LSR shouldn't ever try to hack on integer IV's larger than 64-bits. Right now
[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/Transforms/Utils/AddrModeMatcher.h"
30 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
31 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
32 #include "llvm/Target/TargetData.h"
33 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
34 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
35 #include "llvm/Support/CFG.h"
36 #include "llvm/Support/Debug.h"
37 #include "llvm/Support/Compiler.h"
38 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
39 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
40 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
41 #include <algorithm>
42 using namespace llvm;
43
44 STATISTIC(NumReduced ,    "Number of GEPs strength reduced");
45 STATISTIC(NumInserted,    "Number of PHIs inserted");
46 STATISTIC(NumVariable,    "Number of PHIs with variable strides");
47 STATISTIC(NumEliminated,  "Number of strides eliminated");
48 STATISTIC(NumShadow,      "Number of Shadow IVs optimized");
49 STATISTIC(NumImmSunk,     "Number of common expr immediates sunk into uses");
50
51 static cl::opt<bool> EnableFullLSRMode("enable-full-lsr",
52                                        cl::init(false),
53                                        cl::Hidden);
54
55 namespace {
56
57   struct BasedUser;
58
59   /// IVStrideUse - Keep track of one use of a strided induction variable, where
60   /// the stride is stored externally.  The Offset member keeps track of the 
61   /// offset from the IV, User is the actual user of the operand, and
62   /// 'OperandValToReplace' is the operand of the User that is the use.
63   struct VISIBILITY_HIDDEN IVStrideUse {
64     SCEVHandle Offset;
65     Instruction *User;
66     Value *OperandValToReplace;
67
68     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
69     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
70     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
71     // instruction for a loop or uses dominated by the loop.
72     bool isUseOfPostIncrementedValue;
73     
74     IVStrideUse(const SCEVHandle &Offs, Instruction *U, Value *O)
75       : Offset(Offs), User(U), OperandValToReplace(O),
76         isUseOfPostIncrementedValue(false) {}
77   };
78   
79   /// IVUsersOfOneStride - This structure keeps track of all instructions that
80   /// have an operand that is based on the trip count multiplied by some stride.
81   /// The stride for all of these users is common and kept external to this
82   /// structure.
83   struct VISIBILITY_HIDDEN IVUsersOfOneStride {
84     /// Users - Keep track of all of the users of this stride as well as the
85     /// initial value and the operand that uses the IV.
86     std::vector<IVStrideUse> Users;
87     
88     void addUser(const SCEVHandle &Offset,Instruction *User, Value *Operand) {
89       Users.push_back(IVStrideUse(Offset, User, Operand));
90     }
91   };
92
93   /// IVInfo - This structure keeps track of one IV expression inserted during
94   /// StrengthReduceStridedIVUsers. It contains the stride, the common base, as
95   /// well as the PHI node and increment value created for rewrite.
96   struct VISIBILITY_HIDDEN IVExpr {
97     SCEVHandle  Stride;
98     SCEVHandle  Base;
99     PHINode    *PHI;
100
101     IVExpr(const SCEVHandle &stride, const SCEVHandle &base, PHINode *phi)
102       : Stride(stride), Base(base), PHI(phi) {}
103   };
104
105   /// IVsOfOneStride - This structure keeps track of all IV expression inserted
106   /// during StrengthReduceStridedIVUsers for a particular stride of the IV.
107   struct VISIBILITY_HIDDEN IVsOfOneStride {
108     std::vector<IVExpr> IVs;
109
110     void addIV(const SCEVHandle &Stride, const SCEVHandle &Base, PHINode *PHI) {
111       IVs.push_back(IVExpr(Stride, Base, PHI));
112     }
113   };
114
115   class VISIBILITY_HIDDEN LoopStrengthReduce : public LoopPass {
116     LoopInfo *LI;
117     DominatorTree *DT;
118     ScalarEvolution *SE;
119     const TargetData *TD;
120     const Type *UIntPtrTy;
121     bool Changed;
122
123     /// IVUsesByStride - Keep track of all uses of induction variables that we
124     /// are interested in.  The key of the map is the stride of the access.
125     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride> IVUsesByStride;
126
127     /// IVsByStride - Keep track of all IVs that have been inserted for a
128     /// particular stride.
129     std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride> IVsByStride;
130
131     /// StrideOrder - An ordering of the keys in IVUsesByStride that is stable:
132     /// We use this to iterate over the IVUsesByStride collection without being
133     /// dependent on random ordering of pointers in the process.
134     SmallVector<SCEVHandle, 16> StrideOrder;
135
136     /// GEPlist - A list of the GEP's that have been remembered in the SCEV
137     /// data structures.  SCEV does not know to update these when the operands
138     /// of the GEP are changed, which means we cannot leave them live across
139     /// loops.
140     SmallVector<GetElementPtrInst *, 16> GEPlist;
141
142     /// CastedValues - As we need to cast values to uintptr_t, this keeps track
143     /// of the casted version of each value.  This is accessed by
144     /// getCastedVersionOf.
145     DenseMap<Value*, Value*> CastedPointers;
146
147     /// DeadInsts - Keep track of instructions we may have made dead, so that
148     /// we can remove them after we are done working.
149     SmallVector<Instruction*, 16> DeadInsts;
150
151     /// TLI - Keep a pointer of a TargetLowering to consult for determining
152     /// transformation profitability.
153     const TargetLowering *TLI;
154
155   public:
156     static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
157     explicit LoopStrengthReduce(const TargetLowering *tli = NULL) : 
158       LoopPass(&ID), TLI(tli) {
159     }
160
161     bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
162
163     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
164       // We split critical edges, so we change the CFG.  However, we do update
165       // many analyses if they are around.
166       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
167       AU.addPreserved<LoopInfo>();
168       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
169       AU.addPreserved<DominatorTree>();
170
171       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
172       AU.addRequired<LoopInfo>();
173       AU.addRequired<DominatorTree>();
174       AU.addRequired<TargetData>();
175       AU.addRequired<ScalarEvolution>();
176       AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
177     }
178     
179     /// getCastedVersionOf - Return the specified value casted to uintptr_t.
180     ///
181     Value *getCastedVersionOf(Instruction::CastOps opcode, Value *V);
182 private:
183     bool AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
184                                SmallPtrSet<Instruction*,16> &Processed);
185     SCEVHandle GetExpressionSCEV(Instruction *E);
186     ICmpInst *ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
187                                   IVStrideUse* &CondUse,
188                                   const SCEVHandle* &CondStride);
189     void OptimizeIndvars(Loop *L);
190
191     /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
192     /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
193     void OptimizeShadowIV(Loop *L);
194
195     /// OptimizeSMax - Rewrite the loop's terminating condition
196     /// if it uses an smax computation.
197     ICmpInst *OptimizeSMax(Loop *L, ICmpInst *Cond,
198                            IVStrideUse* &CondUse);
199
200     bool FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
201                            const SCEVHandle *&CondStride);
202     bool RequiresTypeConversion(const Type *Ty, const Type *NewTy);
203     SCEVHandle CheckForIVReuse(bool, bool, bool, const SCEVHandle&,
204                              IVExpr&, const Type*,
205                              const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
206     bool ValidStride(bool, int64_t,
207                      const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
208     SCEVHandle CollectIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
209                               IVUsersOfOneStride &Uses,
210                               Loop *L,
211                               bool &AllUsesAreAddresses,
212                               bool &AllUsesAreOutsideLoop,
213                               std::vector<BasedUser> &UsersToProcess);
214     bool ShouldUseFullStrengthReductionMode(
215                                 const std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
216                                 const Loop *L,
217                                 bool AllUsesAreAddresses,
218                                 SCEVHandle Stride);
219     void PrepareToStrengthReduceFully(
220                              std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
221                              SCEVHandle Stride,
222                              SCEVHandle CommonExprs,
223                              const Loop *L,
224                              SCEVExpander &PreheaderRewriter);
225     void PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(
226                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
227                                          Value *CommonBaseV,
228                                          const IVExpr &ReuseIV,
229                                          Instruction *PreInsertPt);
230     void PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(
231                                   std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
232                                   SCEVHandle Stride,
233                                   SCEVHandle CommonExprs,
234                                   Value *CommonBaseV,
235                                   const Loop *L,
236                                   SCEVExpander &PreheaderRewriter);
237     void StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
238                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
239                                       Loop *L);
240     void DeleteTriviallyDeadInstructions();
241   };
242 }
243
244 char LoopStrengthReduce::ID = 0;
245 static RegisterPass<LoopStrengthReduce>
246 X("loop-reduce", "Loop Strength Reduction");
247
248 Pass *llvm::createLoopStrengthReducePass(const TargetLowering *TLI) {
249   return new LoopStrengthReduce(TLI);
250 }
251
252 /// getCastedVersionOf - Return the specified value casted to uintptr_t. This
253 /// assumes that the Value* V is of integer or pointer type only.
254 ///
255 Value *LoopStrengthReduce::getCastedVersionOf(Instruction::CastOps opcode, 
256                                               Value *V) {
257   if (V->getType() == UIntPtrTy) return V;
258   if (Constant *CB = dyn_cast<Constant>(V))
259     return ConstantExpr::getCast(opcode, CB, UIntPtrTy);
260
261   Value *&New = CastedPointers[V];
262   if (New) return New;
263   
264   New = SCEVExpander::InsertCastOfTo(opcode, V, UIntPtrTy);
265   DeadInsts.push_back(cast<Instruction>(New));
266   return New;
267 }
268
269
270 /// DeleteTriviallyDeadInstructions - If any of the instructions is the
271 /// specified set are trivially dead, delete them and see if this makes any of
272 /// their operands subsequently dead.
273 void LoopStrengthReduce::DeleteTriviallyDeadInstructions() {
274   if (DeadInsts.empty()) return;
275   
276   // Sort the deadinsts list so that we can trivially eliminate duplicates as we
277   // go.  The code below never adds a non-dead instruction to the worklist, but
278   // callers may not be so careful.
279   array_pod_sort(DeadInsts.begin(), DeadInsts.end());
280
281   // Drop duplicate instructions and those with uses.
282   for (unsigned i = 0, e = DeadInsts.size()-1; i < e; ++i) {
283     Instruction *I = DeadInsts[i];
284     if (!I->use_empty()) DeadInsts[i] = 0;
285     while (i != e && DeadInsts[i+1] == I)
286       DeadInsts[++i] = 0;
287   }
288   
289   while (!DeadInsts.empty()) {
290     Instruction *I = DeadInsts.back();
291     DeadInsts.pop_back();
292     
293     if (I == 0 || !isInstructionTriviallyDead(I))
294       continue;
295
296     SE->deleteValueFromRecords(I);
297
298     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI) {
299       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
300         *OI = 0;
301         if (U->use_empty())
302           DeadInsts.push_back(U);
303       }
304     }
305     
306     I->eraseFromParent();
307     Changed = true;
308   }
309 }
310
311
312 /// GetExpressionSCEV - Compute and return the SCEV for the specified
313 /// instruction.
314 SCEVHandle LoopStrengthReduce::GetExpressionSCEV(Instruction *Exp) {
315   // Pointer to pointer bitcast instructions return the same value as their
316   // operand.
317   if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(Exp)) {
318     if (SE->hasSCEV(BCI) || !isa<Instruction>(BCI->getOperand(0)))
319       return SE->getSCEV(BCI);
320     SCEVHandle R = GetExpressionSCEV(cast<Instruction>(BCI->getOperand(0)));
321     SE->setSCEV(BCI, R);
322     return R;
323   }
324
325   // Scalar Evolutions doesn't know how to compute SCEV's for GEP instructions.
326   // If this is a GEP that SE doesn't know about, compute it now and insert it.
327   // If this is not a GEP, or if we have already done this computation, just let
328   // SE figure it out.
329   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Exp);
330   if (!GEP || SE->hasSCEV(GEP))
331     return SE->getSCEV(Exp);
332     
333   // Analyze all of the subscripts of this getelementptr instruction, looking
334   // for uses that are determined by the trip count of the loop.  First, skip
335   // all operands the are not dependent on the IV.
336
337   // Build up the base expression.  Insert an LLVM cast of the pointer to
338   // uintptr_t first.
339   SCEVHandle GEPVal = SE->getUnknown(
340       getCastedVersionOf(Instruction::PtrToInt, GEP->getOperand(0)));
341
342   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
343   
344   for (User::op_iterator i = GEP->op_begin() + 1, e = GEP->op_end();
345        i != e; ++i, ++GTI) {
346     // If this is a use of a recurrence that we can analyze, and it comes before
347     // Op does in the GEP operand list, we will handle this when we process this
348     // operand.
349     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
350       const StructLayout *SL = TD->getStructLayout(STy);
351       unsigned Idx = cast<ConstantInt>(*i)->getZExtValue();
352       uint64_t Offset = SL->getElementOffset(Idx);
353       GEPVal = SE->getAddExpr(GEPVal,
354                              SE->getIntegerSCEV(Offset, UIntPtrTy));
355     } else {
356       unsigned GEPOpiBits = 
357         (*i)->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
358       unsigned IntPtrBits = UIntPtrTy->getPrimitiveSizeInBits();
359       Instruction::CastOps opcode = (GEPOpiBits < IntPtrBits ? 
360           Instruction::SExt : (GEPOpiBits > IntPtrBits ? Instruction::Trunc :
361             Instruction::BitCast));
362       Value *OpVal = getCastedVersionOf(opcode, *i);
363       SCEVHandle Idx = SE->getSCEV(OpVal);
364
365       uint64_t TypeSize = TD->getTypePaddedSize(GTI.getIndexedType());
366       if (TypeSize != 1)
367         Idx = SE->getMulExpr(Idx,
368                             SE->getConstant(ConstantInt::get(UIntPtrTy,
369                                                              TypeSize)));
370       GEPVal = SE->getAddExpr(GEPVal, Idx);
371     }
372   }
373
374   SE->setSCEV(GEP, GEPVal);
375   GEPlist.push_back(GEP);
376   return GEPVal;
377 }
378
379 /// containsAddRecFromDifferentLoop - Determine whether expression S involves a 
380 /// subexpression that is an AddRec from a loop other than L.  An outer loop 
381 /// of L is OK, but not an inner loop nor a disjoint loop.
382 static bool containsAddRecFromDifferentLoop(SCEVHandle S, Loop *L) {
383   // This is very common, put it first.
384   if (isa<SCEVConstant>(S))
385     return false;
386   if (SCEVCommutativeExpr *AE = dyn_cast<SCEVCommutativeExpr>(S)) {
387     for (unsigned int i=0; i< AE->getNumOperands(); i++)
388       if (containsAddRecFromDifferentLoop(AE->getOperand(i), L))
389         return true;
390     return false;
391   }
392   if (SCEVAddRecExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
393     if (const Loop *newLoop = AE->getLoop()) {
394       if (newLoop == L)
395         return false;
396       // if newLoop is an outer loop of L, this is OK.
397       if (!LoopInfoBase<BasicBlock>::isNotAlreadyContainedIn(L, newLoop))
398         return false;
399     }
400     return true;
401   }
402   if (SCEVUDivExpr *DE = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S))
403     return containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getLHS(), L) ||
404            containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getRHS(), L);
405 #if 0
406   // SCEVSDivExpr has been backed out temporarily, but will be back; we'll 
407   // need this when it is.
408   if (SCEVSDivExpr *DE = dyn_cast<SCEVSDivExpr>(S))
409     return containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getLHS(), L) ||
410            containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getRHS(), L);
411 #endif
412   if (SCEVTruncateExpr *TE = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S))
413     return containsAddRecFromDifferentLoop(TE->getOperand(), L);
414   if (SCEVZeroExtendExpr *ZE = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S))
415     return containsAddRecFromDifferentLoop(ZE->getOperand(), L);
416   if (SCEVSignExtendExpr *SE = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S))
417     return containsAddRecFromDifferentLoop(SE->getOperand(), L);
418   return false;
419 }
420
421 /// getSCEVStartAndStride - Compute the start and stride of this expression,
422 /// returning false if the expression is not a start/stride pair, or true if it
423 /// is.  The stride must be a loop invariant expression, but the start may be
424 /// a mix of loop invariant and loop variant expressions.  The start cannot,
425 /// however, contain an AddRec from a different loop, unless that loop is an
426 /// outer loop of the current loop.
427 static bool getSCEVStartAndStride(const SCEVHandle &SH, Loop *L,
428                                   SCEVHandle &Start, SCEVHandle &Stride,
429                                   ScalarEvolution *SE, DominatorTree *DT) {
430   SCEVHandle TheAddRec = Start;   // Initialize to zero.
431
432   // If the outer level is an AddExpr, the operands are all start values except
433   // for a nested AddRecExpr.
434   if (SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(SH)) {
435     for (unsigned i = 0, e = AE->getNumOperands(); i != e; ++i)
436       if (SCEVAddRecExpr *AddRec =
437              dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(AE->getOperand(i))) {
438         if (AddRec->getLoop() == L)
439           TheAddRec = SE->getAddExpr(AddRec, TheAddRec);
440         else
441           return false;  // Nested IV of some sort?
442       } else {
443         Start = SE->getAddExpr(Start, AE->getOperand(i));
444       }
445         
446   } else if (isa<SCEVAddRecExpr>(SH)) {
447     TheAddRec = SH;
448   } else {
449     return false;  // not analyzable.
450   }
451   
452   SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(TheAddRec);
453   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L) return false;
454   
455   // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
456   if (!AddRec->isAffine()) return false;
457
458   // If Start contains an SCEVAddRecExpr from a different loop, other than an
459   // outer loop of the current loop, reject it.  SCEV has no concept of 
460   // operating on more than one loop at a time so don't confuse it with such
461   // expressions.
462   if (containsAddRecFromDifferentLoop(AddRec->getOperand(0), L))
463     return false;
464
465   Start = SE->getAddExpr(Start, AddRec->getOperand(0));
466   
467   if (!isa<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1))) {
468     // If stride is an instruction, make sure it dominates the loop preheader.
469     // Otherwise we could end up with a use before def situation.
470     BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
471     if (!AddRec->getOperand(1)->dominates(Preheader, DT))
472       return false;
473
474     DOUT << "[" << L->getHeader()->getName()
475          << "] Variable stride: " << *AddRec << "\n";
476   }
477
478   Stride = AddRec->getOperand(1);
479   return true;
480 }
481
482 /// IVUseShouldUsePostIncValue - We have discovered a "User" of an IV expression
483 /// and now we need to decide whether the user should use the preinc or post-inc
484 /// value.  If this user should use the post-inc version of the IV, return true.
485 ///
486 /// Choosing wrong here can break dominance properties (if we choose to use the
487 /// post-inc value when we cannot) or it can end up adding extra live-ranges to
488 /// the loop, resulting in reg-reg copies (if we use the pre-inc value when we
489 /// should use the post-inc value).
490 static bool IVUseShouldUsePostIncValue(Instruction *User, Instruction *IV,
491                                        Loop *L, DominatorTree *DT, Pass *P,
492                                       SmallVectorImpl<Instruction*> &DeadInsts){
493   // If the user is in the loop, use the preinc value.
494   if (L->contains(User->getParent())) return false;
495   
496   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
497   
498   // Ok, the user is outside of the loop.  If it is dominated by the latch
499   // block, use the post-inc value.
500   if (DT->dominates(LatchBlock, User->getParent()))
501     return true;
502
503   // There is one case we have to be careful of: PHI nodes.  These little guys
504   // can live in blocks that do not dominate the latch block, but (since their
505   // uses occur in the predecessor block, not the block the PHI lives in) should
506   // still use the post-inc value.  Check for this case now.
507   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User);
508   if (!PN) return false;  // not a phi, not dominated by latch block.
509   
510   // Look at all of the uses of IV by the PHI node.  If any use corresponds to
511   // a block that is not dominated by the latch block, give up and use the
512   // preincremented value.
513   unsigned NumUses = 0;
514   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
515     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
516       ++NumUses;
517       if (!DT->dominates(LatchBlock, PN->getIncomingBlock(i)))
518         return false;
519     }
520
521   // Okay, all uses of IV by PN are in predecessor blocks that really are
522   // dominated by the latch block.  Split the critical edges and use the
523   // post-incremented value.
524   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
525     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
526       SplitCriticalEdge(PN->getIncomingBlock(i), PN->getParent(), P, false);
527       // Splitting the critical edge can reduce the number of entries in this
528       // PHI.
529       e = PN->getNumIncomingValues();
530       if (--NumUses == 0) break;
531     }
532
533   // PHI node might have become a constant value after SplitCriticalEdge.
534   DeadInsts.push_back(User);
535   
536   return true;
537 }
538
539 /// isAddressUse - Returns true if the specified instruction is using the
540 /// specified value as an address.
541 static bool isAddressUse(Instruction *Inst, Value *OperandVal) {
542   bool isAddress = isa<LoadInst>(Inst);
543   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
544     if (SI->getOperand(1) == OperandVal)
545       isAddress = true;
546   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
547     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
548     // of intrinsics.
549     switch (II->getIntrinsicID()) {
550       default: break;
551       case Intrinsic::prefetch:
552       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_dq:
553       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_pd:
554       case Intrinsic::x86_sse_loadu_ps:
555       case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
556       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
557       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
558       case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
559         if (II->getOperand(1) == OperandVal)
560           isAddress = true;
561         break;
562     }
563   }
564   return isAddress;
565 }
566
567 /// getAccessType - Return the type of the memory being accessed.
568 static const Type *getAccessType(const Instruction *Inst) {
569   const Type *UseTy = Inst->getType();
570   if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
571     UseTy = SI->getOperand(0)->getType();
572   else if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
573     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
574     // of intrinsics.
575     switch (II->getIntrinsicID()) {
576     default: break;
577     case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
578     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
579     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
580     case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
581       UseTy = II->getOperand(1)->getType();
582       break;
583     }
584   }
585   return UseTy;
586 }
587
588 /// AddUsersIfInteresting - Inspect the specified instruction.  If it is a
589 /// reducible SCEV, recursively add its users to the IVUsesByStride set and
590 /// return true.  Otherwise, return false.
591 bool LoopStrengthReduce::AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
592                                       SmallPtrSet<Instruction*,16> &Processed) {
593   if (!I->getType()->isInteger() && !isa<PointerType>(I->getType()))
594     return false;   // Void and FP expressions cannot be reduced.
595
596   // LSR is not APInt clean, do not touch integers bigger than 64-bits.
597   if (I->getType()->isInteger() && 
598       I->getType()->getPrimitiveSizeInBits() > 64)
599     return false;
600   
601   if (!Processed.insert(I))
602     return true;    // Instruction already handled.
603   
604   // Get the symbolic expression for this instruction.
605   SCEVHandle ISE = GetExpressionSCEV(I);
606   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(ISE)) return false;
607   
608   // Get the start and stride for this expression.
609   SCEVHandle Start = SE->getIntegerSCEV(0, ISE->getType());
610   SCEVHandle Stride = Start;
611   if (!getSCEVStartAndStride(ISE, L, Start, Stride, SE, DT))
612     return false;  // Non-reducible symbolic expression, bail out.
613
614   std::vector<Instruction *> IUsers;
615   // Collect all I uses now because IVUseShouldUsePostIncValue may 
616   // invalidate use_iterator.
617   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E; ++UI)
618     IUsers.push_back(cast<Instruction>(*UI));
619
620   for (unsigned iused_index = 0, iused_size = IUsers.size(); 
621        iused_index != iused_size; ++iused_index) {
622
623     Instruction *User = IUsers[iused_index];
624
625     // Do not infinitely recurse on PHI nodes.
626     if (isa<PHINode>(User) && Processed.count(User))
627       continue;
628
629     // Descend recursively, but not into PHI nodes outside the current loop.
630     // It's important to see the entire expression outside the loop to get
631     // choices that depend on addressing mode use right, although we won't
632     // consider references ouside the loop in all cases.
633     // If User is already in Processed, we don't want to recurse into it again,
634     // but do want to record a second reference in the same instruction.
635     bool AddUserToIVUsers = false;
636     if (LI->getLoopFor(User->getParent()) != L) {
637       if (isa<PHINode>(User) || Processed.count(User) ||
638           !AddUsersIfInteresting(User, L, Processed)) {
639         DOUT << "FOUND USER in other loop: " << *User
640              << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
641         AddUserToIVUsers = true;
642       }
643     } else if (Processed.count(User) || 
644                !AddUsersIfInteresting(User, L, Processed)) {
645       DOUT << "FOUND USER: " << *User
646            << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
647       AddUserToIVUsers = true;
648     }
649
650     if (AddUserToIVUsers) {
651       IVUsersOfOneStride &StrideUses = IVUsesByStride[Stride];
652       if (StrideUses.Users.empty())     // First occurrence of this stride?
653         StrideOrder.push_back(Stride);
654       
655       // Okay, we found a user that we cannot reduce.  Analyze the instruction
656       // and decide what to do with it.  If we are a use inside of the loop, use
657       // the value before incrementation, otherwise use it after incrementation.
658       if (IVUseShouldUsePostIncValue(User, I, L, DT, this, DeadInsts)) {
659         // The value used will be incremented by the stride more than we are
660         // expecting, so subtract this off.
661         SCEVHandle NewStart = SE->getMinusSCEV(Start, Stride);
662         StrideUses.addUser(NewStart, User, I);
663         StrideUses.Users.back().isUseOfPostIncrementedValue = true;
664         DOUT << "   USING POSTINC SCEV, START=" << *NewStart<< "\n";
665       } else {        
666         StrideUses.addUser(Start, User, I);
667       }
668     }
669   }
670   return true;
671 }
672
673 namespace {
674   /// BasedUser - For a particular base value, keep information about how we've
675   /// partitioned the expression so far.
676   struct BasedUser {
677     /// SE - The current ScalarEvolution object.
678     ScalarEvolution *SE;
679
680     /// Base - The Base value for the PHI node that needs to be inserted for
681     /// this use.  As the use is processed, information gets moved from this
682     /// field to the Imm field (below).  BasedUser values are sorted by this
683     /// field.
684     SCEVHandle Base;
685     
686     /// Inst - The instruction using the induction variable.
687     Instruction *Inst;
688
689     /// OperandValToReplace - The operand value of Inst to replace with the
690     /// EmittedBase.
691     Value *OperandValToReplace;
692
693     /// Imm - The immediate value that should be added to the base immediately
694     /// before Inst, because it will be folded into the imm field of the
695     /// instruction.  This is also sometimes used for loop-variant values that
696     /// must be added inside the loop.
697     SCEVHandle Imm;
698
699     /// Phi - The induction variable that performs the striding that
700     /// should be used for this user.
701     PHINode *Phi;
702
703     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
704     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
705     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
706     // instruction for a loop and uses outside the loop that are dominated by
707     // the loop.
708     bool isUseOfPostIncrementedValue;
709     
710     BasedUser(IVStrideUse &IVSU, ScalarEvolution *se)
711       : SE(se), Base(IVSU.Offset), Inst(IVSU.User), 
712         OperandValToReplace(IVSU.OperandValToReplace), 
713         Imm(SE->getIntegerSCEV(0, Base->getType())), 
714         isUseOfPostIncrementedValue(IVSU.isUseOfPostIncrementedValue) {}
715
716     // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
717     // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
718     // to it.
719     void RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
720                                         Instruction *InsertPt,
721                                        SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
722                                       SmallVectorImpl<Instruction*> &DeadInsts);
723     
724     Value *InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
725                                        SCEVExpander &Rewriter,
726                                        Instruction *IP, Loop *L);
727     void dump() const;
728   };
729 }
730
731 void BasedUser::dump() const {
732   cerr << " Base=" << *Base;
733   cerr << " Imm=" << *Imm;
734   cerr << "   Inst: " << *Inst;
735 }
736
737 Value *BasedUser::InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
738                                               SCEVExpander &Rewriter,
739                                               Instruction *IP, Loop *L) {
740   // Figure out where we *really* want to insert this code.  In particular, if
741   // the user is inside of a loop that is nested inside of L, we really don't
742   // want to insert this expression before the user, we'd rather pull it out as
743   // many loops as possible.
744   LoopInfo &LI = Rewriter.getLoopInfo();
745   Instruction *BaseInsertPt = IP;
746   
747   // Figure out the most-nested loop that IP is in.
748   Loop *InsertLoop = LI.getLoopFor(IP->getParent());
749   
750   // If InsertLoop is not L, and InsertLoop is nested inside of L, figure out
751   // the preheader of the outer-most loop where NewBase is not loop invariant.
752   if (L->contains(IP->getParent()))
753     while (InsertLoop && NewBase->isLoopInvariant(InsertLoop)) {
754       BaseInsertPt = InsertLoop->getLoopPreheader()->getTerminator();
755       InsertLoop = InsertLoop->getParentLoop();
756     }
757   
758   Value *Base = Rewriter.expandCodeFor(NewBase, BaseInsertPt);
759
760   // If there is no immediate value, skip the next part.
761   if (Imm->isZero())
762     return Base;
763
764   // If we are inserting the base and imm values in the same block, make sure to
765   // adjust the IP position if insertion reused a result.
766   if (IP == BaseInsertPt)
767     IP = Rewriter.getInsertionPoint();
768   
769   // Always emit the immediate (if non-zero) into the same block as the user.
770   SCEVHandle NewValSCEV = SE->getAddExpr(SE->getUnknown(Base), Imm);
771   return Rewriter.expandCodeFor(NewValSCEV, IP);
772   
773 }
774
775
776 // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
777 // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
778 // to it. NewBasePt is the last instruction which contributes to the
779 // value of NewBase in the case that it's a diffferent instruction from
780 // the PHI that NewBase is computed from, or null otherwise.
781 //
782 void BasedUser::RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
783                                                Instruction *NewBasePt,
784                                       SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
785                                       SmallVectorImpl<Instruction*> &DeadInsts){
786   if (!isa<PHINode>(Inst)) {
787     // By default, insert code at the user instruction.
788     BasicBlock::iterator InsertPt = Inst;
789     
790     // However, if the Operand is itself an instruction, the (potentially
791     // complex) inserted code may be shared by many users.  Because of this, we
792     // want to emit code for the computation of the operand right before its old
793     // computation.  This is usually safe, because we obviously used to use the
794     // computation when it was computed in its current block.  However, in some
795     // cases (e.g. use of a post-incremented induction variable) the NewBase
796     // value will be pinned to live somewhere after the original computation.
797     // In this case, we have to back off.
798     //
799     // If this is a use outside the loop (which means after, since it is based
800     // on a loop indvar) we use the post-incremented value, so that we don't
801     // artificially make the preinc value live out the bottom of the loop. 
802     if (!isUseOfPostIncrementedValue && L->contains(Inst->getParent())) {
803       if (NewBasePt && isa<PHINode>(OperandValToReplace)) {
804         InsertPt = NewBasePt;
805         ++InsertPt;
806       } else if (Instruction *OpInst
807                  = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace)) {
808         InsertPt = OpInst;
809         while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
810       }
811     }
812     Value *NewVal = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, Rewriter, InsertPt, L);
813     // Adjust the type back to match the Inst. Note that we can't use InsertPt
814     // here because the SCEVExpander may have inserted the instructions after
815     // that point, in its efforts to avoid inserting redundant expressions.
816     if (isa<PointerType>(OperandValToReplace->getType())) {
817       NewVal = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr,
818                                             NewVal,
819                                             OperandValToReplace->getType());
820     }
821     // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
822     Inst->replaceUsesOfWith(OperandValToReplace, NewVal);
823
824     DOUT << "      Replacing with ";
825     DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, NewVal, /*PrintType=*/false));
826     DOUT << ", which has value " << *NewBase << " plus IMM " << *Imm << "\n";
827     return;
828   }
829
830   // PHI nodes are more complex.  We have to insert one copy of the NewBase+Imm
831   // expression into each operand block that uses it.  Note that PHI nodes can
832   // have multiple entries for the same predecessor.  We use a map to make sure
833   // that a PHI node only has a single Value* for each predecessor (which also
834   // prevents us from inserting duplicate code in some blocks).
835   DenseMap<BasicBlock*, Value*> InsertedCode;
836   PHINode *PN = cast<PHINode>(Inst);
837   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
838     if (PN->getIncomingValue(i) == OperandValToReplace) {
839       // If the original expression is outside the loop, put the replacement
840       // code in the same place as the original expression,
841       // which need not be an immediate predecessor of this PHI.  This way we 
842       // need only one copy of it even if it is referenced multiple times in
843       // the PHI.  We don't do this when the original expression is inside the
844       // loop because multiple copies sometimes do useful sinking of code in
845       // that case(?).
846       Instruction *OldLoc = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace);
847       if (L->contains(OldLoc->getParent())) {
848         // If this is a critical edge, split the edge so that we do not insert
849         // the code on all predecessor/successor paths.  We do this unless this
850         // is the canonical backedge for this loop, as this can make some
851         // inserted code be in an illegal position.
852         BasicBlock *PHIPred = PN->getIncomingBlock(i);
853         if (e != 1 && PHIPred->getTerminator()->getNumSuccessors() > 1 &&
854             (PN->getParent() != L->getHeader() || !L->contains(PHIPred))) {
855
856           // First step, split the critical edge.
857           SplitCriticalEdge(PHIPred, PN->getParent(), P, false);
858
859           // Next step: move the basic block.  In particular, if the PHI node
860           // is outside of the loop, and PredTI is in the loop, we want to
861           // move the block to be immediately before the PHI block, not
862           // immediately after PredTI.
863           if (L->contains(PHIPred) && !L->contains(PN->getParent())) {
864             BasicBlock *NewBB = PN->getIncomingBlock(i);
865             NewBB->moveBefore(PN->getParent());
866           }
867
868           // Splitting the edge can reduce the number of PHI entries we have.
869           e = PN->getNumIncomingValues();
870         }
871       }
872       Value *&Code = InsertedCode[PN->getIncomingBlock(i)];
873       if (!Code) {
874         // Insert the code into the end of the predecessor block.
875         Instruction *InsertPt = (L->contains(OldLoc->getParent())) ?
876                                 PN->getIncomingBlock(i)->getTerminator() :
877                                 OldLoc->getParent()->getTerminator();
878         Code = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, Rewriter, InsertPt, L);
879
880         // Adjust the type back to match the PHI. Note that we can't use
881         // InsertPt here because the SCEVExpander may have inserted its
882         // instructions after that point, in its efforts to avoid inserting
883         // redundant expressions.
884         if (isa<PointerType>(PN->getType())) {
885           Code = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr,
886                                               Code,
887                                               PN->getType());
888         }
889
890         DOUT << "      Changing PHI use to ";
891         DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, Code, /*PrintType=*/false));
892         DOUT << ", which has value " << *NewBase << " plus IMM " << *Imm << "\n";
893       }
894
895       // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
896       PN->setIncomingValue(i, Code);
897       Rewriter.clear();
898     }
899   }
900
901   // PHI node might have become a constant value after SplitCriticalEdge.
902   DeadInsts.push_back(Inst);
903 }
904
905
906 /// fitsInAddressMode - Return true if V can be subsumed within an addressing
907 /// mode, and does not need to be put in a register first.
908 static bool fitsInAddressMode(const SCEVHandle &V, const Type *UseTy,
909                              const TargetLowering *TLI, bool HasBaseReg) {
910   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
911     int64_t VC = SC->getValue()->getSExtValue();
912     if (TLI) {
913       TargetLowering::AddrMode AM;
914       AM.BaseOffs = VC;
915       AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
916       return TLI->isLegalAddressingMode(AM, UseTy);
917     } else {
918       // Defaults to PPC. PPC allows a sign-extended 16-bit immediate field.
919       return (VC > -(1 << 16) && VC < (1 << 16)-1);
920     }
921   }
922
923   if (SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V))
924     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(SU->getValue()))
925       if (TLI && CE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt) {
926         Constant *Op0 = CE->getOperand(0);
927         if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(Op0)) {
928           TargetLowering::AddrMode AM;
929           AM.BaseGV = GV;
930           AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
931           return TLI->isLegalAddressingMode(AM, UseTy);
932         }
933       }
934   return false;
935 }
936
937 /// MoveLoopVariantsToImmediateField - Move any subexpressions from Val that are
938 /// loop varying to the Imm operand.
939 static void MoveLoopVariantsToImmediateField(SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
940                                             Loop *L, ScalarEvolution *SE) {
941   if (Val->isLoopInvariant(L)) return;  // Nothing to do.
942   
943   if (SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
944     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
945     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
946     
947     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i)
948       if (!SAE->getOperand(i)->isLoopInvariant(L)) {
949         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
950         // field of the expression.
951         Imm = SE->getAddExpr(Imm, SAE->getOperand(i));
952       } else {
953         NewOps.push_back(SAE->getOperand(i));
954       }
955
956     if (NewOps.empty())
957       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
958     else
959       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
960   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
961     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
962     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
963     MoveLoopVariantsToImmediateField(Start, Imm, L, SE);
964     
965     std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
966     Ops[0] = Start;
967     Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
968   } else {
969     // Otherwise, all of Val is variant, move the whole thing over.
970     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
971     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
972   }
973 }
974
975
976 /// MoveImmediateValues - Look at Val, and pull out any additions of constants
977 /// that can fit into the immediate field of instructions in the target.
978 /// Accumulate these immediate values into the Imm value.
979 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
980                                 const Type *UseTy,
981                                 SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
982                                 bool isAddress, Loop *L,
983                                 ScalarEvolution *SE) {
984   if (SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
985     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
986     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
987     
988     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i) {
989       SCEVHandle NewOp = SAE->getOperand(i);
990       MoveImmediateValues(TLI, UseTy, NewOp, Imm, isAddress, L, SE);
991       
992       if (!NewOp->isLoopInvariant(L)) {
993         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
994         // field of the expression.
995         Imm = SE->getAddExpr(Imm, NewOp);
996       } else {
997         NewOps.push_back(NewOp);
998       }
999     }
1000
1001     if (NewOps.empty())
1002       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
1003     else
1004       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
1005     return;
1006   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
1007     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
1008     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
1009     MoveImmediateValues(TLI, UseTy, Start, Imm, isAddress, L, SE);
1010     
1011     if (Start != SARE->getStart()) {
1012       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
1013       Ops[0] = Start;
1014       Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
1015     }
1016     return;
1017   } else if (SCEVMulExpr *SME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Val)) {
1018     // Transform "8 * (4 + v)" -> "32 + 8*V" if "32" fits in the immed field.
1019     if (isAddress && fitsInAddressMode(SME->getOperand(0), UseTy, TLI, false) &&
1020         SME->getNumOperands() == 2 && SME->isLoopInvariant(L)) {
1021
1022       SCEVHandle SubImm = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
1023       SCEVHandle NewOp = SME->getOperand(1);
1024       MoveImmediateValues(TLI, UseTy, NewOp, SubImm, isAddress, L, SE);
1025       
1026       // If we extracted something out of the subexpressions, see if we can 
1027       // simplify this!
1028       if (NewOp != SME->getOperand(1)) {
1029         // Scale SubImm up by "8".  If the result is a target constant, we are
1030         // good.
1031         SubImm = SE->getMulExpr(SubImm, SME->getOperand(0));
1032         if (fitsInAddressMode(SubImm, UseTy, TLI, false)) {
1033           // Accumulate the immediate.
1034           Imm = SE->getAddExpr(Imm, SubImm);
1035           
1036           // Update what is left of 'Val'.
1037           Val = SE->getMulExpr(SME->getOperand(0), NewOp);
1038           return;
1039         }
1040       }
1041     }
1042   }
1043
1044   // Loop-variant expressions must stay in the immediate field of the
1045   // expression.
1046   if ((isAddress && fitsInAddressMode(Val, UseTy, TLI, false)) ||
1047       !Val->isLoopInvariant(L)) {
1048     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
1049     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
1050     return;
1051   }
1052
1053   // Otherwise, no immediates to move.
1054 }
1055
1056 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
1057                                 Instruction *User,
1058                                 SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
1059                                 bool isAddress, Loop *L,
1060                                 ScalarEvolution *SE) {
1061   const Type *UseTy = getAccessType(User);
1062   MoveImmediateValues(TLI, UseTy, Val, Imm, isAddress, L, SE);
1063 }
1064
1065 /// SeparateSubExprs - Decompose Expr into all of the subexpressions that are
1066 /// added together.  This is used to reassociate common addition subexprs
1067 /// together for maximal sharing when rewriting bases.
1068 static void SeparateSubExprs(std::vector<SCEVHandle> &SubExprs,
1069                              SCEVHandle Expr,
1070                              ScalarEvolution *SE) {
1071   if (SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Expr)) {
1072     for (unsigned j = 0, e = AE->getNumOperands(); j != e; ++j)
1073       SeparateSubExprs(SubExprs, AE->getOperand(j), SE);
1074   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Expr)) {
1075     SCEVHandle Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Expr->getType());
1076     if (SARE->getOperand(0) == Zero) {
1077       SubExprs.push_back(Expr);
1078     } else {
1079       // Compute the addrec with zero as its base.
1080       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
1081       Ops[0] = Zero;   // Start with zero base.
1082       SubExprs.push_back(SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop()));
1083       
1084
1085       SeparateSubExprs(SubExprs, SARE->getOperand(0), SE);
1086     }
1087   } else if (!Expr->isZero()) {
1088     // Do not add zero.
1089     SubExprs.push_back(Expr);
1090   }
1091 }
1092
1093 // This is logically local to the following function, but C++ says we have 
1094 // to make it file scope.
1095 struct SubExprUseData { unsigned Count; bool notAllUsesAreFree; };
1096
1097 /// RemoveCommonExpressionsFromUseBases - Look through all of the Bases of all
1098 /// the Uses, removing any common subexpressions, except that if all such
1099 /// subexpressions can be folded into an addressing mode for all uses inside
1100 /// the loop (this case is referred to as "free" in comments herein) we do
1101 /// not remove anything.  This looks for things like (a+b+c) and
1102 /// (a+c+d) and computes the common (a+c) subexpression.  The common expression
1103 /// is *removed* from the Bases and returned.
1104 static SCEVHandle 
1105 RemoveCommonExpressionsFromUseBases(std::vector<BasedUser> &Uses,
1106                                     ScalarEvolution *SE, Loop *L,
1107                                     const TargetLowering *TLI) {
1108   unsigned NumUses = Uses.size();
1109
1110   // Only one use?  This is a very common case, so we handle it specially and
1111   // cheaply.
1112   SCEVHandle Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Uses[0].Base->getType());
1113   SCEVHandle Result = Zero;
1114   SCEVHandle FreeResult = Zero;
1115   if (NumUses == 1) {
1116     // If the use is inside the loop, use its base, regardless of what it is:
1117     // it is clearly shared across all the IV's.  If the use is outside the loop
1118     // (which means after it) we don't want to factor anything *into* the loop,
1119     // so just use 0 as the base.
1120     if (L->contains(Uses[0].Inst->getParent()))
1121       std::swap(Result, Uses[0].Base);
1122     return Result;
1123   }
1124
1125   // To find common subexpressions, count how many of Uses use each expression.
1126   // If any subexpressions are used Uses.size() times, they are common.
1127   // Also track whether all uses of each expression can be moved into an
1128   // an addressing mode "for free"; such expressions are left within the loop.
1129   // struct SubExprUseData { unsigned Count; bool notAllUsesAreFree; };
1130   std::map<SCEVHandle, SubExprUseData> SubExpressionUseData;
1131   
1132   // UniqueSubExprs - Keep track of all of the subexpressions we see in the
1133   // order we see them.
1134   std::vector<SCEVHandle> UniqueSubExprs;
1135
1136   std::vector<SCEVHandle> SubExprs;
1137   unsigned NumUsesInsideLoop = 0;
1138   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
1139     // If the user is outside the loop, just ignore it for base computation.
1140     // Since the user is outside the loop, it must be *after* the loop (if it
1141     // were before, it could not be based on the loop IV).  We don't want users
1142     // after the loop to affect base computation of values *inside* the loop,
1143     // because we can always add their offsets to the result IV after the loop
1144     // is done, ensuring we get good code inside the loop.
1145     if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent()))
1146       continue;
1147     NumUsesInsideLoop++;
1148     
1149     // If the base is zero (which is common), return zero now, there are no
1150     // CSEs we can find.
1151     if (Uses[i].Base == Zero) return Zero;
1152
1153     // If this use is as an address we may be able to put CSEs in the addressing
1154     // mode rather than hoisting them.
1155     bool isAddrUse = isAddressUse(Uses[i].Inst, Uses[i].OperandValToReplace);
1156     // We may need the UseTy below, but only when isAddrUse, so compute it
1157     // only in that case.
1158     const Type *UseTy = 0;
1159     if (isAddrUse)
1160       UseTy = getAccessType(Uses[i].Inst);
1161
1162     // Split the expression into subexprs.
1163     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
1164     // Add one to SubExpressionUseData.Count for each subexpr present, and
1165     // if the subexpr is not a valid immediate within an addressing mode use,
1166     // set SubExpressionUseData.notAllUsesAreFree.  We definitely want to
1167     // hoist these out of the loop (if they are common to all uses).
1168     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j) {
1169       if (++SubExpressionUseData[SubExprs[j]].Count == 1)
1170         UniqueSubExprs.push_back(SubExprs[j]);
1171       if (!isAddrUse || !fitsInAddressMode(SubExprs[j], UseTy, TLI, false))
1172         SubExpressionUseData[SubExprs[j]].notAllUsesAreFree = true;
1173     }
1174     SubExprs.clear();
1175   }
1176
1177   // Now that we know how many times each is used, build Result.  Iterate over
1178   // UniqueSubexprs so that we have a stable ordering.
1179   for (unsigned i = 0, e = UniqueSubExprs.size(); i != e; ++i) {
1180     std::map<SCEVHandle, SubExprUseData>::iterator I = 
1181        SubExpressionUseData.find(UniqueSubExprs[i]);
1182     assert(I != SubExpressionUseData.end() && "Entry not found?");
1183     if (I->second.Count == NumUsesInsideLoop) { // Found CSE! 
1184       if (I->second.notAllUsesAreFree)
1185         Result = SE->getAddExpr(Result, I->first);
1186       else 
1187         FreeResult = SE->getAddExpr(FreeResult, I->first);
1188     } else
1189       // Remove non-cse's from SubExpressionUseData.
1190       SubExpressionUseData.erase(I);
1191   }
1192
1193   if (FreeResult != Zero) {
1194     // We have some subexpressions that can be subsumed into addressing
1195     // modes in every use inside the loop.  However, it's possible that
1196     // there are so many of them that the combined FreeResult cannot
1197     // be subsumed, or that the target cannot handle both a FreeResult
1198     // and a Result in the same instruction (for example because it would
1199     // require too many registers).  Check this.
1200     for (unsigned i=0; i<NumUses; ++i) {
1201       if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent()))
1202         continue;
1203       // We know this is an addressing mode use; if there are any uses that
1204       // are not, FreeResult would be Zero.
1205       const Type *UseTy = getAccessType(Uses[i].Inst);
1206       if (!fitsInAddressMode(FreeResult, UseTy, TLI, Result!=Zero)) {
1207         // FIXME:  could split up FreeResult into pieces here, some hoisted
1208         // and some not.  There is no obvious advantage to this.
1209         Result = SE->getAddExpr(Result, FreeResult);
1210         FreeResult = Zero;
1211         break;
1212       }
1213     }
1214   }
1215
1216   // If we found no CSE's, return now.
1217   if (Result == Zero) return Result;
1218   
1219   // If we still have a FreeResult, remove its subexpressions from
1220   // SubExpressionUseData.  This means they will remain in the use Bases.
1221   if (FreeResult != Zero) {
1222     SeparateSubExprs(SubExprs, FreeResult, SE);
1223     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j) {
1224       std::map<SCEVHandle, SubExprUseData>::iterator I = 
1225          SubExpressionUseData.find(SubExprs[j]);
1226       SubExpressionUseData.erase(I);
1227     }
1228     SubExprs.clear();
1229   }
1230
1231   // Otherwise, remove all of the CSE's we found from each of the base values.
1232   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
1233     // Uses outside the loop don't necessarily include the common base, but
1234     // the final IV value coming into those uses does.  Instead of trying to
1235     // remove the pieces of the common base, which might not be there,
1236     // subtract off the base to compensate for this.
1237     if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent())) {
1238       Uses[i].Base = SE->getMinusSCEV(Uses[i].Base, Result);
1239       continue;
1240     }
1241
1242     // Split the expression into subexprs.
1243     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
1244
1245     // Remove any common subexpressions.
1246     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
1247       if (SubExpressionUseData.count(SubExprs[j])) {
1248         SubExprs.erase(SubExprs.begin()+j);
1249         --j; --e;
1250       }
1251     
1252     // Finally, add the non-shared expressions together.
1253     if (SubExprs.empty())
1254       Uses[i].Base = Zero;
1255     else
1256       Uses[i].Base = SE->getAddExpr(SubExprs);
1257     SubExprs.clear();
1258   }
1259  
1260   return Result;
1261 }
1262
1263 /// ValidStride - Check whether the given Scale is valid for all loads and 
1264 /// stores in UsersToProcess.
1265 ///
1266 bool LoopStrengthReduce::ValidStride(bool HasBaseReg,
1267                                int64_t Scale, 
1268                                const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
1269   if (!TLI)
1270     return true;
1271
1272   for (unsigned i=0, e = UsersToProcess.size(); i!=e; ++i) {
1273     // If this is a load or other access, pass the type of the access in.
1274     const Type *AccessTy = Type::VoidTy;
1275     if (isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
1276                      UsersToProcess[i].OperandValToReplace))
1277       AccessTy = getAccessType(UsersToProcess[i].Inst);
1278     else if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst))
1279       continue;
1280     
1281     TargetLowering::AddrMode AM;
1282     if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(UsersToProcess[i].Imm))
1283       AM.BaseOffs = SC->getValue()->getSExtValue();
1284     AM.HasBaseReg = HasBaseReg || !UsersToProcess[i].Base->isZero();
1285     AM.Scale = Scale;
1286
1287     // If load[imm+r*scale] is illegal, bail out.
1288     if (!TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
1289       return false;
1290   }
1291   return true;
1292 }
1293
1294 /// RequiresTypeConversion - Returns true if converting Ty1 to Ty2 is not
1295 /// a nop.
1296 bool LoopStrengthReduce::RequiresTypeConversion(const Type *Ty1,
1297                                                 const Type *Ty2) {
1298   if (Ty1 == Ty2)
1299     return false;
1300   if (Ty1->canLosslesslyBitCastTo(Ty2))
1301     return false;
1302   if (TLI && TLI->isTruncateFree(Ty1, Ty2))
1303     return false;
1304   if (isa<PointerType>(Ty2) && Ty1->canLosslesslyBitCastTo(UIntPtrTy))
1305     return false;
1306   if (isa<PointerType>(Ty1) && Ty2->canLosslesslyBitCastTo(UIntPtrTy))
1307     return false;
1308   return true;
1309 }
1310
1311 /// CheckForIVReuse - Returns the multiple if the stride is the multiple
1312 /// of a previous stride and it is a legal value for the target addressing
1313 /// mode scale component and optional base reg. This allows the users of
1314 /// this stride to be rewritten as prev iv * factor. It returns 0 if no
1315 /// reuse is possible.  Factors can be negative on same targets, e.g. ARM.
1316 ///
1317 /// If all uses are outside the loop, we don't require that all multiplies
1318 /// be folded into the addressing mode, nor even that the factor be constant; 
1319 /// a multiply (executed once) outside the loop is better than another IV 
1320 /// within.  Well, usually.
1321 SCEVHandle LoopStrengthReduce::CheckForIVReuse(bool HasBaseReg,
1322                                 bool AllUsesAreAddresses,
1323                                 bool AllUsesAreOutsideLoop,
1324                                 const SCEVHandle &Stride, 
1325                                 IVExpr &IV, const Type *Ty,
1326                                 const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
1327   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Stride)) {
1328     int64_t SInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1329     for (unsigned NewStride = 0, e = StrideOrder.size(); NewStride != e;
1330          ++NewStride) {
1331       std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1332                 IVsByStride.find(StrideOrder[NewStride]);
1333       if (SI == IVsByStride.end() || !isa<SCEVConstant>(SI->first))
1334         continue;
1335       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1336       if (SI->first != Stride &&
1337           (unsigned(abs(SInt)) < SSInt || (SInt % SSInt) != 0))
1338         continue;
1339       int64_t Scale = SInt / SSInt;
1340       // Check that this stride is valid for all the types used for loads and
1341       // stores; if it can be used for some and not others, we might as well use
1342       // the original stride everywhere, since we have to create the IV for it
1343       // anyway. If the scale is 1, then we don't need to worry about folding
1344       // multiplications.
1345       if (Scale == 1 ||
1346           (AllUsesAreAddresses &&
1347            ValidStride(HasBaseReg, Scale, UsersToProcess)))
1348         for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1349                IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1350           // FIXME: Only handle base == 0 for now.
1351           // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion.
1352           if (II->Base->isZero() &&
1353               !RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1354             IV = *II;
1355             return SE->getIntegerSCEV(Scale, Stride->getType());
1356           }
1357     }
1358   } else if (AllUsesAreOutsideLoop) {
1359     // Accept nonconstant strides here; it is really really right to substitute
1360     // an existing IV if we can.
1361     for (unsigned NewStride = 0, e = StrideOrder.size(); NewStride != e;
1362          ++NewStride) {
1363       std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1364                 IVsByStride.find(StrideOrder[NewStride]);
1365       if (SI == IVsByStride.end() || !isa<SCEVConstant>(SI->first))
1366         continue;
1367       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1368       if (SI->first != Stride && SSInt != 1)
1369         continue;
1370       for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1371              IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1372         // Accept nonzero base here.
1373         // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion.
1374         if (!RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1375           IV = *II;
1376           return Stride;
1377         }
1378     }
1379     // Special case, old IV is -1*x and this one is x.  Can treat this one as
1380     // -1*old.
1381     for (unsigned NewStride = 0, e = StrideOrder.size(); NewStride != e;
1382          ++NewStride) {
1383       std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1384                 IVsByStride.find(StrideOrder[NewStride]);
1385       if (SI == IVsByStride.end()) 
1386         continue;
1387       if (SCEVMulExpr *ME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(SI->first))
1388         if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(ME->getOperand(0)))
1389           if (Stride == ME->getOperand(1) &&
1390               SC->getValue()->getSExtValue() == -1LL)
1391             for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1392                    IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1393               // Accept nonzero base here.
1394               // Only reuse previous IV if it would not require type conversion.
1395               if (!RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1396                 IV = *II;
1397                 return SE->getIntegerSCEV(-1LL, Stride->getType());
1398               }
1399     }
1400   }
1401   return SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1402 }
1403
1404 /// PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue - Simple boolean predicate that
1405 /// returns true if Val's isUseOfPostIncrementedValue is true.
1406 static bool PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue(const BasedUser &Val) {
1407   return Val.isUseOfPostIncrementedValue;
1408 }
1409
1410 /// isNonConstantNegative - Return true if the specified scev is negated, but
1411 /// not a constant.
1412 static bool isNonConstantNegative(const SCEVHandle &Expr) {
1413   SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Expr);
1414   if (!Mul) return false;
1415   
1416   // If there is a constant factor, it will be first.
1417   SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0));
1418   if (!SC) return false;
1419   
1420   // Return true if the value is negative, this matches things like (-42 * V).
1421   return SC->getValue()->getValue().isNegative();
1422 }
1423
1424 // CollectIVUsers - Transform our list of users and offsets to a bit more
1425 // complex table. In this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base', the base
1426 // of the strided accesses, as well as the old information from Uses. We
1427 // progressively move information from the Base field to the Imm field, until
1428 // we eventually have the full access expression to rewrite the use.
1429 SCEVHandle LoopStrengthReduce::CollectIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
1430                                               IVUsersOfOneStride &Uses,
1431                                               Loop *L,
1432                                               bool &AllUsesAreAddresses,
1433                                               bool &AllUsesAreOutsideLoop,
1434                                        std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
1435   UsersToProcess.reserve(Uses.Users.size());
1436   for (unsigned i = 0, e = Uses.Users.size(); i != e; ++i) {
1437     UsersToProcess.push_back(BasedUser(Uses.Users[i], SE));
1438     
1439     // Move any loop variant operands from the offset field to the immediate
1440     // field of the use, so that we don't try to use something before it is
1441     // computed.
1442     MoveLoopVariantsToImmediateField(UsersToProcess.back().Base,
1443                                     UsersToProcess.back().Imm, L, SE);
1444     assert(UsersToProcess.back().Base->isLoopInvariant(L) &&
1445            "Base value is not loop invariant!");
1446   }
1447
1448   // We now have a whole bunch of uses of like-strided induction variables, but
1449   // they might all have different bases.  We want to emit one PHI node for this
1450   // stride which we fold as many common expressions (between the IVs) into as
1451   // possible.  Start by identifying the common expressions in the base values 
1452   // for the strides (e.g. if we have "A+C+B" and "A+B+D" as our bases, find
1453   // "A+B"), emit it to the preheader, then remove the expression from the
1454   // UsersToProcess base values.
1455   SCEVHandle CommonExprs =
1456     RemoveCommonExpressionsFromUseBases(UsersToProcess, SE, L, TLI);
1457
1458   // Next, figure out what we can represent in the immediate fields of
1459   // instructions.  If we can represent anything there, move it to the imm
1460   // fields of the BasedUsers.  We do this so that it increases the commonality
1461   // of the remaining uses.
1462   unsigned NumPHI = 0;
1463   bool HasAddress = false;
1464   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1465     // If the user is not in the current loop, this means it is using the exit
1466     // value of the IV.  Do not put anything in the base, make sure it's all in
1467     // the immediate field to allow as much factoring as possible.
1468     if (!L->contains(UsersToProcess[i].Inst->getParent())) {
1469       UsersToProcess[i].Imm = SE->getAddExpr(UsersToProcess[i].Imm,
1470                                              UsersToProcess[i].Base);
1471       UsersToProcess[i].Base = 
1472         SE->getIntegerSCEV(0, UsersToProcess[i].Base->getType());
1473     } else {
1474       // Not all uses are outside the loop.
1475       AllUsesAreOutsideLoop = false; 
1476
1477       // Addressing modes can be folded into loads and stores.  Be careful that
1478       // the store is through the expression, not of the expression though.
1479       bool isPHI = false;
1480       bool isAddress = isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
1481                                     UsersToProcess[i].OperandValToReplace);
1482       if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst)) {
1483         isPHI = true;
1484         ++NumPHI;
1485       }
1486
1487       if (isAddress)
1488         HasAddress = true;
1489      
1490       // If this use isn't an address, then not all uses are addresses.
1491       if (!isAddress && !isPHI)
1492         AllUsesAreAddresses = false;
1493       
1494       MoveImmediateValues(TLI, UsersToProcess[i].Inst, UsersToProcess[i].Base,
1495                           UsersToProcess[i].Imm, isAddress, L, SE);
1496     }
1497   }
1498
1499   // If one of the use is a PHI node and all other uses are addresses, still
1500   // allow iv reuse. Essentially we are trading one constant multiplication
1501   // for one fewer iv.
1502   if (NumPHI > 1)
1503     AllUsesAreAddresses = false;
1504     
1505   // There are no in-loop address uses.
1506   if (AllUsesAreAddresses && (!HasAddress && !AllUsesAreOutsideLoop))
1507     AllUsesAreAddresses = false;
1508
1509   return CommonExprs;
1510 }
1511
1512 /// ShouldUseFullStrengthReductionMode - Test whether full strength-reduction
1513 /// is valid and profitable for the given set of users of a stride. In
1514 /// full strength-reduction mode, all addresses at the current stride are
1515 /// strength-reduced all the way down to pointer arithmetic.
1516 ///
1517 bool LoopStrengthReduce::ShouldUseFullStrengthReductionMode(
1518                                    const std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1519                                    const Loop *L,
1520                                    bool AllUsesAreAddresses,
1521                                    SCEVHandle Stride) {
1522   if (!EnableFullLSRMode)
1523     return false;
1524
1525   // The heuristics below aim to avoid increasing register pressure, but
1526   // fully strength-reducing all the addresses increases the number of
1527   // add instructions, so don't do this when optimizing for size.
1528   // TODO: If the loop is large, the savings due to simpler addresses
1529   // may oughtweight the costs of the extra increment instructions.
1530   if (L->getHeader()->getParent()->hasFnAttr(Attribute::OptimizeForSize))
1531     return false;
1532
1533   // TODO: For now, don't do full strength reduction if there could
1534   // potentially be greater-stride multiples of the current stride
1535   // which could reuse the current stride IV.
1536   if (StrideOrder.back() != Stride)
1537     return false;
1538
1539   // Iterate through the uses to find conditions that automatically rule out
1540   // full-lsr mode.
1541   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ) {
1542     SCEV *Base = UsersToProcess[i].Base;
1543     SCEV *Imm = UsersToProcess[i].Imm;
1544     // If any users have a loop-variant component, they can't be fully
1545     // strength-reduced.
1546     if (Imm && !Imm->isLoopInvariant(L))
1547       return false;
1548     // If there are to users with the same base and the difference between
1549     // the two Imm values can't be folded into the address, full
1550     // strength reduction would increase register pressure.
1551     do {
1552       SCEV *CurImm = UsersToProcess[i].Imm;
1553       if ((CurImm || Imm) && CurImm != Imm) {
1554         if (!CurImm) CurImm = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1555         if (!Imm)       Imm = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1556         const Instruction *Inst = UsersToProcess[i].Inst;
1557         const Type *UseTy = getAccessType(Inst);
1558         SCEVHandle Diff = SE->getMinusSCEV(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1559         if (!Diff->isZero() &&
1560             (!AllUsesAreAddresses ||
1561              !fitsInAddressMode(Diff, UseTy, TLI, /*HasBaseReg=*/true)))
1562           return false;
1563       }
1564     } while (++i != e && Base == UsersToProcess[i].Base);
1565   }
1566
1567   // If there's exactly one user in this stride, fully strength-reducing it
1568   // won't increase register pressure. If it's starting from a non-zero base,
1569   // it'll be simpler this way.
1570   if (UsersToProcess.size() == 1 && !UsersToProcess[0].Base->isZero())
1571     return true;
1572
1573   // Otherwise, if there are any users in this stride that don't require
1574   // a register for their base, full strength-reduction will increase
1575   // register pressure.
1576   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1577     if (UsersToProcess[i].Base->isZero())
1578       return false;
1579
1580   // Otherwise, go for it.
1581   return true;
1582 }
1583
1584 /// InsertAffinePhi Create and insert a PHI node for an induction variable
1585 /// with the specified start and step values in the specified loop.
1586 ///
1587 /// If NegateStride is true, the stride should be negated by using a
1588 /// subtract instead of an add.
1589 ///
1590 /// Return the created phi node.
1591 ///
1592 static PHINode *InsertAffinePhi(SCEVHandle Start, SCEVHandle Step,
1593                                 const Loop *L,
1594                                 SCEVExpander &Rewriter) {
1595   assert(Start->isLoopInvariant(L) && "New PHI start is not loop invariant!");
1596   assert(Step->isLoopInvariant(L) && "New PHI stride is not loop invariant!");
1597
1598   BasicBlock *Header = L->getHeader();
1599   BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
1600   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1601
1602   PHINode *PN = PHINode::Create(Start->getType(), "lsr.iv", Header->begin());
1603   PN->addIncoming(Rewriter.expandCodeFor(Start, Preheader->getTerminator()),
1604                   Preheader);
1605
1606   // If the stride is negative, insert a sub instead of an add for the
1607   // increment.
1608   bool isNegative = isNonConstantNegative(Step);
1609   SCEVHandle IncAmount = Step;
1610   if (isNegative)
1611     IncAmount = Rewriter.SE.getNegativeSCEV(Step);
1612
1613   // Insert an add instruction right before the terminator corresponding
1614   // to the back-edge.
1615   Value *StepV = Rewriter.expandCodeFor(IncAmount, Preheader->getTerminator());
1616   Instruction *IncV;
1617   if (isNegative) {
1618     IncV = BinaryOperator::CreateSub(PN, StepV, "lsr.iv.next",
1619                                      LatchBlock->getTerminator());
1620   } else {
1621     IncV = BinaryOperator::CreateAdd(PN, StepV, "lsr.iv.next",
1622                                      LatchBlock->getTerminator());
1623   }
1624   if (!isa<ConstantInt>(StepV)) ++NumVariable;
1625
1626   PN->addIncoming(IncV, LatchBlock);
1627
1628   ++NumInserted;
1629   return PN;
1630 }
1631
1632 static void SortUsersToProcess(std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
1633   // We want to emit code for users inside the loop first.  To do this, we
1634   // rearrange BasedUser so that the entries at the end have
1635   // isUseOfPostIncrementedValue = false, because we pop off the end of the
1636   // vector (so we handle them first).
1637   std::partition(UsersToProcess.begin(), UsersToProcess.end(),
1638                  PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue);
1639
1640   // Sort this by base, so that things with the same base are handled
1641   // together.  By partitioning first and stable-sorting later, we are
1642   // guaranteed that within each base we will pop off users from within the
1643   // loop before users outside of the loop with a particular base.
1644   //
1645   // We would like to use stable_sort here, but we can't.  The problem is that
1646   // SCEVHandle's don't have a deterministic ordering w.r.t to each other, so
1647   // we don't have anything to do a '<' comparison on.  Because we think the
1648   // number of uses is small, do a horrible bubble sort which just relies on
1649   // ==.
1650   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1651     // Get a base value.
1652     SCEVHandle Base = UsersToProcess[i].Base;
1653
1654     // Compact everything with this base to be consecutive with this one.
1655     for (unsigned j = i+1; j != e; ++j) {
1656       if (UsersToProcess[j].Base == Base) {
1657         std::swap(UsersToProcess[i+1], UsersToProcess[j]);
1658         ++i;
1659       }
1660     }
1661   }
1662 }
1663
1664 /// PrepareToStrengthReduceFully - Prepare to fully strength-reduce
1665 /// UsersToProcess, meaning lowering addresses all the way down to direct
1666 /// pointer arithmetic.
1667 ///
1668 void
1669 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceFully(
1670                                         std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1671                                         SCEVHandle Stride,
1672                                         SCEVHandle CommonExprs,
1673                                         const Loop *L,
1674                                         SCEVExpander &PreheaderRewriter) {
1675   DOUT << "  Fully reducing all users\n";
1676
1677   // Rewrite the UsersToProcess records, creating a separate PHI for each
1678   // unique Base value.
1679   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ) {
1680     // TODO: The uses are grouped by base, but not sorted. We arbitrarily
1681     // pick the first Imm value here to start with, and adjust it for the
1682     // other uses.
1683     SCEVHandle Imm = UsersToProcess[i].Imm;
1684     SCEVHandle Base = UsersToProcess[i].Base;
1685     SCEVHandle Start = SE->getAddExpr(CommonExprs, Base, Imm);
1686     PHINode *Phi = InsertAffinePhi(Start, Stride, L,
1687                                    PreheaderRewriter);
1688     // Loop over all the users with the same base.
1689     do {
1690       UsersToProcess[i].Base = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1691       UsersToProcess[i].Imm = SE->getMinusSCEV(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1692       UsersToProcess[i].Phi = Phi;
1693       assert(UsersToProcess[i].Imm->isLoopInvariant(L) &&
1694              "ShouldUseFullStrengthReductionMode should reject this!");
1695     } while (++i != e && Base == UsersToProcess[i].Base);
1696   }
1697 }
1698
1699 /// PrepareToStrengthReduceWithNewPhi - Insert a new induction variable for the
1700 /// given users to share.
1701 ///
1702 void
1703 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(
1704                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1705                                          SCEVHandle Stride,
1706                                          SCEVHandle CommonExprs,
1707                                          Value *CommonBaseV,
1708                                          const Loop *L,
1709                                          SCEVExpander &PreheaderRewriter) {
1710   DOUT << "  Inserting new PHI:\n";
1711
1712   PHINode *Phi = InsertAffinePhi(SE->getUnknown(CommonBaseV),
1713                                  Stride, L,
1714                                  PreheaderRewriter);
1715
1716   // Remember this in case a later stride is multiple of this.
1717   IVsByStride[Stride].addIV(Stride, CommonExprs, Phi);
1718
1719   // All the users will share this new IV.
1720   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1721     UsersToProcess[i].Phi = Phi;
1722
1723   DOUT << "    IV=";
1724   DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, Phi, /*PrintType=*/false));
1725   DOUT << "\n";
1726 }
1727
1728 /// PrepareToStrengthReduceWithNewPhi - Prepare for the given users to reuse
1729 /// an induction variable with a stride that is a factor of the current
1730 /// induction variable.
1731 ///
1732 void
1733 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(
1734                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1735                                          Value *CommonBaseV,
1736                                          const IVExpr &ReuseIV,
1737                                          Instruction *PreInsertPt) {
1738   DOUT << "  Rewriting in terms of existing IV of STRIDE " << *ReuseIV.Stride
1739        << " and BASE " << *ReuseIV.Base << "\n";
1740
1741   // All the users will share the reused IV.
1742   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1743     UsersToProcess[i].Phi = ReuseIV.PHI;
1744
1745   Constant *C = dyn_cast<Constant>(CommonBaseV);
1746   if (C &&
1747       (!C->isNullValue() &&
1748        !fitsInAddressMode(SE->getUnknown(CommonBaseV), CommonBaseV->getType(),
1749                          TLI, false)))
1750     // We want the common base emitted into the preheader! This is just
1751     // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1752     CommonBaseV = new BitCastInst(CommonBaseV, CommonBaseV->getType(),
1753                                   "commonbase", PreInsertPt);
1754 }
1755
1756 static bool IsImmFoldedIntoAddrMode(GlobalValue *GV, int64_t Offset,
1757                                     const Type *AccessTy,
1758                                    std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1759                                    const TargetLowering *TLI) {
1760   SmallVector<Instruction*, 16> AddrModeInsts;
1761   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1762     if (UsersToProcess[i].isUseOfPostIncrementedValue)
1763       continue;
1764     ExtAddrMode AddrMode =
1765       AddressingModeMatcher::Match(UsersToProcess[i].OperandValToReplace,
1766                                    AccessTy, UsersToProcess[i].Inst,
1767                                    AddrModeInsts, *TLI);
1768     if (GV && GV != AddrMode.BaseGV)
1769       return false;
1770     if (Offset && !AddrMode.BaseOffs)
1771       // FIXME: How to accurate check it's immediate offset is folded.
1772       return false;
1773     AddrModeInsts.clear();
1774   }
1775   return true;
1776 }
1777
1778 /// StrengthReduceStridedIVUsers - Strength reduce all of the users of a single
1779 /// stride of IV.  All of the users may have different starting values, and this
1780 /// may not be the only stride.
1781 void LoopStrengthReduce::StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
1782                                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
1783                                                       Loop *L) {
1784   // If all the users are moved to another stride, then there is nothing to do.
1785   if (Uses.Users.empty())
1786     return;
1787
1788   // Keep track if every use in UsersToProcess is an address. If they all are,
1789   // we may be able to rewrite the entire collection of them in terms of a
1790   // smaller-stride IV.
1791   bool AllUsesAreAddresses = true;
1792
1793   // Keep track if every use of a single stride is outside the loop.  If so,
1794   // we want to be more aggressive about reusing a smaller-stride IV; a
1795   // multiply outside the loop is better than another IV inside.  Well, usually.
1796   bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
1797
1798   // Transform our list of users and offsets to a bit more complex table.  In
1799   // this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base' the base of the
1800   // strided accessas well as the old information from Uses.  We progressively
1801   // move information from the Base field to the Imm field, until we eventually
1802   // have the full access expression to rewrite the use.
1803   std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
1804   SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(Stride, Uses, L, AllUsesAreAddresses,
1805                                           AllUsesAreOutsideLoop,
1806                                           UsersToProcess);
1807
1808   // Sort the UsersToProcess array so that users with common bases are
1809   // next to each other.
1810   SortUsersToProcess(UsersToProcess);
1811
1812   // If we managed to find some expressions in common, we'll need to carry
1813   // their value in a register and add it in for each use. This will take up
1814   // a register operand, which potentially restricts what stride values are
1815   // valid.
1816   bool HaveCommonExprs = !CommonExprs->isZero();
1817
1818   const Type *ReplacedTy = CommonExprs->getType();
1819
1820   // If all uses are addresses, consider sinking the immediate part of the
1821   // common expression back into uses if they can fit in the immediate fields.
1822   if (TLI && HaveCommonExprs && AllUsesAreAddresses) {
1823     SCEVHandle NewCommon = CommonExprs;
1824     SCEVHandle Imm = SE->getIntegerSCEV(0, ReplacedTy);
1825     MoveImmediateValues(TLI, Type::VoidTy, NewCommon, Imm, true, L, SE);
1826     if (!Imm->isZero()) {
1827       bool DoSink = true;
1828
1829       // If the immediate part of the common expression is a GV, check if it's
1830       // possible to fold it into the target addressing mode.
1831       GlobalValue *GV = 0;
1832       if (SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(Imm)) {
1833         if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(SU->getValue()))
1834           if (CE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
1835             GV = dyn_cast<GlobalValue>(CE->getOperand(0));
1836       }
1837       int64_t Offset = 0;
1838       if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Imm))
1839         Offset = SC->getValue()->getSExtValue();
1840       if (GV || Offset)
1841         // Pass VoidTy as the AccessTy to be conservative, because
1842         // there could be multiple access types among all the uses.
1843         DoSink = IsImmFoldedIntoAddrMode(GV, Offset, Type::VoidTy,
1844                                          UsersToProcess, TLI);
1845
1846       if (DoSink) {
1847         DOUT << "  Sinking " << *Imm << " back down into uses\n";
1848         for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1849           UsersToProcess[i].Imm = SE->getAddExpr(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1850         CommonExprs = NewCommon;
1851         HaveCommonExprs = !CommonExprs->isZero();
1852         ++NumImmSunk;
1853       }
1854     }
1855   }
1856
1857   // Now that we know what we need to do, insert the PHI node itself.
1858   //
1859   DOUT << "LSR: Examining IVs of TYPE " << *ReplacedTy << " of STRIDE "
1860        << *Stride << ":\n"
1861        << "  Common base: " << *CommonExprs << "\n";
1862
1863   SCEVExpander Rewriter(*SE, *LI);
1864   SCEVExpander PreheaderRewriter(*SE, *LI);
1865
1866   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
1867   Instruction *PreInsertPt = Preheader->getTerminator();
1868   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1869
1870   Value *CommonBaseV = ConstantInt::get(ReplacedTy, 0);
1871
1872   SCEVHandle RewriteFactor = SE->getIntegerSCEV(0, ReplacedTy);
1873   IVExpr   ReuseIV(SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1874                    SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1875                    0);
1876
1877   /// Choose a strength-reduction strategy and prepare for it by creating
1878   /// the necessary PHIs and adjusting the bookkeeping.
1879   if (ShouldUseFullStrengthReductionMode(UsersToProcess, L,
1880                                          AllUsesAreAddresses, Stride)) {
1881     PrepareToStrengthReduceFully(UsersToProcess, Stride, CommonExprs, L,
1882                                  PreheaderRewriter);
1883   } else {
1884     // Emit the initial base value into the loop preheader.
1885     CommonBaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(CommonExprs, PreInsertPt);
1886
1887     // If all uses are addresses, check if it is possible to reuse an IV with a
1888     // stride that is a factor of this stride. And that the multiple is a number
1889     // that can be encoded in the scale field of the target addressing mode. And
1890     // that we will have a valid instruction after this substition, including
1891     // the immediate field, if any.
1892     RewriteFactor = CheckForIVReuse(HaveCommonExprs, AllUsesAreAddresses,
1893                                     AllUsesAreOutsideLoop,
1894                                     Stride, ReuseIV, ReplacedTy,
1895                                     UsersToProcess);
1896     if (isa<SCEVConstant>(RewriteFactor) &&
1897         cast<SCEVConstant>(RewriteFactor)->isZero())
1898       PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(UsersToProcess, Stride, CommonExprs,
1899                                         CommonBaseV, L, PreheaderRewriter);
1900     else
1901       PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(UsersToProcess, CommonBaseV,
1902                                                ReuseIV, PreInsertPt);
1903   }
1904
1905   // Process all the users now, replacing their strided uses with
1906   // strength-reduced forms.  This outer loop handles all bases, the inner
1907   // loop handles all users of a particular base.
1908   while (!UsersToProcess.empty()) {
1909     SCEVHandle Base = UsersToProcess.back().Base;
1910     Instruction *Inst = UsersToProcess.back().Inst;
1911
1912     // Emit the code for Base into the preheader.
1913     Value *BaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(Base, PreInsertPt);
1914
1915     DOUT << "  Examining uses with BASE ";
1916     DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, BaseV, /*PrintType=*/false));
1917     DOUT << ":\n";
1918
1919     // If BaseV is a constant other than 0, make sure that it gets inserted into
1920     // the preheader, instead of being forward substituted into the uses.  We do
1921     // this by forcing a BitCast (noop cast) to be inserted into the preheader 
1922     // in this case.
1923     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(BaseV)) {
1924       if (!C->isNullValue() && !fitsInAddressMode(Base, getAccessType(Inst),
1925                                                  TLI, false)) {
1926         // We want this constant emitted into the preheader! This is just
1927         // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1928         BaseV = new BitCastInst(BaseV, BaseV->getType(), "preheaderinsert",
1929                                 PreInsertPt);       
1930       }
1931     }
1932
1933     // Emit the code to add the immediate offset to the Phi value, just before
1934     // the instructions that we identified as using this stride and base.
1935     do {
1936       // FIXME: Use emitted users to emit other users.
1937       BasedUser &User = UsersToProcess.back();
1938
1939       DOUT << "    Examining use ";
1940       DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, UsersToProcess.back().OperandValToReplace,
1941                            /*PrintType=*/false));
1942       DOUT << " in Inst: " << *Inst;
1943
1944       // If this instruction wants to use the post-incremented value, move it
1945       // after the post-inc and use its value instead of the PHI.
1946       Value *RewriteOp = User.Phi;
1947       if (User.isUseOfPostIncrementedValue) {
1948         RewriteOp = User.Phi->getIncomingValueForBlock(LatchBlock);
1949
1950         // If this user is in the loop, make sure it is the last thing in the
1951         // loop to ensure it is dominated by the increment.
1952         if (L->contains(User.Inst->getParent()))
1953           User.Inst->moveBefore(LatchBlock->getTerminator());
1954       }
1955       if (RewriteOp->getType() != ReplacedTy) {
1956         Instruction::CastOps opcode = Instruction::Trunc;
1957         if (ReplacedTy->getPrimitiveSizeInBits() ==
1958             RewriteOp->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1959           opcode = Instruction::BitCast;
1960         RewriteOp = SCEVExpander::InsertCastOfTo(opcode, RewriteOp, ReplacedTy);
1961       }
1962
1963       SCEVHandle RewriteExpr = SE->getUnknown(RewriteOp);
1964
1965       // If we had to insert new instructions for RewriteOp, we have to
1966       // consider that they may not have been able to end up immediately
1967       // next to RewriteOp, because non-PHI instructions may never precede
1968       // PHI instructions in a block. In this case, remember where the last
1969       // instruction was inserted so that if we're replacing a different
1970       // PHI node, we can use the later point to expand the final
1971       // RewriteExpr.
1972       Instruction *NewBasePt = dyn_cast<Instruction>(RewriteOp);
1973       if (RewriteOp == User.Phi) NewBasePt = 0;
1974
1975       // Clear the SCEVExpander's expression map so that we are guaranteed
1976       // to have the code emitted where we expect it.
1977       Rewriter.clear();
1978
1979       // If we are reusing the iv, then it must be multiplied by a constant
1980       // factor to take advantage of the addressing mode scale component.
1981       if (!isa<SCEVConstant>(RewriteFactor) ||
1982           !cast<SCEVConstant>(RewriteFactor)->isZero()) {
1983         // If we're reusing an IV with a nonzero base (currently this happens
1984         // only when all reuses are outside the loop) subtract that base here.
1985         // The base has been used to initialize the PHI node but we don't want
1986         // it here.
1987         if (!ReuseIV.Base->isZero()) {
1988           SCEVHandle typedBase = ReuseIV.Base;
1989           if (RewriteExpr->getType()->getPrimitiveSizeInBits() !=
1990               ReuseIV.Base->getType()->getPrimitiveSizeInBits()) {
1991             // It's possible the original IV is a larger type than the new IV,
1992             // in which case we have to truncate the Base.  We checked in
1993             // RequiresTypeConversion that this is valid.
1994             assert (RewriteExpr->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
1995                     ReuseIV.Base->getType()->getPrimitiveSizeInBits() &&
1996                     "Unexpected lengthening conversion!");
1997             typedBase = SE->getTruncateExpr(ReuseIV.Base, 
1998                                             RewriteExpr->getType());
1999           }
2000           RewriteExpr = SE->getMinusSCEV(RewriteExpr, typedBase);
2001         }
2002
2003         // Multiply old variable, with base removed, by new scale factor.
2004         RewriteExpr = SE->getMulExpr(RewriteFactor,
2005                                      RewriteExpr);
2006
2007         // The common base is emitted in the loop preheader. But since we
2008         // are reusing an IV, it has not been used to initialize the PHI node.
2009         // Add it to the expression used to rewrite the uses.
2010         // When this use is outside the loop, we earlier subtracted the
2011         // common base, and are adding it back here.  Use the same expression
2012         // as before, rather than CommonBaseV, so DAGCombiner will zap it.
2013         if (!isa<ConstantInt>(CommonBaseV) ||
2014             !cast<ConstantInt>(CommonBaseV)->isZero()) {
2015           if (L->contains(User.Inst->getParent()))
2016             RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr,
2017                                        SE->getUnknown(CommonBaseV));
2018           else
2019             RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, CommonExprs);
2020         }
2021       }
2022
2023       // Now that we know what we need to do, insert code before User for the
2024       // immediate and any loop-variant expressions.
2025       if (!isa<ConstantInt>(BaseV) || !cast<ConstantInt>(BaseV)->isZero())
2026         // Add BaseV to the PHI value if needed.
2027         RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, SE->getUnknown(BaseV));
2028
2029       User.RewriteInstructionToUseNewBase(RewriteExpr, NewBasePt,
2030                                           Rewriter, L, this,
2031                                           DeadInsts);
2032
2033       // Mark old value we replaced as possibly dead, so that it is eliminated
2034       // if we just replaced the last use of that value.
2035       DeadInsts.push_back(cast<Instruction>(User.OperandValToReplace));
2036
2037       UsersToProcess.pop_back();
2038       ++NumReduced;
2039
2040       // If there are any more users to process with the same base, process them
2041       // now.  We sorted by base above, so we just have to check the last elt.
2042     } while (!UsersToProcess.empty() && UsersToProcess.back().Base == Base);
2043     // TODO: Next, find out which base index is the most common, pull it out.
2044   }
2045
2046   // IMPORTANT TODO: Figure out how to partition the IV's with this stride, but
2047   // different starting values, into different PHIs.
2048 }
2049
2050 /// FindIVUserForCond - If Cond has an operand that is an expression of an IV,
2051 /// set the IV user and stride information and return true, otherwise return
2052 /// false.
2053 bool LoopStrengthReduce::FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
2054                                        const SCEVHandle *&CondStride) {
2055   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e && !CondUse;
2056        ++Stride) {
2057     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
2058     IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
2059     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2060     
2061     for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
2062          E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI)
2063       if (UI->User == Cond) {
2064         // NOTE: we could handle setcc instructions with multiple uses here, but
2065         // InstCombine does it as well for simple uses, it's not clear that it
2066         // occurs enough in real life to handle.
2067         CondUse = &*UI;
2068         CondStride = &SI->first;
2069         return true;
2070       }
2071   }
2072   return false;
2073 }    
2074
2075 namespace {
2076   // Constant strides come first which in turns are sorted by their absolute
2077   // values. If absolute values are the same, then positive strides comes first.
2078   // e.g.
2079   // 4, -1, X, 1, 2 ==> 1, -1, 2, 4, X
2080   struct StrideCompare {
2081     bool operator()(const SCEVHandle &LHS, const SCEVHandle &RHS) {
2082       SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS);
2083       SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS);
2084       if (LHSC && RHSC) {
2085         int64_t  LV = LHSC->getValue()->getSExtValue();
2086         int64_t  RV = RHSC->getValue()->getSExtValue();
2087         uint64_t ALV = (LV < 0) ? -LV : LV;
2088         uint64_t ARV = (RV < 0) ? -RV : RV;
2089         if (ALV == ARV) {
2090           if (LV != RV)
2091             return LV > RV;
2092         } else {
2093           return ALV < ARV;
2094         }
2095
2096         // If it's the same value but different type, sort by bit width so
2097         // that we emit larger induction variables before smaller
2098         // ones, letting the smaller be re-written in terms of larger ones.
2099         return RHS->getBitWidth() < LHS->getBitWidth();
2100       }
2101       return LHSC && !RHSC;
2102     }
2103   };
2104 }
2105
2106 /// ChangeCompareStride - If a loop termination compare instruction is the
2107 /// only use of its stride, and the compaison is against a constant value,
2108 /// try eliminate the stride by moving the compare instruction to another
2109 /// stride and change its constant operand accordingly. e.g.
2110 ///
2111 /// loop:
2112 /// ...
2113 /// v1 = v1 + 3
2114 /// v2 = v2 + 1
2115 /// if (v2 < 10) goto loop
2116 /// =>
2117 /// loop:
2118 /// ...
2119 /// v1 = v1 + 3
2120 /// if (v1 < 30) goto loop
2121 ICmpInst *LoopStrengthReduce::ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
2122                                                 IVStrideUse* &CondUse,
2123                                                 const SCEVHandle* &CondStride) {
2124   if (StrideOrder.size() < 2 ||
2125       IVUsesByStride[*CondStride].Users.size() != 1)
2126     return Cond;
2127   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(*CondStride);
2128   if (!SC) return Cond;
2129
2130   ICmpInst::Predicate Predicate = Cond->getPredicate();
2131   int64_t CmpSSInt = SC->getValue()->getSExtValue();
2132   unsigned BitWidth = (*CondStride)->getBitWidth();
2133   uint64_t SignBit = 1ULL << (BitWidth-1);
2134   const Type *CmpTy = Cond->getOperand(0)->getType();
2135   const Type *NewCmpTy = NULL;
2136   unsigned TyBits = CmpTy->getPrimitiveSizeInBits();
2137   unsigned NewTyBits = 0;
2138   SCEVHandle *NewStride = NULL;
2139   Value *NewCmpLHS = NULL;
2140   Value *NewCmpRHS = NULL;
2141   int64_t Scale = 1;
2142   SCEVHandle NewOffset = SE->getIntegerSCEV(0, UIntPtrTy);
2143
2144   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Cond->getOperand(1))) {
2145     int64_t CmpVal = C->getValue().getSExtValue();
2146
2147     // Check stride constant and the comparision constant signs to detect
2148     // overflow.
2149     if ((CmpVal & SignBit) != (CmpSSInt & SignBit))
2150       return Cond;
2151
2152     // Look for a suitable stride / iv as replacement.
2153     for (unsigned i = 0, e = StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
2154       std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
2155         IVUsesByStride.find(StrideOrder[i]);
2156       if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
2157         continue;
2158       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
2159       if (abs(SSInt) <= abs(CmpSSInt) || (SSInt % CmpSSInt) != 0)
2160         continue;
2161
2162       Scale = SSInt / CmpSSInt;
2163       int64_t NewCmpVal = CmpVal * Scale;
2164       APInt Mul = APInt(BitWidth, NewCmpVal);
2165       // Check for overflow.
2166       if (Mul.getSExtValue() != NewCmpVal)
2167         continue;
2168
2169       // Watch out for overflow.
2170       if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate) &&
2171           (CmpVal & SignBit) != (NewCmpVal & SignBit))
2172         continue;
2173
2174       if (NewCmpVal == CmpVal)
2175         continue;
2176       // Pick the best iv to use trying to avoid a cast.
2177       NewCmpLHS = NULL;
2178       for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
2179              E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI) {
2180         NewCmpLHS = UI->OperandValToReplace;
2181         if (NewCmpLHS->getType() == CmpTy)
2182           break;
2183       }
2184       if (!NewCmpLHS)
2185         continue;
2186
2187       NewCmpTy = NewCmpLHS->getType();
2188       NewTyBits = isa<PointerType>(NewCmpTy)
2189         ? UIntPtrTy->getPrimitiveSizeInBits()
2190         : NewCmpTy->getPrimitiveSizeInBits();
2191       if (RequiresTypeConversion(NewCmpTy, CmpTy)) {
2192         // Check if it is possible to rewrite it using
2193         // an iv / stride of a smaller integer type.
2194         bool TruncOk = false;
2195         if (NewCmpTy->isInteger()) {
2196           unsigned Bits = NewTyBits;
2197           if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate))
2198             --Bits;
2199           uint64_t Mask = (1ULL << Bits) - 1;
2200           if (((uint64_t)NewCmpVal & Mask) == (uint64_t)NewCmpVal)
2201             TruncOk = true;
2202         }
2203         if (!TruncOk)
2204           continue;
2205       }
2206
2207       // Don't rewrite if use offset is non-constant and the new type is
2208       // of a different type.
2209       // FIXME: too conservative?
2210       if (NewTyBits != TyBits && !isa<SCEVConstant>(CondUse->Offset))
2211         continue;
2212
2213       bool AllUsesAreAddresses = true;
2214       bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
2215       std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
2216       SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(SI->first, SI->second, L,
2217                                               AllUsesAreAddresses,
2218                                               AllUsesAreOutsideLoop,
2219                                               UsersToProcess);
2220       // Avoid rewriting the compare instruction with an iv of new stride
2221       // if it's likely the new stride uses will be rewritten using the
2222       // stride of the compare instruction.
2223       if (AllUsesAreAddresses &&
2224           ValidStride(!CommonExprs->isZero(), Scale, UsersToProcess))
2225         continue;
2226
2227       // If scale is negative, use swapped predicate unless it's testing
2228       // for equality.
2229       if (Scale < 0 && !Cond->isEquality())
2230         Predicate = ICmpInst::getSwappedPredicate(Predicate);
2231
2232       NewStride = &StrideOrder[i];
2233       if (!isa<PointerType>(NewCmpTy))
2234         NewCmpRHS = ConstantInt::get(NewCmpTy, NewCmpVal);
2235       else {
2236         NewCmpRHS = ConstantInt::get(UIntPtrTy, NewCmpVal);
2237         NewCmpRHS = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr,
2238                                                  NewCmpRHS, NewCmpTy);
2239       }
2240       NewOffset = TyBits == NewTyBits
2241         ? SE->getMulExpr(CondUse->Offset,
2242                          SE->getConstant(ConstantInt::get(CmpTy, Scale)))
2243         : SE->getConstant(ConstantInt::get(NewCmpTy,
2244           cast<SCEVConstant>(CondUse->Offset)->getValue()->getSExtValue()*Scale));
2245       break;
2246     }
2247   }
2248
2249   // Forgo this transformation if it the increment happens to be
2250   // unfortunately positioned after the condition, and the condition
2251   // has multiple uses which prevent it from being moved immediately
2252   // before the branch. See
2253   // test/Transforms/LoopStrengthReduce/change-compare-stride-trickiness-*.ll
2254   // for an example of this situation.
2255   if (!Cond->hasOneUse()) {
2256     for (BasicBlock::iterator I = Cond, E = Cond->getParent()->end();
2257          I != E; ++I)
2258       if (I == NewCmpLHS)
2259         return Cond;
2260   }
2261
2262   if (NewCmpRHS) {
2263     // Create a new compare instruction using new stride / iv.
2264     ICmpInst *OldCond = Cond;
2265     // Insert new compare instruction.
2266     Cond = new ICmpInst(Predicate, NewCmpLHS, NewCmpRHS,
2267                         L->getHeader()->getName() + ".termcond",
2268                         OldCond);
2269
2270     // Remove the old compare instruction. The old indvar is probably dead too.
2271     DeadInsts.push_back(cast<Instruction>(CondUse->OperandValToReplace));
2272     SE->deleteValueFromRecords(OldCond);
2273     OldCond->replaceAllUsesWith(Cond);
2274     OldCond->eraseFromParent();
2275
2276     IVUsesByStride[*CondStride].Users.pop_back();
2277     IVUsesByStride[*NewStride].addUser(NewOffset, Cond, NewCmpLHS);
2278     CondUse = &IVUsesByStride[*NewStride].Users.back();
2279     CondStride = NewStride;
2280     ++NumEliminated;
2281   }
2282
2283   return Cond;
2284 }
2285
2286 /// OptimizeSMax - Rewrite the loop's terminating condition if it uses
2287 /// an smax computation.
2288 ///
2289 /// This is a narrow solution to a specific, but acute, problem. For loops
2290 /// like this:
2291 ///
2292 ///   i = 0;
2293 ///   do {
2294 ///     p[i] = 0.0;
2295 ///   } while (++i < n);
2296 ///
2297 /// where the comparison is signed, the trip count isn't just 'n', because
2298 /// 'n' could be negative. And unfortunately this can come up even for loops
2299 /// where the user didn't use a C do-while loop. For example, seemingly
2300 /// well-behaved top-test loops will commonly be lowered like this:
2301 //
2302 ///   if (n > 0) {
2303 ///     i = 0;
2304 ///     do {
2305 ///       p[i] = 0.0;
2306 ///     } while (++i < n);
2307 ///   }
2308 ///
2309 /// and then it's possible for subsequent optimization to obscure the if
2310 /// test in such a way that indvars can't find it.
2311 ///
2312 /// When indvars can't find the if test in loops like this, it creates a
2313 /// signed-max expression, which allows it to give the loop a canonical
2314 /// induction variable:
2315 ///
2316 ///   i = 0;
2317 ///   smax = n < 1 ? 1 : n;
2318 ///   do {
2319 ///     p[i] = 0.0;
2320 ///   } while (++i != smax);
2321 ///
2322 /// Canonical induction variables are necessary because the loop passes
2323 /// are designed around them. The most obvious example of this is the
2324 /// LoopInfo analysis, which doesn't remember trip count values. It
2325 /// expects to be able to rediscover the trip count each time it is
2326 /// needed, and it does this using a simple analyis that only succeeds if
2327 /// the loop has a canonical induction variable.
2328 ///
2329 /// However, when it comes time to generate code, the maximum operation
2330 /// can be quite costly, especially if it's inside of an outer loop.
2331 ///
2332 /// This function solves this problem by detecting this type of loop and
2333 /// rewriting their conditions from ICMP_NE back to ICMP_SLT, and deleting
2334 /// the instructions for the maximum computation.
2335 ///
2336 ICmpInst *LoopStrengthReduce::OptimizeSMax(Loop *L, ICmpInst *Cond,
2337                                            IVStrideUse* &CondUse) {
2338   // Check that the loop matches the pattern we're looking for.
2339   if (Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_EQ &&
2340       Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_NE)
2341     return Cond;
2342
2343   SelectInst *Sel = dyn_cast<SelectInst>(Cond->getOperand(1));
2344   if (!Sel || !Sel->hasOneUse()) return Cond;
2345
2346   SCEVHandle BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
2347   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
2348     return Cond;
2349   SCEVHandle One = SE->getIntegerSCEV(1, BackedgeTakenCount->getType());
2350
2351   // Add one to the backedge-taken count to get the trip count.
2352   SCEVHandle IterationCount = SE->getAddExpr(BackedgeTakenCount, One);
2353
2354   // Check for a max calculation that matches the pattern.
2355   SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(IterationCount);
2356   if (!SMax || SMax != SE->getSCEV(Sel)) return Cond;
2357
2358   SCEVHandle SMaxLHS = SMax->getOperand(0);
2359   SCEVHandle SMaxRHS = SMax->getOperand(1);
2360   if (!SMaxLHS || SMaxLHS != One) return Cond;
2361
2362   // Check the relevant induction variable for conformance to
2363   // the pattern.
2364   SCEVHandle IV = SE->getSCEV(Cond->getOperand(0));
2365   SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
2366   if (!AR || !AR->isAffine() ||
2367       AR->getStart() != One ||
2368       AR->getStepRecurrence(*SE) != One)
2369     return Cond;
2370
2371   assert(AR->getLoop() == L &&
2372          "Loop condition operand is an addrec in a different loop!");
2373
2374   // Check the right operand of the select, and remember it, as it will
2375   // be used in the new comparison instruction.
2376   Value *NewRHS = 0;
2377   if (SE->getSCEV(Sel->getOperand(1)) == SMaxRHS)
2378     NewRHS = Sel->getOperand(1);
2379   else if (SE->getSCEV(Sel->getOperand(2)) == SMaxRHS)
2380     NewRHS = Sel->getOperand(2);
2381   if (!NewRHS) return Cond;
2382
2383   // Ok, everything looks ok to change the condition into an SLT or SGE and
2384   // delete the max calculation.
2385   ICmpInst *NewCond =
2386     new ICmpInst(Cond->getPredicate() == CmpInst::ICMP_NE ?
2387                    CmpInst::ICMP_SLT :
2388                    CmpInst::ICMP_SGE,
2389                  Cond->getOperand(0), NewRHS, "scmp", Cond);
2390
2391   // Delete the max calculation instructions.
2392   SE->deleteValueFromRecords(Cond);
2393   Cond->replaceAllUsesWith(NewCond);
2394   Cond->eraseFromParent();
2395   Instruction *Cmp = cast<Instruction>(Sel->getOperand(0));
2396   SE->deleteValueFromRecords(Sel);
2397   Sel->eraseFromParent();
2398   if (Cmp->use_empty()) {
2399     SE->deleteValueFromRecords(Cmp);
2400     Cmp->eraseFromParent();
2401   }
2402   CondUse->User = NewCond;
2403   return NewCond;
2404 }
2405
2406 /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
2407 /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
2408 void LoopStrengthReduce::OptimizeShadowIV(Loop *L) {
2409
2410   SCEVHandle BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
2411   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
2412     return;
2413
2414   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e;
2415        ++Stride) {
2416     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
2417       IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
2418     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2419     if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
2420       continue;
2421
2422     for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
2423            E = SI->second.Users.end(); UI != E; /* empty */) {
2424       std::vector<IVStrideUse>::iterator CandidateUI = UI;
2425       ++UI;
2426       Instruction *ShadowUse = CandidateUI->User;
2427       const Type *DestTy = NULL;
2428
2429       /* If shadow use is a int->float cast then insert a second IV
2430          to eliminate this cast.
2431
2432            for (unsigned i = 0; i < n; ++i) 
2433              foo((double)i);
2434
2435          is transformed into
2436
2437            double d = 0.0;
2438            for (unsigned i = 0; i < n; ++i, ++d) 
2439              foo(d);
2440       */
2441       if (UIToFPInst *UCast = dyn_cast<UIToFPInst>(CandidateUI->User))
2442         DestTy = UCast->getDestTy();
2443       else if (SIToFPInst *SCast = dyn_cast<SIToFPInst>(CandidateUI->User))
2444         DestTy = SCast->getDestTy();
2445       if (!DestTy) continue;
2446
2447       if (TLI) {
2448         /* If target does not support DestTy natively then do not apply
2449            this transformation. */
2450         MVT DVT = TLI->getValueType(DestTy);
2451         if (!TLI->isTypeLegal(DVT)) continue;
2452       }
2453
2454       PHINode *PH = dyn_cast<PHINode>(ShadowUse->getOperand(0));
2455       if (!PH) continue;
2456       if (PH->getNumIncomingValues() != 2) continue;
2457
2458       const Type *SrcTy = PH->getType();
2459       int Mantissa = DestTy->getFPMantissaWidth();
2460       if (Mantissa == -1) continue; 
2461       if ((int)TD->getTypeSizeInBits(SrcTy) > Mantissa)
2462         continue;
2463
2464       unsigned Entry, Latch;
2465       if (PH->getIncomingBlock(0) == L->getLoopPreheader()) {
2466         Entry = 0;
2467         Latch = 1;
2468       } else {
2469         Entry = 1;
2470         Latch = 0;
2471       }
2472         
2473       ConstantInt *Init = dyn_cast<ConstantInt>(PH->getIncomingValue(Entry));
2474       if (!Init) continue;
2475       ConstantFP *NewInit = ConstantFP::get(DestTy, Init->getZExtValue());
2476
2477       BinaryOperator *Incr = 
2478         dyn_cast<BinaryOperator>(PH->getIncomingValue(Latch));
2479       if (!Incr) continue;
2480       if (Incr->getOpcode() != Instruction::Add
2481           && Incr->getOpcode() != Instruction::Sub)
2482         continue;
2483
2484       /* Initialize new IV, double d = 0.0 in above example. */
2485       ConstantInt *C = NULL;
2486       if (Incr->getOperand(0) == PH)
2487         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(1));
2488       else if (Incr->getOperand(1) == PH)
2489         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(0));
2490       else
2491         continue;
2492
2493       if (!C) continue;
2494
2495       /* Add new PHINode. */
2496       PHINode *NewPH = PHINode::Create(DestTy, "IV.S.", PH);
2497
2498       /* create new increment. '++d' in above example. */
2499       ConstantFP *CFP = ConstantFP::get(DestTy, C->getZExtValue());
2500       BinaryOperator *NewIncr = 
2501         BinaryOperator::Create(Incr->getOpcode(),
2502                                NewPH, CFP, "IV.S.next.", Incr);
2503
2504       NewPH->addIncoming(NewInit, PH->getIncomingBlock(Entry));
2505       NewPH->addIncoming(NewIncr, PH->getIncomingBlock(Latch));
2506
2507       /* Remove cast operation */
2508       SE->deleteValueFromRecords(ShadowUse);
2509       ShadowUse->replaceAllUsesWith(NewPH);
2510       ShadowUse->eraseFromParent();
2511       SI->second.Users.erase(CandidateUI);
2512       NumShadow++;
2513       break;
2514     }
2515   }
2516 }
2517
2518 // OptimizeIndvars - Now that IVUsesByStride is set up with all of the indvar
2519 // uses in the loop, look to see if we can eliminate some, in favor of using
2520 // common indvars for the different uses.
2521 void LoopStrengthReduce::OptimizeIndvars(Loop *L) {
2522   // TODO: implement optzns here.
2523
2524   OptimizeShadowIV(L);
2525
2526   // Finally, get the terminating condition for the loop if possible.  If we
2527   // can, we want to change it to use a post-incremented version of its
2528   // induction variable, to allow coalescing the live ranges for the IV into
2529   // one register value.
2530   PHINode *SomePHI = cast<PHINode>(L->getHeader()->begin());
2531   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
2532   BasicBlock *LatchBlock =
2533    SomePHI->getIncomingBlock(SomePHI->getIncomingBlock(0) == Preheader);
2534   BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(LatchBlock->getTerminator());
2535   if (!TermBr || TermBr->isUnconditional() || 
2536       !isa<ICmpInst>(TermBr->getCondition()))
2537     return;
2538   ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(TermBr->getCondition());
2539
2540   // Search IVUsesByStride to find Cond's IVUse if there is one.
2541   IVStrideUse *CondUse = 0;
2542   const SCEVHandle *CondStride = 0;
2543
2544   if (!FindIVUserForCond(Cond, CondUse, CondStride))
2545     return; // setcc doesn't use the IV.
2546
2547   // If the trip count is computed in terms of an smax (due to ScalarEvolution
2548   // being unable to find a sufficient guard, for example), change the loop
2549   // comparison to use SLT instead of NE.
2550   Cond = OptimizeSMax(L, Cond, CondUse);
2551
2552   // If possible, change stride and operands of the compare instruction to
2553   // eliminate one stride.
2554   Cond = ChangeCompareStride(L, Cond, CondUse, CondStride);
2555
2556   // It's possible for the setcc instruction to be anywhere in the loop, and
2557   // possible for it to have multiple users.  If it is not immediately before
2558   // the latch block branch, move it.
2559   if (&*++BasicBlock::iterator(Cond) != (Instruction*)TermBr) {
2560     if (Cond->hasOneUse()) {   // Condition has a single use, just move it.
2561       Cond->moveBefore(TermBr);
2562     } else {
2563       // Otherwise, clone the terminating condition and insert into the loopend.
2564       Cond = cast<ICmpInst>(Cond->clone());
2565       Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
2566       LatchBlock->getInstList().insert(TermBr, Cond);
2567       
2568       // Clone the IVUse, as the old use still exists!
2569       IVUsesByStride[*CondStride].addUser(CondUse->Offset, Cond,
2570                                          CondUse->OperandValToReplace);
2571       CondUse = &IVUsesByStride[*CondStride].Users.back();
2572     }
2573   }
2574
2575   // If we get to here, we know that we can transform the setcc instruction to
2576   // use the post-incremented version of the IV, allowing us to coalesce the
2577   // live ranges for the IV correctly.
2578   CondUse->Offset = SE->getMinusSCEV(CondUse->Offset, *CondStride);
2579   CondUse->isUseOfPostIncrementedValue = true;
2580   Changed = true;
2581 }
2582
2583 bool LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
2584
2585   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
2586   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
2587   SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
2588   TD = &getAnalysis<TargetData>();
2589   UIntPtrTy = TD->getIntPtrType();
2590   Changed = false;
2591
2592   // Find all uses of induction variables in this loop, and categorize
2593   // them by stride.  Start by finding all of the PHI nodes in the header for
2594   // this loop.  If they are induction variables, inspect their uses.
2595   SmallPtrSet<Instruction*,16> Processed;   // Don't reprocess instructions.
2596   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ++I)
2597     AddUsersIfInteresting(I, L, Processed);
2598
2599   if (!IVUsesByStride.empty()) {
2600 #ifndef NDEBUG
2601     DOUT << "\nLSR on \"" << L->getHeader()->getParent()->getNameStart()
2602          << "\" ";
2603     DEBUG(L->dump());
2604 #endif
2605
2606     // Sort the StrideOrder so we process larger strides first.
2607     std::stable_sort(StrideOrder.begin(), StrideOrder.end(), StrideCompare());
2608
2609     // Optimize induction variables.  Some indvar uses can be transformed to use
2610     // strides that will be needed for other purposes.  A common example of this
2611     // is the exit test for the loop, which can often be rewritten to use the
2612     // computation of some other indvar to decide when to terminate the loop.
2613     OptimizeIndvars(L);
2614
2615     // FIXME: We can widen subreg IV's here for RISC targets.  e.g. instead of
2616     // doing computation in byte values, promote to 32-bit values if safe.
2617
2618     // FIXME: Attempt to reuse values across multiple IV's.  In particular, we
2619     // could have something like "for(i) { foo(i*8); bar(i*16) }", which should
2620     // be codegened as "for (j = 0;; j+=8) { foo(j); bar(j+j); }" on X86/PPC.
2621     // Need to be careful that IV's are all the same type.  Only works for
2622     // intptr_t indvars.
2623
2624     // IVsByStride keeps IVs for one particular loop.
2625     assert(IVsByStride.empty() && "Stale entries in IVsByStride?");
2626
2627     // Note: this processes each stride/type pair individually.  All users
2628     // passed into StrengthReduceStridedIVUsers have the same type AND stride.
2629     // Also, note that we iterate over IVUsesByStride indirectly by using
2630     // StrideOrder. This extra layer of indirection makes the ordering of
2631     // strides deterministic - not dependent on map order.
2632     for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e; ++Stride) {
2633       std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
2634         IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
2635       assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2636       StrengthReduceStridedIVUsers(SI->first, SI->second, L);
2637     }
2638   }
2639
2640   // We're done analyzing this loop; release all the state we built up for it.
2641   CastedPointers.clear();
2642   IVUsesByStride.clear();
2643   IVsByStride.clear();
2644   StrideOrder.clear();
2645   for (unsigned i=0; i<GEPlist.size(); i++)
2646     SE->deleteValueFromRecords(GEPlist[i]);
2647   GEPlist.clear();  
2648
2649   // Clean up after ourselves
2650   if (!DeadInsts.empty()) {
2651     DeleteTriviallyDeadInstructions();
2652
2653     BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
2654     while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
2655       // At this point, we know that we have killed one or more IV users.
2656       // It is worth checking to see if the cannonical indvar is also
2657       // dead, so that we can remove it as well.
2658       //
2659       // We can remove a PHI if it is on a cycle in the def-use graph
2660       // where each node in the cycle has degree one, i.e. only one use,
2661       // and is an instruction with no side effects.
2662       //
2663       // FIXME: this needs to eliminate an induction variable even if it's being
2664       // compared against some value to decide loop termination.
2665       if (!PN->hasOneUse())
2666         continue;
2667       
2668       SmallPtrSet<PHINode *, 4> PHIs;
2669       for (Instruction *J = dyn_cast<Instruction>(*PN->use_begin());
2670            J && J->hasOneUse() && !J->mayWriteToMemory();
2671            J = dyn_cast<Instruction>(*J->use_begin())) {
2672         // If we find the original PHI, we've discovered a cycle.
2673         if (J == PN) {
2674           // Break the cycle and mark the PHI for deletion.
2675           SE->deleteValueFromRecords(PN);
2676           PN->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(PN->getType()));
2677           DeadInsts.push_back(PN);
2678           Changed = true;
2679           break;
2680         }
2681         // If we find a PHI more than once, we're on a cycle that
2682         // won't prove fruitful.
2683         if (isa<PHINode>(J) && !PHIs.insert(cast<PHINode>(J)))
2684           break;
2685       }
2686     }
2687     DeleteTriviallyDeadInstructions();
2688   }
2689   return Changed;
2690 }