Convert ScalarEvolution to use CallbackVH for its internal map. This
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / LoopStrengthReduce.cpp
1 //===- LoopStrengthReduce.cpp - Strength Reduce IVs 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.
12 //
13 //===----------------------------------------------------------------------===//
14
15 #define DEBUG_TYPE "loop-reduce"
16 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
17 #include "llvm/Constants.h"
18 #include "llvm/Instructions.h"
19 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
20 #include "llvm/Type.h"
21 #include "llvm/DerivedTypes.h"
22 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
23 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
24 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
25 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
26 #include "llvm/Transforms/Utils/AddrModeMatcher.h"
27 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
28 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
29 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
30 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
31 #include "llvm/Support/CFG.h"
32 #include "llvm/Support/Debug.h"
33 #include "llvm/Support/Compiler.h"
34 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
35 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
36 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
37 #include <algorithm>
38 using namespace llvm;
39
40 STATISTIC(NumReduced ,    "Number of IV uses strength reduced");
41 STATISTIC(NumInserted,    "Number of PHIs inserted");
42 STATISTIC(NumVariable,    "Number of PHIs with variable strides");
43 STATISTIC(NumEliminated,  "Number of strides eliminated");
44 STATISTIC(NumShadow,      "Number of Shadow IVs optimized");
45 STATISTIC(NumImmSunk,     "Number of common expr immediates sunk into uses");
46
47 static cl::opt<bool> EnableFullLSRMode("enable-full-lsr",
48                                        cl::init(false),
49                                        cl::Hidden);
50
51 namespace {
52
53   struct BasedUser;
54
55   /// IVStrideUse - Keep track of one use of a strided induction variable, where
56   /// the stride is stored externally.  The Offset member keeps track of the 
57   /// offset from the IV, User is the actual user of the operand, and
58   /// 'OperandValToReplace' is the operand of the User that is the use.
59   struct VISIBILITY_HIDDEN IVStrideUse {
60     SCEVHandle Offset;
61     Instruction *User;
62     Value *OperandValToReplace;
63
64     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
65     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
66     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
67     // instruction for a loop or uses dominated by the loop.
68     bool isUseOfPostIncrementedValue;
69     
70     IVStrideUse(const SCEVHandle &Offs, Instruction *U, Value *O)
71       : Offset(Offs), User(U), OperandValToReplace(O),
72         isUseOfPostIncrementedValue(false) {}
73   };
74   
75   /// IVUsersOfOneStride - This structure keeps track of all instructions that
76   /// have an operand that is based on the trip count multiplied by some stride.
77   /// The stride for all of these users is common and kept external to this
78   /// structure.
79   struct VISIBILITY_HIDDEN IVUsersOfOneStride {
80     /// Users - Keep track of all of the users of this stride as well as the
81     /// initial value and the operand that uses the IV.
82     std::vector<IVStrideUse> Users;
83     
84     void addUser(const SCEVHandle &Offset,Instruction *User, Value *Operand) {
85       Users.push_back(IVStrideUse(Offset, User, Operand));
86     }
87   };
88
89   /// IVInfo - This structure keeps track of one IV expression inserted during
90   /// StrengthReduceStridedIVUsers. It contains the stride, the common base, as
91   /// well as the PHI node and increment value created for rewrite.
92   struct VISIBILITY_HIDDEN IVExpr {
93     SCEVHandle  Stride;
94     SCEVHandle  Base;
95     PHINode    *PHI;
96
97     IVExpr(const SCEVHandle &stride, const SCEVHandle &base, PHINode *phi)
98       : Stride(stride), Base(base), PHI(phi) {}
99   };
100
101   /// IVsOfOneStride - This structure keeps track of all IV expression inserted
102   /// during StrengthReduceStridedIVUsers for a particular stride of the IV.
103   struct VISIBILITY_HIDDEN IVsOfOneStride {
104     std::vector<IVExpr> IVs;
105
106     void addIV(const SCEVHandle &Stride, const SCEVHandle &Base, PHINode *PHI) {
107       IVs.push_back(IVExpr(Stride, Base, PHI));
108     }
109   };
110
111   class VISIBILITY_HIDDEN LoopStrengthReduce : public LoopPass {
112     LoopInfo *LI;
113     DominatorTree *DT;
114     ScalarEvolution *SE;
115     bool Changed;
116
117     /// IVUsesByStride - Keep track of all uses of induction variables that we
118     /// are interested in.  The key of the map is the stride of the access.
119     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride> IVUsesByStride;
120
121     /// IVsByStride - Keep track of all IVs that have been inserted for a
122     /// particular stride.
123     std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride> IVsByStride;
124
125     /// StrideOrder - An ordering of the keys in IVUsesByStride that is stable:
126     /// We use this to iterate over the IVUsesByStride collection without being
127     /// dependent on random ordering of pointers in the process.
128     SmallVector<SCEVHandle, 16> StrideOrder;
129
130     /// DeadInsts - Keep track of instructions we may have made dead, so that
131     /// we can remove them after we are done working.
132     SmallVector<Instruction*, 16> DeadInsts;
133
134     /// TLI - Keep a pointer of a TargetLowering to consult for determining
135     /// transformation profitability.
136     const TargetLowering *TLI;
137
138   public:
139     static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
140     explicit LoopStrengthReduce(const TargetLowering *tli = NULL) : 
141       LoopPass(&ID), TLI(tli) {
142     }
143
144     bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
145
146     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
147       // We split critical edges, so we change the CFG.  However, we do update
148       // many analyses if they are around.
149       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
150       AU.addPreserved<LoopInfo>();
151       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
152       AU.addPreserved<DominatorTree>();
153
154       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
155       AU.addRequired<LoopInfo>();
156       AU.addRequired<DominatorTree>();
157       AU.addRequired<ScalarEvolution>();
158       AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
159     }
160
161   private:
162     bool AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
163                                SmallPtrSet<Instruction*,16> &Processed);
164     ICmpInst *ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
165                                   IVStrideUse* &CondUse,
166                                   const SCEVHandle* &CondStride);
167     void OptimizeIndvars(Loop *L);
168
169     /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
170     /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
171     void OptimizeShadowIV(Loop *L);
172
173     /// OptimizeSMax - Rewrite the loop's terminating condition
174     /// if it uses an smax computation.
175     ICmpInst *OptimizeSMax(Loop *L, ICmpInst *Cond,
176                            IVStrideUse* &CondUse);
177
178     bool FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
179                            const SCEVHandle *&CondStride);
180     bool RequiresTypeConversion(const Type *Ty, const Type *NewTy);
181     SCEVHandle CheckForIVReuse(bool, bool, bool, const SCEVHandle&,
182                              IVExpr&, const Type*,
183                              const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
184     bool ValidStride(bool, int64_t,
185                      const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
186     SCEVHandle CollectIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
187                               IVUsersOfOneStride &Uses,
188                               Loop *L,
189                               bool &AllUsesAreAddresses,
190                               bool &AllUsesAreOutsideLoop,
191                               std::vector<BasedUser> &UsersToProcess);
192     bool ShouldUseFullStrengthReductionMode(
193                                 const std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
194                                 const Loop *L,
195                                 bool AllUsesAreAddresses,
196                                 SCEVHandle Stride);
197     void PrepareToStrengthReduceFully(
198                              std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
199                              SCEVHandle Stride,
200                              SCEVHandle CommonExprs,
201                              const Loop *L,
202                              SCEVExpander &PreheaderRewriter);
203     void PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(
204                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
205                                          Value *CommonBaseV,
206                                          const IVExpr &ReuseIV,
207                                          Instruction *PreInsertPt);
208     void PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(
209                                   std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
210                                   SCEVHandle Stride,
211                                   SCEVHandle CommonExprs,
212                                   Value *CommonBaseV,
213                                   const Loop *L,
214                                   SCEVExpander &PreheaderRewriter);
215     void StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
216                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
217                                       Loop *L);
218     void DeleteTriviallyDeadInstructions();
219   };
220 }
221
222 char LoopStrengthReduce::ID = 0;
223 static RegisterPass<LoopStrengthReduce>
224 X("loop-reduce", "Loop Strength Reduction");
225
226 Pass *llvm::createLoopStrengthReducePass(const TargetLowering *TLI) {
227   return new LoopStrengthReduce(TLI);
228 }
229
230 /// DeleteTriviallyDeadInstructions - If any of the instructions is the
231 /// specified set are trivially dead, delete them and see if this makes any of
232 /// their operands subsequently dead.
233 void LoopStrengthReduce::DeleteTriviallyDeadInstructions() {
234   if (DeadInsts.empty()) return;
235   
236   // Sort the deadinsts list so that we can trivially eliminate duplicates as we
237   // go.  The code below never adds a non-dead instruction to the worklist, but
238   // callers may not be so careful.
239   array_pod_sort(DeadInsts.begin(), DeadInsts.end());
240
241   // Drop duplicate instructions and those with uses.
242   for (unsigned i = 0, e = DeadInsts.size()-1; i < e; ++i) {
243     Instruction *I = DeadInsts[i];
244     if (!I->use_empty()) DeadInsts[i] = 0;
245     while (i != e && DeadInsts[i+1] == I)
246       DeadInsts[++i] = 0;
247   }
248   
249   while (!DeadInsts.empty()) {
250     Instruction *I = DeadInsts.back();
251     DeadInsts.pop_back();
252     
253     if (I == 0 || !isInstructionTriviallyDead(I))
254       continue;
255
256     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI) {
257       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
258         *OI = 0;
259         if (U->use_empty())
260           DeadInsts.push_back(U);
261       }
262     }
263     
264     I->eraseFromParent();
265     Changed = true;
266   }
267 }
268
269 /// containsAddRecFromDifferentLoop - Determine whether expression S involves a 
270 /// subexpression that is an AddRec from a loop other than L.  An outer loop 
271 /// of L is OK, but not an inner loop nor a disjoint loop.
272 static bool containsAddRecFromDifferentLoop(SCEVHandle S, Loop *L) {
273   // This is very common, put it first.
274   if (isa<SCEVConstant>(S))
275     return false;
276   if (const SCEVCommutativeExpr *AE = dyn_cast<SCEVCommutativeExpr>(S)) {
277     for (unsigned int i=0; i< AE->getNumOperands(); i++)
278       if (containsAddRecFromDifferentLoop(AE->getOperand(i), L))
279         return true;
280     return false;
281   }
282   if (const SCEVAddRecExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
283     if (const Loop *newLoop = AE->getLoop()) {
284       if (newLoop == L)
285         return false;
286       // if newLoop is an outer loop of L, this is OK.
287       if (!LoopInfoBase<BasicBlock>::isNotAlreadyContainedIn(L, newLoop))
288         return false;
289     }
290     return true;
291   }
292   if (const SCEVUDivExpr *DE = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S))
293     return containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getLHS(), L) ||
294            containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getRHS(), L);
295 #if 0
296   // SCEVSDivExpr has been backed out temporarily, but will be back; we'll 
297   // need this when it is.
298   if (const SCEVSDivExpr *DE = dyn_cast<SCEVSDivExpr>(S))
299     return containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getLHS(), L) ||
300            containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getRHS(), L);
301 #endif
302   if (const SCEVCastExpr *CE = dyn_cast<SCEVCastExpr>(S))
303     return containsAddRecFromDifferentLoop(CE->getOperand(), L);
304   return false;
305 }
306
307 /// getSCEVStartAndStride - Compute the start and stride of this expression,
308 /// returning false if the expression is not a start/stride pair, or true if it
309 /// is.  The stride must be a loop invariant expression, but the start may be
310 /// a mix of loop invariant and loop variant expressions.  The start cannot,
311 /// however, contain an AddRec from a different loop, unless that loop is an
312 /// outer loop of the current loop.
313 static bool getSCEVStartAndStride(const SCEVHandle &SH, Loop *L,
314                                   SCEVHandle &Start, SCEVHandle &Stride,
315                                   ScalarEvolution *SE, DominatorTree *DT) {
316   SCEVHandle TheAddRec = Start;   // Initialize to zero.
317
318   // If the outer level is an AddExpr, the operands are all start values except
319   // for a nested AddRecExpr.
320   if (const SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(SH)) {
321     for (unsigned i = 0, e = AE->getNumOperands(); i != e; ++i)
322       if (SCEVAddRecExpr *AddRec =
323              dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(AE->getOperand(i))) {
324         if (AddRec->getLoop() == L)
325           TheAddRec = SE->getAddExpr(AddRec, TheAddRec);
326         else
327           return false;  // Nested IV of some sort?
328       } else {
329         Start = SE->getAddExpr(Start, AE->getOperand(i));
330       }
331         
332   } else if (isa<SCEVAddRecExpr>(SH)) {
333     TheAddRec = SH;
334   } else {
335     return false;  // not analyzable.
336   }
337   
338   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(TheAddRec);
339   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L) return false;
340   
341   // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
342   if (!AddRec->isAffine()) return false;
343
344   // If Start contains an SCEVAddRecExpr from a different loop, other than an
345   // outer loop of the current loop, reject it.  SCEV has no concept of 
346   // operating on more than one loop at a time so don't confuse it with such
347   // expressions.
348   if (containsAddRecFromDifferentLoop(AddRec->getOperand(0), L))
349     return false;
350
351   Start = SE->getAddExpr(Start, AddRec->getOperand(0));
352   
353   if (!isa<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1))) {
354     // If stride is an instruction, make sure it dominates the loop preheader.
355     // Otherwise we could end up with a use before def situation.
356     BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
357     if (!AddRec->getOperand(1)->dominates(Preheader, DT))
358       return false;
359
360     DOUT << "[" << L->getHeader()->getName()
361          << "] Variable stride: " << *AddRec << "\n";
362   }
363
364   Stride = AddRec->getOperand(1);
365   return true;
366 }
367
368 /// IVUseShouldUsePostIncValue - We have discovered a "User" of an IV expression
369 /// and now we need to decide whether the user should use the preinc or post-inc
370 /// value.  If this user should use the post-inc version of the IV, return true.
371 ///
372 /// Choosing wrong here can break dominance properties (if we choose to use the
373 /// post-inc value when we cannot) or it can end up adding extra live-ranges to
374 /// the loop, resulting in reg-reg copies (if we use the pre-inc value when we
375 /// should use the post-inc value).
376 static bool IVUseShouldUsePostIncValue(Instruction *User, Instruction *IV,
377                                        Loop *L, DominatorTree *DT, Pass *P,
378                                       SmallVectorImpl<Instruction*> &DeadInsts){
379   // If the user is in the loop, use the preinc value.
380   if (L->contains(User->getParent())) return false;
381   
382   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
383   
384   // Ok, the user is outside of the loop.  If it is dominated by the latch
385   // block, use the post-inc value.
386   if (DT->dominates(LatchBlock, User->getParent()))
387     return true;
388
389   // There is one case we have to be careful of: PHI nodes.  These little guys
390   // can live in blocks that do not dominate the latch block, but (since their
391   // uses occur in the predecessor block, not the block the PHI lives in) should
392   // still use the post-inc value.  Check for this case now.
393   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User);
394   if (!PN) return false;  // not a phi, not dominated by latch block.
395   
396   // Look at all of the uses of IV by the PHI node.  If any use corresponds to
397   // a block that is not dominated by the latch block, give up and use the
398   // preincremented value.
399   unsigned NumUses = 0;
400   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
401     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
402       ++NumUses;
403       if (!DT->dominates(LatchBlock, PN->getIncomingBlock(i)))
404         return false;
405     }
406
407   // Okay, all uses of IV by PN are in predecessor blocks that really are
408   // dominated by the latch block.  Use the post-incremented value.
409   return true;
410 }
411
412 /// isAddressUse - Returns true if the specified instruction is using the
413 /// specified value as an address.
414 static bool isAddressUse(Instruction *Inst, Value *OperandVal) {
415   bool isAddress = isa<LoadInst>(Inst);
416   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
417     if (SI->getOperand(1) == OperandVal)
418       isAddress = true;
419   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
420     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
421     // of intrinsics.
422     switch (II->getIntrinsicID()) {
423       default: break;
424       case Intrinsic::prefetch:
425       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_dq:
426       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_pd:
427       case Intrinsic::x86_sse_loadu_ps:
428       case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
429       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
430       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
431       case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
432         if (II->getOperand(1) == OperandVal)
433           isAddress = true;
434         break;
435     }
436   }
437   return isAddress;
438 }
439
440 /// getAccessType - Return the type of the memory being accessed.
441 static const Type *getAccessType(const Instruction *Inst) {
442   const Type *UseTy = Inst->getType();
443   if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
444     UseTy = SI->getOperand(0)->getType();
445   else if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
446     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
447     // of intrinsics.
448     switch (II->getIntrinsicID()) {
449     default: break;
450     case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
451     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
452     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
453     case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
454       UseTy = II->getOperand(1)->getType();
455       break;
456     }
457   }
458   return UseTy;
459 }
460
461 /// AddUsersIfInteresting - Inspect the specified instruction.  If it is a
462 /// reducible SCEV, recursively add its users to the IVUsesByStride set and
463 /// return true.  Otherwise, return false.
464 bool LoopStrengthReduce::AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
465                                       SmallPtrSet<Instruction*,16> &Processed) {
466   if (!SE->isSCEVable(I->getType()))
467     return false;   // Void and FP expressions cannot be reduced.
468
469   // LSR is not APInt clean, do not touch integers bigger than 64-bits.
470   if (SE->getTypeSizeInBits(I->getType()) > 64)
471     return false;
472   
473   if (!Processed.insert(I))
474     return true;    // Instruction already handled.
475   
476   // Get the symbolic expression for this instruction.
477   SCEVHandle ISE = SE->getSCEV(I);
478   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(ISE)) return false;
479   
480   // Get the start and stride for this expression.
481   SCEVHandle Start = SE->getIntegerSCEV(0, ISE->getType());
482   SCEVHandle Stride = Start;
483   if (!getSCEVStartAndStride(ISE, L, Start, Stride, SE, DT))
484     return false;  // Non-reducible symbolic expression, bail out.
485
486   std::vector<Instruction *> IUsers;
487   // Collect all I uses now because IVUseShouldUsePostIncValue may 
488   // invalidate use_iterator.
489   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E; ++UI)
490     IUsers.push_back(cast<Instruction>(*UI));
491
492   for (unsigned iused_index = 0, iused_size = IUsers.size(); 
493        iused_index != iused_size; ++iused_index) {
494
495     Instruction *User = IUsers[iused_index];
496
497     // Do not infinitely recurse on PHI nodes.
498     if (isa<PHINode>(User) && Processed.count(User))
499       continue;
500
501     // Descend recursively, but not into PHI nodes outside the current loop.
502     // It's important to see the entire expression outside the loop to get
503     // choices that depend on addressing mode use right, although we won't
504     // consider references ouside the loop in all cases.
505     // If User is already in Processed, we don't want to recurse into it again,
506     // but do want to record a second reference in the same instruction.
507     bool AddUserToIVUsers = false;
508     if (LI->getLoopFor(User->getParent()) != L) {
509       if (isa<PHINode>(User) || Processed.count(User) ||
510           !AddUsersIfInteresting(User, L, Processed)) {
511         DOUT << "FOUND USER in other loop: " << *User
512              << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
513         AddUserToIVUsers = true;
514       }
515     } else if (Processed.count(User) || 
516                !AddUsersIfInteresting(User, L, Processed)) {
517       DOUT << "FOUND USER: " << *User
518            << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
519       AddUserToIVUsers = true;
520     }
521
522     if (AddUserToIVUsers) {
523       IVUsersOfOneStride &StrideUses = IVUsesByStride[Stride];
524       if (StrideUses.Users.empty())     // First occurrence of this stride?
525         StrideOrder.push_back(Stride);
526       
527       // Okay, we found a user that we cannot reduce.  Analyze the instruction
528       // and decide what to do with it.  If we are a use inside of the loop, use
529       // the value before incrementation, otherwise use it after incrementation.
530       if (IVUseShouldUsePostIncValue(User, I, L, DT, this, DeadInsts)) {
531         // The value used will be incremented by the stride more than we are
532         // expecting, so subtract this off.
533         SCEVHandle NewStart = SE->getMinusSCEV(Start, Stride);
534         StrideUses.addUser(NewStart, User, I);
535         StrideUses.Users.back().isUseOfPostIncrementedValue = true;
536         DOUT << "   USING POSTINC SCEV, START=" << *NewStart<< "\n";
537       } else {        
538         StrideUses.addUser(Start, User, I);
539       }
540     }
541   }
542   return true;
543 }
544
545 namespace {
546   /// BasedUser - For a particular base value, keep information about how we've
547   /// partitioned the expression so far.
548   struct BasedUser {
549     /// SE - The current ScalarEvolution object.
550     ScalarEvolution *SE;
551
552     /// Base - The Base value for the PHI node that needs to be inserted for
553     /// this use.  As the use is processed, information gets moved from this
554     /// field to the Imm field (below).  BasedUser values are sorted by this
555     /// field.
556     SCEVHandle Base;
557     
558     /// Inst - The instruction using the induction variable.
559     Instruction *Inst;
560
561     /// OperandValToReplace - The operand value of Inst to replace with the
562     /// EmittedBase.
563     Value *OperandValToReplace;
564
565     /// Imm - The immediate value that should be added to the base immediately
566     /// before Inst, because it will be folded into the imm field of the
567     /// instruction.  This is also sometimes used for loop-variant values that
568     /// must be added inside the loop.
569     SCEVHandle Imm;
570
571     /// Phi - The induction variable that performs the striding that
572     /// should be used for this user.
573     PHINode *Phi;
574
575     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
576     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
577     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
578     // instruction for a loop and uses outside the loop that are dominated by
579     // the loop.
580     bool isUseOfPostIncrementedValue;
581     
582     BasedUser(IVStrideUse &IVSU, ScalarEvolution *se)
583       : SE(se), Base(IVSU.Offset), Inst(IVSU.User), 
584         OperandValToReplace(IVSU.OperandValToReplace), 
585         Imm(SE->getIntegerSCEV(0, Base->getType())), 
586         isUseOfPostIncrementedValue(IVSU.isUseOfPostIncrementedValue) {}
587
588     // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
589     // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
590     // to it.
591     void RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
592                                         Instruction *InsertPt,
593                                        SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
594                                       SmallVectorImpl<Instruction*> &DeadInsts);
595     
596     Value *InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
597                                        const Type *Ty,
598                                        SCEVExpander &Rewriter,
599                                        Instruction *IP, Loop *L);
600     void dump() const;
601   };
602 }
603
604 void BasedUser::dump() const {
605   cerr << " Base=" << *Base;
606   cerr << " Imm=" << *Imm;
607   cerr << "   Inst: " << *Inst;
608 }
609
610 Value *BasedUser::InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
611                                               const Type *Ty,
612                                               SCEVExpander &Rewriter,
613                                               Instruction *IP, Loop *L) {
614   // Figure out where we *really* want to insert this code.  In particular, if
615   // the user is inside of a loop that is nested inside of L, we really don't
616   // want to insert this expression before the user, we'd rather pull it out as
617   // many loops as possible.
618   LoopInfo &LI = Rewriter.getLoopInfo();
619   Instruction *BaseInsertPt = IP;
620   
621   // Figure out the most-nested loop that IP is in.
622   Loop *InsertLoop = LI.getLoopFor(IP->getParent());
623   
624   // If InsertLoop is not L, and InsertLoop is nested inside of L, figure out
625   // the preheader of the outer-most loop where NewBase is not loop invariant.
626   if (L->contains(IP->getParent()))
627     while (InsertLoop && NewBase->isLoopInvariant(InsertLoop)) {
628       BaseInsertPt = InsertLoop->getLoopPreheader()->getTerminator();
629       InsertLoop = InsertLoop->getParentLoop();
630     }
631   
632   Value *Base = Rewriter.expandCodeFor(NewBase, Ty, BaseInsertPt);
633
634   // If there is no immediate value, skip the next part.
635   if (Imm->isZero())
636     return Base;
637
638   // If we are inserting the base and imm values in the same block, make sure to
639   // adjust the IP position if insertion reused a result.
640   if (IP == BaseInsertPt)
641     IP = Rewriter.getInsertionPoint();
642   
643   // Always emit the immediate (if non-zero) into the same block as the user.
644   SCEVHandle NewValSCEV = SE->getAddExpr(SE->getUnknown(Base), Imm);
645   return Rewriter.expandCodeFor(NewValSCEV, Ty, IP);
646 }
647
648
649 // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
650 // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
651 // to it. NewBasePt is the last instruction which contributes to the
652 // value of NewBase in the case that it's a diffferent instruction from
653 // the PHI that NewBase is computed from, or null otherwise.
654 //
655 void BasedUser::RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
656                                                Instruction *NewBasePt,
657                                       SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
658                                       SmallVectorImpl<Instruction*> &DeadInsts){
659   if (!isa<PHINode>(Inst)) {
660     // By default, insert code at the user instruction.
661     BasicBlock::iterator InsertPt = Inst;
662     
663     // However, if the Operand is itself an instruction, the (potentially
664     // complex) inserted code may be shared by many users.  Because of this, we
665     // want to emit code for the computation of the operand right before its old
666     // computation.  This is usually safe, because we obviously used to use the
667     // computation when it was computed in its current block.  However, in some
668     // cases (e.g. use of a post-incremented induction variable) the NewBase
669     // value will be pinned to live somewhere after the original computation.
670     // In this case, we have to back off.
671     //
672     // If this is a use outside the loop (which means after, since it is based
673     // on a loop indvar) we use the post-incremented value, so that we don't
674     // artificially make the preinc value live out the bottom of the loop. 
675     if (!isUseOfPostIncrementedValue && L->contains(Inst->getParent())) {
676       if (NewBasePt && isa<PHINode>(OperandValToReplace)) {
677         InsertPt = NewBasePt;
678         ++InsertPt;
679       } else if (Instruction *OpInst
680                  = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace)) {
681         InsertPt = OpInst;
682         while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
683       }
684     }
685     Value *NewVal = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase,
686                                                 OperandValToReplace->getType(),
687                                                 Rewriter, InsertPt, L);
688     // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
689     Inst->replaceUsesOfWith(OperandValToReplace, NewVal);
690
691     DOUT << "      Replacing with ";
692     DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, NewVal, /*PrintType=*/false));
693     DOUT << ", which has value " << *NewBase << " plus IMM " << *Imm << "\n";
694     return;
695   }
696
697   // PHI nodes are more complex.  We have to insert one copy of the NewBase+Imm
698   // expression into each operand block that uses it.  Note that PHI nodes can
699   // have multiple entries for the same predecessor.  We use a map to make sure
700   // that a PHI node only has a single Value* for each predecessor (which also
701   // prevents us from inserting duplicate code in some blocks).
702   DenseMap<BasicBlock*, Value*> InsertedCode;
703   PHINode *PN = cast<PHINode>(Inst);
704   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
705     if (PN->getIncomingValue(i) == OperandValToReplace) {
706       // If the original expression is outside the loop, put the replacement
707       // code in the same place as the original expression,
708       // which need not be an immediate predecessor of this PHI.  This way we 
709       // need only one copy of it even if it is referenced multiple times in
710       // the PHI.  We don't do this when the original expression is inside the
711       // loop because multiple copies sometimes do useful sinking of code in
712       // that case(?).
713       Instruction *OldLoc = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace);
714       if (L->contains(OldLoc->getParent())) {
715         // If this is a critical edge, split the edge so that we do not insert
716         // the code on all predecessor/successor paths.  We do this unless this
717         // is the canonical backedge for this loop, as this can make some
718         // inserted code be in an illegal position.
719         BasicBlock *PHIPred = PN->getIncomingBlock(i);
720         if (e != 1 && PHIPred->getTerminator()->getNumSuccessors() > 1 &&
721             (PN->getParent() != L->getHeader() || !L->contains(PHIPred))) {
722
723           // First step, split the critical edge.
724           SplitCriticalEdge(PHIPred, PN->getParent(), P, false);
725
726           // Next step: move the basic block.  In particular, if the PHI node
727           // is outside of the loop, and PredTI is in the loop, we want to
728           // move the block to be immediately before the PHI block, not
729           // immediately after PredTI.
730           if (L->contains(PHIPred) && !L->contains(PN->getParent())) {
731             BasicBlock *NewBB = PN->getIncomingBlock(i);
732             NewBB->moveBefore(PN->getParent());
733           }
734
735           // Splitting the edge can reduce the number of PHI entries we have.
736           e = PN->getNumIncomingValues();
737         }
738       }
739       Value *&Code = InsertedCode[PN->getIncomingBlock(i)];
740       if (!Code) {
741         // Insert the code into the end of the predecessor block.
742         Instruction *InsertPt = (L->contains(OldLoc->getParent())) ?
743                                 PN->getIncomingBlock(i)->getTerminator() :
744                                 OldLoc->getParent()->getTerminator();
745         Code = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, PN->getType(),
746                                            Rewriter, InsertPt, L);
747
748         DOUT << "      Changing PHI use to ";
749         DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, Code, /*PrintType=*/false));
750         DOUT << ", which has value " << *NewBase << " plus IMM " << *Imm << "\n";
751       }
752
753       // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
754       PN->setIncomingValue(i, Code);
755       Rewriter.clear();
756     }
757   }
758
759   // PHI node might have become a constant value after SplitCriticalEdge.
760   DeadInsts.push_back(Inst);
761 }
762
763
764 /// fitsInAddressMode - Return true if V can be subsumed within an addressing
765 /// mode, and does not need to be put in a register first.
766 static bool fitsInAddressMode(const SCEVHandle &V, const Type *UseTy,
767                              const TargetLowering *TLI, bool HasBaseReg) {
768   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
769     int64_t VC = SC->getValue()->getSExtValue();
770     if (TLI) {
771       TargetLowering::AddrMode AM;
772       AM.BaseOffs = VC;
773       AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
774       return TLI->isLegalAddressingMode(AM, UseTy);
775     } else {
776       // Defaults to PPC. PPC allows a sign-extended 16-bit immediate field.
777       return (VC > -(1 << 16) && VC < (1 << 16)-1);
778     }
779   }
780
781   if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V))
782     if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(SU->getValue())) {
783       if (TLI) {
784         TargetLowering::AddrMode AM;
785         AM.BaseGV = GV;
786         AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
787         return TLI->isLegalAddressingMode(AM, UseTy);
788       } else {
789         // Default: assume global addresses are not legal.
790       }
791     }
792
793   return false;
794 }
795
796 /// MoveLoopVariantsToImmediateField - Move any subexpressions from Val that are
797 /// loop varying to the Imm operand.
798 static void MoveLoopVariantsToImmediateField(SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
799                                             Loop *L, ScalarEvolution *SE) {
800   if (Val->isLoopInvariant(L)) return;  // Nothing to do.
801   
802   if (const SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
803     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
804     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
805     
806     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i)
807       if (!SAE->getOperand(i)->isLoopInvariant(L)) {
808         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
809         // field of the expression.
810         Imm = SE->getAddExpr(Imm, SAE->getOperand(i));
811       } else {
812         NewOps.push_back(SAE->getOperand(i));
813       }
814
815     if (NewOps.empty())
816       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
817     else
818       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
819   } else if (const SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
820     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
821     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
822     MoveLoopVariantsToImmediateField(Start, Imm, L, SE);
823     
824     std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
825     Ops[0] = Start;
826     Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
827   } else {
828     // Otherwise, all of Val is variant, move the whole thing over.
829     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
830     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
831   }
832 }
833
834
835 /// MoveImmediateValues - Look at Val, and pull out any additions of constants
836 /// that can fit into the immediate field of instructions in the target.
837 /// Accumulate these immediate values into the Imm value.
838 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
839                                 const Type *UseTy,
840                                 SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
841                                 bool isAddress, Loop *L,
842                                 ScalarEvolution *SE) {
843   if (const SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
844     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
845     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
846     
847     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i) {
848       SCEVHandle NewOp = SAE->getOperand(i);
849       MoveImmediateValues(TLI, UseTy, NewOp, Imm, isAddress, L, SE);
850       
851       if (!NewOp->isLoopInvariant(L)) {
852         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
853         // field of the expression.
854         Imm = SE->getAddExpr(Imm, NewOp);
855       } else {
856         NewOps.push_back(NewOp);
857       }
858     }
859
860     if (NewOps.empty())
861       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
862     else
863       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
864     return;
865   } else if (const SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
866     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
867     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
868     MoveImmediateValues(TLI, UseTy, Start, Imm, isAddress, L, SE);
869     
870     if (Start != SARE->getStart()) {
871       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
872       Ops[0] = Start;
873       Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
874     }
875     return;
876   } else if (const SCEVMulExpr *SME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Val)) {
877     // Transform "8 * (4 + v)" -> "32 + 8*V" if "32" fits in the immed field.
878     if (isAddress && fitsInAddressMode(SME->getOperand(0), UseTy, TLI, false) &&
879         SME->getNumOperands() == 2 && SME->isLoopInvariant(L)) {
880
881       SCEVHandle SubImm = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
882       SCEVHandle NewOp = SME->getOperand(1);
883       MoveImmediateValues(TLI, UseTy, NewOp, SubImm, isAddress, L, SE);
884       
885       // If we extracted something out of the subexpressions, see if we can 
886       // simplify this!
887       if (NewOp != SME->getOperand(1)) {
888         // Scale SubImm up by "8".  If the result is a target constant, we are
889         // good.
890         SubImm = SE->getMulExpr(SubImm, SME->getOperand(0));
891         if (fitsInAddressMode(SubImm, UseTy, TLI, false)) {
892           // Accumulate the immediate.
893           Imm = SE->getAddExpr(Imm, SubImm);
894           
895           // Update what is left of 'Val'.
896           Val = SE->getMulExpr(SME->getOperand(0), NewOp);
897           return;
898         }
899       }
900     }
901   }
902
903   // Loop-variant expressions must stay in the immediate field of the
904   // expression.
905   if ((isAddress && fitsInAddressMode(Val, UseTy, TLI, false)) ||
906       !Val->isLoopInvariant(L)) {
907     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
908     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
909     return;
910   }
911
912   // Otherwise, no immediates to move.
913 }
914
915 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
916                                 Instruction *User,
917                                 SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
918                                 bool isAddress, Loop *L,
919                                 ScalarEvolution *SE) {
920   const Type *UseTy = getAccessType(User);
921   MoveImmediateValues(TLI, UseTy, Val, Imm, isAddress, L, SE);
922 }
923
924 /// SeparateSubExprs - Decompose Expr into all of the subexpressions that are
925 /// added together.  This is used to reassociate common addition subexprs
926 /// together for maximal sharing when rewriting bases.
927 static void SeparateSubExprs(std::vector<SCEVHandle> &SubExprs,
928                              SCEVHandle Expr,
929                              ScalarEvolution *SE) {
930   if (const SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Expr)) {
931     for (unsigned j = 0, e = AE->getNumOperands(); j != e; ++j)
932       SeparateSubExprs(SubExprs, AE->getOperand(j), SE);
933   } else if (const SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Expr)) {
934     SCEVHandle Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Expr->getType());
935     if (SARE->getOperand(0) == Zero) {
936       SubExprs.push_back(Expr);
937     } else {
938       // Compute the addrec with zero as its base.
939       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
940       Ops[0] = Zero;   // Start with zero base.
941       SubExprs.push_back(SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop()));
942       
943
944       SeparateSubExprs(SubExprs, SARE->getOperand(0), SE);
945     }
946   } else if (!Expr->isZero()) {
947     // Do not add zero.
948     SubExprs.push_back(Expr);
949   }
950 }
951
952 // This is logically local to the following function, but C++ says we have 
953 // to make it file scope.
954 struct SubExprUseData { unsigned Count; bool notAllUsesAreFree; };
955
956 /// RemoveCommonExpressionsFromUseBases - Look through all of the Bases of all
957 /// the Uses, removing any common subexpressions, except that if all such
958 /// subexpressions can be folded into an addressing mode for all uses inside
959 /// the loop (this case is referred to as "free" in comments herein) we do
960 /// not remove anything.  This looks for things like (a+b+c) and
961 /// (a+c+d) and computes the common (a+c) subexpression.  The common expression
962 /// is *removed* from the Bases and returned.
963 static SCEVHandle 
964 RemoveCommonExpressionsFromUseBases(std::vector<BasedUser> &Uses,
965                                     ScalarEvolution *SE, Loop *L,
966                                     const TargetLowering *TLI) {
967   unsigned NumUses = Uses.size();
968
969   // Only one use?  This is a very common case, so we handle it specially and
970   // cheaply.
971   SCEVHandle Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Uses[0].Base->getType());
972   SCEVHandle Result = Zero;
973   SCEVHandle FreeResult = Zero;
974   if (NumUses == 1) {
975     // If the use is inside the loop, use its base, regardless of what it is:
976     // it is clearly shared across all the IV's.  If the use is outside the loop
977     // (which means after it) we don't want to factor anything *into* the loop,
978     // so just use 0 as the base.
979     if (L->contains(Uses[0].Inst->getParent()))
980       std::swap(Result, Uses[0].Base);
981     return Result;
982   }
983
984   // To find common subexpressions, count how many of Uses use each expression.
985   // If any subexpressions are used Uses.size() times, they are common.
986   // Also track whether all uses of each expression can be moved into an
987   // an addressing mode "for free"; such expressions are left within the loop.
988   // struct SubExprUseData { unsigned Count; bool notAllUsesAreFree; };
989   std::map<SCEVHandle, SubExprUseData> SubExpressionUseData;
990   
991   // UniqueSubExprs - Keep track of all of the subexpressions we see in the
992   // order we see them.
993   std::vector<SCEVHandle> UniqueSubExprs;
994
995   std::vector<SCEVHandle> SubExprs;
996   unsigned NumUsesInsideLoop = 0;
997   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
998     // If the user is outside the loop, just ignore it for base computation.
999     // Since the user is outside the loop, it must be *after* the loop (if it
1000     // were before, it could not be based on the loop IV).  We don't want users
1001     // after the loop to affect base computation of values *inside* the loop,
1002     // because we can always add their offsets to the result IV after the loop
1003     // is done, ensuring we get good code inside the loop.
1004     if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent()))
1005       continue;
1006     NumUsesInsideLoop++;
1007     
1008     // If the base is zero (which is common), return zero now, there are no
1009     // CSEs we can find.
1010     if (Uses[i].Base == Zero) return Zero;
1011
1012     // If this use is as an address we may be able to put CSEs in the addressing
1013     // mode rather than hoisting them.
1014     bool isAddrUse = isAddressUse(Uses[i].Inst, Uses[i].OperandValToReplace);
1015     // We may need the UseTy below, but only when isAddrUse, so compute it
1016     // only in that case.
1017     const Type *UseTy = 0;
1018     if (isAddrUse)
1019       UseTy = getAccessType(Uses[i].Inst);
1020
1021     // Split the expression into subexprs.
1022     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
1023     // Add one to SubExpressionUseData.Count for each subexpr present, and
1024     // if the subexpr is not a valid immediate within an addressing mode use,
1025     // set SubExpressionUseData.notAllUsesAreFree.  We definitely want to
1026     // hoist these out of the loop (if they are common to all uses).
1027     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j) {
1028       if (++SubExpressionUseData[SubExprs[j]].Count == 1)
1029         UniqueSubExprs.push_back(SubExprs[j]);
1030       if (!isAddrUse || !fitsInAddressMode(SubExprs[j], UseTy, TLI, false))
1031         SubExpressionUseData[SubExprs[j]].notAllUsesAreFree = true;
1032     }
1033     SubExprs.clear();
1034   }
1035
1036   // Now that we know how many times each is used, build Result.  Iterate over
1037   // UniqueSubexprs so that we have a stable ordering.
1038   for (unsigned i = 0, e = UniqueSubExprs.size(); i != e; ++i) {
1039     std::map<SCEVHandle, SubExprUseData>::iterator I = 
1040        SubExpressionUseData.find(UniqueSubExprs[i]);
1041     assert(I != SubExpressionUseData.end() && "Entry not found?");
1042     if (I->second.Count == NumUsesInsideLoop) { // Found CSE! 
1043       if (I->second.notAllUsesAreFree)
1044         Result = SE->getAddExpr(Result, I->first);
1045       else 
1046         FreeResult = SE->getAddExpr(FreeResult, I->first);
1047     } else
1048       // Remove non-cse's from SubExpressionUseData.
1049       SubExpressionUseData.erase(I);
1050   }
1051
1052   if (FreeResult != Zero) {
1053     // We have some subexpressions that can be subsumed into addressing
1054     // modes in every use inside the loop.  However, it's possible that
1055     // there are so many of them that the combined FreeResult cannot
1056     // be subsumed, or that the target cannot handle both a FreeResult
1057     // and a Result in the same instruction (for example because it would
1058     // require too many registers).  Check this.
1059     for (unsigned i=0; i<NumUses; ++i) {
1060       if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent()))
1061         continue;
1062       // We know this is an addressing mode use; if there are any uses that
1063       // are not, FreeResult would be Zero.
1064       const Type *UseTy = getAccessType(Uses[i].Inst);
1065       if (!fitsInAddressMode(FreeResult, UseTy, TLI, Result!=Zero)) {
1066         // FIXME:  could split up FreeResult into pieces here, some hoisted
1067         // and some not.  There is no obvious advantage to this.
1068         Result = SE->getAddExpr(Result, FreeResult);
1069         FreeResult = Zero;
1070         break;
1071       }
1072     }
1073   }
1074
1075   // If we found no CSE's, return now.
1076   if (Result == Zero) return Result;
1077   
1078   // If we still have a FreeResult, remove its subexpressions from
1079   // SubExpressionUseData.  This means they will remain in the use Bases.
1080   if (FreeResult != Zero) {
1081     SeparateSubExprs(SubExprs, FreeResult, SE);
1082     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j) {
1083       std::map<SCEVHandle, SubExprUseData>::iterator I = 
1084          SubExpressionUseData.find(SubExprs[j]);
1085       SubExpressionUseData.erase(I);
1086     }
1087     SubExprs.clear();
1088   }
1089
1090   // Otherwise, remove all of the CSE's we found from each of the base values.
1091   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
1092     // Uses outside the loop don't necessarily include the common base, but
1093     // the final IV value coming into those uses does.  Instead of trying to
1094     // remove the pieces of the common base, which might not be there,
1095     // subtract off the base to compensate for this.
1096     if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent())) {
1097       Uses[i].Base = SE->getMinusSCEV(Uses[i].Base, Result);
1098       continue;
1099     }
1100
1101     // Split the expression into subexprs.
1102     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
1103
1104     // Remove any common subexpressions.
1105     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
1106       if (SubExpressionUseData.count(SubExprs[j])) {
1107         SubExprs.erase(SubExprs.begin()+j);
1108         --j; --e;
1109       }
1110     
1111     // Finally, add the non-shared expressions together.
1112     if (SubExprs.empty())
1113       Uses[i].Base = Zero;
1114     else
1115       Uses[i].Base = SE->getAddExpr(SubExprs);
1116     SubExprs.clear();
1117   }
1118  
1119   return Result;
1120 }
1121
1122 /// ValidStride - Check whether the given Scale is valid for all loads and 
1123 /// stores in UsersToProcess.
1124 ///
1125 bool LoopStrengthReduce::ValidStride(bool HasBaseReg,
1126                                int64_t Scale, 
1127                                const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
1128   if (!TLI)
1129     return true;
1130
1131   for (unsigned i=0, e = UsersToProcess.size(); i!=e; ++i) {
1132     // If this is a load or other access, pass the type of the access in.
1133     const Type *AccessTy = Type::VoidTy;
1134     if (isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
1135                      UsersToProcess[i].OperandValToReplace))
1136       AccessTy = getAccessType(UsersToProcess[i].Inst);
1137     else if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst))
1138       continue;
1139     
1140     TargetLowering::AddrMode AM;
1141     if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(UsersToProcess[i].Imm))
1142       AM.BaseOffs = SC->getValue()->getSExtValue();
1143     AM.HasBaseReg = HasBaseReg || !UsersToProcess[i].Base->isZero();
1144     AM.Scale = Scale;
1145
1146     // If load[imm+r*scale] is illegal, bail out.
1147     if (!TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
1148       return false;
1149   }
1150   return true;
1151 }
1152
1153 /// RequiresTypeConversion - Returns true if converting Ty1 to Ty2 is not
1154 /// a nop.
1155 bool LoopStrengthReduce::RequiresTypeConversion(const Type *Ty1,
1156                                                 const Type *Ty2) {
1157   if (Ty1 == Ty2)
1158     return false;
1159   Ty1 = SE->getEffectiveSCEVType(Ty1);
1160   Ty2 = SE->getEffectiveSCEVType(Ty2);
1161   if (Ty1 == Ty2)
1162     return false;
1163   if (Ty1->canLosslesslyBitCastTo(Ty2))
1164     return false;
1165   if (TLI && TLI->isTruncateFree(Ty1, Ty2))
1166     return false;
1167   return true;
1168 }
1169
1170 /// CheckForIVReuse - Returns the multiple if the stride is the multiple
1171 /// of a previous stride and it is a legal value for the target addressing
1172 /// mode scale component and optional base reg. This allows the users of
1173 /// this stride to be rewritten as prev iv * factor. It returns 0 if no
1174 /// reuse is possible.  Factors can be negative on same targets, e.g. ARM.
1175 ///
1176 /// If all uses are outside the loop, we don't require that all multiplies
1177 /// be folded into the addressing mode, nor even that the factor be constant; 
1178 /// a multiply (executed once) outside the loop is better than another IV 
1179 /// within.  Well, usually.
1180 SCEVHandle LoopStrengthReduce::CheckForIVReuse(bool HasBaseReg,
1181                                 bool AllUsesAreAddresses,
1182                                 bool AllUsesAreOutsideLoop,
1183                                 const SCEVHandle &Stride, 
1184                                 IVExpr &IV, const Type *Ty,
1185                                 const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
1186   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Stride)) {
1187     int64_t SInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1188     for (unsigned NewStride = 0, e = StrideOrder.size(); NewStride != e;
1189          ++NewStride) {
1190       std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1191                 IVsByStride.find(StrideOrder[NewStride]);
1192       if (SI == IVsByStride.end() || !isa<SCEVConstant>(SI->first))
1193         continue;
1194       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1195       if (SI->first != Stride &&
1196           (unsigned(abs(SInt)) < SSInt || (SInt % SSInt) != 0))
1197         continue;
1198       int64_t Scale = SInt / SSInt;
1199       // Check that this stride is valid for all the types used for loads and
1200       // stores; if it can be used for some and not others, we might as well use
1201       // the original stride everywhere, since we have to create the IV for it
1202       // anyway. If the scale is 1, then we don't need to worry about folding
1203       // multiplications.
1204       if (Scale == 1 ||
1205           (AllUsesAreAddresses &&
1206            ValidStride(HasBaseReg, Scale, UsersToProcess)))
1207         for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1208                IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1209           // FIXME: Only handle base == 0 for now.
1210           // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion.
1211           if (II->Base->isZero() &&
1212               !RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1213             IV = *II;
1214             return SE->getIntegerSCEV(Scale, Stride->getType());
1215           }
1216     }
1217   } else if (AllUsesAreOutsideLoop) {
1218     // Accept nonconstant strides here; it is really really right to substitute
1219     // an existing IV if we can.
1220     for (unsigned NewStride = 0, e = StrideOrder.size(); NewStride != e;
1221          ++NewStride) {
1222       std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1223                 IVsByStride.find(StrideOrder[NewStride]);
1224       if (SI == IVsByStride.end() || !isa<SCEVConstant>(SI->first))
1225         continue;
1226       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1227       if (SI->first != Stride && SSInt != 1)
1228         continue;
1229       for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1230              IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1231         // Accept nonzero base here.
1232         // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion.
1233         if (!RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1234           IV = *II;
1235           return Stride;
1236         }
1237     }
1238     // Special case, old IV is -1*x and this one is x.  Can treat this one as
1239     // -1*old.
1240     for (unsigned NewStride = 0, e = StrideOrder.size(); NewStride != e;
1241          ++NewStride) {
1242       std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1243                 IVsByStride.find(StrideOrder[NewStride]);
1244       if (SI == IVsByStride.end()) 
1245         continue;
1246       if (const SCEVMulExpr *ME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(SI->first))
1247         if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(ME->getOperand(0)))
1248           if (Stride == ME->getOperand(1) &&
1249               SC->getValue()->getSExtValue() == -1LL)
1250             for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1251                    IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1252               // Accept nonzero base here.
1253               // Only reuse previous IV if it would not require type conversion.
1254               if (!RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1255                 IV = *II;
1256                 return SE->getIntegerSCEV(-1LL, Stride->getType());
1257               }
1258     }
1259   }
1260   return SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1261 }
1262
1263 /// PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue - Simple boolean predicate that
1264 /// returns true if Val's isUseOfPostIncrementedValue is true.
1265 static bool PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue(const BasedUser &Val) {
1266   return Val.isUseOfPostIncrementedValue;
1267 }
1268
1269 /// isNonConstantNegative - Return true if the specified scev is negated, but
1270 /// not a constant.
1271 static bool isNonConstantNegative(const SCEVHandle &Expr) {
1272   const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Expr);
1273   if (!Mul) return false;
1274   
1275   // If there is a constant factor, it will be first.
1276   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0));
1277   if (!SC) return false;
1278   
1279   // Return true if the value is negative, this matches things like (-42 * V).
1280   return SC->getValue()->getValue().isNegative();
1281 }
1282
1283 // CollectIVUsers - Transform our list of users and offsets to a bit more
1284 // complex table. In this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base', the base
1285 // of the strided accesses, as well as the old information from Uses. We
1286 // progressively move information from the Base field to the Imm field, until
1287 // we eventually have the full access expression to rewrite the use.
1288 SCEVHandle LoopStrengthReduce::CollectIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
1289                                               IVUsersOfOneStride &Uses,
1290                                               Loop *L,
1291                                               bool &AllUsesAreAddresses,
1292                                               bool &AllUsesAreOutsideLoop,
1293                                        std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
1294   UsersToProcess.reserve(Uses.Users.size());
1295   for (unsigned i = 0, e = Uses.Users.size(); i != e; ++i) {
1296     UsersToProcess.push_back(BasedUser(Uses.Users[i], SE));
1297     
1298     // Move any loop variant operands from the offset field to the immediate
1299     // field of the use, so that we don't try to use something before it is
1300     // computed.
1301     MoveLoopVariantsToImmediateField(UsersToProcess.back().Base,
1302                                     UsersToProcess.back().Imm, L, SE);
1303     assert(UsersToProcess.back().Base->isLoopInvariant(L) &&
1304            "Base value is not loop invariant!");
1305   }
1306
1307   // We now have a whole bunch of uses of like-strided induction variables, but
1308   // they might all have different bases.  We want to emit one PHI node for this
1309   // stride which we fold as many common expressions (between the IVs) into as
1310   // possible.  Start by identifying the common expressions in the base values 
1311   // for the strides (e.g. if we have "A+C+B" and "A+B+D" as our bases, find
1312   // "A+B"), emit it to the preheader, then remove the expression from the
1313   // UsersToProcess base values.
1314   SCEVHandle CommonExprs =
1315     RemoveCommonExpressionsFromUseBases(UsersToProcess, SE, L, TLI);
1316
1317   // Next, figure out what we can represent in the immediate fields of
1318   // instructions.  If we can represent anything there, move it to the imm
1319   // fields of the BasedUsers.  We do this so that it increases the commonality
1320   // of the remaining uses.
1321   unsigned NumPHI = 0;
1322   bool HasAddress = false;
1323   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1324     // If the user is not in the current loop, this means it is using the exit
1325     // value of the IV.  Do not put anything in the base, make sure it's all in
1326     // the immediate field to allow as much factoring as possible.
1327     if (!L->contains(UsersToProcess[i].Inst->getParent())) {
1328       UsersToProcess[i].Imm = SE->getAddExpr(UsersToProcess[i].Imm,
1329                                              UsersToProcess[i].Base);
1330       UsersToProcess[i].Base = 
1331         SE->getIntegerSCEV(0, UsersToProcess[i].Base->getType());
1332     } else {
1333       // Not all uses are outside the loop.
1334       AllUsesAreOutsideLoop = false; 
1335
1336       // Addressing modes can be folded into loads and stores.  Be careful that
1337       // the store is through the expression, not of the expression though.
1338       bool isPHI = false;
1339       bool isAddress = isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
1340                                     UsersToProcess[i].OperandValToReplace);
1341       if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst)) {
1342         isPHI = true;
1343         ++NumPHI;
1344       }
1345
1346       if (isAddress)
1347         HasAddress = true;
1348      
1349       // If this use isn't an address, then not all uses are addresses.
1350       if (!isAddress && !isPHI)
1351         AllUsesAreAddresses = false;
1352       
1353       MoveImmediateValues(TLI, UsersToProcess[i].Inst, UsersToProcess[i].Base,
1354                           UsersToProcess[i].Imm, isAddress, L, SE);
1355     }
1356   }
1357
1358   // If one of the use is a PHI node and all other uses are addresses, still
1359   // allow iv reuse. Essentially we are trading one constant multiplication
1360   // for one fewer iv.
1361   if (NumPHI > 1)
1362     AllUsesAreAddresses = false;
1363     
1364   // There are no in-loop address uses.
1365   if (AllUsesAreAddresses && (!HasAddress && !AllUsesAreOutsideLoop))
1366     AllUsesAreAddresses = false;
1367
1368   return CommonExprs;
1369 }
1370
1371 /// ShouldUseFullStrengthReductionMode - Test whether full strength-reduction
1372 /// is valid and profitable for the given set of users of a stride. In
1373 /// full strength-reduction mode, all addresses at the current stride are
1374 /// strength-reduced all the way down to pointer arithmetic.
1375 ///
1376 bool LoopStrengthReduce::ShouldUseFullStrengthReductionMode(
1377                                    const std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1378                                    const Loop *L,
1379                                    bool AllUsesAreAddresses,
1380                                    SCEVHandle Stride) {
1381   if (!EnableFullLSRMode)
1382     return false;
1383
1384   // The heuristics below aim to avoid increasing register pressure, but
1385   // fully strength-reducing all the addresses increases the number of
1386   // add instructions, so don't do this when optimizing for size.
1387   // TODO: If the loop is large, the savings due to simpler addresses
1388   // may oughtweight the costs of the extra increment instructions.
1389   if (L->getHeader()->getParent()->hasFnAttr(Attribute::OptimizeForSize))
1390     return false;
1391
1392   // TODO: For now, don't do full strength reduction if there could
1393   // potentially be greater-stride multiples of the current stride
1394   // which could reuse the current stride IV.
1395   if (StrideOrder.back() != Stride)
1396     return false;
1397
1398   // Iterate through the uses to find conditions that automatically rule out
1399   // full-lsr mode.
1400   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ) {
1401     SCEV *Base = UsersToProcess[i].Base;
1402     SCEV *Imm = UsersToProcess[i].Imm;
1403     // If any users have a loop-variant component, they can't be fully
1404     // strength-reduced.
1405     if (Imm && !Imm->isLoopInvariant(L))
1406       return false;
1407     // If there are to users with the same base and the difference between
1408     // the two Imm values can't be folded into the address, full
1409     // strength reduction would increase register pressure.
1410     do {
1411       SCEV *CurImm = UsersToProcess[i].Imm;
1412       if ((CurImm || Imm) && CurImm != Imm) {
1413         if (!CurImm) CurImm = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1414         if (!Imm)       Imm = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1415         const Instruction *Inst = UsersToProcess[i].Inst;
1416         const Type *UseTy = getAccessType(Inst);
1417         SCEVHandle Diff = SE->getMinusSCEV(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1418         if (!Diff->isZero() &&
1419             (!AllUsesAreAddresses ||
1420              !fitsInAddressMode(Diff, UseTy, TLI, /*HasBaseReg=*/true)))
1421           return false;
1422       }
1423     } while (++i != e && Base == UsersToProcess[i].Base);
1424   }
1425
1426   // If there's exactly one user in this stride, fully strength-reducing it
1427   // won't increase register pressure. If it's starting from a non-zero base,
1428   // it'll be simpler this way.
1429   if (UsersToProcess.size() == 1 && !UsersToProcess[0].Base->isZero())
1430     return true;
1431
1432   // Otherwise, if there are any users in this stride that don't require
1433   // a register for their base, full strength-reduction will increase
1434   // register pressure.
1435   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1436     if (UsersToProcess[i].Base->isZero())
1437       return false;
1438
1439   // Otherwise, go for it.
1440   return true;
1441 }
1442
1443 /// InsertAffinePhi Create and insert a PHI node for an induction variable
1444 /// with the specified start and step values in the specified loop.
1445 ///
1446 /// If NegateStride is true, the stride should be negated by using a
1447 /// subtract instead of an add.
1448 ///
1449 /// Return the created phi node.
1450 ///
1451 static PHINode *InsertAffinePhi(SCEVHandle Start, SCEVHandle Step,
1452                                 const Loop *L,
1453                                 SCEVExpander &Rewriter) {
1454   assert(Start->isLoopInvariant(L) && "New PHI start is not loop invariant!");
1455   assert(Step->isLoopInvariant(L) && "New PHI stride is not loop invariant!");
1456
1457   BasicBlock *Header = L->getHeader();
1458   BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
1459   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1460   const Type *Ty = Start->getType();
1461   Ty = Rewriter.SE.getEffectiveSCEVType(Ty);
1462
1463   PHINode *PN = PHINode::Create(Ty, "lsr.iv", Header->begin());
1464   PN->addIncoming(Rewriter.expandCodeFor(Start, Ty, Preheader->getTerminator()),
1465                   Preheader);
1466
1467   // If the stride is negative, insert a sub instead of an add for the
1468   // increment.
1469   bool isNegative = isNonConstantNegative(Step);
1470   SCEVHandle IncAmount = Step;
1471   if (isNegative)
1472     IncAmount = Rewriter.SE.getNegativeSCEV(Step);
1473
1474   // Insert an add instruction right before the terminator corresponding
1475   // to the back-edge.
1476   Value *StepV = Rewriter.expandCodeFor(IncAmount, Ty,
1477                                         Preheader->getTerminator());
1478   Instruction *IncV;
1479   if (isNegative) {
1480     IncV = BinaryOperator::CreateSub(PN, StepV, "lsr.iv.next",
1481                                      LatchBlock->getTerminator());
1482   } else {
1483     IncV = BinaryOperator::CreateAdd(PN, StepV, "lsr.iv.next",
1484                                      LatchBlock->getTerminator());
1485   }
1486   if (!isa<ConstantInt>(StepV)) ++NumVariable;
1487
1488   PN->addIncoming(IncV, LatchBlock);
1489
1490   ++NumInserted;
1491   return PN;
1492 }
1493
1494 static void SortUsersToProcess(std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
1495   // We want to emit code for users inside the loop first.  To do this, we
1496   // rearrange BasedUser so that the entries at the end have
1497   // isUseOfPostIncrementedValue = false, because we pop off the end of the
1498   // vector (so we handle them first).
1499   std::partition(UsersToProcess.begin(), UsersToProcess.end(),
1500                  PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue);
1501
1502   // Sort this by base, so that things with the same base are handled
1503   // together.  By partitioning first and stable-sorting later, we are
1504   // guaranteed that within each base we will pop off users from within the
1505   // loop before users outside of the loop with a particular base.
1506   //
1507   // We would like to use stable_sort here, but we can't.  The problem is that
1508   // SCEVHandle's don't have a deterministic ordering w.r.t to each other, so
1509   // we don't have anything to do a '<' comparison on.  Because we think the
1510   // number of uses is small, do a horrible bubble sort which just relies on
1511   // ==.
1512   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1513     // Get a base value.
1514     SCEVHandle Base = UsersToProcess[i].Base;
1515
1516     // Compact everything with this base to be consecutive with this one.
1517     for (unsigned j = i+1; j != e; ++j) {
1518       if (UsersToProcess[j].Base == Base) {
1519         std::swap(UsersToProcess[i+1], UsersToProcess[j]);
1520         ++i;
1521       }
1522     }
1523   }
1524 }
1525
1526 /// PrepareToStrengthReduceFully - Prepare to fully strength-reduce
1527 /// UsersToProcess, meaning lowering addresses all the way down to direct
1528 /// pointer arithmetic.
1529 ///
1530 void
1531 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceFully(
1532                                         std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1533                                         SCEVHandle Stride,
1534                                         SCEVHandle CommonExprs,
1535                                         const Loop *L,
1536                                         SCEVExpander &PreheaderRewriter) {
1537   DOUT << "  Fully reducing all users\n";
1538
1539   // Rewrite the UsersToProcess records, creating a separate PHI for each
1540   // unique Base value.
1541   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ) {
1542     // TODO: The uses are grouped by base, but not sorted. We arbitrarily
1543     // pick the first Imm value here to start with, and adjust it for the
1544     // other uses.
1545     SCEVHandle Imm = UsersToProcess[i].Imm;
1546     SCEVHandle Base = UsersToProcess[i].Base;
1547     SCEVHandle Start = SE->getAddExpr(CommonExprs, Base, Imm);
1548     PHINode *Phi = InsertAffinePhi(Start, Stride, L,
1549                                    PreheaderRewriter);
1550     // Loop over all the users with the same base.
1551     do {
1552       UsersToProcess[i].Base = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1553       UsersToProcess[i].Imm = SE->getMinusSCEV(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1554       UsersToProcess[i].Phi = Phi;
1555       assert(UsersToProcess[i].Imm->isLoopInvariant(L) &&
1556              "ShouldUseFullStrengthReductionMode should reject this!");
1557     } while (++i != e && Base == UsersToProcess[i].Base);
1558   }
1559 }
1560
1561 /// PrepareToStrengthReduceWithNewPhi - Insert a new induction variable for the
1562 /// given users to share.
1563 ///
1564 void
1565 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(
1566                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1567                                          SCEVHandle Stride,
1568                                          SCEVHandle CommonExprs,
1569                                          Value *CommonBaseV,
1570                                          const Loop *L,
1571                                          SCEVExpander &PreheaderRewriter) {
1572   DOUT << "  Inserting new PHI:\n";
1573
1574   PHINode *Phi = InsertAffinePhi(SE->getUnknown(CommonBaseV),
1575                                  Stride, L,
1576                                  PreheaderRewriter);
1577
1578   // Remember this in case a later stride is multiple of this.
1579   IVsByStride[Stride].addIV(Stride, CommonExprs, Phi);
1580
1581   // All the users will share this new IV.
1582   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1583     UsersToProcess[i].Phi = Phi;
1584
1585   DOUT << "    IV=";
1586   DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, Phi, /*PrintType=*/false));
1587   DOUT << "\n";
1588 }
1589
1590 /// PrepareToStrengthReduceWithNewPhi - Prepare for the given users to reuse
1591 /// an induction variable with a stride that is a factor of the current
1592 /// induction variable.
1593 ///
1594 void
1595 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(
1596                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1597                                          Value *CommonBaseV,
1598                                          const IVExpr &ReuseIV,
1599                                          Instruction *PreInsertPt) {
1600   DOUT << "  Rewriting in terms of existing IV of STRIDE " << *ReuseIV.Stride
1601        << " and BASE " << *ReuseIV.Base << "\n";
1602
1603   // All the users will share the reused IV.
1604   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1605     UsersToProcess[i].Phi = ReuseIV.PHI;
1606
1607   Constant *C = dyn_cast<Constant>(CommonBaseV);
1608   if (C &&
1609       (!C->isNullValue() &&
1610        !fitsInAddressMode(SE->getUnknown(CommonBaseV), CommonBaseV->getType(),
1611                          TLI, false)))
1612     // We want the common base emitted into the preheader! This is just
1613     // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1614     CommonBaseV = new BitCastInst(CommonBaseV, CommonBaseV->getType(),
1615                                   "commonbase", PreInsertPt);
1616 }
1617
1618 static bool IsImmFoldedIntoAddrMode(GlobalValue *GV, int64_t Offset,
1619                                     const Type *AccessTy,
1620                                    std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1621                                    const TargetLowering *TLI) {
1622   SmallVector<Instruction*, 16> AddrModeInsts;
1623   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1624     if (UsersToProcess[i].isUseOfPostIncrementedValue)
1625       continue;
1626     ExtAddrMode AddrMode =
1627       AddressingModeMatcher::Match(UsersToProcess[i].OperandValToReplace,
1628                                    AccessTy, UsersToProcess[i].Inst,
1629                                    AddrModeInsts, *TLI);
1630     if (GV && GV != AddrMode.BaseGV)
1631       return false;
1632     if (Offset && !AddrMode.BaseOffs)
1633       // FIXME: How to accurate check it's immediate offset is folded.
1634       return false;
1635     AddrModeInsts.clear();
1636   }
1637   return true;
1638 }
1639
1640 /// StrengthReduceStridedIVUsers - Strength reduce all of the users of a single
1641 /// stride of IV.  All of the users may have different starting values, and this
1642 /// may not be the only stride.
1643 void LoopStrengthReduce::StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
1644                                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
1645                                                       Loop *L) {
1646   // If all the users are moved to another stride, then there is nothing to do.
1647   if (Uses.Users.empty())
1648     return;
1649
1650   // Keep track if every use in UsersToProcess is an address. If they all are,
1651   // we may be able to rewrite the entire collection of them in terms of a
1652   // smaller-stride IV.
1653   bool AllUsesAreAddresses = true;
1654
1655   // Keep track if every use of a single stride is outside the loop.  If so,
1656   // we want to be more aggressive about reusing a smaller-stride IV; a
1657   // multiply outside the loop is better than another IV inside.  Well, usually.
1658   bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
1659
1660   // Transform our list of users and offsets to a bit more complex table.  In
1661   // this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base' the base of the
1662   // strided accessas well as the old information from Uses.  We progressively
1663   // move information from the Base field to the Imm field, until we eventually
1664   // have the full access expression to rewrite the use.
1665   std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
1666   SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(Stride, Uses, L, AllUsesAreAddresses,
1667                                           AllUsesAreOutsideLoop,
1668                                           UsersToProcess);
1669
1670   // Sort the UsersToProcess array so that users with common bases are
1671   // next to each other.
1672   SortUsersToProcess(UsersToProcess);
1673
1674   // If we managed to find some expressions in common, we'll need to carry
1675   // their value in a register and add it in for each use. This will take up
1676   // a register operand, which potentially restricts what stride values are
1677   // valid.
1678   bool HaveCommonExprs = !CommonExprs->isZero();
1679   const Type *ReplacedTy = CommonExprs->getType();
1680
1681   // If all uses are addresses, consider sinking the immediate part of the
1682   // common expression back into uses if they can fit in the immediate fields.
1683   if (TLI && HaveCommonExprs && AllUsesAreAddresses) {
1684     SCEVHandle NewCommon = CommonExprs;
1685     SCEVHandle Imm = SE->getIntegerSCEV(0, ReplacedTy);
1686     MoveImmediateValues(TLI, Type::VoidTy, NewCommon, Imm, true, L, SE);
1687     if (!Imm->isZero()) {
1688       bool DoSink = true;
1689
1690       // If the immediate part of the common expression is a GV, check if it's
1691       // possible to fold it into the target addressing mode.
1692       GlobalValue *GV = 0;
1693       if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(Imm))
1694         GV = dyn_cast<GlobalValue>(SU->getValue());
1695       int64_t Offset = 0;
1696       if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Imm))
1697         Offset = SC->getValue()->getSExtValue();
1698       if (GV || Offset)
1699         // Pass VoidTy as the AccessTy to be conservative, because
1700         // there could be multiple access types among all the uses.
1701         DoSink = IsImmFoldedIntoAddrMode(GV, Offset, Type::VoidTy,
1702                                          UsersToProcess, TLI);
1703
1704       if (DoSink) {
1705         DOUT << "  Sinking " << *Imm << " back down into uses\n";
1706         for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1707           UsersToProcess[i].Imm = SE->getAddExpr(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1708         CommonExprs = NewCommon;
1709         HaveCommonExprs = !CommonExprs->isZero();
1710         ++NumImmSunk;
1711       }
1712     }
1713   }
1714
1715   // Now that we know what we need to do, insert the PHI node itself.
1716   //
1717   DOUT << "LSR: Examining IVs of TYPE " << *ReplacedTy << " of STRIDE "
1718        << *Stride << ":\n"
1719        << "  Common base: " << *CommonExprs << "\n";
1720
1721   SCEVExpander Rewriter(*SE, *LI);
1722   SCEVExpander PreheaderRewriter(*SE, *LI);
1723
1724   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
1725   Instruction *PreInsertPt = Preheader->getTerminator();
1726   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1727
1728   Value *CommonBaseV = Constant::getNullValue(ReplacedTy);
1729
1730   SCEVHandle RewriteFactor = SE->getIntegerSCEV(0, ReplacedTy);
1731   IVExpr   ReuseIV(SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1732                    SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1733                    0);
1734
1735   /// Choose a strength-reduction strategy and prepare for it by creating
1736   /// the necessary PHIs and adjusting the bookkeeping.
1737   if (ShouldUseFullStrengthReductionMode(UsersToProcess, L,
1738                                          AllUsesAreAddresses, Stride)) {
1739     PrepareToStrengthReduceFully(UsersToProcess, Stride, CommonExprs, L,
1740                                  PreheaderRewriter);
1741   } else {
1742     // Emit the initial base value into the loop preheader.
1743     CommonBaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(CommonExprs, ReplacedTy,
1744                                                   PreInsertPt);
1745
1746     // If all uses are addresses, check if it is possible to reuse an IV with a
1747     // stride that is a factor of this stride. And that the multiple is a number
1748     // that can be encoded in the scale field of the target addressing mode. And
1749     // that we will have a valid instruction after this substition, including
1750     // the immediate field, if any.
1751     RewriteFactor = CheckForIVReuse(HaveCommonExprs, AllUsesAreAddresses,
1752                                     AllUsesAreOutsideLoop,
1753                                     Stride, ReuseIV, ReplacedTy,
1754                                     UsersToProcess);
1755     if (isa<SCEVConstant>(RewriteFactor) &&
1756         cast<SCEVConstant>(RewriteFactor)->isZero())
1757       PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(UsersToProcess, Stride, CommonExprs,
1758                                         CommonBaseV, L, PreheaderRewriter);
1759     else
1760       PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(UsersToProcess, CommonBaseV,
1761                                                ReuseIV, PreInsertPt);
1762   }
1763
1764   // Process all the users now, replacing their strided uses with
1765   // strength-reduced forms.  This outer loop handles all bases, the inner
1766   // loop handles all users of a particular base.
1767   while (!UsersToProcess.empty()) {
1768     SCEVHandle Base = UsersToProcess.back().Base;
1769     Instruction *Inst = UsersToProcess.back().Inst;
1770
1771     // Emit the code for Base into the preheader.
1772     Value *BaseV = 0;
1773     if (!Base->isZero()) {
1774       BaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(Base, Base->getType(),
1775                                               PreInsertPt);
1776
1777       DOUT << "  INSERTING code for BASE = " << *Base << ":";
1778       if (BaseV->hasName())
1779         DOUT << " Result value name = %" << BaseV->getNameStr();
1780       DOUT << "\n";
1781
1782       // If BaseV is a non-zero constant, make sure that it gets inserted into
1783       // the preheader, instead of being forward substituted into the uses.  We
1784       // do this by forcing a BitCast (noop cast) to be inserted into the
1785       // preheader in this case.
1786       if (!fitsInAddressMode(Base, getAccessType(Inst), TLI, false)) {
1787         // We want this constant emitted into the preheader! This is just
1788         // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1789         BaseV = new BitCastInst(BaseV, BaseV->getType(), "preheaderinsert",
1790                                 PreInsertPt);       
1791       }
1792     }
1793
1794     // Emit the code to add the immediate offset to the Phi value, just before
1795     // the instructions that we identified as using this stride and base.
1796     do {
1797       // FIXME: Use emitted users to emit other users.
1798       BasedUser &User = UsersToProcess.back();
1799
1800       DOUT << "    Examining use ";
1801       DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, UsersToProcess.back().OperandValToReplace,
1802                            /*PrintType=*/false));
1803       DOUT << " in Inst: " << *(User.Inst);
1804
1805       // If this instruction wants to use the post-incremented value, move it
1806       // after the post-inc and use its value instead of the PHI.
1807       Value *RewriteOp = User.Phi;
1808       if (User.isUseOfPostIncrementedValue) {
1809         RewriteOp = User.Phi->getIncomingValueForBlock(LatchBlock);
1810
1811         // If this user is in the loop, make sure it is the last thing in the
1812         // loop to ensure it is dominated by the increment.
1813         if (L->contains(User.Inst->getParent()))
1814           User.Inst->moveBefore(LatchBlock->getTerminator());
1815       }
1816
1817       SCEVHandle RewriteExpr = SE->getUnknown(RewriteOp);
1818
1819       if (SE->getTypeSizeInBits(RewriteOp->getType()) !=
1820           SE->getTypeSizeInBits(ReplacedTy)) {
1821         assert(SE->getTypeSizeInBits(RewriteOp->getType()) >
1822                SE->getTypeSizeInBits(ReplacedTy) &&
1823                "Unexpected widening cast!");
1824         RewriteExpr = SE->getTruncateExpr(RewriteExpr, ReplacedTy);
1825       }
1826
1827       // If we had to insert new instructions for RewriteOp, we have to
1828       // consider that they may not have been able to end up immediately
1829       // next to RewriteOp, because non-PHI instructions may never precede
1830       // PHI instructions in a block. In this case, remember where the last
1831       // instruction was inserted so that if we're replacing a different
1832       // PHI node, we can use the later point to expand the final
1833       // RewriteExpr.
1834       Instruction *NewBasePt = dyn_cast<Instruction>(RewriteOp);
1835       if (RewriteOp == User.Phi) NewBasePt = 0;
1836
1837       // Clear the SCEVExpander's expression map so that we are guaranteed
1838       // to have the code emitted where we expect it.
1839       Rewriter.clear();
1840
1841       // If we are reusing the iv, then it must be multiplied by a constant
1842       // factor to take advantage of the addressing mode scale component.
1843       if (!RewriteFactor->isZero()) {
1844         // If we're reusing an IV with a nonzero base (currently this happens
1845         // only when all reuses are outside the loop) subtract that base here.
1846         // The base has been used to initialize the PHI node but we don't want
1847         // it here.
1848         if (!ReuseIV.Base->isZero()) {
1849           SCEVHandle typedBase = ReuseIV.Base;
1850           if (SE->getTypeSizeInBits(RewriteExpr->getType()) !=
1851               SE->getTypeSizeInBits(ReuseIV.Base->getType())) {
1852             // It's possible the original IV is a larger type than the new IV,
1853             // in which case we have to truncate the Base.  We checked in
1854             // RequiresTypeConversion that this is valid.
1855             assert(SE->getTypeSizeInBits(RewriteExpr->getType()) <
1856                    SE->getTypeSizeInBits(ReuseIV.Base->getType()) &&
1857                    "Unexpected lengthening conversion!");
1858             typedBase = SE->getTruncateExpr(ReuseIV.Base, 
1859                                             RewriteExpr->getType());
1860           }
1861           RewriteExpr = SE->getMinusSCEV(RewriteExpr, typedBase);
1862         }
1863
1864         // Multiply old variable, with base removed, by new scale factor.
1865         RewriteExpr = SE->getMulExpr(RewriteFactor,
1866                                      RewriteExpr);
1867
1868         // The common base is emitted in the loop preheader. But since we
1869         // are reusing an IV, it has not been used to initialize the PHI node.
1870         // Add it to the expression used to rewrite the uses.
1871         // When this use is outside the loop, we earlier subtracted the
1872         // common base, and are adding it back here.  Use the same expression
1873         // as before, rather than CommonBaseV, so DAGCombiner will zap it.
1874         if (!CommonExprs->isZero()) {
1875           if (L->contains(User.Inst->getParent()))
1876             RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr,
1877                                        SE->getUnknown(CommonBaseV));
1878           else
1879             RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, CommonExprs);
1880         }
1881       }
1882
1883       // Now that we know what we need to do, insert code before User for the
1884       // immediate and any loop-variant expressions.
1885       if (BaseV)
1886         // Add BaseV to the PHI value if needed.
1887         RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, SE->getUnknown(BaseV));
1888
1889       User.RewriteInstructionToUseNewBase(RewriteExpr, NewBasePt,
1890                                           Rewriter, L, this,
1891                                           DeadInsts);
1892
1893       // Mark old value we replaced as possibly dead, so that it is eliminated
1894       // if we just replaced the last use of that value.
1895       DeadInsts.push_back(cast<Instruction>(User.OperandValToReplace));
1896
1897       UsersToProcess.pop_back();
1898       ++NumReduced;
1899
1900       // If there are any more users to process with the same base, process them
1901       // now.  We sorted by base above, so we just have to check the last elt.
1902     } while (!UsersToProcess.empty() && UsersToProcess.back().Base == Base);
1903     // TODO: Next, find out which base index is the most common, pull it out.
1904   }
1905
1906   // IMPORTANT TODO: Figure out how to partition the IV's with this stride, but
1907   // different starting values, into different PHIs.
1908 }
1909
1910 /// FindIVUserForCond - If Cond has an operand that is an expression of an IV,
1911 /// set the IV user and stride information and return true, otherwise return
1912 /// false.
1913 bool LoopStrengthReduce::FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
1914                                        const SCEVHandle *&CondStride) {
1915   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e && !CondUse;
1916        ++Stride) {
1917     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1918     IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
1919     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1920     
1921     for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
1922          E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI)
1923       if (UI->User == Cond) {
1924         // NOTE: we could handle setcc instructions with multiple uses here, but
1925         // InstCombine does it as well for simple uses, it's not clear that it
1926         // occurs enough in real life to handle.
1927         CondUse = &*UI;
1928         CondStride = &SI->first;
1929         return true;
1930       }
1931   }
1932   return false;
1933 }    
1934
1935 namespace {
1936   // Constant strides come first which in turns are sorted by their absolute
1937   // values. If absolute values are the same, then positive strides comes first.
1938   // e.g.
1939   // 4, -1, X, 1, 2 ==> 1, -1, 2, 4, X
1940   struct StrideCompare {
1941     const ScalarEvolution *SE;
1942     explicit StrideCompare(const ScalarEvolution *se) : SE(se) {}
1943
1944     bool operator()(const SCEVHandle &LHS, const SCEVHandle &RHS) {
1945       const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS);
1946       const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS);
1947       if (LHSC && RHSC) {
1948         int64_t  LV = LHSC->getValue()->getSExtValue();
1949         int64_t  RV = RHSC->getValue()->getSExtValue();
1950         uint64_t ALV = (LV < 0) ? -LV : LV;
1951         uint64_t ARV = (RV < 0) ? -RV : RV;
1952         if (ALV == ARV) {
1953           if (LV != RV)
1954             return LV > RV;
1955         } else {
1956           return ALV < ARV;
1957         }
1958
1959         // If it's the same value but different type, sort by bit width so
1960         // that we emit larger induction variables before smaller
1961         // ones, letting the smaller be re-written in terms of larger ones.
1962         return SE->getTypeSizeInBits(RHS->getType()) <
1963                SE->getTypeSizeInBits(LHS->getType());
1964       }
1965       return LHSC && !RHSC;
1966     }
1967   };
1968 }
1969
1970 /// ChangeCompareStride - If a loop termination compare instruction is the
1971 /// only use of its stride, and the compaison is against a constant value,
1972 /// try eliminate the stride by moving the compare instruction to another
1973 /// stride and change its constant operand accordingly. e.g.
1974 ///
1975 /// loop:
1976 /// ...
1977 /// v1 = v1 + 3
1978 /// v2 = v2 + 1
1979 /// if (v2 < 10) goto loop
1980 /// =>
1981 /// loop:
1982 /// ...
1983 /// v1 = v1 + 3
1984 /// if (v1 < 30) goto loop
1985 ICmpInst *LoopStrengthReduce::ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
1986                                                 IVStrideUse* &CondUse,
1987                                                 const SCEVHandle* &CondStride) {
1988   if (StrideOrder.size() < 2 ||
1989       IVUsesByStride[*CondStride].Users.size() != 1)
1990     return Cond;
1991   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(*CondStride);
1992   if (!SC) return Cond;
1993
1994   ICmpInst::Predicate Predicate = Cond->getPredicate();
1995   int64_t CmpSSInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1996   unsigned BitWidth = SE->getTypeSizeInBits((*CondStride)->getType());
1997   uint64_t SignBit = 1ULL << (BitWidth-1);
1998   const Type *CmpTy = Cond->getOperand(0)->getType();
1999   const Type *NewCmpTy = NULL;
2000   unsigned TyBits = SE->getTypeSizeInBits(CmpTy);
2001   unsigned NewTyBits = 0;
2002   SCEVHandle *NewStride = NULL;
2003   Value *NewCmpLHS = NULL;
2004   Value *NewCmpRHS = NULL;
2005   int64_t Scale = 1;
2006   SCEVHandle NewOffset = SE->getIntegerSCEV(0, CmpTy);
2007
2008   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Cond->getOperand(1))) {
2009     int64_t CmpVal = C->getValue().getSExtValue();
2010
2011     // Check stride constant and the comparision constant signs to detect
2012     // overflow.
2013     if ((CmpVal & SignBit) != (CmpSSInt & SignBit))
2014       return Cond;
2015
2016     // Look for a suitable stride / iv as replacement.
2017     for (unsigned i = 0, e = StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
2018       std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
2019         IVUsesByStride.find(StrideOrder[i]);
2020       if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
2021         continue;
2022       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
2023       if (SSInt == CmpSSInt ||
2024           abs(SSInt) < abs(CmpSSInt) ||
2025           (SSInt % CmpSSInt) != 0)
2026         continue;
2027
2028       Scale = SSInt / CmpSSInt;
2029       int64_t NewCmpVal = CmpVal * Scale;
2030       APInt Mul = APInt(BitWidth, NewCmpVal);
2031       // Check for overflow.
2032       if (Mul.getSExtValue() != NewCmpVal)
2033         continue;
2034
2035       // Watch out for overflow.
2036       if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate) &&
2037           (CmpVal & SignBit) != (NewCmpVal & SignBit))
2038         continue;
2039
2040       if (NewCmpVal == CmpVal)
2041         continue;
2042       // Pick the best iv to use trying to avoid a cast.
2043       NewCmpLHS = NULL;
2044       for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
2045              E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI) {
2046         NewCmpLHS = UI->OperandValToReplace;
2047         if (NewCmpLHS->getType() == CmpTy)
2048           break;
2049       }
2050       if (!NewCmpLHS)
2051         continue;
2052
2053       NewCmpTy = NewCmpLHS->getType();
2054       NewTyBits = SE->getTypeSizeInBits(NewCmpTy);
2055       const Type *NewCmpIntTy = IntegerType::get(NewTyBits);
2056       if (RequiresTypeConversion(NewCmpTy, CmpTy)) {
2057         // Check if it is possible to rewrite it using
2058         // an iv / stride of a smaller integer type.
2059         unsigned Bits = NewTyBits;
2060         if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate))
2061           --Bits;
2062         uint64_t Mask = (1ULL << Bits) - 1;
2063         if (((uint64_t)NewCmpVal & Mask) != (uint64_t)NewCmpVal)
2064           continue;
2065       }
2066
2067       // Don't rewrite if use offset is non-constant and the new type is
2068       // of a different type.
2069       // FIXME: too conservative?
2070       if (NewTyBits != TyBits && !isa<SCEVConstant>(CondUse->Offset))
2071         continue;
2072
2073       bool AllUsesAreAddresses = true;
2074       bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
2075       std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
2076       SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(SI->first, SI->second, L,
2077                                               AllUsesAreAddresses,
2078                                               AllUsesAreOutsideLoop,
2079                                               UsersToProcess);
2080       // Avoid rewriting the compare instruction with an iv of new stride
2081       // if it's likely the new stride uses will be rewritten using the
2082       // stride of the compare instruction.
2083       if (AllUsesAreAddresses &&
2084           ValidStride(!CommonExprs->isZero(), Scale, UsersToProcess))
2085         continue;
2086
2087       // If scale is negative, use swapped predicate unless it's testing
2088       // for equality.
2089       if (Scale < 0 && !Cond->isEquality())
2090         Predicate = ICmpInst::getSwappedPredicate(Predicate);
2091
2092       NewStride = &StrideOrder[i];
2093       if (!isa<PointerType>(NewCmpTy))
2094         NewCmpRHS = ConstantInt::get(NewCmpTy, NewCmpVal);
2095       else {
2096         ConstantInt *CI = ConstantInt::get(NewCmpIntTy, NewCmpVal);
2097         NewCmpRHS = ConstantExpr::getIntToPtr(CI, NewCmpTy);
2098       }
2099       NewOffset = TyBits == NewTyBits
2100         ? SE->getMulExpr(CondUse->Offset,
2101                          SE->getConstant(ConstantInt::get(CmpTy, Scale)))
2102         : SE->getConstant(ConstantInt::get(NewCmpIntTy,
2103           cast<SCEVConstant>(CondUse->Offset)->getValue()->getSExtValue()*Scale));
2104       break;
2105     }
2106   }
2107
2108   // Forgo this transformation if it the increment happens to be
2109   // unfortunately positioned after the condition, and the condition
2110   // has multiple uses which prevent it from being moved immediately
2111   // before the branch. See
2112   // test/Transforms/LoopStrengthReduce/change-compare-stride-trickiness-*.ll
2113   // for an example of this situation.
2114   if (!Cond->hasOneUse()) {
2115     for (BasicBlock::iterator I = Cond, E = Cond->getParent()->end();
2116          I != E; ++I)
2117       if (I == NewCmpLHS)
2118         return Cond;
2119   }
2120
2121   if (NewCmpRHS) {
2122     // Create a new compare instruction using new stride / iv.
2123     ICmpInst *OldCond = Cond;
2124     // Insert new compare instruction.
2125     Cond = new ICmpInst(Predicate, NewCmpLHS, NewCmpRHS,
2126                         L->getHeader()->getName() + ".termcond",
2127                         OldCond);
2128
2129     // Remove the old compare instruction. The old indvar is probably dead too.
2130     DeadInsts.push_back(cast<Instruction>(CondUse->OperandValToReplace));
2131     OldCond->replaceAllUsesWith(Cond);
2132     OldCond->eraseFromParent();
2133
2134     IVUsesByStride[*CondStride].Users.pop_back();
2135     IVUsesByStride[*NewStride].addUser(NewOffset, Cond, NewCmpLHS);
2136     CondUse = &IVUsesByStride[*NewStride].Users.back();
2137     CondStride = NewStride;
2138     ++NumEliminated;
2139     Changed = true;
2140   }
2141
2142   return Cond;
2143 }
2144
2145 /// OptimizeSMax - Rewrite the loop's terminating condition if it uses
2146 /// an smax computation.
2147 ///
2148 /// This is a narrow solution to a specific, but acute, problem. For loops
2149 /// like this:
2150 ///
2151 ///   i = 0;
2152 ///   do {
2153 ///     p[i] = 0.0;
2154 ///   } while (++i < n);
2155 ///
2156 /// where the comparison is signed, the trip count isn't just 'n', because
2157 /// 'n' could be negative. And unfortunately this can come up even for loops
2158 /// where the user didn't use a C do-while loop. For example, seemingly
2159 /// well-behaved top-test loops will commonly be lowered like this:
2160 //
2161 ///   if (n > 0) {
2162 ///     i = 0;
2163 ///     do {
2164 ///       p[i] = 0.0;
2165 ///     } while (++i < n);
2166 ///   }
2167 ///
2168 /// and then it's possible for subsequent optimization to obscure the if
2169 /// test in such a way that indvars can't find it.
2170 ///
2171 /// When indvars can't find the if test in loops like this, it creates a
2172 /// signed-max expression, which allows it to give the loop a canonical
2173 /// induction variable:
2174 ///
2175 ///   i = 0;
2176 ///   smax = n < 1 ? 1 : n;
2177 ///   do {
2178 ///     p[i] = 0.0;
2179 ///   } while (++i != smax);
2180 ///
2181 /// Canonical induction variables are necessary because the loop passes
2182 /// are designed around them. The most obvious example of this is the
2183 /// LoopInfo analysis, which doesn't remember trip count values. It
2184 /// expects to be able to rediscover the trip count each time it is
2185 /// needed, and it does this using a simple analyis that only succeeds if
2186 /// the loop has a canonical induction variable.
2187 ///
2188 /// However, when it comes time to generate code, the maximum operation
2189 /// can be quite costly, especially if it's inside of an outer loop.
2190 ///
2191 /// This function solves this problem by detecting this type of loop and
2192 /// rewriting their conditions from ICMP_NE back to ICMP_SLT, and deleting
2193 /// the instructions for the maximum computation.
2194 ///
2195 ICmpInst *LoopStrengthReduce::OptimizeSMax(Loop *L, ICmpInst *Cond,
2196                                            IVStrideUse* &CondUse) {
2197   // Check that the loop matches the pattern we're looking for.
2198   if (Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_EQ &&
2199       Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_NE)
2200     return Cond;
2201
2202   SelectInst *Sel = dyn_cast<SelectInst>(Cond->getOperand(1));
2203   if (!Sel || !Sel->hasOneUse()) return Cond;
2204
2205   SCEVHandle BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
2206   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
2207     return Cond;
2208   SCEVHandle One = SE->getIntegerSCEV(1, BackedgeTakenCount->getType());
2209
2210   // Add one to the backedge-taken count to get the trip count.
2211   SCEVHandle IterationCount = SE->getAddExpr(BackedgeTakenCount, One);
2212
2213   // Check for a max calculation that matches the pattern.
2214   SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(IterationCount);
2215   if (!SMax || SMax != SE->getSCEV(Sel)) return Cond;
2216
2217   SCEVHandle SMaxLHS = SMax->getOperand(0);
2218   SCEVHandle SMaxRHS = SMax->getOperand(1);
2219   if (!SMaxLHS || SMaxLHS != One) return Cond;
2220
2221   // Check the relevant induction variable for conformance to
2222   // the pattern.
2223   SCEVHandle IV = SE->getSCEV(Cond->getOperand(0));
2224   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
2225   if (!AR || !AR->isAffine() ||
2226       AR->getStart() != One ||
2227       AR->getStepRecurrence(*SE) != One)
2228     return Cond;
2229
2230   assert(AR->getLoop() == L &&
2231          "Loop condition operand is an addrec in a different loop!");
2232
2233   // Check the right operand of the select, and remember it, as it will
2234   // be used in the new comparison instruction.
2235   Value *NewRHS = 0;
2236   if (SE->getSCEV(Sel->getOperand(1)) == SMaxRHS)
2237     NewRHS = Sel->getOperand(1);
2238   else if (SE->getSCEV(Sel->getOperand(2)) == SMaxRHS)
2239     NewRHS = Sel->getOperand(2);
2240   if (!NewRHS) return Cond;
2241
2242   // Ok, everything looks ok to change the condition into an SLT or SGE and
2243   // delete the max calculation.
2244   ICmpInst *NewCond =
2245     new ICmpInst(Cond->getPredicate() == CmpInst::ICMP_NE ?
2246                    CmpInst::ICMP_SLT :
2247                    CmpInst::ICMP_SGE,
2248                  Cond->getOperand(0), NewRHS, "scmp", Cond);
2249
2250   // Delete the max calculation instructions.
2251   Cond->replaceAllUsesWith(NewCond);
2252   Cond->eraseFromParent();
2253   Instruction *Cmp = cast<Instruction>(Sel->getOperand(0));
2254   Sel->eraseFromParent();
2255   if (Cmp->use_empty())
2256     Cmp->eraseFromParent();
2257   CondUse->User = NewCond;
2258   return NewCond;
2259 }
2260
2261 /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
2262 /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
2263 void LoopStrengthReduce::OptimizeShadowIV(Loop *L) {
2264
2265   SCEVHandle BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
2266   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
2267     return;
2268
2269   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e;
2270        ++Stride) {
2271     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
2272       IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
2273     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2274     if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
2275       continue;
2276
2277     for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
2278            E = SI->second.Users.end(); UI != E; /* empty */) {
2279       std::vector<IVStrideUse>::iterator CandidateUI = UI;
2280       ++UI;
2281       Instruction *ShadowUse = CandidateUI->User;
2282       const Type *DestTy = NULL;
2283
2284       /* If shadow use is a int->float cast then insert a second IV
2285          to eliminate this cast.
2286
2287            for (unsigned i = 0; i < n; ++i) 
2288              foo((double)i);
2289
2290          is transformed into
2291
2292            double d = 0.0;
2293            for (unsigned i = 0; i < n; ++i, ++d) 
2294              foo(d);
2295       */
2296       if (UIToFPInst *UCast = dyn_cast<UIToFPInst>(CandidateUI->User))
2297         DestTy = UCast->getDestTy();
2298       else if (SIToFPInst *SCast = dyn_cast<SIToFPInst>(CandidateUI->User))
2299         DestTy = SCast->getDestTy();
2300       if (!DestTy) continue;
2301
2302       if (TLI) {
2303         /* If target does not support DestTy natively then do not apply
2304            this transformation. */
2305         MVT DVT = TLI->getValueType(DestTy);
2306         if (!TLI->isTypeLegal(DVT)) continue;
2307       }
2308
2309       PHINode *PH = dyn_cast<PHINode>(ShadowUse->getOperand(0));
2310       if (!PH) continue;
2311       if (PH->getNumIncomingValues() != 2) continue;
2312
2313       const Type *SrcTy = PH->getType();
2314       int Mantissa = DestTy->getFPMantissaWidth();
2315       if (Mantissa == -1) continue; 
2316       if ((int)SE->getTypeSizeInBits(SrcTy) > Mantissa)
2317         continue;
2318
2319       unsigned Entry, Latch;
2320       if (PH->getIncomingBlock(0) == L->getLoopPreheader()) {
2321         Entry = 0;
2322         Latch = 1;
2323       } else {
2324         Entry = 1;
2325         Latch = 0;
2326       }
2327         
2328       ConstantInt *Init = dyn_cast<ConstantInt>(PH->getIncomingValue(Entry));
2329       if (!Init) continue;
2330       ConstantFP *NewInit = ConstantFP::get(DestTy, Init->getZExtValue());
2331
2332       BinaryOperator *Incr = 
2333         dyn_cast<BinaryOperator>(PH->getIncomingValue(Latch));
2334       if (!Incr) continue;
2335       if (Incr->getOpcode() != Instruction::Add
2336           && Incr->getOpcode() != Instruction::Sub)
2337         continue;
2338
2339       /* Initialize new IV, double d = 0.0 in above example. */
2340       ConstantInt *C = NULL;
2341       if (Incr->getOperand(0) == PH)
2342         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(1));
2343       else if (Incr->getOperand(1) == PH)
2344         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(0));
2345       else
2346         continue;
2347
2348       if (!C) continue;
2349
2350       /* Add new PHINode. */
2351       PHINode *NewPH = PHINode::Create(DestTy, "IV.S.", PH);
2352
2353       /* create new increment. '++d' in above example. */
2354       ConstantFP *CFP = ConstantFP::get(DestTy, C->getZExtValue());
2355       BinaryOperator *NewIncr = 
2356         BinaryOperator::Create(Incr->getOpcode(),
2357                                NewPH, CFP, "IV.S.next.", Incr);
2358
2359       NewPH->addIncoming(NewInit, PH->getIncomingBlock(Entry));
2360       NewPH->addIncoming(NewIncr, PH->getIncomingBlock(Latch));
2361
2362       /* Remove cast operation */
2363       ShadowUse->replaceAllUsesWith(NewPH);
2364       ShadowUse->eraseFromParent();
2365       SI->second.Users.erase(CandidateUI);
2366       NumShadow++;
2367       break;
2368     }
2369   }
2370 }
2371
2372 // OptimizeIndvars - Now that IVUsesByStride is set up with all of the indvar
2373 // uses in the loop, look to see if we can eliminate some, in favor of using
2374 // common indvars for the different uses.
2375 void LoopStrengthReduce::OptimizeIndvars(Loop *L) {
2376   // TODO: implement optzns here.
2377
2378   OptimizeShadowIV(L);
2379
2380   // Finally, get the terminating condition for the loop if possible.  If we
2381   // can, we want to change it to use a post-incremented version of its
2382   // induction variable, to allow coalescing the live ranges for the IV into
2383   // one register value.
2384   PHINode *SomePHI = cast<PHINode>(L->getHeader()->begin());
2385   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
2386   BasicBlock *LatchBlock =
2387    SomePHI->getIncomingBlock(SomePHI->getIncomingBlock(0) == Preheader);
2388   BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(LatchBlock->getTerminator());
2389   if (!TermBr || TermBr->isUnconditional() || 
2390       !isa<ICmpInst>(TermBr->getCondition()))
2391     return;
2392   ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(TermBr->getCondition());
2393
2394   // Search IVUsesByStride to find Cond's IVUse if there is one.
2395   IVStrideUse *CondUse = 0;
2396   const SCEVHandle *CondStride = 0;
2397
2398   if (!FindIVUserForCond(Cond, CondUse, CondStride))
2399     return; // setcc doesn't use the IV.
2400
2401   // If the trip count is computed in terms of an smax (due to ScalarEvolution
2402   // being unable to find a sufficient guard, for example), change the loop
2403   // comparison to use SLT instead of NE.
2404   Cond = OptimizeSMax(L, Cond, CondUse);
2405
2406   // If possible, change stride and operands of the compare instruction to
2407   // eliminate one stride.
2408   Cond = ChangeCompareStride(L, Cond, CondUse, CondStride);
2409
2410   // It's possible for the setcc instruction to be anywhere in the loop, and
2411   // possible for it to have multiple users.  If it is not immediately before
2412   // the latch block branch, move it.
2413   if (&*++BasicBlock::iterator(Cond) != (Instruction*)TermBr) {
2414     if (Cond->hasOneUse()) {   // Condition has a single use, just move it.
2415       Cond->moveBefore(TermBr);
2416     } else {
2417       // Otherwise, clone the terminating condition and insert into the loopend.
2418       Cond = cast<ICmpInst>(Cond->clone());
2419       Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
2420       LatchBlock->getInstList().insert(TermBr, Cond);
2421       
2422       // Clone the IVUse, as the old use still exists!
2423       IVUsesByStride[*CondStride].addUser(CondUse->Offset, Cond,
2424                                          CondUse->OperandValToReplace);
2425       CondUse = &IVUsesByStride[*CondStride].Users.back();
2426     }
2427   }
2428
2429   // If we get to here, we know that we can transform the setcc instruction to
2430   // use the post-incremented version of the IV, allowing us to coalesce the
2431   // live ranges for the IV correctly.
2432   CondUse->Offset = SE->getMinusSCEV(CondUse->Offset, *CondStride);
2433   CondUse->isUseOfPostIncrementedValue = true;
2434   Changed = true;
2435 }
2436
2437 bool LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
2438
2439   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
2440   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
2441   SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
2442   Changed = false;
2443
2444   // Find all uses of induction variables in this loop, and categorize
2445   // them by stride.  Start by finding all of the PHI nodes in the header for
2446   // this loop.  If they are induction variables, inspect their uses.
2447   SmallPtrSet<Instruction*,16> Processed;   // Don't reprocess instructions.
2448   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ++I)
2449     AddUsersIfInteresting(I, L, Processed);
2450
2451   if (!IVUsesByStride.empty()) {
2452 #ifndef NDEBUG
2453     DOUT << "\nLSR on \"" << L->getHeader()->getParent()->getNameStart()
2454          << "\" ";
2455     DEBUG(L->dump());
2456 #endif
2457
2458     // Sort the StrideOrder so we process larger strides first.
2459     std::stable_sort(StrideOrder.begin(), StrideOrder.end(), StrideCompare(SE));
2460
2461     // Optimize induction variables.  Some indvar uses can be transformed to use
2462     // strides that will be needed for other purposes.  A common example of this
2463     // is the exit test for the loop, which can often be rewritten to use the
2464     // computation of some other indvar to decide when to terminate the loop.
2465     OptimizeIndvars(L);
2466
2467     // FIXME: We can widen subreg IV's here for RISC targets.  e.g. instead of
2468     // doing computation in byte values, promote to 32-bit values if safe.
2469
2470     // FIXME: Attempt to reuse values across multiple IV's.  In particular, we
2471     // could have something like "for(i) { foo(i*8); bar(i*16) }", which should
2472     // be codegened as "for (j = 0;; j+=8) { foo(j); bar(j+j); }" on X86/PPC.
2473     // Need to be careful that IV's are all the same type.  Only works for
2474     // intptr_t indvars.
2475
2476     // IVsByStride keeps IVs for one particular loop.
2477     assert(IVsByStride.empty() && "Stale entries in IVsByStride?");
2478
2479     // Note: this processes each stride/type pair individually.  All users
2480     // passed into StrengthReduceStridedIVUsers have the same type AND stride.
2481     // Also, note that we iterate over IVUsesByStride indirectly by using
2482     // StrideOrder. This extra layer of indirection makes the ordering of
2483     // strides deterministic - not dependent on map order.
2484     for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e; ++Stride) {
2485       std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
2486         IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
2487       assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2488       StrengthReduceStridedIVUsers(SI->first, SI->second, L);
2489     }
2490   }
2491
2492   // We're done analyzing this loop; release all the state we built up for it.
2493   IVUsesByStride.clear();
2494   IVsByStride.clear();
2495   StrideOrder.clear();
2496
2497   // Clean up after ourselves
2498   if (!DeadInsts.empty())
2499     DeleteTriviallyDeadInstructions();
2500
2501   // At this point, it is worth checking to see if any recurrence PHIs are also
2502   // dead, so that we can remove them as well.
2503   DeleteDeadPHIs(L->getHeader());
2504
2505   return Changed;
2506 }