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[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / LoopStrengthReduce.cpp
1 //===- LoopStrengthReduce.cpp - Strength Reduce GEPs in Loops -------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass performs a strength reduction on array references inside loops that
11 // have as one or more of their components the loop induction variable.  This is
12 // accomplished by creating a new Value to hold the initial value of the array
13 // access for the first iteration, and then creating a new GEP instruction in
14 // the loop to increment the value by the appropriate amount.
15 //
16 //===----------------------------------------------------------------------===//
17
18 #define DEBUG_TYPE "loop-reduce"
19 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
20 #include "llvm/Constants.h"
21 #include "llvm/Instructions.h"
22 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
23 #include "llvm/Type.h"
24 #include "llvm/DerivedTypes.h"
25 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
26 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
27 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
28 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
29 #include "llvm/Support/CFG.h"
30 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
31 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
32 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
33 #include "llvm/Target/TargetData.h"
34 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
35 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
36 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
37 #include "llvm/Support/Debug.h"
38 #include "llvm/Support/Compiler.h"
39 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
40 #include <algorithm>
41 #include <set>
42 using namespace llvm;
43
44 STATISTIC(NumReduced ,    "Number of GEPs strength reduced");
45 STATISTIC(NumInserted,    "Number of PHIs inserted");
46 STATISTIC(NumVariable,    "Number of PHIs with variable strides");
47 STATISTIC(NumEliminated , "Number of strides eliminated");
48
49 namespace {
50
51   struct BasedUser;
52
53   /// IVStrideUse - Keep track of one use of a strided induction variable, where
54   /// the stride is stored externally.  The Offset member keeps track of the 
55   /// offset from the IV, User is the actual user of the operand, and
56   /// 'OperandValToReplace' is the operand of the User that is the use.
57   struct VISIBILITY_HIDDEN IVStrideUse {
58     SCEVHandle Offset;
59     Instruction *User;
60     Value *OperandValToReplace;
61
62     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
63     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
64     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
65     // instruction for a loop or uses dominated by the loop.
66     bool isUseOfPostIncrementedValue;
67     
68     IVStrideUse(const SCEVHandle &Offs, Instruction *U, Value *O)
69       : Offset(Offs), User(U), OperandValToReplace(O),
70         isUseOfPostIncrementedValue(false) {}
71   };
72   
73   /// IVUsersOfOneStride - This structure keeps track of all instructions that
74   /// have an operand that is based on the trip count multiplied by some stride.
75   /// The stride for all of these users is common and kept external to this
76   /// structure.
77   struct VISIBILITY_HIDDEN IVUsersOfOneStride {
78     /// Users - Keep track of all of the users of this stride as well as the
79     /// initial value and the operand that uses the IV.
80     std::vector<IVStrideUse> Users;
81     
82     void addUser(const SCEVHandle &Offset,Instruction *User, Value *Operand) {
83       Users.push_back(IVStrideUse(Offset, User, Operand));
84     }
85   };
86
87   /// IVInfo - This structure keeps track of one IV expression inserted during
88   /// StrengthReduceStridedIVUsers. It contains the stride, the common base, as
89   /// well as the PHI node and increment value created for rewrite.
90   struct VISIBILITY_HIDDEN IVExpr {
91     SCEVHandle  Stride;
92     SCEVHandle  Base;
93     PHINode    *PHI;
94     Value      *IncV;
95
96     IVExpr(const SCEVHandle &stride, const SCEVHandle &base, PHINode *phi,
97            Value *incv)
98       : Stride(stride), Base(base), PHI(phi), IncV(incv) {}
99   };
100
101   /// IVsOfOneStride - This structure keeps track of all IV expression inserted
102   /// during StrengthReduceStridedIVUsers for a particular stride of the IV.
103   struct VISIBILITY_HIDDEN IVsOfOneStride {
104     std::vector<IVExpr> IVs;
105
106     void addIV(const SCEVHandle &Stride, const SCEVHandle &Base, PHINode *PHI,
107                Value *IncV) {
108       IVs.push_back(IVExpr(Stride, Base, PHI, IncV));
109     }
110   };
111
112   class VISIBILITY_HIDDEN LoopStrengthReduce : public LoopPass {
113     LoopInfo *LI;
114     DominatorTree *DT;
115     ScalarEvolution *SE;
116     const TargetData *TD;
117     const Type *UIntPtrTy;
118     bool Changed;
119
120     /// IVUsesByStride - Keep track of all uses of induction variables that we
121     /// are interested in.  The key of the map is the stride of the access.
122     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride> IVUsesByStride;
123
124     /// IVsByStride - Keep track of all IVs that have been inserted for a
125     /// particular stride.
126     std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride> IVsByStride;
127
128     /// StrideOrder - An ordering of the keys in IVUsesByStride that is stable:
129     /// We use this to iterate over the IVUsesByStride collection without being
130     /// dependent on random ordering of pointers in the process.
131     SmallVector<SCEVHandle, 16> StrideOrder;
132
133     /// CastedValues - As we need to cast values to uintptr_t, this keeps track
134     /// of the casted version of each value.  This is accessed by
135     /// getCastedVersionOf.
136     DenseMap<Value*, Value*> CastedPointers;
137
138     /// DeadInsts - Keep track of instructions we may have made dead, so that
139     /// we can remove them after we are done working.
140     SetVector<Instruction*> DeadInsts;
141
142     /// TLI - Keep a pointer of a TargetLowering to consult for determining
143     /// transformation profitability.
144     const TargetLowering *TLI;
145
146   public:
147     static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
148     explicit LoopStrengthReduce(const TargetLowering *tli = NULL) : 
149       LoopPass((intptr_t)&ID), TLI(tli) {
150     }
151
152     bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
153
154     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
155       // We split critical edges, so we change the CFG.  However, we do update
156       // many analyses if they are around.
157       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
158       AU.addPreserved<LoopInfo>();
159       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
160       AU.addPreserved<DominatorTree>();
161
162       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
163       AU.addRequired<LoopInfo>();
164       AU.addRequired<DominatorTree>();
165       AU.addRequired<TargetData>();
166       AU.addRequired<ScalarEvolution>();
167     }
168     
169     /// getCastedVersionOf - Return the specified value casted to uintptr_t.
170     ///
171     Value *getCastedVersionOf(Instruction::CastOps opcode, Value *V);
172 private:
173     bool AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
174                                SmallPtrSet<Instruction*,16> &Processed);
175     SCEVHandle GetExpressionSCEV(Instruction *E);
176     ICmpInst *ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
177                                   IVStrideUse* &CondUse,
178                                   const SCEVHandle* &CondStride);
179     void OptimizeIndvars(Loop *L);
180     bool FindIVForUser(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
181                        const SCEVHandle *&CondStride);
182     bool RequiresTypeConversion(const Type *Ty, const Type *NewTy);
183     unsigned CheckForIVReuse(bool, bool, const SCEVHandle&,
184                              IVExpr&, const Type*,
185                              const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
186     bool ValidStride(bool, int64_t,
187                      const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
188     SCEVHandle CollectIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
189                               IVUsersOfOneStride &Uses,
190                               Loop *L,
191                               bool &AllUsesAreAddresses,
192                               std::vector<BasedUser> &UsersToProcess);
193     void StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
194                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
195                                       Loop *L, bool isOnlyStride);
196     void DeleteTriviallyDeadInstructions(SetVector<Instruction*> &Insts);
197   };
198 }
199
200 char LoopStrengthReduce::ID = 0;
201 static RegisterPass<LoopStrengthReduce>
202 X("loop-reduce", "Loop Strength Reduction");
203
204 LoopPass *llvm::createLoopStrengthReducePass(const TargetLowering *TLI) {
205   return new LoopStrengthReduce(TLI);
206 }
207
208 /// getCastedVersionOf - Return the specified value casted to uintptr_t. This
209 /// assumes that the Value* V is of integer or pointer type only.
210 ///
211 Value *LoopStrengthReduce::getCastedVersionOf(Instruction::CastOps opcode, 
212                                               Value *V) {
213   if (V->getType() == UIntPtrTy) return V;
214   if (Constant *CB = dyn_cast<Constant>(V))
215     return ConstantExpr::getCast(opcode, CB, UIntPtrTy);
216
217   Value *&New = CastedPointers[V];
218   if (New) return New;
219   
220   New = SCEVExpander::InsertCastOfTo(opcode, V, UIntPtrTy);
221   DeadInsts.insert(cast<Instruction>(New));
222   return New;
223 }
224
225
226 /// DeleteTriviallyDeadInstructions - If any of the instructions is the
227 /// specified set are trivially dead, delete them and see if this makes any of
228 /// their operands subsequently dead.
229 void LoopStrengthReduce::
230 DeleteTriviallyDeadInstructions(SetVector<Instruction*> &Insts) {
231   while (!Insts.empty()) {
232     Instruction *I = Insts.back();
233     Insts.pop_back();
234
235     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
236       // If all incoming values to the Phi are the same, we can replace the Phi
237       // with that value.
238       if (Value *PNV = PN->hasConstantValue()) {
239         if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(PNV))
240           Insts.insert(U);
241         SE->deleteValueFromRecords(PN);
242         PN->replaceAllUsesWith(PNV);
243         PN->eraseFromParent();
244         Changed = true;
245         continue;
246       }
247     }
248
249     if (isInstructionTriviallyDead(I)) {
250       for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end(); i != e; ++i)
251         if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*i))
252           Insts.insert(U);
253       SE->deleteValueFromRecords(I);
254       I->eraseFromParent();
255       Changed = true;
256     }
257   }
258 }
259
260
261 /// GetExpressionSCEV - Compute and return the SCEV for the specified
262 /// instruction.
263 SCEVHandle LoopStrengthReduce::GetExpressionSCEV(Instruction *Exp) {
264   // Pointer to pointer bitcast instructions return the same value as their
265   // operand.
266   if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(Exp)) {
267     if (SE->hasSCEV(BCI) || !isa<Instruction>(BCI->getOperand(0)))
268       return SE->getSCEV(BCI);
269     SCEVHandle R = GetExpressionSCEV(cast<Instruction>(BCI->getOperand(0)));
270     SE->setSCEV(BCI, R);
271     return R;
272   }
273
274   // Scalar Evolutions doesn't know how to compute SCEV's for GEP instructions.
275   // If this is a GEP that SE doesn't know about, compute it now and insert it.
276   // If this is not a GEP, or if we have already done this computation, just let
277   // SE figure it out.
278   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Exp);
279   if (!GEP || SE->hasSCEV(GEP))
280     return SE->getSCEV(Exp);
281     
282   // Analyze all of the subscripts of this getelementptr instruction, looking
283   // for uses that are determined by the trip count of the loop.  First, skip
284   // all operands the are not dependent on the IV.
285
286   // Build up the base expression.  Insert an LLVM cast of the pointer to
287   // uintptr_t first.
288   SCEVHandle GEPVal = SE->getUnknown(
289       getCastedVersionOf(Instruction::PtrToInt, GEP->getOperand(0)));
290
291   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
292   
293   for (User::op_iterator i = GEP->op_begin() + 1, e = GEP->op_end();
294        i != e; ++i, ++GTI) {
295     // If this is a use of a recurrence that we can analyze, and it comes before
296     // Op does in the GEP operand list, we will handle this when we process this
297     // operand.
298     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
299       const StructLayout *SL = TD->getStructLayout(STy);
300       unsigned Idx = cast<ConstantInt>(*i)->getZExtValue();
301       uint64_t Offset = SL->getElementOffset(Idx);
302       GEPVal = SE->getAddExpr(GEPVal,
303                              SE->getIntegerSCEV(Offset, UIntPtrTy));
304     } else {
305       unsigned GEPOpiBits = 
306         (*i)->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
307       unsigned IntPtrBits = UIntPtrTy->getPrimitiveSizeInBits();
308       Instruction::CastOps opcode = (GEPOpiBits < IntPtrBits ? 
309           Instruction::SExt : (GEPOpiBits > IntPtrBits ? Instruction::Trunc :
310             Instruction::BitCast));
311       Value *OpVal = getCastedVersionOf(opcode, *i);
312       SCEVHandle Idx = SE->getSCEV(OpVal);
313
314       uint64_t TypeSize = TD->getABITypeSize(GTI.getIndexedType());
315       if (TypeSize != 1)
316         Idx = SE->getMulExpr(Idx,
317                             SE->getConstant(ConstantInt::get(UIntPtrTy,
318                                                              TypeSize)));
319       GEPVal = SE->getAddExpr(GEPVal, Idx);
320     }
321   }
322
323   SE->setSCEV(GEP, GEPVal);
324   return GEPVal;
325 }
326
327 /// getSCEVStartAndStride - Compute the start and stride of this expression,
328 /// returning false if the expression is not a start/stride pair, or true if it
329 /// is.  The stride must be a loop invariant expression, but the start may be
330 /// a mix of loop invariant and loop variant expressions.
331 static bool getSCEVStartAndStride(const SCEVHandle &SH, Loop *L,
332                                   SCEVHandle &Start, SCEVHandle &Stride,
333                                   ScalarEvolution *SE) {
334   SCEVHandle TheAddRec = Start;   // Initialize to zero.
335
336   // If the outer level is an AddExpr, the operands are all start values except
337   // for a nested AddRecExpr.
338   if (SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(SH)) {
339     for (unsigned i = 0, e = AE->getNumOperands(); i != e; ++i)
340       if (SCEVAddRecExpr *AddRec =
341              dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(AE->getOperand(i))) {
342         if (AddRec->getLoop() == L)
343           TheAddRec = SE->getAddExpr(AddRec, TheAddRec);
344         else
345           return false;  // Nested IV of some sort?
346       } else {
347         Start = SE->getAddExpr(Start, AE->getOperand(i));
348       }
349         
350   } else if (isa<SCEVAddRecExpr>(SH)) {
351     TheAddRec = SH;
352   } else {
353     return false;  // not analyzable.
354   }
355   
356   SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(TheAddRec);
357   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L) return false;
358   
359   // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
360   if (!AddRec->isAffine()) return false;
361
362   Start = SE->getAddExpr(Start, AddRec->getOperand(0));
363   
364   if (!isa<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1)))
365     DOUT << "[" << L->getHeader()->getName()
366          << "] Variable stride: " << *AddRec << "\n";
367
368   Stride = AddRec->getOperand(1);
369   return true;
370 }
371
372 /// IVUseShouldUsePostIncValue - We have discovered a "User" of an IV expression
373 /// and now we need to decide whether the user should use the preinc or post-inc
374 /// value.  If this user should use the post-inc version of the IV, return true.
375 ///
376 /// Choosing wrong here can break dominance properties (if we choose to use the
377 /// post-inc value when we cannot) or it can end up adding extra live-ranges to
378 /// the loop, resulting in reg-reg copies (if we use the pre-inc value when we
379 /// should use the post-inc value).
380 static bool IVUseShouldUsePostIncValue(Instruction *User, Instruction *IV,
381                                        Loop *L, DominatorTree *DT, Pass *P,
382                                        SetVector<Instruction*> &DeadInsts){
383   // If the user is in the loop, use the preinc value.
384   if (L->contains(User->getParent())) return false;
385   
386   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
387   
388   // Ok, the user is outside of the loop.  If it is dominated by the latch
389   // block, use the post-inc value.
390   if (DT->dominates(LatchBlock, User->getParent()))
391     return true;
392
393   // There is one case we have to be careful of: PHI nodes.  These little guys
394   // can live in blocks that do not dominate the latch block, but (since their
395   // uses occur in the predecessor block, not the block the PHI lives in) should
396   // still use the post-inc value.  Check for this case now.
397   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User);
398   if (!PN) return false;  // not a phi, not dominated by latch block.
399   
400   // Look at all of the uses of IV by the PHI node.  If any use corresponds to
401   // a block that is not dominated by the latch block, give up and use the
402   // preincremented value.
403   unsigned NumUses = 0;
404   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
405     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
406       ++NumUses;
407       if (!DT->dominates(LatchBlock, PN->getIncomingBlock(i)))
408         return false;
409     }
410
411   // Okay, all uses of IV by PN are in predecessor blocks that really are
412   // dominated by the latch block.  Split the critical edges and use the
413   // post-incremented value.
414   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
415     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
416       SplitCriticalEdge(PN->getIncomingBlock(i), PN->getParent(), P, false);
417       // Splitting the critical edge can reduce the number of entries in this
418       // PHI.
419       e = PN->getNumIncomingValues();
420       if (--NumUses == 0) break;
421     }
422
423   // PHI node might have become a constant value after SplitCriticalEdge.
424   DeadInsts.insert(User);
425   
426   return true;
427 }
428
429   
430
431 /// AddUsersIfInteresting - Inspect the specified instruction.  If it is a
432 /// reducible SCEV, recursively add its users to the IVUsesByStride set and
433 /// return true.  Otherwise, return false.
434 bool LoopStrengthReduce::AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
435                                       SmallPtrSet<Instruction*,16> &Processed) {
436   if (!I->getType()->isInteger() && !isa<PointerType>(I->getType()))
437     return false;   // Void and FP expressions cannot be reduced.
438   if (!Processed.insert(I))
439     return true;    // Instruction already handled.
440   
441   // Get the symbolic expression for this instruction.
442   SCEVHandle ISE = GetExpressionSCEV(I);
443   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(ISE)) return false;
444   
445   // Get the start and stride for this expression.
446   SCEVHandle Start = SE->getIntegerSCEV(0, ISE->getType());
447   SCEVHandle Stride = Start;
448   if (!getSCEVStartAndStride(ISE, L, Start, Stride, SE))
449     return false;  // Non-reducible symbolic expression, bail out.
450
451   std::vector<Instruction *> IUsers;
452   // Collect all I uses now because IVUseShouldUsePostIncValue may 
453   // invalidate use_iterator.
454   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E; ++UI)
455     IUsers.push_back(cast<Instruction>(*UI));
456
457   for (unsigned iused_index = 0, iused_size = IUsers.size(); 
458        iused_index != iused_size; ++iused_index) {
459
460     Instruction *User = IUsers[iused_index];
461
462     // Do not infinitely recurse on PHI nodes.
463     if (isa<PHINode>(User) && Processed.count(User))
464       continue;
465
466     // If this is an instruction defined in a nested loop, or outside this loop,
467     // don't recurse into it.
468     bool AddUserToIVUsers = false;
469     if (LI->getLoopFor(User->getParent()) != L) {
470       DOUT << "FOUND USER in other loop: " << *User
471            << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
472       AddUserToIVUsers = true;
473     } else if (!AddUsersIfInteresting(User, L, Processed)) {
474       DOUT << "FOUND USER: " << *User
475            << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
476       AddUserToIVUsers = true;
477     }
478
479     if (AddUserToIVUsers) {
480       IVUsersOfOneStride &StrideUses = IVUsesByStride[Stride];
481       if (StrideUses.Users.empty())     // First occurance of this stride?
482         StrideOrder.push_back(Stride);
483       
484       // Okay, we found a user that we cannot reduce.  Analyze the instruction
485       // and decide what to do with it.  If we are a use inside of the loop, use
486       // the value before incrementation, otherwise use it after incrementation.
487       if (IVUseShouldUsePostIncValue(User, I, L, DT, this, DeadInsts)) {
488         // The value used will be incremented by the stride more than we are
489         // expecting, so subtract this off.
490         SCEVHandle NewStart = SE->getMinusSCEV(Start, Stride);
491         StrideUses.addUser(NewStart, User, I);
492         StrideUses.Users.back().isUseOfPostIncrementedValue = true;
493         DOUT << "   USING POSTINC SCEV, START=" << *NewStart<< "\n";
494       } else {        
495         StrideUses.addUser(Start, User, I);
496       }
497     }
498   }
499   return true;
500 }
501
502 namespace {
503   /// BasedUser - For a particular base value, keep information about how we've
504   /// partitioned the expression so far.
505   struct BasedUser {
506     /// SE - The current ScalarEvolution object.
507     ScalarEvolution *SE;
508
509     /// Base - The Base value for the PHI node that needs to be inserted for
510     /// this use.  As the use is processed, information gets moved from this
511     /// field to the Imm field (below).  BasedUser values are sorted by this
512     /// field.
513     SCEVHandle Base;
514     
515     /// Inst - The instruction using the induction variable.
516     Instruction *Inst;
517
518     /// OperandValToReplace - The operand value of Inst to replace with the
519     /// EmittedBase.
520     Value *OperandValToReplace;
521
522     /// Imm - The immediate value that should be added to the base immediately
523     /// before Inst, because it will be folded into the imm field of the
524     /// instruction.
525     SCEVHandle Imm;
526
527     /// EmittedBase - The actual value* to use for the base value of this
528     /// operation.  This is null if we should just use zero so far.
529     Value *EmittedBase;
530
531     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
532     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
533     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
534     // instruction for a loop and uses outside the loop that are dominated by
535     // the loop.
536     bool isUseOfPostIncrementedValue;
537     
538     BasedUser(IVStrideUse &IVSU, ScalarEvolution *se)
539       : SE(se), Base(IVSU.Offset), Inst(IVSU.User), 
540         OperandValToReplace(IVSU.OperandValToReplace), 
541         Imm(SE->getIntegerSCEV(0, Base->getType())), EmittedBase(0),
542         isUseOfPostIncrementedValue(IVSU.isUseOfPostIncrementedValue) {}
543
544     // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
545     // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
546     // to it.
547     void RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
548                                         Instruction *InsertPt,
549                                        SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
550                                        SetVector<Instruction*> &DeadInsts);
551     
552     Value *InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
553                                        SCEVExpander &Rewriter,
554                                        Instruction *IP, Loop *L);
555     void dump() const;
556   };
557 }
558
559 void BasedUser::dump() const {
560   cerr << " Base=" << *Base;
561   cerr << " Imm=" << *Imm;
562   if (EmittedBase)
563     cerr << "  EB=" << *EmittedBase;
564
565   cerr << "   Inst: " << *Inst;
566 }
567
568 Value *BasedUser::InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
569                                               SCEVExpander &Rewriter,
570                                               Instruction *IP, Loop *L) {
571   // Figure out where we *really* want to insert this code.  In particular, if
572   // the user is inside of a loop that is nested inside of L, we really don't
573   // want to insert this expression before the user, we'd rather pull it out as
574   // many loops as possible.
575   LoopInfo &LI = Rewriter.getLoopInfo();
576   Instruction *BaseInsertPt = IP;
577   
578   // Figure out the most-nested loop that IP is in.
579   Loop *InsertLoop = LI.getLoopFor(IP->getParent());
580   
581   // If InsertLoop is not L, and InsertLoop is nested inside of L, figure out
582   // the preheader of the outer-most loop where NewBase is not loop invariant.
583   while (InsertLoop && NewBase->isLoopInvariant(InsertLoop)) {
584     BaseInsertPt = InsertLoop->getLoopPreheader()->getTerminator();
585     InsertLoop = InsertLoop->getParentLoop();
586   }
587   
588   // If there is no immediate value, skip the next part.
589   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Imm))
590     if (SC->getValue()->isZero())
591       return Rewriter.expandCodeFor(NewBase, BaseInsertPt);
592
593   Value *Base = Rewriter.expandCodeFor(NewBase, BaseInsertPt);
594
595   // If we are inserting the base and imm values in the same block, make sure to
596   // adjust the IP position if insertion reused a result.
597   if (IP == BaseInsertPt)
598     IP = Rewriter.getInsertionPoint();
599   
600   // Always emit the immediate (if non-zero) into the same block as the user.
601   SCEVHandle NewValSCEV = SE->getAddExpr(SE->getUnknown(Base), Imm);
602   return Rewriter.expandCodeFor(NewValSCEV, IP);
603   
604 }
605
606
607 // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
608 // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
609 // to it. NewBasePt is the last instruction which contributes to the
610 // value of NewBase in the case that it's a diffferent instruction from
611 // the PHI that NewBase is computed from, or null otherwise.
612 //
613 void BasedUser::RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
614                                                Instruction *NewBasePt,
615                                       SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
616                                       SetVector<Instruction*> &DeadInsts) {
617   if (!isa<PHINode>(Inst)) {
618     // By default, insert code at the user instruction.
619     BasicBlock::iterator InsertPt = Inst;
620     
621     // However, if the Operand is itself an instruction, the (potentially
622     // complex) inserted code may be shared by many users.  Because of this, we
623     // want to emit code for the computation of the operand right before its old
624     // computation.  This is usually safe, because we obviously used to use the
625     // computation when it was computed in its current block.  However, in some
626     // cases (e.g. use of a post-incremented induction variable) the NewBase
627     // value will be pinned to live somewhere after the original computation.
628     // In this case, we have to back off.
629     if (!isUseOfPostIncrementedValue) {
630       if (NewBasePt && isa<PHINode>(OperandValToReplace)) {
631         InsertPt = NewBasePt;
632         ++InsertPt;
633       } else if (Instruction *OpInst
634                  = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace)) {
635         InsertPt = OpInst;
636         while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
637       }
638     }
639     Value *NewVal = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, Rewriter, InsertPt, L);
640     // Adjust the type back to match the Inst. Note that we can't use InsertPt
641     // here because the SCEVExpander may have inserted the instructions after
642     // that point, in its efforts to avoid inserting redundant expressions.
643     if (isa<PointerType>(OperandValToReplace->getType())) {
644       NewVal = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr,
645                                             NewVal,
646                                             OperandValToReplace->getType());
647     }
648     // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
649     Inst->replaceUsesOfWith(OperandValToReplace, NewVal);
650     DOUT << "    CHANGED: IMM =" << *Imm;
651     DOUT << "  \tNEWBASE =" << *NewBase;
652     DOUT << "  \tInst = " << *Inst;
653     return;
654   }
655   
656   // PHI nodes are more complex.  We have to insert one copy of the NewBase+Imm
657   // expression into each operand block that uses it.  Note that PHI nodes can
658   // have multiple entries for the same predecessor.  We use a map to make sure
659   // that a PHI node only has a single Value* for each predecessor (which also
660   // prevents us from inserting duplicate code in some blocks).
661   DenseMap<BasicBlock*, Value*> InsertedCode;
662   PHINode *PN = cast<PHINode>(Inst);
663   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
664     if (PN->getIncomingValue(i) == OperandValToReplace) {
665       // If this is a critical edge, split the edge so that we do not insert the
666       // code on all predecessor/successor paths.  We do this unless this is the
667       // canonical backedge for this loop, as this can make some inserted code
668       // be in an illegal position.
669       BasicBlock *PHIPred = PN->getIncomingBlock(i);
670       if (e != 1 && PHIPred->getTerminator()->getNumSuccessors() > 1 &&
671           (PN->getParent() != L->getHeader() || !L->contains(PHIPred))) {
672         
673         // First step, split the critical edge.
674         SplitCriticalEdge(PHIPred, PN->getParent(), P, false);
675             
676         // Next step: move the basic block.  In particular, if the PHI node
677         // is outside of the loop, and PredTI is in the loop, we want to
678         // move the block to be immediately before the PHI block, not
679         // immediately after PredTI.
680         if (L->contains(PHIPred) && !L->contains(PN->getParent())) {
681           BasicBlock *NewBB = PN->getIncomingBlock(i);
682           NewBB->moveBefore(PN->getParent());
683         }
684         
685         // Splitting the edge can reduce the number of PHI entries we have.
686         e = PN->getNumIncomingValues();
687       }
688
689       Value *&Code = InsertedCode[PN->getIncomingBlock(i)];
690       if (!Code) {
691         // Insert the code into the end of the predecessor block.
692         Instruction *InsertPt = PN->getIncomingBlock(i)->getTerminator();
693         Code = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, Rewriter, InsertPt, L);
694
695         // Adjust the type back to match the PHI. Note that we can't use
696         // InsertPt here because the SCEVExpander may have inserted its
697         // instructions after that point, in its efforts to avoid inserting
698         // redundant expressions.
699         if (isa<PointerType>(PN->getType())) {
700           Code = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr,
701                                               Code,
702                                               PN->getType());
703         }
704       }
705       
706       // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
707       PN->setIncomingValue(i, Code);
708       Rewriter.clear();
709     }
710   }
711
712   // PHI node might have become a constant value after SplitCriticalEdge.
713   DeadInsts.insert(Inst);
714
715   DOUT << "    CHANGED: IMM =" << *Imm << "  Inst = " << *Inst;
716 }
717
718
719 /// isTargetConstant - Return true if the following can be referenced by the
720 /// immediate field of a target instruction.
721 static bool isTargetConstant(const SCEVHandle &V, const Type *UseTy,
722                              const TargetLowering *TLI) {
723   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
724     int64_t VC = SC->getValue()->getSExtValue();
725     if (TLI) {
726       TargetLowering::AddrMode AM;
727       AM.BaseOffs = VC;
728       return TLI->isLegalAddressingMode(AM, UseTy);
729     } else {
730       // Defaults to PPC. PPC allows a sign-extended 16-bit immediate field.
731       return (VC > -(1 << 16) && VC < (1 << 16)-1);
732     }
733   }
734
735   if (SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V))
736     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(SU->getValue()))
737       if (TLI && CE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt) {
738         Constant *Op0 = CE->getOperand(0);
739         if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(Op0)) {
740           TargetLowering::AddrMode AM;
741           AM.BaseGV = GV;
742           return TLI->isLegalAddressingMode(AM, UseTy);
743         }
744       }
745   return false;
746 }
747
748 /// MoveLoopVariantsToImediateField - Move any subexpressions from Val that are
749 /// loop varying to the Imm operand.
750 static void MoveLoopVariantsToImediateField(SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
751                                             Loop *L, ScalarEvolution *SE) {
752   if (Val->isLoopInvariant(L)) return;  // Nothing to do.
753   
754   if (SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
755     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
756     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
757     
758     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i)
759       if (!SAE->getOperand(i)->isLoopInvariant(L)) {
760         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
761         // field of the expression.
762         Imm = SE->getAddExpr(Imm, SAE->getOperand(i));
763       } else {
764         NewOps.push_back(SAE->getOperand(i));
765       }
766
767     if (NewOps.empty())
768       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
769     else
770       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
771   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
772     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
773     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
774     MoveLoopVariantsToImediateField(Start, Imm, L, SE);
775     
776     std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
777     Ops[0] = Start;
778     Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
779   } else {
780     // Otherwise, all of Val is variant, move the whole thing over.
781     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
782     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
783   }
784 }
785
786
787 /// MoveImmediateValues - Look at Val, and pull out any additions of constants
788 /// that can fit into the immediate field of instructions in the target.
789 /// Accumulate these immediate values into the Imm value.
790 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
791                                 Instruction *User,
792                                 SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
793                                 bool isAddress, Loop *L,
794                                 ScalarEvolution *SE) {
795   const Type *UseTy = User->getType();
796   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User))
797     UseTy = SI->getOperand(0)->getType();
798
799   if (SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
800     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
801     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
802     
803     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i) {
804       SCEVHandle NewOp = SAE->getOperand(i);
805       MoveImmediateValues(TLI, User, NewOp, Imm, isAddress, L, SE);
806       
807       if (!NewOp->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, NewOp);
811       } else {
812         NewOps.push_back(NewOp);
813       }
814     }
815
816     if (NewOps.empty())
817       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
818     else
819       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
820     return;
821   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
822     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
823     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
824     MoveImmediateValues(TLI, User, Start, Imm, isAddress, L, SE);
825     
826     if (Start != SARE->getStart()) {
827       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
828       Ops[0] = Start;
829       Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
830     }
831     return;
832   } else if (SCEVMulExpr *SME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Val)) {
833     // Transform "8 * (4 + v)" -> "32 + 8*V" if "32" fits in the immed field.
834     if (isAddress && isTargetConstant(SME->getOperand(0), UseTy, TLI) &&
835         SME->getNumOperands() == 2 && SME->isLoopInvariant(L)) {
836
837       SCEVHandle SubImm = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
838       SCEVHandle NewOp = SME->getOperand(1);
839       MoveImmediateValues(TLI, User, NewOp, SubImm, isAddress, L, SE);
840       
841       // If we extracted something out of the subexpressions, see if we can 
842       // simplify this!
843       if (NewOp != SME->getOperand(1)) {
844         // Scale SubImm up by "8".  If the result is a target constant, we are
845         // good.
846         SubImm = SE->getMulExpr(SubImm, SME->getOperand(0));
847         if (isTargetConstant(SubImm, UseTy, TLI)) {
848           // Accumulate the immediate.
849           Imm = SE->getAddExpr(Imm, SubImm);
850           
851           // Update what is left of 'Val'.
852           Val = SE->getMulExpr(SME->getOperand(0), NewOp);
853           return;
854         }
855       }
856     }
857   }
858
859   // Loop-variant expressions must stay in the immediate field of the
860   // expression.
861   if ((isAddress && isTargetConstant(Val, UseTy, TLI)) ||
862       !Val->isLoopInvariant(L)) {
863     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
864     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
865     return;
866   }
867
868   // Otherwise, no immediates to move.
869 }
870
871
872 /// SeparateSubExprs - Decompose Expr into all of the subexpressions that are
873 /// added together.  This is used to reassociate common addition subexprs
874 /// together for maximal sharing when rewriting bases.
875 static void SeparateSubExprs(std::vector<SCEVHandle> &SubExprs,
876                              SCEVHandle Expr,
877                              ScalarEvolution *SE) {
878   if (SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Expr)) {
879     for (unsigned j = 0, e = AE->getNumOperands(); j != e; ++j)
880       SeparateSubExprs(SubExprs, AE->getOperand(j), SE);
881   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Expr)) {
882     SCEVHandle Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Expr->getType());
883     if (SARE->getOperand(0) == Zero) {
884       SubExprs.push_back(Expr);
885     } else {
886       // Compute the addrec with zero as its base.
887       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
888       Ops[0] = Zero;   // Start with zero base.
889       SubExprs.push_back(SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop()));
890       
891
892       SeparateSubExprs(SubExprs, SARE->getOperand(0), SE);
893     }
894   } else if (!isa<SCEVConstant>(Expr) ||
895              !cast<SCEVConstant>(Expr)->getValue()->isZero()) {
896     // Do not add zero.
897     SubExprs.push_back(Expr);
898   }
899 }
900
901
902 /// RemoveCommonExpressionsFromUseBases - Look through all of the uses in Bases,
903 /// removing any common subexpressions from it.  Anything truly common is
904 /// removed, accumulated, and returned.  This looks for things like (a+b+c) and
905 /// (a+c+d) -> (a+c).  The common expression is *removed* from the Bases.
906 static SCEVHandle 
907 RemoveCommonExpressionsFromUseBases(std::vector<BasedUser> &Uses,
908                                     ScalarEvolution *SE) {
909   unsigned NumUses = Uses.size();
910
911   // Only one use?  Use its base, regardless of what it is!
912   SCEVHandle Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Uses[0].Base->getType());
913   SCEVHandle Result = Zero;
914   if (NumUses == 1) {
915     std::swap(Result, Uses[0].Base);
916     return Result;
917   }
918
919   // To find common subexpressions, count how many of Uses use each expression.
920   // If any subexpressions are used Uses.size() times, they are common.
921   std::map<SCEVHandle, unsigned> SubExpressionUseCounts;
922   
923   // UniqueSubExprs - Keep track of all of the subexpressions we see in the
924   // order we see them.
925   std::vector<SCEVHandle> UniqueSubExprs;
926
927   std::vector<SCEVHandle> SubExprs;
928   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
929     // If the base is zero (which is common), return zero now, there are no
930     // CSEs we can find.
931     if (Uses[i].Base == Zero) return Zero;
932
933     // Split the expression into subexprs.
934     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
935     // Add one to SubExpressionUseCounts for each subexpr present.
936     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
937       if (++SubExpressionUseCounts[SubExprs[j]] == 1)
938         UniqueSubExprs.push_back(SubExprs[j]);
939     SubExprs.clear();
940   }
941
942   // Now that we know how many times each is used, build Result.  Iterate over
943   // UniqueSubexprs so that we have a stable ordering.
944   for (unsigned i = 0, e = UniqueSubExprs.size(); i != e; ++i) {
945     std::map<SCEVHandle, unsigned>::iterator I = 
946        SubExpressionUseCounts.find(UniqueSubExprs[i]);
947     assert(I != SubExpressionUseCounts.end() && "Entry not found?");
948     if (I->second == NumUses) {  // Found CSE!
949       Result = SE->getAddExpr(Result, I->first);
950     } else {
951       // Remove non-cse's from SubExpressionUseCounts.
952       SubExpressionUseCounts.erase(I);
953     }
954   }
955   
956   // If we found no CSE's, return now.
957   if (Result == Zero) return Result;
958   
959   // Otherwise, remove all of the CSE's we found from each of the base values.
960   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
961     // Split the expression into subexprs.
962     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
963
964     // Remove any common subexpressions.
965     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
966       if (SubExpressionUseCounts.count(SubExprs[j])) {
967         SubExprs.erase(SubExprs.begin()+j);
968         --j; --e;
969       }
970     
971     // Finally, the non-shared expressions together.
972     if (SubExprs.empty())
973       Uses[i].Base = Zero;
974     else
975       Uses[i].Base = SE->getAddExpr(SubExprs);
976     SubExprs.clear();
977   }
978  
979   return Result;
980 }
981
982 /// isZero - returns true if the scalar evolution expression is zero.
983 ///
984 static bool isZero(const SCEVHandle &V) {
985   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
986     return SC->getValue()->isZero();
987   return false;
988 }
989
990 /// ValidStride - Check whether the given Scale is valid for all loads and 
991 /// stores in UsersToProcess.
992 ///
993 bool LoopStrengthReduce::ValidStride(bool HasBaseReg,
994                                int64_t Scale, 
995                                const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
996   if (!TLI)
997     return true;
998
999   for (unsigned i=0, e = UsersToProcess.size(); i!=e; ++i) {
1000     // If this is a load or other access, pass the type of the access in.
1001     const Type *AccessTy = Type::VoidTy;
1002     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UsersToProcess[i].Inst))
1003       AccessTy = SI->getOperand(0)->getType();
1004     else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(UsersToProcess[i].Inst))
1005       AccessTy = LI->getType();
1006     else if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst))
1007       continue;
1008     
1009     TargetLowering::AddrMode AM;
1010     if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(UsersToProcess[i].Imm))
1011       AM.BaseOffs = SC->getValue()->getSExtValue();
1012     AM.HasBaseReg = HasBaseReg || !isZero(UsersToProcess[i].Base);
1013     AM.Scale = Scale;
1014
1015     // If load[imm+r*scale] is illegal, bail out.
1016     if (!TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
1017       return false;
1018   }
1019   return true;
1020 }
1021
1022 /// RequiresTypeConversion - Returns true if converting Ty to NewTy is not
1023 /// a nop.
1024 bool LoopStrengthReduce::RequiresTypeConversion(const Type *Ty1,
1025                                                 const Type *Ty2) {
1026   if (Ty1 == Ty2)
1027     return false;
1028   if (TLI && TLI->isTruncateFree(Ty1, Ty2))
1029     return false;
1030   return (!Ty1->canLosslesslyBitCastTo(Ty2) &&
1031           !(isa<PointerType>(Ty2) &&
1032             Ty1->canLosslesslyBitCastTo(UIntPtrTy)) &&
1033           !(isa<PointerType>(Ty1) &&
1034             Ty2->canLosslesslyBitCastTo(UIntPtrTy)));
1035 }
1036
1037 /// CheckForIVReuse - Returns the multiple if the stride is the multiple
1038 /// of a previous stride and it is a legal value for the target addressing
1039 /// mode scale component and optional base reg. This allows the users of
1040 /// this stride to be rewritten as prev iv * factor. It returns 0 if no
1041 /// reuse is possible.
1042 unsigned LoopStrengthReduce::CheckForIVReuse(bool HasBaseReg,
1043                                 bool AllUsesAreAddresses,
1044                                 const SCEVHandle &Stride, 
1045                                 IVExpr &IV, const Type *Ty,
1046                                 const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
1047   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Stride)) {
1048     int64_t SInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1049     for (unsigned NewStride = 0, e = StrideOrder.size(); NewStride != e;
1050          ++NewStride) {
1051       std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1052                 IVsByStride.find(StrideOrder[NewStride]);
1053       if (SI == IVsByStride.end()) 
1054         continue;
1055       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1056       if (SI->first != Stride &&
1057           (unsigned(abs(SInt)) < SSInt || (SInt % SSInt) != 0))
1058         continue;
1059       int64_t Scale = SInt / SSInt;
1060       // Check that this stride is valid for all the types used for loads and
1061       // stores; if it can be used for some and not others, we might as well use
1062       // the original stride everywhere, since we have to create the IV for it
1063       // anyway. If the scale is 1, then we don't need to worry about folding
1064       // multiplications.
1065       if (Scale == 1 ||
1066           (AllUsesAreAddresses &&
1067            ValidStride(HasBaseReg, Scale, UsersToProcess)))
1068         for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1069                IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1070           // FIXME: Only handle base == 0 for now.
1071           // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion.
1072           if (isZero(II->Base) &&
1073               !RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1074             IV = *II;
1075             return Scale;
1076           }
1077     }
1078   }
1079   return 0;
1080 }
1081
1082 /// PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue - Simple boolean predicate that
1083 /// returns true if Val's isUseOfPostIncrementedValue is true.
1084 static bool PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue(const BasedUser &Val) {
1085   return Val.isUseOfPostIncrementedValue;
1086 }
1087
1088 /// isNonConstantNegative - Return true if the specified scev is negated, but
1089 /// not a constant.
1090 static bool isNonConstantNegative(const SCEVHandle &Expr) {
1091   SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Expr);
1092   if (!Mul) return false;
1093   
1094   // If there is a constant factor, it will be first.
1095   SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0));
1096   if (!SC) return false;
1097   
1098   // Return true if the value is negative, this matches things like (-42 * V).
1099   return SC->getValue()->getValue().isNegative();
1100 }
1101
1102 /// isAddress - Returns true if the specified instruction is using the
1103 /// specified value as an address.
1104 static bool isAddressUse(Instruction *Inst, Value *OperandVal) {
1105   bool isAddress = isa<LoadInst>(Inst);
1106   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
1107     if (SI->getOperand(1) == OperandVal)
1108       isAddress = true;
1109   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
1110     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
1111     // of intrinsics.
1112     switch (II->getIntrinsicID()) {
1113       default: break;
1114       case Intrinsic::prefetch:
1115       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_dq:
1116       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_pd:
1117       case Intrinsic::x86_sse_loadu_ps:
1118       case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
1119       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
1120       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
1121       case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
1122         if (II->getOperand(1) == OperandVal)
1123           isAddress = true;
1124         break;
1125     }
1126   }
1127   return isAddress;
1128 }
1129
1130 // CollectIVUsers - Transform our list of users and offsets to a bit more
1131 // complex table. In this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base' the base
1132 // of the strided accessas well as the old information from Uses. We
1133 // progressively move information from the Base field to the Imm field, until
1134 // we eventually have the full access expression to rewrite the use.
1135 SCEVHandle LoopStrengthReduce::CollectIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
1136                                               IVUsersOfOneStride &Uses,
1137                                               Loop *L,
1138                                               bool &AllUsesAreAddresses,
1139                                        std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
1140   UsersToProcess.reserve(Uses.Users.size());
1141   for (unsigned i = 0, e = Uses.Users.size(); i != e; ++i) {
1142     UsersToProcess.push_back(BasedUser(Uses.Users[i], SE));
1143     
1144     // Move any loop invariant operands from the offset field to the immediate
1145     // field of the use, so that we don't try to use something before it is
1146     // computed.
1147     MoveLoopVariantsToImediateField(UsersToProcess.back().Base,
1148                                     UsersToProcess.back().Imm, L, SE);
1149     assert(UsersToProcess.back().Base->isLoopInvariant(L) &&
1150            "Base value is not loop invariant!");
1151   }
1152
1153   // We now have a whole bunch of uses of like-strided induction variables, but
1154   // they might all have different bases.  We want to emit one PHI node for this
1155   // stride which we fold as many common expressions (between the IVs) into as
1156   // possible.  Start by identifying the common expressions in the base values 
1157   // for the strides (e.g. if we have "A+C+B" and "A+B+D" as our bases, find
1158   // "A+B"), emit it to the preheader, then remove the expression from the
1159   // UsersToProcess base values.
1160   SCEVHandle CommonExprs =
1161     RemoveCommonExpressionsFromUseBases(UsersToProcess, SE);
1162
1163   // Next, figure out what we can represent in the immediate fields of
1164   // instructions.  If we can represent anything there, move it to the imm
1165   // fields of the BasedUsers.  We do this so that it increases the commonality
1166   // of the remaining uses.
1167   unsigned NumPHI = 0;
1168   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1169     // If the user is not in the current loop, this means it is using the exit
1170     // value of the IV.  Do not put anything in the base, make sure it's all in
1171     // the immediate field to allow as much factoring as possible.
1172     if (!L->contains(UsersToProcess[i].Inst->getParent())) {
1173       UsersToProcess[i].Imm = SE->getAddExpr(UsersToProcess[i].Imm,
1174                                              UsersToProcess[i].Base);
1175       UsersToProcess[i].Base = 
1176         SE->getIntegerSCEV(0, UsersToProcess[i].Base->getType());
1177     } else {
1178       
1179       // Addressing modes can be folded into loads and stores.  Be careful that
1180       // the store is through the expression, not of the expression though.
1181       bool isPHI = false;
1182       bool isAddress = isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
1183                                     UsersToProcess[i].OperandValToReplace);
1184       if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst)) {
1185         isPHI = true;
1186         ++NumPHI;
1187       }
1188
1189       // If this use isn't an address, then not all uses are addresses.
1190       if (!isAddress && !isPHI)
1191         AllUsesAreAddresses = false;
1192       
1193       MoveImmediateValues(TLI, UsersToProcess[i].Inst, UsersToProcess[i].Base,
1194                           UsersToProcess[i].Imm, isAddress, L, SE);
1195     }
1196   }
1197
1198   // If one of the use if a PHI node and all other uses are addresses, still
1199   // allow iv reuse. Essentially we are trading one constant multiplication
1200   // for one fewer iv.
1201   if (NumPHI > 1)
1202     AllUsesAreAddresses = false;
1203
1204   return CommonExprs;
1205 }
1206
1207 /// StrengthReduceStridedIVUsers - Strength reduce all of the users of a single
1208 /// stride of IV.  All of the users may have different starting values, and this
1209 /// may not be the only stride (we know it is if isOnlyStride is true).
1210 void LoopStrengthReduce::StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
1211                                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
1212                                                       Loop *L,
1213                                                       bool isOnlyStride) {
1214   // If all the users are moved to another stride, then there is nothing to do.
1215   if (Uses.Users.empty())
1216     return;
1217
1218   // Keep track if every use in UsersToProcess is an address. If they all are,
1219   // we may be able to rewrite the entire collection of them in terms of a
1220   // smaller-stride IV.
1221   bool AllUsesAreAddresses = true;
1222
1223   // Transform our list of users and offsets to a bit more complex table.  In
1224   // this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base' the base of the
1225   // strided accessas well as the old information from Uses.  We progressively
1226   // move information from the Base field to the Imm field, until we eventually
1227   // have the full access expression to rewrite the use.
1228   std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
1229   SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(Stride, Uses, L, AllUsesAreAddresses,
1230                                           UsersToProcess);
1231
1232   // If we managed to find some expressions in common, we'll need to carry
1233   // their value in a register and add it in for each use. This will take up
1234   // a register operand, which potentially restricts what stride values are
1235   // valid.
1236   bool HaveCommonExprs = !isZero(CommonExprs);
1237   
1238   // If all uses are addresses, check if it is possible to reuse an IV with a
1239   // stride that is a factor of this stride. And that the multiple is a number
1240   // that can be encoded in the scale field of the target addressing mode. And
1241   // that we will have a valid instruction after this substition, including the
1242   // immediate field, if any.
1243   PHINode *NewPHI = NULL;
1244   Value   *IncV   = NULL;
1245   IVExpr   ReuseIV(SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1246                    SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1247                    0, 0);
1248   unsigned RewriteFactor = 0;
1249   RewriteFactor = CheckForIVReuse(HaveCommonExprs, AllUsesAreAddresses,
1250                                   Stride, ReuseIV, CommonExprs->getType(),
1251                                   UsersToProcess);
1252   if (RewriteFactor != 0) {
1253     DOUT << "BASED ON IV of STRIDE " << *ReuseIV.Stride
1254          << " and BASE " << *ReuseIV.Base << " :\n";
1255     NewPHI = ReuseIV.PHI;
1256     IncV   = ReuseIV.IncV;
1257   }
1258
1259   const Type *ReplacedTy = CommonExprs->getType();
1260   
1261   // Now that we know what we need to do, insert the PHI node itself.
1262   //
1263   DOUT << "INSERTING IV of TYPE " << *ReplacedTy << " of STRIDE "
1264        << *Stride << " and BASE " << *CommonExprs << ": ";
1265
1266   SCEVExpander Rewriter(*SE, *LI);
1267   SCEVExpander PreheaderRewriter(*SE, *LI);
1268   
1269   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
1270   Instruction *PreInsertPt = Preheader->getTerminator();
1271   Instruction *PhiInsertBefore = L->getHeader()->begin();
1272   
1273   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1274
1275
1276   // Emit the initial base value into the loop preheader.
1277   Value *CommonBaseV
1278     = PreheaderRewriter.expandCodeFor(CommonExprs, PreInsertPt);
1279
1280   if (RewriteFactor == 0) {
1281     // Create a new Phi for this base, and stick it in the loop header.
1282     NewPHI = PHINode::Create(ReplacedTy, "iv.", PhiInsertBefore);
1283     ++NumInserted;
1284   
1285     // Add common base to the new Phi node.
1286     NewPHI->addIncoming(CommonBaseV, Preheader);
1287
1288     // If the stride is negative, insert a sub instead of an add for the
1289     // increment.
1290     bool isNegative = isNonConstantNegative(Stride);
1291     SCEVHandle IncAmount = Stride;
1292     if (isNegative)
1293       IncAmount = SE->getNegativeSCEV(Stride);
1294     
1295     // Insert the stride into the preheader.
1296     Value *StrideV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(IncAmount, PreInsertPt);
1297     if (!isa<ConstantInt>(StrideV)) ++NumVariable;
1298
1299     // Emit the increment of the base value before the terminator of the loop
1300     // latch block, and add it to the Phi node.
1301     SCEVHandle IncExp = SE->getUnknown(StrideV);
1302     if (isNegative)
1303       IncExp = SE->getNegativeSCEV(IncExp);
1304     IncExp = SE->getAddExpr(SE->getUnknown(NewPHI), IncExp);
1305   
1306     IncV = Rewriter.expandCodeFor(IncExp, LatchBlock->getTerminator());
1307     IncV->setName(NewPHI->getName()+".inc");
1308     NewPHI->addIncoming(IncV, LatchBlock);
1309
1310     // Remember this in case a later stride is multiple of this.
1311     IVsByStride[Stride].addIV(Stride, CommonExprs, NewPHI, IncV);
1312     
1313     DOUT << " IV=%" << NewPHI->getNameStr() << " INC=%" << IncV->getNameStr();
1314   } else {
1315     Constant *C = dyn_cast<Constant>(CommonBaseV);
1316     if (!C ||
1317         (!C->isNullValue() &&
1318          !isTargetConstant(SE->getUnknown(CommonBaseV), ReplacedTy, TLI)))
1319       // We want the common base emitted into the preheader! This is just
1320       // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1321       CommonBaseV = new BitCastInst(CommonBaseV, CommonBaseV->getType(), 
1322                                     "commonbase", PreInsertPt);
1323   }
1324   DOUT << "\n";
1325
1326   // We want to emit code for users inside the loop first.  To do this, we
1327   // rearrange BasedUser so that the entries at the end have
1328   // isUseOfPostIncrementedValue = false, because we pop off the end of the
1329   // vector (so we handle them first).
1330   std::partition(UsersToProcess.begin(), UsersToProcess.end(),
1331                  PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue);
1332   
1333   // Sort this by base, so that things with the same base are handled
1334   // together.  By partitioning first and stable-sorting later, we are
1335   // guaranteed that within each base we will pop off users from within the
1336   // loop before users outside of the loop with a particular base.
1337   //
1338   // We would like to use stable_sort here, but we can't.  The problem is that
1339   // SCEVHandle's don't have a deterministic ordering w.r.t to each other, so
1340   // we don't have anything to do a '<' comparison on.  Because we think the
1341   // number of uses is small, do a horrible bubble sort which just relies on
1342   // ==.
1343   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1344     // Get a base value.
1345     SCEVHandle Base = UsersToProcess[i].Base;
1346     
1347     // Compact everything with this base to be consequtive with this one.
1348     for (unsigned j = i+1; j != e; ++j) {
1349       if (UsersToProcess[j].Base == Base) {
1350         std::swap(UsersToProcess[i+1], UsersToProcess[j]);
1351         ++i;
1352       }
1353     }
1354   }
1355
1356   // Process all the users now.  This outer loop handles all bases, the inner
1357   // loop handles all users of a particular base.
1358   while (!UsersToProcess.empty()) {
1359     SCEVHandle Base = UsersToProcess.back().Base;
1360
1361     // Emit the code for Base into the preheader.
1362     Value *BaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(Base, PreInsertPt);
1363
1364     DOUT << "  INSERTING code for BASE = " << *Base << ":";
1365     if (BaseV->hasName())
1366       DOUT << " Result value name = %" << BaseV->getNameStr();
1367     DOUT << "\n";
1368
1369     // If BaseV is a constant other than 0, make sure that it gets inserted into
1370     // the preheader, instead of being forward substituted into the uses.  We do
1371     // this by forcing a BitCast (noop cast) to be inserted into the preheader 
1372     // in this case.
1373     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(BaseV)) {
1374       if (!C->isNullValue() && !isTargetConstant(Base, ReplacedTy, TLI)) {
1375         // We want this constant emitted into the preheader! This is just
1376         // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1377         BaseV = new BitCastInst(BaseV, BaseV->getType(), "preheaderinsert",
1378                                 PreInsertPt);       
1379       }
1380     }
1381
1382     // Emit the code to add the immediate offset to the Phi value, just before
1383     // the instructions that we identified as using this stride and base.
1384     do {
1385       // FIXME: Use emitted users to emit other users.
1386       BasedUser &User = UsersToProcess.back();
1387
1388       // If this instruction wants to use the post-incremented value, move it
1389       // after the post-inc and use its value instead of the PHI.
1390       Value *RewriteOp = NewPHI;
1391       if (User.isUseOfPostIncrementedValue) {
1392         RewriteOp = IncV;
1393
1394         // If this user is in the loop, make sure it is the last thing in the
1395         // loop to ensure it is dominated by the increment.
1396         if (L->contains(User.Inst->getParent()))
1397           User.Inst->moveBefore(LatchBlock->getTerminator());
1398       }
1399       if (RewriteOp->getType() != ReplacedTy) {
1400         Instruction::CastOps opcode = Instruction::Trunc;
1401         if (ReplacedTy->getPrimitiveSizeInBits() ==
1402             RewriteOp->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1403           opcode = Instruction::BitCast;
1404         RewriteOp = SCEVExpander::InsertCastOfTo(opcode, RewriteOp, ReplacedTy);
1405       }
1406
1407       SCEVHandle RewriteExpr = SE->getUnknown(RewriteOp);
1408
1409       // If we had to insert new instrutions for RewriteOp, we have to
1410       // consider that they may not have been able to end up immediately
1411       // next to RewriteOp, because non-PHI instructions may never precede
1412       // PHI instructions in a block. In this case, remember where the last
1413       // instruction was inserted so that if we're replacing a different
1414       // PHI node, we can use the later point to expand the final
1415       // RewriteExpr.
1416       Instruction *NewBasePt = dyn_cast<Instruction>(RewriteOp);
1417       if (RewriteOp == NewPHI) NewBasePt = 0;
1418
1419       // Clear the SCEVExpander's expression map so that we are guaranteed
1420       // to have the code emitted where we expect it.
1421       Rewriter.clear();
1422
1423       // If we are reusing the iv, then it must be multiplied by a constant
1424       // factor take advantage of addressing mode scale component.
1425       if (RewriteFactor != 0) {
1426         RewriteExpr = SE->getMulExpr(SE->getIntegerSCEV(RewriteFactor,
1427                                                         RewriteExpr->getType()),
1428                                      RewriteExpr);
1429
1430         // The common base is emitted in the loop preheader. But since we
1431         // are reusing an IV, it has not been used to initialize the PHI node.
1432         // Add it to the expression used to rewrite the uses.
1433         if (!isa<ConstantInt>(CommonBaseV) ||
1434             !cast<ConstantInt>(CommonBaseV)->isZero())
1435           RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr,
1436                                       SE->getUnknown(CommonBaseV));
1437       }
1438
1439       // Now that we know what we need to do, insert code before User for the
1440       // immediate and any loop-variant expressions.
1441       if (!isa<ConstantInt>(BaseV) || !cast<ConstantInt>(BaseV)->isZero())
1442         // Add BaseV to the PHI value if needed.
1443         RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, SE->getUnknown(BaseV));
1444
1445       User.RewriteInstructionToUseNewBase(RewriteExpr, NewBasePt,
1446                                           Rewriter, L, this,
1447                                           DeadInsts);
1448
1449       // Mark old value we replaced as possibly dead, so that it is elminated
1450       // if we just replaced the last use of that value.
1451       DeadInsts.insert(cast<Instruction>(User.OperandValToReplace));
1452
1453       UsersToProcess.pop_back();
1454       ++NumReduced;
1455
1456       // If there are any more users to process with the same base, process them
1457       // now.  We sorted by base above, so we just have to check the last elt.
1458     } while (!UsersToProcess.empty() && UsersToProcess.back().Base == Base);
1459     // TODO: Next, find out which base index is the most common, pull it out.
1460   }
1461
1462   // IMPORTANT TODO: Figure out how to partition the IV's with this stride, but
1463   // different starting values, into different PHIs.
1464 }
1465
1466 /// FindIVForUser - If Cond has an operand that is an expression of an IV,
1467 /// set the IV user and stride information and return true, otherwise return
1468 /// false.
1469 bool LoopStrengthReduce::FindIVForUser(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
1470                                        const SCEVHandle *&CondStride) {
1471   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e && !CondUse;
1472        ++Stride) {
1473     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1474     IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
1475     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1476     
1477     for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
1478          E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI)
1479       if (UI->User == Cond) {
1480         // NOTE: we could handle setcc instructions with multiple uses here, but
1481         // InstCombine does it as well for simple uses, it's not clear that it
1482         // occurs enough in real life to handle.
1483         CondUse = &*UI;
1484         CondStride = &SI->first;
1485         return true;
1486       }
1487   }
1488   return false;
1489 }    
1490
1491 namespace {
1492   // Constant strides come first which in turns are sorted by their absolute
1493   // values. If absolute values are the same, then positive strides comes first.
1494   // e.g.
1495   // 4, -1, X, 1, 2 ==> 1, -1, 2, 4, X
1496   struct StrideCompare {
1497     bool operator()(const SCEVHandle &LHS, const SCEVHandle &RHS) {
1498       SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS);
1499       SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS);
1500       if (LHSC && RHSC) {
1501         int64_t  LV = LHSC->getValue()->getSExtValue();
1502         int64_t  RV = RHSC->getValue()->getSExtValue();
1503         uint64_t ALV = (LV < 0) ? -LV : LV;
1504         uint64_t ARV = (RV < 0) ? -RV : RV;
1505         if (ALV == ARV)
1506           return LV > RV;
1507         else
1508           return ALV < ARV;
1509       }
1510       return (LHSC && !RHSC);
1511     }
1512   };
1513 }
1514
1515 /// ChangeCompareStride - If a loop termination compare instruction is the
1516 /// only use of its stride, and the compaison is against a constant value,
1517 /// try eliminate the stride by moving the compare instruction to another
1518 /// stride and change its constant operand accordingly. e.g.
1519 ///
1520 /// loop:
1521 /// ...
1522 /// v1 = v1 + 3
1523 /// v2 = v2 + 1
1524 /// if (v2 < 10) goto loop
1525 /// =>
1526 /// loop:
1527 /// ...
1528 /// v1 = v1 + 3
1529 /// if (v1 < 30) goto loop
1530 ICmpInst *LoopStrengthReduce::ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
1531                                                 IVStrideUse* &CondUse,
1532                                                 const SCEVHandle* &CondStride) {
1533   // Forgo this transformation if the condition has multiple uses. This is
1534   // over-conservative, but simpler than alternatives. It guards against
1535   // comparisons with a use that occurs earlier than the add instruction for the
1536   // new stride index.  See
1537   // test/Transforms/LoopStrengthReduce/change-compare-stride-trickiness.ll
1538   // for an example of this situation.
1539   if (!Cond->hasOneUse())
1540     return Cond;
1541
1542   if (StrideOrder.size() < 2 ||
1543       IVUsesByStride[*CondStride].Users.size() != 1)
1544     return Cond;
1545   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(*CondStride);
1546   if (!SC) return Cond;
1547   ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Cond->getOperand(1));
1548   if (!C) return Cond;
1549
1550   ICmpInst::Predicate Predicate = Cond->getPredicate();
1551   int64_t CmpSSInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1552   int64_t CmpVal = C->getValue().getSExtValue();
1553   unsigned BitWidth = C->getValue().getBitWidth();
1554   uint64_t SignBit = 1ULL << (BitWidth-1);
1555   const Type *CmpTy = C->getType();
1556   const Type *NewCmpTy = NULL;
1557   unsigned TyBits = CmpTy->getPrimitiveSizeInBits();
1558   unsigned NewTyBits = 0;
1559   int64_t NewCmpVal = CmpVal;
1560   SCEVHandle *NewStride = NULL;
1561   Value *NewIncV = NULL;
1562   int64_t Scale = 1;
1563
1564   // Look for a suitable stride / iv as replacement.
1565   std::stable_sort(StrideOrder.begin(), StrideOrder.end(), StrideCompare());
1566   for (unsigned i = 0, e = StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
1567     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1568       IVUsesByStride.find(StrideOrder[i]);
1569     if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
1570       continue;
1571     int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1572     if (abs(SSInt) <= abs(CmpSSInt) || (SSInt % CmpSSInt) != 0)
1573       continue;
1574
1575     Scale = SSInt / CmpSSInt;
1576     NewCmpVal = CmpVal * Scale;
1577     APInt Mul = APInt(BitWidth, NewCmpVal);
1578     // Check for overflow.
1579     if (Mul.getSExtValue() != NewCmpVal) {
1580       NewCmpVal = CmpVal;
1581       continue;
1582     }
1583
1584     // Watch out for overflow.
1585     if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate) &&
1586         (CmpVal & SignBit) != (NewCmpVal & SignBit))
1587       NewCmpVal = CmpVal;
1588
1589     if (NewCmpVal != CmpVal) {
1590       // Pick the best iv to use trying to avoid a cast.
1591       NewIncV = NULL;
1592       for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
1593              E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI) {
1594         NewIncV = UI->OperandValToReplace;
1595         if (NewIncV->getType() == CmpTy)
1596           break;
1597       }
1598       if (!NewIncV) {
1599         NewCmpVal = CmpVal;
1600         continue;
1601       }
1602
1603       NewCmpTy = NewIncV->getType();
1604       NewTyBits = isa<PointerType>(NewCmpTy)
1605         ? UIntPtrTy->getPrimitiveSizeInBits()
1606         : NewCmpTy->getPrimitiveSizeInBits();
1607       if (RequiresTypeConversion(NewCmpTy, CmpTy)) {
1608         // Check if it is possible to rewrite it using
1609         // an iv / stride of a smaller integer type.
1610         bool TruncOk = false;
1611         if (NewCmpTy->isInteger()) {
1612           unsigned Bits = NewTyBits;
1613           if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate))
1614             --Bits;
1615           uint64_t Mask = (1ULL << Bits) - 1;
1616           if (((uint64_t)NewCmpVal & Mask) == (uint64_t)NewCmpVal)
1617             TruncOk = true;
1618         }
1619         if (!TruncOk) {
1620           NewCmpVal = CmpVal;
1621           continue;
1622         }
1623       }
1624
1625       // Don't rewrite if use offset is non-constant and the new type is
1626       // of a different type.
1627       // FIXME: too conservative?
1628       if (NewTyBits != TyBits && !isa<SCEVConstant>(CondUse->Offset)) {
1629         NewCmpVal = CmpVal;
1630         continue;
1631       }
1632
1633       bool AllUsesAreAddresses = true;
1634       std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
1635       SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(SI->first, SI->second, L,
1636                                               AllUsesAreAddresses,
1637                                               UsersToProcess);
1638       // Avoid rewriting the compare instruction with an iv of new stride
1639       // if it's likely the new stride uses will be rewritten using the
1640       if (AllUsesAreAddresses &&
1641           ValidStride(!isZero(CommonExprs), Scale, UsersToProcess)) {        
1642         NewCmpVal = CmpVal;
1643         continue;
1644       }
1645
1646       // If scale is negative, use inverse predicate unless it's testing
1647       // for equality.
1648       if (Scale < 0 && !Cond->isEquality())
1649         Predicate = ICmpInst::getInversePredicate(Predicate);
1650
1651       NewStride = &StrideOrder[i];
1652       break;
1653     }
1654   }
1655
1656   if (NewCmpVal != CmpVal) {
1657     // Create a new compare instruction using new stride / iv.
1658     ICmpInst *OldCond = Cond;
1659     Value *RHS;
1660     if (!isa<PointerType>(NewCmpTy))
1661       RHS = ConstantInt::get(NewCmpTy, NewCmpVal);
1662     else {
1663       RHS = ConstantInt::get(UIntPtrTy, NewCmpVal);
1664       RHS = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr, RHS, NewCmpTy);
1665     }
1666     // Insert new compare instruction.
1667     Cond = new ICmpInst(Predicate, NewIncV, RHS,
1668                         L->getHeader()->getName() + ".termcond",
1669                         OldCond);
1670
1671     // Remove the old compare instruction. The old indvar is probably dead too.
1672     DeadInsts.insert(cast<Instruction>(CondUse->OperandValToReplace));
1673     SE->deleteValueFromRecords(OldCond);
1674     OldCond->replaceAllUsesWith(Cond);
1675     OldCond->eraseFromParent();
1676
1677     IVUsesByStride[*CondStride].Users.pop_back();
1678     SCEVHandle NewOffset = TyBits == NewTyBits
1679       ? SE->getMulExpr(CondUse->Offset,
1680                        SE->getConstant(ConstantInt::get(CmpTy, Scale)))
1681       : SE->getConstant(ConstantInt::get(NewCmpTy,
1682         cast<SCEVConstant>(CondUse->Offset)->getValue()->getSExtValue()*Scale));
1683     IVUsesByStride[*NewStride].addUser(NewOffset, Cond, NewIncV);
1684     CondUse = &IVUsesByStride[*NewStride].Users.back();
1685     CondStride = NewStride;
1686     ++NumEliminated;
1687   }
1688
1689   return Cond;
1690 }
1691
1692 // OptimizeIndvars - Now that IVUsesByStride is set up with all of the indvar
1693 // uses in the loop, look to see if we can eliminate some, in favor of using
1694 // common indvars for the different uses.
1695 void LoopStrengthReduce::OptimizeIndvars(Loop *L) {
1696   // TODO: implement optzns here.
1697
1698   // Finally, get the terminating condition for the loop if possible.  If we
1699   // can, we want to change it to use a post-incremented version of its
1700   // induction variable, to allow coalescing the live ranges for the IV into
1701   // one register value.
1702   PHINode *SomePHI = cast<PHINode>(L->getHeader()->begin());
1703   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
1704   BasicBlock *LatchBlock =
1705    SomePHI->getIncomingBlock(SomePHI->getIncomingBlock(0) == Preheader);
1706   BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(LatchBlock->getTerminator());
1707   if (!TermBr || TermBr->isUnconditional() || 
1708       !isa<ICmpInst>(TermBr->getCondition()))
1709     return;
1710   ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(TermBr->getCondition());
1711
1712   // Search IVUsesByStride to find Cond's IVUse if there is one.
1713   IVStrideUse *CondUse = 0;
1714   const SCEVHandle *CondStride = 0;
1715
1716   if (!FindIVForUser(Cond, CondUse, CondStride))
1717     return; // setcc doesn't use the IV.
1718
1719   // If possible, change stride and operands of the compare instruction to
1720   // eliminate one stride.
1721   Cond = ChangeCompareStride(L, Cond, CondUse, CondStride);
1722
1723   // It's possible for the setcc instruction to be anywhere in the loop, and
1724   // possible for it to have multiple users.  If it is not immediately before
1725   // the latch block branch, move it.
1726   if (&*++BasicBlock::iterator(Cond) != (Instruction*)TermBr) {
1727     if (Cond->hasOneUse()) {   // Condition has a single use, just move it.
1728       Cond->moveBefore(TermBr);
1729     } else {
1730       // Otherwise, clone the terminating condition and insert into the loopend.
1731       Cond = cast<ICmpInst>(Cond->clone());
1732       Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
1733       LatchBlock->getInstList().insert(TermBr, Cond);
1734       
1735       // Clone the IVUse, as the old use still exists!
1736       IVUsesByStride[*CondStride].addUser(CondUse->Offset, Cond,
1737                                          CondUse->OperandValToReplace);
1738       CondUse = &IVUsesByStride[*CondStride].Users.back();
1739     }
1740   }
1741
1742   // If we get to here, we know that we can transform the setcc instruction to
1743   // use the post-incremented version of the IV, allowing us to coalesce the
1744   // live ranges for the IV correctly.
1745   CondUse->Offset = SE->getMinusSCEV(CondUse->Offset, *CondStride);
1746   CondUse->isUseOfPostIncrementedValue = true;
1747 }
1748
1749 bool LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
1750
1751   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
1752   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
1753   SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
1754   TD = &getAnalysis<TargetData>();
1755   UIntPtrTy = TD->getIntPtrType();
1756
1757   // Find all uses of induction variables in this loop, and catagorize
1758   // them by stride.  Start by finding all of the PHI nodes in the header for
1759   // this loop.  If they are induction variables, inspect their uses.
1760   SmallPtrSet<Instruction*,16> Processed;   // Don't reprocess instructions.
1761   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ++I)
1762     AddUsersIfInteresting(I, L, Processed);
1763
1764   // If we have nothing to do, return.
1765   if (IVUsesByStride.empty()) return false;
1766
1767   // Optimize induction variables.  Some indvar uses can be transformed to use
1768   // strides that will be needed for other purposes.  A common example of this
1769   // is the exit test for the loop, which can often be rewritten to use the
1770   // computation of some other indvar to decide when to terminate the loop.
1771   OptimizeIndvars(L);
1772
1773
1774   // FIXME: We can widen subreg IV's here for RISC targets.  e.g. instead of
1775   // doing computation in byte values, promote to 32-bit values if safe.
1776
1777   // FIXME: Attempt to reuse values across multiple IV's.  In particular, we
1778   // could have something like "for(i) { foo(i*8); bar(i*16) }", which should be
1779   // codegened as "for (j = 0;; j+=8) { foo(j); bar(j+j); }" on X86/PPC.  Need
1780   // to be careful that IV's are all the same type.  Only works for intptr_t
1781   // indvars.
1782
1783   // If we only have one stride, we can more aggressively eliminate some things.
1784   bool HasOneStride = IVUsesByStride.size() == 1;
1785
1786 #ifndef NDEBUG
1787   DOUT << "\nLSR on ";
1788   DEBUG(L->dump());
1789 #endif
1790
1791   // IVsByStride keeps IVs for one particular loop.
1792   assert(IVsByStride.empty() && "Stale entries in IVsByStride?");
1793
1794   // Sort the StrideOrder so we process larger strides first.
1795   std::stable_sort(StrideOrder.begin(), StrideOrder.end(), StrideCompare());
1796
1797   // Note: this processes each stride/type pair individually.  All users passed
1798   // into StrengthReduceStridedIVUsers have the same type AND stride.  Also,
1799   // note that we iterate over IVUsesByStride indirectly by using StrideOrder.
1800   // This extra layer of indirection makes the ordering of strides deterministic
1801   // - not dependent on map order.
1802   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e; ++Stride) {
1803     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1804       IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
1805     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1806     StrengthReduceStridedIVUsers(SI->first, SI->second, L, HasOneStride);
1807   }
1808
1809   // We're done analyzing this loop; release all the state we built up for it.
1810   CastedPointers.clear();
1811   IVUsesByStride.clear();
1812   IVsByStride.clear();
1813   StrideOrder.clear();
1814
1815   // Clean up after ourselves
1816   if (!DeadInsts.empty()) {
1817     DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
1818
1819     BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
1820     PHINode *PN;
1821     while ((PN = dyn_cast<PHINode>(I))) {
1822       ++I;  // Preincrement iterator to avoid invalidating it when deleting PN.
1823
1824       // At this point, we know that we have killed one or more GEP
1825       // instructions.  It is worth checking to see if the cann indvar is also
1826       // dead, so that we can remove it as well.  The requirements for the cann
1827       // indvar to be considered dead are:
1828       // 1. the cann indvar has one use
1829       // 2. the use is an add instruction
1830       // 3. the add has one use
1831       // 4. the add is used by the cann indvar
1832       // If all four cases above are true, then we can remove both the add and
1833       // the cann indvar.
1834       // FIXME: this needs to eliminate an induction variable even if it's being
1835       // compared against some value to decide loop termination.
1836       if (PN->hasOneUse()) {
1837         Instruction *BO = dyn_cast<Instruction>(*PN->use_begin());
1838         if (BO && (isa<BinaryOperator>(BO) || isa<CmpInst>(BO))) {
1839           if (BO->hasOneUse() && PN == *(BO->use_begin())) {
1840             DeadInsts.insert(BO);
1841             // Break the cycle, then delete the PHI.
1842             SE->deleteValueFromRecords(PN);
1843             PN->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(PN->getType()));
1844             PN->eraseFromParent();
1845           }
1846         }
1847       }
1848     }
1849     DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
1850   }
1851
1852   return false;
1853 }