operand.
715 static void MoveLoopVariantsToImediateField(SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
716                                             Loop *L, ScalarEvolution *SE) {
717   if (Val->isLoopInvariant(L)) return;  // Nothing to do.
718   
719   if (SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
720     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
721     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
722     
723     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i)
724       if (!SAE->getOperand(i)->isLoopInvariant(L)) {
725         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
726         // field of the expression.
727         Imm = SE->getAddExpr(Imm, SAE->getOperand(i));
728       } else {
729         NewOps.push_back(SAE->getOperand(i));
730       }
731
732     if (NewOps.empty())
733       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
734     else
735       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
736   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
737     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
738     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
739     MoveLoopVariantsToImediateField(Start, Imm, L, SE);
740     
741     std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
742     Ops[0] = Start;
743     Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
744   } else {
745     // Otherwise, all of Val is variant, move the whole thing over.
746     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
747     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
748   }
749 }
750
751
752 /// MoveImmediateValues - Look at Val, and pull out any additions of constants
753 /// that can fit into the immediate field of instructions in the target.
754 /// Accumulate these immediate values into the Imm value.
755 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
756                                 Instruction *User,
757                                 SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
758                                 bool isAddress, Loop *L,
759                                 ScalarEvolution *SE) {
760   const Type *UseTy = User->getType();
761   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User))
762     UseTy = SI->getOperand(0)->getType();
763
764   if (SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
765     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
766     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
767     
768     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i) {
769       SCEVHandle NewOp = SAE->getOperand(i);
770       MoveImmediateValues(TLI, User, NewOp, Imm, isAddress, L, SE);
771       
772       if (!NewOp->isLoopInvariant(L)) {
773         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
774         // field of the expression.
775         Imm = SE->getAddExpr(Imm, NewOp);
776       } else {
777         NewOps.push_back(NewOp);
778       }
779     }
780
781     if (NewOps.empty())
782       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
783     else
784       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
785     return;
786   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
787     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
788     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
789     MoveImmediateValues(TLI, User, Start, Imm, isAddress, L, SE);
790     
791     if (Start != SARE->getStart()) {
792       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
793       Ops[0] = Start;
794       Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
795     }
796     return;
797   } else if (SCEVMulExpr *SME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Val)) {
798     // Transform "8 * (4 + v)" -> "32 + 8*V" if "32" fits in the immed field.
799     if (isAddress && isTargetConstant(SME->getOperand(0), UseTy, TLI) &&
800         SME->getNumOperands() == 2 && SME->isLoopInvariant(L)) {
801
802       SCEVHandle SubImm = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
803       SCEVHandle NewOp = SME->getOperand(1);
804       MoveImmediateValues(TLI, User, NewOp, SubImm, isAddress, L, SE);
805       
806       // If we extracted something out of the subexpressions, see if we can 
807       // simplify this!
808       if (NewOp != SME->getOperand(1)) {
809         // Scale SubImm up by "8".  If the result is a target constant, we are
810         // good.
811         SubImm = SE->getMulExpr(SubImm, SME->getOperand(0));
812         if (isTargetConstant(SubImm, UseTy, TLI)) {
813           // Accumulate the immediate.
814           Imm = SE->getAddExpr(Imm, SubImm);
815           
816           // Update what is left of 'Val'.
817           Val = SE->getMulExpr(SME->getOperand(0), NewOp);
818           return;
819         }
820       }
821     }
822   }
823
824   // Loop-variant expressions must stay in the immediate field of the
825   // expression.
826   if ((isAddress && isTargetConstant(Val, UseTy, TLI)) ||
827       !Val->isLoopInvariant(L)) {
828     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
829     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
830     return;
831   }
832
833   // Otherwise, no immediates to move.
834 }
835
836
837 /// SeparateSubExprs - Decompose Expr into all of the subexpressions that are
838 /// added together.  This is used to reassociate common addition subexprs
839 /// together for maximal sharing when rewriting bases.
840 static void SeparateSubExprs(std::vector<SCEVHandle> &SubExprs,
841                              SCEVHandle Expr,
842                              ScalarEvolution *SE) {
843   if (SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Expr)) {
844     for (unsigned j = 0, e = AE->getNumOperands(); j != e; ++j)
845       SeparateSubExprs(SubExprs, AE->getOperand(j), SE);
846   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Expr)) {
847     SCEVHandle Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Expr->getType());
848     if (SARE->getOperand(0) == Zero) {
849       SubExprs.push_back(Expr);
850     } else {
851       // Compute the addrec with zero as its base.
852       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
853       Ops[0] = Zero;   // Start with zero base.
854       SubExprs.push_back(SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop()));
855       
856
857       SeparateSubExprs(SubExprs, SARE->getOperand(0), SE);
858     }
859   } else if (!isa<SCEVConstant>(Expr) ||
860              !cast<SCEVConstant>(Expr)->getValue()->isZero()) {
861     // Do not add zero.
862     SubExprs.push_back(Expr);
863   }
864 }
865
866
867 /// RemoveCommonExpressionsFromUseBases - Look through all of the uses in Bases,
868 /// removing any common subexpressions from it.  Anything truly common is
869 /// removed, accumulated, and returned.  This looks for things like (a+b+c) and
870 /// (a+c+d) -> (a+c).  The common expression is *removed* from the Bases.
871 static SCEVHandle 
872 RemoveCommonExpressionsFromUseBases(std::vector<BasedUser> &Uses,
873                                     ScalarEvolution *SE) {
874   unsigned NumUses = Uses.size();
875
876   // Only one use?  Use its base, regardless of what it is!
877   SCEVHandle Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Uses[0].Base->getType());
878   SCEVHandle Result = Zero;
879   if (NumUses == 1) {
880     std::swap(Result, Uses[0].Base);
881     return Result;
882   }
883
884   // To find common subexpressions, count how many of Uses use each expression.
885   // If any subexpressions are used Uses.size() times, they are common.
886   std::map<SCEVHandle, unsigned> SubExpressionUseCounts;
887   
888   // UniqueSubExprs - Keep track of all of the subexpressions we see in the
889   // order we see them.
890   std::vector<SCEVHandle> UniqueSubExprs;
891
892   std::vector<SCEVHandle> SubExprs;
893   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
894     // If the base is zero (which is common), return zero now, there are no
895     // CSEs we can find.
896     if (Uses[i].Base == Zero) return Zero;
897
898     // Split the expression into subexprs.
899     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
900     // Add one to SubExpressionUseCounts for each subexpr present.
901     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
902       if (++SubExpressionUseCounts[SubExprs[j]] == 1)
903         UniqueSubExprs.push_back(SubExprs[j]);
904     SubExprs.clear();
905   }
906
907   // Now that we know how many times each is used, build Result.  Iterate over
908   // UniqueSubexprs so that we have a stable ordering.
909   for (unsigned i = 0, e = UniqueSubExprs.size(); i != e; ++i) {
910     std::map<SCEVHandle, unsigned>::iterator I = 
911        SubExpressionUseCounts.find(UniqueSubExprs[i]);
912     assert(I != SubExpressionUseCounts.end() && "Entry not found?");
913     if (I->second == NumUses) {  // Found CSE!
914       Result = SE->getAddExpr(Result, I->first);
915     } else {
916       // Remove non-cse's from SubExpressionUseCounts.
917       SubExpressionUseCounts.erase(I);
918     }
919   }
920   
921   // If we found no CSE's, return now.
922   if (Result == Zero) return Result;
923   
924   // Otherwise, remove all of the CSE's we found from each of the base values.
925   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
926     // Split the expression into subexprs.
927     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
928
929     // Remove any common subexpressions.
930     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
931       if (SubExpressionUseCounts.count(SubExprs[j])) {
932         SubExprs.erase(SubExprs.begin()+j);
933         --j; --e;
934       }
935     
936     // Finally, the non-shared expressions together.
937     if (SubExprs.empty())
938       Uses[i].Base = Zero;
939     else
940       Uses[i].Base = SE->getAddExpr(SubExprs);
941     SubExprs.clear();
942   }
943  
944   return Result;
945 }
946
947 /// isZero - returns true if the scalar evolution expression is zero.
948 ///
949 static bool isZero(const SCEVHandle &V) {
950   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
951     return SC->getValue()->isZero();
952   return false;
953 }
954
955 /// ValidStride - Check whether the given Scale is valid for all loads and 
956 /// stores in UsersToProcess.
957 ///
958 bool LoopStrengthReduce::ValidStride(bool HasBaseReg,
959                                int64_t Scale, 
960                                const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
961   for (unsigned i=0, e = UsersToProcess.size(); i!=e; ++i) {
962     // If this is a load or other access, pass the type of the access in.
963     const Type *AccessTy = Type::VoidTy;
964     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UsersToProcess[i].Inst))
965       AccessTy = SI->getOperand(0)->getType();
966     else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(UsersToProcess[i].Inst))
967       AccessTy = LI->getType();
968     
969     TargetLowering::AddrMode AM;
970     if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(UsersToProcess[i].Imm))
971       AM.BaseOffs = SC->getValue()->getSExtValue();
972     AM.HasBaseReg = HasBaseReg || !isZero(UsersToProcess[i].Base);
973     AM.Scale = Scale;
974
975     // If load[imm+r*scale] is illegal, bail out.
976     if (TLI && !TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
977       return false;
978   }
979   return true;
980 }
981
982 /// RequiresTypeConversion - Returns true if converting Ty to NewTy is not
983 /// a nop.
984 bool LoopStrengthReduce::RequiresTypeConversion(const Type *Ty1,
985                                                 const Type *Ty2) {
986   if (Ty1 == Ty2)
987     return false;
988   if (TLI && TLI->isTruncateFree(Ty1, Ty2))
989     return false;
990   return (!Ty1->canLosslesslyBitCastTo(Ty2) &&
991           !(isa<PointerType>(Ty2) &&
992             Ty1->canLosslesslyBitCastTo(UIntPtrTy)) &&
993           !(isa<PointerType>(Ty1) &&
994             Ty2->canLosslesslyBitCastTo(UIntPtrTy)));
995 }
996
997 /// CheckForIVReuse - Returns the multiple if the stride is the multiple
998 /// of a previous stride and it is a legal value for the target addressing
999 /// mode scale component and optional base reg. This allows the users of
1000 /// this stride to be rewritten as prev iv * factor. It returns 0 if no
1001 /// reuse is possible.
1002 unsigned LoopStrengthReduce::CheckForIVReuse(bool HasBaseReg,
1003                                 bool AllUsesAreAddresses,
1004                                 const SCEVHandle &Stride, 
1005                                 IVExpr &IV, const Type *Ty,
1006                                 const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
1007   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Stride)) {
1008     int64_t SInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1009     for (std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI= IVsByStride.begin(),
1010            SE = IVsByStride.end(); SI != SE; ++SI) {
1011       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1012       if (SI->first != Stride &&
1013           (unsigned(abs(SInt)) < SSInt || (SInt % SSInt) != 0))
1014         continue;
1015       int64_t Scale = SInt / SSInt;
1016       // Check that this stride is valid for all the types used for loads and
1017       // stores; if it can be used for some and not others, we might as well use
1018       // the original stride everywhere, since we have to create the IV for it
1019       // anyway. If the scale is 1, then we don't need to worry about folding
1020       // multiplications.
1021       if (Scale == 1 ||
1022           (AllUsesAreAddresses &&
1023            ValidStride(HasBaseReg, Scale, UsersToProcess)))
1024         for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1025                IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1026           // FIXME: Only handle base == 0 for now.
1027           // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion.
1028           if (isZero(II->Base) &&
1029               !RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1030             IV = *II;
1031             return Scale;
1032           }
1033     }
1034   }
1035   return 0;
1036 }
1037
1038 /// PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue - Simple boolean predicate that
1039 /// returns true if Val's isUseOfPostIncrementedValue is true.
1040 static bool PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue(const BasedUser &Val) {
1041   return Val.isUseOfPostIncrementedValue;
1042 }
1043
1044 /// isNonConstantNegative - REturn true if the specified scev is negated, but
1045 /// not a constant.
1046 static bool isNonConstantNegative(const SCEVHandle &Expr) {
1047   SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Expr);
1048   if (!Mul) return false;
1049   
1050   // If there is a constant factor, it will be first.
1051   SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0));
1052   if (!SC) return false;
1053   
1054   // Return true if the value is negative, this matches things like (-42 * V).
1055   return SC->getValue()->getValue().isNegative();
1056 }
1057
1058 // CollectIVUsers - Transform our list of users and offsets to a bit more
1059 // complex table. In this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base' the base
1060 // of the strided accessas well as the old information from Uses. We
1061 // progressively move information from the Base field to the Imm field, until
1062 // we eventually have the full access expression to rewrite the use.
1063 SCEVHandle LoopStrengthReduce::CollectIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
1064                                               IVUsersOfOneStride &Uses,
1065                                               Loop *L,
1066                                               bool &AllUsesAreAddresses,
1067                                        std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
1068   UsersToProcess.reserve(Uses.Users.size());
1069   for (unsigned i = 0, e = Uses.Users.size(); i != e; ++i) {
1070     UsersToProcess.push_back(BasedUser(Uses.Users[i], SE));
1071     
1072     // Move any loop invariant operands from the offset field to the immediate
1073     // field of the use, so that we don't try to use something before it is
1074     // computed.
1075     MoveLoopVariantsToImediateField(UsersToProcess.back().Base,
1076                                     UsersToProcess.back().Imm, L, SE);
1077     assert(UsersToProcess.back().Base->isLoopInvariant(L) &&
1078            "Base value is not loop invariant!");
1079   }
1080
1081   // We now have a whole bunch of uses of like-strided induction variables, but
1082   // they might all have different bases.  We want to emit one PHI node for this
1083   // stride which we fold as many common expressions (between the IVs) into as
1084   // possible.  Start by identifying the common expressions in the base values 
1085   // for the strides (e.g. if we have "A+C+B" and "A+B+D" as our bases, find
1086   // "A+B"), emit it to the preheader, then remove the expression from the
1087   // UsersToProcess base values.
1088   SCEVHandle CommonExprs =
1089     RemoveCommonExpressionsFromUseBases(UsersToProcess, SE);
1090
1091   // Next, figure out what we can represent in the immediate fields of
1092   // instructions.  If we can represent anything there, move it to the imm
1093   // fields of the BasedUsers.  We do this so that it increases the commonality
1094   // of the remaining uses.
1095   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1096     // If the user is not in the current loop, this means it is using the exit
1097     // value of the IV.  Do not put anything in the base, make sure it's all in
1098     // the immediate field to allow as much factoring as possible.
1099     if (!L->contains(UsersToProcess[i].Inst->getParent())) {
1100       UsersToProcess[i].Imm = SE->getAddExpr(UsersToProcess[i].Imm,
1101                                              UsersToProcess[i].Base);
1102       UsersToProcess[i].Base = 
1103         SE->getIntegerSCEV(0, UsersToProcess[i].Base->getType());
1104     } else {
1105       
1106       // Addressing modes can be folded into loads and stores.  Be careful that
1107       // the store is through the expression, not of the expression though.
1108       bool isAddress = isa<LoadInst>(UsersToProcess[i].Inst);
1109       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UsersToProcess[i].Inst)) {
1110         if (SI->getOperand(1) == UsersToProcess[i].OperandValToReplace)
1111           isAddress = true;
1112       } else if (IntrinsicInst *II =
1113                    dyn_cast<IntrinsicInst>(UsersToProcess[i].Inst)) {
1114         // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
1115         // of intrinsics.
1116         switch (II->getIntrinsicID()) {
1117         default: break;
1118         case Intrinsic::prefetch:
1119         case Intrinsic::x86_sse2_loadu_dq:
1120         case Intrinsic::x86_sse2_loadu_pd:
1121         case Intrinsic::x86_sse_loadu_ps:
1122         case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
1123         case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
1124         case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
1125         case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
1126           if (II->getOperand(1) == UsersToProcess[i].OperandValToReplace)
1127             isAddress = true;
1128           break;
1129         case Intrinsic::x86_sse2_loadh_pd:
1130         case Intrinsic::x86_sse2_loadl_pd:
1131           if (II->getOperand(2) == UsersToProcess[i].OperandValToReplace)
1132             isAddress = true;
1133           break;
1134         }
1135       }
1136
1137       // If this use isn't an address, then not all uses are addresses.
1138       if (!isAddress)
1139         AllUsesAreAddresses = false;
1140       
1141       MoveImmediateValues(TLI, UsersToProcess[i].Inst, UsersToProcess[i].Base,
1142                           UsersToProcess[i].Imm, isAddress, L, SE);
1143     }
1144   }
1145
1146   return CommonExprs;
1147 }
1148
1149 /// StrengthReduceStridedIVUsers - Strength reduce all of the users of a single
1150 /// stride of IV.  All of the users may have different starting values, and this
1151 /// may not be the only stride (we know it is if isOnlyStride is true).
1152 void LoopStrengthReduce::StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
1153                                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
1154                                                       Loop *L,
1155                                                       bool isOnlyStride) {
1156   // If all the users are moved to another stride, then there is nothing to do.
1157   if (Uses.Users.size() == 0)
1158     return;
1159
1160   // Keep track if every use in UsersToProcess is an address. If they all are,
1161   // we may be able to rewrite the entire collection of them in terms of a
1162   // smaller-stride IV.
1163   bool AllUsesAreAddresses = true;
1164
1165   // Transform our list of users and offsets to a bit more complex table.  In
1166   // this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base' the base of the
1167   // strided accessas well as the old information from Uses.  We progressively
1168   // move information from the Base field to the Imm field, until we eventually
1169   // have the full access expression to rewrite the use.
1170   std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
1171   SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(Stride, Uses, L, AllUsesAreAddresses,
1172                                           UsersToProcess);
1173
1174   // If we managed to find some expressions in common, we'll need to carry
1175   // their value in a register and add it in for each use. This will take up
1176   // a register operand, which potentially restricts what stride values are
1177   // valid.
1178   bool HaveCommonExprs = !isZero(CommonExprs);
1179   
1180   // If all uses are addresses, check if it is possible to reuse an IV with a
1181   // stride that is a factor of this stride. And that the multiple is a number
1182   // that can be encoded in the scale field of the target addressing mode. And
1183   // that we will have a valid instruction after this substition, including the
1184   // immediate field, if any.
1185   PHINode *NewPHI = NULL;
1186   Value   *IncV   = NULL;
1187   IVExpr   ReuseIV(SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1188                    SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1189                    0, 0);
1190   unsigned RewriteFactor = 0;
1191   RewriteFactor = CheckForIVReuse(HaveCommonExprs, AllUsesAreAddresses,
1192                                   Stride, ReuseIV, CommonExprs->getType(),
1193                                   UsersToProcess);
1194   if (RewriteFactor != 0) {
1195     DOUT << "BASED ON IV of STRIDE " << *ReuseIV.Stride
1196          << " and BASE " << *ReuseIV.Base << " :\n";
1197     NewPHI = ReuseIV.PHI;
1198     IncV   = ReuseIV.IncV;
1199   }
1200
1201   const Type *ReplacedTy = CommonExprs->getType();
1202   
1203   // Now that we know what we need to do, insert the PHI node itself.
1204   //
1205   DOUT << "INSERTING IV of TYPE " << *ReplacedTy << " of STRIDE "
1206        << *Stride << " and BASE " << *CommonExprs << ": ";
1207
1208   SCEVExpander Rewriter(*SE, *LI);
1209   SCEVExpander PreheaderRewriter(*SE, *LI);
1210   
1211   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
1212   Instruction *PreInsertPt = Preheader->getTerminator();
1213   Instruction *PhiInsertBefore = L->getHeader()->begin();
1214   
1215   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1216
1217
1218   // Emit the initial base value into the loop preheader.
1219   Value *CommonBaseV
1220     = PreheaderRewriter.expandCodeFor(CommonExprs, PreInsertPt);
1221
1222   if (RewriteFactor == 0) {
1223     // Create a new Phi for this base, and stick it in the loop header.
1224     NewPHI = new PHINode(ReplacedTy, "iv.", PhiInsertBefore);
1225     ++NumInserted;
1226   
1227     // Add common base to the new Phi node.
1228     NewPHI->addIncoming(CommonBaseV, Preheader);
1229
1230     // If the stride is negative, insert a sub instead of an add for the
1231     // increment.
1232     bool isNegative = isNonConstantNegative(Stride);
1233     SCEVHandle IncAmount = Stride;
1234     if (isNegative)
1235       IncAmount = SE->getNegativeSCEV(Stride);
1236     
1237     // Insert the stride into the preheader.
1238     Value *StrideV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(IncAmount, PreInsertPt);
1239     if (!isa<ConstantInt>(StrideV)) ++NumVariable;
1240
1241     // Emit the increment of the base value before the terminator of the loop
1242     // latch block, and add it to the Phi node.
1243     SCEVHandle IncExp = SE->getUnknown(StrideV);
1244     if (isNegative)
1245       IncExp = SE->getNegativeSCEV(IncExp);
1246     IncExp = SE->getAddExpr(SE->getUnknown(NewPHI), IncExp);
1247   
1248     IncV = Rewriter.expandCodeFor(IncExp, LatchBlock->getTerminator());
1249     IncV->setName(NewPHI->getName()+".inc");
1250     NewPHI->addIncoming(IncV, LatchBlock);
1251
1252     // Remember this in case a later stride is multiple of this.
1253     IVsByStride[Stride].addIV(Stride, CommonExprs, NewPHI, IncV);
1254     
1255     DOUT << " IV=%" << NewPHI->getNameStr() << " INC=%" << IncV->getNameStr();
1256   } else {
1257     Constant *C = dyn_cast<Constant>(CommonBaseV);
1258     if (!C ||
1259         (!C->isNullValue() &&
1260          !isTargetConstant(SE->getUnknown(CommonBaseV), ReplacedTy, TLI)))
1261       // We want the common base emitted into the preheader! This is just
1262       // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1263       CommonBaseV = new BitCastInst(CommonBaseV, CommonBaseV->getType(), 
1264                                     "commonbase", PreInsertPt);
1265   }
1266   DOUT << "\n";
1267
1268   // We want to emit code for users inside the loop first.  To do this, we
1269   // rearrange BasedUser so that the entries at the end have
1270   // isUseOfPostIncrementedValue = false, because we pop off the end of the
1271   // vector (so we handle them first).
1272   std::partition(UsersToProcess.begin(), UsersToProcess.end(),
1273                  PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue);
1274   
1275   // Sort this by base, so that things with the same base are handled
1276   // together.  By partitioning first and stable-sorting later, we are
1277   // guaranteed that within each base we will pop off users from within the
1278   // loop before users outside of the loop with a particular base.
1279   //
1280   // We would like to use stable_sort here, but we can't.  The problem is that
1281   // SCEVHandle's don't have a deterministic ordering w.r.t to each other, so
1282   // we don't have anything to do a '<' comparison on.  Because we think the
1283   // number of uses is small, do a horrible bubble sort which just relies on
1284   // ==.
1285   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1286     // Get a base value.
1287     SCEVHandle Base = UsersToProcess[i].Base;
1288     
1289     // Compact everything with this base to be consequetive with this one.
1290     for (unsigned j = i+1; j != e; ++j) {
1291       if (UsersToProcess[j].Base == Base) {
1292         std::swap(UsersToProcess[i+1], UsersToProcess[j]);
1293         ++i;
1294       }
1295     }
1296   }
1297
1298   // Process all the users now.  This outer loop handles all bases, the inner
1299   // loop handles all users of a particular base.
1300   while (!UsersToProcess.empty()) {
1301     SCEVHandle Base = UsersToProcess.back().Base;
1302
1303     // Emit the code for Base into the preheader.
1304     Value *BaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(Base, PreInsertPt);
1305
1306     DOUT << "  INSERTING code for BASE = " << *Base << ":";
1307     if (BaseV->hasName())
1308       DOUT << " Result value name = %" << BaseV->getNameStr();
1309     DOUT << "\n";
1310
1311     // If BaseV is a constant other than 0, make sure that it gets inserted into
1312     // the preheader, instead of being forward substituted into the uses.  We do
1313     // this by forcing a BitCast (noop cast) to be inserted into the preheader 
1314     // in this case.
1315     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(BaseV)) {
1316       if (!C->isNullValue() && !isTargetConstant(Base, ReplacedTy, TLI)) {
1317         // We want this constant emitted into the preheader! This is just
1318         // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1319         BaseV = new BitCastInst(BaseV, BaseV->getType(), "preheaderinsert",
1320                              PreInsertPt);       
1321       }
1322     }
1323
1324     // Emit the code to add the immediate offset to the Phi value, just before
1325     // the instructions that we identified as using this stride and base.
1326     do {
1327       // FIXME: Use emitted users to emit other users.
1328       BasedUser &User = UsersToProcess.back();
1329
1330       // If this instruction wants to use the post-incremented value, move it
1331       // after the post-inc and use its value instead of the PHI.
1332       Value *RewriteOp = NewPHI;
1333       if (User.isUseOfPostIncrementedValue) {
1334         RewriteOp = IncV;
1335
1336         // If this user is in the loop, make sure it is the last thing in the
1337         // loop to ensure it is dominated by the increment.
1338         if (L->contains(User.Inst->getParent()))
1339           User.Inst->moveBefore(LatchBlock->getTerminator());
1340       }
1341       if (RewriteOp->getType() != ReplacedTy) {
1342         Instruction::CastOps opcode = Instruction::Trunc;
1343         if (ReplacedTy->getPrimitiveSizeInBits() ==
1344             RewriteOp->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1345           opcode = Instruction::BitCast;
1346         RewriteOp = SCEVExpander::InsertCastOfTo(opcode, RewriteOp, ReplacedTy);
1347       }
1348
1349       SCEVHandle RewriteExpr = SE->getUnknown(RewriteOp);
1350
1351       // Clear the SCEVExpander's expression map so that we are guaranteed
1352       // to have the code emitted where we expect it.
1353       Rewriter.clear();
1354
1355       // If we are reusing the iv, then it must be multiplied by a constant
1356       // factor take advantage of addressing mode scale component.
1357       if (RewriteFactor != 0) {
1358         RewriteExpr =
1359           SE->getMulExpr(SE->getIntegerSCEV(RewriteFactor,
1360                                           RewriteExpr->getType()),
1361                            RewriteExpr);
1362
1363         // The common base is emitted in the loop preheader. But since we
1364         // are reusing an IV, it has not been used to initialize the PHI node.
1365         // Add it to the expression used to rewrite the uses.
1366         if (!isa<ConstantInt>(CommonBaseV) ||
1367             !cast<ConstantInt>(CommonBaseV)->isZero())
1368           RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr,
1369                                       SE->getUnknown(CommonBaseV));
1370       }
1371
1372       // Now that we know what we need to do, insert code before User for the
1373       // immediate and any loop-variant expressions.
1374       if (!isa<ConstantInt>(BaseV) || !cast<ConstantInt>(BaseV)->isZero())
1375         // Add BaseV to the PHI value if needed.
1376         RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, SE->getUnknown(BaseV));
1377
1378       User.RewriteInstructionToUseNewBase(RewriteExpr, Rewriter, L, this);
1379
1380       // Mark old value we replaced as possibly dead, so that it is elminated
1381       // if we just replaced the last use of that value.
1382       DeadInsts.insert(cast<Instruction>(User.OperandValToReplace));
1383
1384       UsersToProcess.pop_back();
1385       ++NumReduced;
1386
1387       // If there are any more users to process with the same base, process them
1388       // now.  We sorted by base above, so we just have to check the last elt.
1389     } while (!UsersToProcess.empty() && UsersToProcess.back().Base == Base);
1390     // TODO: Next, find out which base index is the most common, pull it out.
1391   }
1392
1393   // IMPORTANT TODO: Figure out how to partition the IV's with this stride, but
1394   // different starting values, into different PHIs.
1395 }
1396
1397 /// FindIVForUser - If Cond has an operand that is an expression of an IV,
1398 /// set the IV user and stride information and return true, otherwise return
1399 /// false.
1400 bool LoopStrengthReduce::FindIVForUser(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
1401                                        const SCEVHandle *&CondStride) {
1402   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e && !CondUse;
1403        ++Stride) {
1404     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1405     IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
1406     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1407     
1408     for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
1409          E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI)
1410       if (UI->User == Cond) {
1411         // NOTE: we could handle setcc instructions with multiple uses here, but
1412         // InstCombine does it as well for simple uses, it's not clear that it
1413         // occurs enough in real life to handle.
1414         CondUse = &*UI;
1415         CondStride = &SI->first;
1416         return true;
1417       }
1418   }
1419   return false;
1420 }    
1421
1422 namespace {
1423   // Constant strides come first which in turns are sorted by their absolute
1424   // values. If absolute values are the same, then positive strides comes first.
1425   // e.g.
1426   // 4, -1, X, 1, 2 ==> 1, -1, 2, 4, X
1427   struct StrideCompare {
1428     bool operator()(const SCEVHandle &LHS, const SCEVHandle &RHS) {
1429       SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS);
1430       SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS);
1431       if (LHSC && RHSC) {
1432         int64_t  LV = LHSC->getValue()->getSExtValue();
1433         int64_t  RV = RHSC->getValue()->getSExtValue();
1434         uint64_t ALV = (LV < 0) ? -LV : LV;
1435         uint64_t ARV = (RV < 0) ? -RV : RV;
1436         if (ALV == ARV)
1437           return LV > RV;
1438         else
1439           return ALV < ARV;
1440       }
1441       return (LHSC && !RHSC);
1442     }
1443   };
1444 }
1445
1446 /// ChangeCompareStride - If a loop termination compare instruction is the
1447 /// only use of its stride, and the compaison is against a constant value,
1448 /// try eliminate the stride by moving the compare instruction to another
1449 /// stride and change its constant operand accordingly. e.g.
1450 ///
1451 /// loop:
1452 /// ...
1453 /// v1 = v1 + 3
1454 /// v2 = v2 + 1
1455 /// if (v2 < 10) goto loop
1456 /// =>
1457 /// loop:
1458 /// ...
1459 /// v1 = v1 + 3
1460 /// if (v1 < 30) goto loop
1461 ICmpInst *LoopStrengthReduce::ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
1462                                                   IVStrideUse* &CondUse,
1463                                                 const SCEVHandle* &CondStride) {
1464   if (StrideOrder.size() < 2 ||
1465       IVUsesByStride[*CondStride].Users.size() != 1)
1466     return Cond;
1467   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(*CondStride);
1468   if (!SC) return Cond;
1469   ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Cond->getOperand(1));
1470   if (!C) return Cond;
1471
1472   ICmpInst::Predicate Predicate = Cond->getPredicate();
1473   int64_t CmpSSInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1474   int64_t CmpVal = C->getValue().getSExtValue();
1475   unsigned BitWidth = C->getValue().getBitWidth();
1476   uint64_t SignBit = 1ULL << (BitWidth-1);
1477   const Type *CmpTy = C->getType();
1478   const Type *NewCmpTy = NULL;
1479   unsigned TyBits = CmpTy->getPrimitiveSizeInBits();
1480   unsigned NewTyBits = 0;
1481   int64_t NewCmpVal = CmpVal;
1482   SCEVHandle *NewStride = NULL;
1483   Value *NewIncV = NULL;
1484   int64_t Scale = 1;
1485
1486   // Look for a suitable stride / iv as replacement.
1487   std::stable_sort(StrideOrder.begin(), StrideOrder.end(), StrideCompare());
1488   for (unsigned i = 0, e = StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
1489     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1490       IVUsesByStride.find(StrideOrder[i]);
1491     if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
1492       continue;
1493     int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1494     if (abs(SSInt) <= abs(CmpSSInt) || (SSInt % CmpSSInt) != 0)
1495       continue;
1496
1497     Scale = SSInt / CmpSSInt;
1498     NewCmpVal = CmpVal * Scale;
1499     APInt Mul = APInt(BitWidth, NewCmpVal);
1500     // Check for overflow.
1501     if (Mul.getSExtValue() != NewCmpVal) {
1502       NewCmpVal = CmpVal;
1503       continue;
1504     }
1505
1506     // Watch out for overflow.
1507     if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate) &&
1508         (CmpVal & SignBit) != (NewCmpVal & SignBit))
1509       NewCmpVal = CmpVal;
1510
1511     if (NewCmpVal != CmpVal) {
1512       // Pick the best iv to use trying to avoid a cast.
1513       NewIncV = NULL;
1514       for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
1515              E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI) {
1516         NewIncV = UI->OperandValToReplace;
1517         if (NewIncV->getType() == CmpTy)
1518           break;
1519       }
1520       if (!NewIncV) {
1521         NewCmpVal = CmpVal;
1522         continue;
1523       }
1524
1525       NewCmpTy = NewIncV->getType();
1526       NewTyBits = isa<PointerType>(NewCmpTy)
1527         ? UIntPtrTy->getPrimitiveSizeInBits()
1528         : NewCmpTy->getPrimitiveSizeInBits();
1529       if (RequiresTypeConversion(NewCmpTy, CmpTy)) {
1530         // Check if it is possible to rewrite it using a iv / stride of a smaller
1531         // integer type.
1532         bool TruncOk = false;
1533         if (NewCmpTy->isInteger()) {
1534           unsigned Bits = NewTyBits;
1535           if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate))
1536             --Bits;
1537           uint64_t Mask = (1ULL << Bits) - 1;
1538           if (((uint64_t)NewCmpVal & Mask) == (uint64_t)NewCmpVal)
1539             TruncOk = true;
1540         }
1541         if (!TruncOk) {
1542           NewCmpVal = CmpVal;
1543           continue;
1544         }
1545       }
1546
1547       // Don't rewrite if use offset is non-constant and the new type is
1548       // of a different type.
1549       // FIXME: too conservative?
1550       if (NewTyBits != TyBits && !isa<SCEVConstant>(CondUse->Offset)) {
1551         NewCmpVal = CmpVal;
1552         continue;
1553       }
1554
1555       bool AllUsesAreAddresses = true;
1556       std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
1557       SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(SI->first, SI->second, L,
1558                                               AllUsesAreAddresses,
1559                                               UsersToProcess);
1560       // Avoid rewriting the compare instruction with an iv of new stride
1561       // if it's likely the new stride uses will be rewritten using the
1562       if (AllUsesAreAddresses &&
1563           ValidStride(!isZero(CommonExprs), Scale, UsersToProcess)) {        
1564         NewCmpVal = CmpVal;
1565         continue;
1566       }
1567
1568       // If scale is negative, use inverse predicate unless it's testing
1569       // for equality.
1570       if (Scale < 0 && !Cond->isEquality())
1571         Predicate = ICmpInst::getInversePredicate(Predicate);
1572
1573       NewStride = &StrideOrder[i];
1574       break;
1575     }
1576   }
1577
1578   if (NewCmpVal != CmpVal) {
1579     // Create a new compare instruction using new stride / iv.
1580     ICmpInst *OldCond = Cond;
1581     Value *RHS;
1582     if (!isa<PointerType>(NewCmpTy))
1583       RHS = ConstantInt::get(NewCmpTy, NewCmpVal);
1584     else {
1585       RHS = ConstantInt::get(UIntPtrTy, NewCmpVal);
1586       RHS = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr, RHS, NewCmpTy);
1587     }
1588     // Insert new compare instruction.
1589     Cond = new ICmpInst(Predicate, NewIncV, RHS);
1590     Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
1591     OldCond->getParent()->getInstList().insert(OldCond, Cond);
1592
1593     // Remove the old compare instruction. The old indvar is probably dead too.
1594     DeadInsts.insert(cast<Instruction>(CondUse->OperandValToReplace));
1595     OldCond->replaceAllUsesWith(Cond);
1596     SE->deleteValueFromRecords(OldCond);
1597     OldCond->eraseFromParent();
1598
1599     IVUsesByStride[*CondStride].Users.pop_back();
1600     SCEVHandle NewOffset = TyBits == NewTyBits
1601       ? SE->getMulExpr(CondUse->Offset,
1602                        SE->getConstant(ConstantInt::get(CmpTy, Scale)))
1603       : SE->getConstant(ConstantInt::get(NewCmpTy,
1604         cast<SCEVConstant>(CondUse->Offset)->getValue()->getSExtValue()*Scale));
1605     IVUsesByStride[*NewStride].addUser(NewOffset, Cond, NewIncV);
1606     CondUse = &IVUsesByStride[*NewStride].Users.back();
1607     CondStride = NewStride;
1608     ++NumEliminated;
1609   }
1610
1611   return Cond;
1612 }
1613
1614 // OptimizeIndvars - Now that IVUsesByStride is set up with all of the indvar
1615 // uses in the loop, look to see if we can eliminate some, in favor of using
1616 // common indvars for the different uses.
1617 void LoopStrengthReduce::OptimizeIndvars(Loop *L) {
1618   // TODO: implement optzns here.
1619
1620   // Finally, get the terminating condition for the loop if possible.  If we
1621   // can, we want to change it to use a post-incremented version of its
1622   // induction variable, to allow coalescing the live ranges for the IV into
1623   // one register value.
1624   PHINode *SomePHI = cast<PHINode>(L->getHeader()->begin());
1625   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
1626   BasicBlock *LatchBlock =
1627    SomePHI->getIncomingBlock(SomePHI->getIncomingBlock(0) == Preheader);
1628   BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(LatchBlock->getTerminator());
1629   if (!TermBr || TermBr->isUnconditional() || 
1630       !isa<ICmpInst>(TermBr->getCondition()))
1631     return;
1632   ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(TermBr->getCondition());
1633
1634   // Search IVUsesByStride to find Cond's IVUse if there is one.
1635   IVStrideUse *CondUse = 0;
1636   const SCEVHandle *CondStride = 0;
1637
1638   if (!FindIVForUser(Cond, CondUse, CondStride))
1639     return; // setcc doesn't use the IV.
1640
1641   // If possible, change stride and operands of the compare instruction to
1642   // eliminate one stride.
1643   Cond = ChangeCompareStride(L, Cond, CondUse, CondStride);
1644
1645   // It's possible for the setcc instruction to be anywhere in the loop, and
1646   // possible for it to have multiple users.  If it is not immediately before
1647   // the latch block branch, move it.
1648   if (&*++BasicBlock::iterator(Cond) != (Instruction*)TermBr) {
1649     if (Cond->hasOneUse()) {   // Condition has a single use, just move it.
1650       Cond->moveBefore(TermBr);
1651     } else {
1652       // Otherwise, clone the terminating condition and insert into the loopend.
1653       Cond = cast<ICmpInst>(Cond->clone());
1654       Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
1655       LatchBlock->getInstList().insert(TermBr, Cond);
1656       
1657       // Clone the IVUse, as the old use still exists!
1658       IVUsesByStride[*CondStride].addUser(CondUse->Offset, Cond,
1659                                          CondUse->OperandValToReplace);
1660       CondUse = &IVUsesByStride[*CondStride].Users.back();
1661     }
1662   }
1663
1664   // If we get to here, we know that we can transform the setcc instruction to
1665   // use the post-incremented version of the IV, allowing us to coalesce the
1666   // live ranges for the IV correctly.
1667   CondUse->Offset = SE->getMinusSCEV(CondUse->Offset, *CondStride);
1668   CondUse->isUseOfPostIncrementedValue = true;
1669 }
1670
1671 bool LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
1672
1673   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
1674   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
1675   SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
1676   TD = &getAnalysis<TargetData>();
1677   UIntPtrTy = TD->getIntPtrType();
1678
1679   // Find all uses of induction variables in this loop, and catagorize
1680   // them by stride.  Start by finding all of the PHI nodes in the header for
1681   // this loop.  If they are induction variables, inspect their uses.
1682   SmallPtrSet<Instruction*,16> Processed;   // Don't reprocess instructions.
1683   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ++I)
1684     AddUsersIfInteresting(I, L, Processed);
1685
1686   // If we have nothing to do, return.
1687   if (IVUsesByStride.empty()) return false;
1688
1689   // Optimize induction variables.  Some indvar uses can be transformed to use
1690   // strides that will be needed for other purposes.  A common example of this
1691   // is the exit test for the loop, which can often be rewritten to use the
1692   // computation of some other indvar to decide when to terminate the loop.
1693   OptimizeIndvars(L);
1694
1695
1696   // FIXME: We can widen subreg IV's here for RISC targets.  e.g. instead of
1697   // doing computation in byte values, promote to 32-bit values if safe.
1698
1699   // FIXME: Attempt to reuse values across multiple IV's.  In particular, we
1700   // could have something like "for(i) { foo(i*8); bar(i*16) }", which should be
1701   // codegened as "for (j = 0;; j+=8) { foo(j); bar(j+j); }" on X86/PPC.  Need
1702   // to be careful that IV's are all the same type.  Only works for intptr_t
1703   // indvars.
1704
1705   // If we only have one stride, we can more aggressively eliminate some things.
1706   bool HasOneStride = IVUsesByStride.size() == 1;
1707
1708 #ifndef NDEBUG
1709   DOUT << "\nLSR on ";
1710   DEBUG(L->dump());
1711 #endif
1712
1713   // IVsByStride keeps IVs for one particular loop.
1714   IVsByStride.clear();
1715
1716   // Sort the StrideOrder so we process larger strides first.
1717   std::stable_sort(StrideOrder.begin(), StrideOrder.end(), StrideCompare());
1718
1719   // Note: this processes each stride/type pair individually.  All users passed
1720   // into StrengthReduceStridedIVUsers have the same type AND stride.  Also,
1721   // note that we iterate over IVUsesByStride indirectly by using StrideOrder.
1722   // This extra layer of indirection makes the ordering of strides deterministic
1723   // - not dependent on map order.
1724   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e; ++Stride) {
1725     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1726       IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
1727     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1728     StrengthReduceStridedIVUsers(SI->first, SI->second, L, HasOneStride);
1729   }
1730
1731   // Clean up after ourselves
1732   if (!DeadInsts.empty()) {
1733     DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
1734
1735     BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
1736     PHINode *PN;
1737     while ((PN = dyn_cast<PHINode>(I))) {
1738       ++I;  // Preincrement iterator to avoid invalidating it when deleting PN.
1739       
1740       // At this point, we know that we have killed one or more GEP
1741       // instructions.  It is worth checking to see if the cann indvar is also
1742       // dead, so that we can remove it as well.  The requirements for the cann
1743       // indvar to be considered dead are:
1744       // 1. the cann indvar has one use
1745       // 2. the use is an add instruction
1746       // 3. the add has one use
1747       // 4. the add is used by the cann indvar
1748       // If all four cases above are true, then we can remove both the add and
1749       // the cann indvar.
1750       // FIXME: this needs to eliminate an induction variable even if it's being
1751       // compared against some value to decide loop termination.
1752       if (PN->hasOneUse()) {
1753         Instruction *BO = dyn_cast<Instruction>(*PN->use_begin());
1754         if (BO && (isa<BinaryOperator>(BO) || isa<CmpInst>(BO))) {
1755           if (BO->hasOneUse() && PN == *(BO->use_begin())) {
1756             DeadInsts.insert(BO);
1757             // Break the cycle, then delete the PHI.
1758             PN->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(PN->getType()));
1759             SE->deleteValueFromRecords(PN);
1760             PN->eraseFromParent();
1761           }
1762         }
1763       }
1764     }
1765     DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
1766   }
1767
1768   CastedPointers.clear();
1769   IVUsesByStride.clear();
1770   StrideOrder.clear();
1771   return false;
1772 }