Fix the time regression I introduced in 464.h264ref with
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / LoopStrengthReduce.cpp
1 //===- LoopStrengthReduce.cpp - Strength Reduce GEPs in Loops -------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass performs a strength reduction on array references inside loops that
11 // have as one or more of their components the loop induction variable.  This is
12 // accomplished by creating a new Value to hold the initial value of the array
13 // access for the first iteration, and then creating a new GEP instruction in
14 // the loop to increment the value by the appropriate amount.
15 //
16 //===----------------------------------------------------------------------===//
17
18 #define DEBUG_TYPE "loop-reduce"
19 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
20 #include "llvm/Constants.h"
21 #include "llvm/Instructions.h"
22 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
23 #include "llvm/Type.h"
24 #include "llvm/DerivedTypes.h"
25 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
26 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
27 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
28 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
29 #include "llvm/Support/CFG.h"
30 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
31 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
32 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
33 #include "llvm/Target/TargetData.h"
34 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
35 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
36 #include "llvm/Support/Debug.h"
37 #include "llvm/Support/Compiler.h"
38 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
39 #include <algorithm>
40 #include <set>
41 using namespace llvm;
42
43 STATISTIC(NumReduced ,    "Number of GEPs strength reduced");
44 STATISTIC(NumInserted,    "Number of PHIs inserted");
45 STATISTIC(NumVariable,    "Number of PHIs with variable strides");
46 STATISTIC(NumEliminated,  "Number of strides eliminated");
47 STATISTIC(NumShadow,      "Number of Shadow IVs optimized");
48
49 namespace {
50
51   struct BasedUser;
52
53   /// IVStrideUse - Keep track of one use of a strided induction variable, where
54   /// the stride is stored externally.  The Offset member keeps track of the 
55   /// offset from the IV, User is the actual user of the operand, and
56   /// 'OperandValToReplace' is the operand of the User that is the use.
57   struct VISIBILITY_HIDDEN IVStrideUse {
58     SCEVHandle Offset;
59     Instruction *User;
60     Value *OperandValToReplace;
61
62     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
63     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
64     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
65     // instruction for a loop or uses dominated by the loop.
66     bool isUseOfPostIncrementedValue;
67     
68     IVStrideUse(const SCEVHandle &Offs, Instruction *U, Value *O)
69       : Offset(Offs), User(U), OperandValToReplace(O),
70         isUseOfPostIncrementedValue(false) {}
71   };
72   
73   /// IVUsersOfOneStride - This structure keeps track of all instructions that
74   /// have an operand that is based on the trip count multiplied by some stride.
75   /// The stride for all of these users is common and kept external to this
76   /// structure.
77   struct VISIBILITY_HIDDEN IVUsersOfOneStride {
78     /// Users - Keep track of all of the users of this stride as well as the
79     /// initial value and the operand that uses the IV.
80     std::vector<IVStrideUse> Users;
81     
82     void addUser(const SCEVHandle &Offset,Instruction *User, Value *Operand) {
83       Users.push_back(IVStrideUse(Offset, User, Operand));
84     }
85   };
86
87   /// IVInfo - This structure keeps track of one IV expression inserted during
88   /// StrengthReduceStridedIVUsers. It contains the stride, the common base, as
89   /// well as the PHI node and increment value created for rewrite.
90   struct VISIBILITY_HIDDEN IVExpr {
91     SCEVHandle  Stride;
92     SCEVHandle  Base;
93     PHINode    *PHI;
94     Value      *IncV;
95
96     IVExpr(const SCEVHandle &stride, const SCEVHandle &base, PHINode *phi,
97            Value *incv)
98       : Stride(stride), Base(base), PHI(phi), IncV(incv) {}
99   };
100
101   /// IVsOfOneStride - This structure keeps track of all IV expression inserted
102   /// during StrengthReduceStridedIVUsers for a particular stride of the IV.
103   struct VISIBILITY_HIDDEN IVsOfOneStride {
104     std::vector<IVExpr> IVs;
105
106     void addIV(const SCEVHandle &Stride, const SCEVHandle &Base, PHINode *PHI,
107                Value *IncV) {
108       IVs.push_back(IVExpr(Stride, Base, PHI, IncV));
109     }
110   };
111
112   class VISIBILITY_HIDDEN LoopStrengthReduce : public LoopPass {
113     LoopInfo *LI;
114     DominatorTree *DT;
115     ScalarEvolution *SE;
116     const TargetData *TD;
117     const Type *UIntPtrTy;
118     bool Changed;
119
120     /// IVUsesByStride - Keep track of all uses of induction variables that we
121     /// are interested in.  The key of the map is the stride of the access.
122     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride> IVUsesByStride;
123
124     /// IVsByStride - Keep track of all IVs that have been inserted for a
125     /// particular stride.
126     std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride> IVsByStride;
127
128     /// StrideOrder - An ordering of the keys in IVUsesByStride that is stable:
129     /// We use this to iterate over the IVUsesByStride collection without being
130     /// dependent on random ordering of pointers in the process.
131     SmallVector<SCEVHandle, 16> StrideOrder;
132
133     /// GEPlist - A list of the GEP's that have been remembered in the SCEV
134     /// data structures.  SCEV does not know to update these when the operands
135     /// of the GEP are changed, which means we cannot leave them live across
136     /// loops.
137     SmallVector<GetElementPtrInst *, 16> GEPlist;
138
139     /// CastedValues - As we need to cast values to uintptr_t, this keeps track
140     /// of the casted version of each value.  This is accessed by
141     /// getCastedVersionOf.
142     DenseMap<Value*, Value*> CastedPointers;
143
144     /// DeadInsts - Keep track of instructions we may have made dead, so that
145     /// we can remove them after we are done working.
146     SmallVector<Instruction*, 16> DeadInsts;
147
148     /// TLI - Keep a pointer of a TargetLowering to consult for determining
149     /// transformation profitability.
150     const TargetLowering *TLI;
151
152   public:
153     static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
154     explicit LoopStrengthReduce(const TargetLowering *tli = NULL) : 
155       LoopPass(&ID), TLI(tli) {
156     }
157
158     bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
159
160     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
161       // We split critical edges, so we change the CFG.  However, we do update
162       // many analyses if they are around.
163       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
164       AU.addPreserved<LoopInfo>();
165       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
166       AU.addPreserved<DominatorTree>();
167
168       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
169       AU.addRequired<LoopInfo>();
170       AU.addRequired<DominatorTree>();
171       AU.addRequired<TargetData>();
172       AU.addRequired<ScalarEvolution>();
173       AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
174     }
175     
176     /// getCastedVersionOf - Return the specified value casted to uintptr_t.
177     ///
178     Value *getCastedVersionOf(Instruction::CastOps opcode, Value *V);
179 private:
180     bool AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
181                                SmallPtrSet<Instruction*,16> &Processed);
182     SCEVHandle GetExpressionSCEV(Instruction *E);
183     ICmpInst *ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
184                                   IVStrideUse* &CondUse,
185                                   const SCEVHandle* &CondStride);
186     void OptimizeIndvars(Loop *L);
187
188     /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
189     /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
190     void OptimizeShadowIV(Loop *L);
191
192     /// OptimizeSMax - Rewrite the loop's terminating condition
193     /// if it uses an smax computation.
194     ICmpInst *OptimizeSMax(Loop *L, ICmpInst *Cond,
195                            IVStrideUse* &CondUse);
196
197     bool FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
198                            const SCEVHandle *&CondStride);
199     bool RequiresTypeConversion(const Type *Ty, const Type *NewTy);
200     SCEVHandle CheckForIVReuse(bool, bool, bool, const SCEVHandle&,
201                              IVExpr&, const Type*,
202                              const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
203     bool ValidStride(bool, int64_t,
204                      const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
205     SCEVHandle CollectIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
206                               IVUsersOfOneStride &Uses,
207                               Loop *L,
208                               bool &AllUsesAreAddresses,
209                               bool &AllUsesAreOutsideLoop,
210                               std::vector<BasedUser> &UsersToProcess);
211     void StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
212                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
213                                       Loop *L, bool isOnlyStride);
214     void DeleteTriviallyDeadInstructions();
215   };
216 }
217
218 char LoopStrengthReduce::ID = 0;
219 static RegisterPass<LoopStrengthReduce>
220 X("loop-reduce", "Loop Strength Reduction");
221
222 Pass *llvm::createLoopStrengthReducePass(const TargetLowering *TLI) {
223   return new LoopStrengthReduce(TLI);
224 }
225
226 /// getCastedVersionOf - Return the specified value casted to uintptr_t. This
227 /// assumes that the Value* V is of integer or pointer type only.
228 ///
229 Value *LoopStrengthReduce::getCastedVersionOf(Instruction::CastOps opcode, 
230                                               Value *V) {
231   if (V->getType() == UIntPtrTy) return V;
232   if (Constant *CB = dyn_cast<Constant>(V))
233     return ConstantExpr::getCast(opcode, CB, UIntPtrTy);
234
235   Value *&New = CastedPointers[V];
236   if (New) return New;
237   
238   New = SCEVExpander::InsertCastOfTo(opcode, V, UIntPtrTy);
239   DeadInsts.push_back(cast<Instruction>(New));
240   return New;
241 }
242
243
244 /// DeleteTriviallyDeadInstructions - If any of the instructions is the
245 /// specified set are trivially dead, delete them and see if this makes any of
246 /// their operands subsequently dead.
247 void LoopStrengthReduce::DeleteTriviallyDeadInstructions() {
248   if (DeadInsts.empty()) return;
249   
250   // Sort the deadinsts list so that we can trivially eliminate duplicates as we
251   // go.  The code below never adds a non-dead instruction to the worklist, but
252   // callers may not be so careful.
253   array_pod_sort(DeadInsts.begin(), DeadInsts.end());
254
255   // Drop duplicate instructions and those with uses.
256   for (unsigned i = 0, e = DeadInsts.size()-1; i < e; ++i) {
257     Instruction *I = DeadInsts[i];
258     if (!I->use_empty()) DeadInsts[i] = 0;
259     while (i != e && DeadInsts[i+1] == I)
260       DeadInsts[++i] = 0;
261   }
262   
263   while (!DeadInsts.empty()) {
264     Instruction *I = DeadInsts.back();
265     DeadInsts.pop_back();
266     
267     if (I == 0 || !isInstructionTriviallyDead(I))
268       continue;
269
270     SE->deleteValueFromRecords(I);
271
272     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI) {
273       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
274         *OI = 0;
275         if (U->use_empty())
276           DeadInsts.push_back(U);
277       }
278     }
279     
280     I->eraseFromParent();
281     Changed = true;
282   }
283 }
284
285
286 /// GetExpressionSCEV - Compute and return the SCEV for the specified
287 /// instruction.
288 SCEVHandle LoopStrengthReduce::GetExpressionSCEV(Instruction *Exp) {
289   // Pointer to pointer bitcast instructions return the same value as their
290   // operand.
291   if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(Exp)) {
292     if (SE->hasSCEV(BCI) || !isa<Instruction>(BCI->getOperand(0)))
293       return SE->getSCEV(BCI);
294     SCEVHandle R = GetExpressionSCEV(cast<Instruction>(BCI->getOperand(0)));
295     SE->setSCEV(BCI, R);
296     return R;
297   }
298
299   // Scalar Evolutions doesn't know how to compute SCEV's for GEP instructions.
300   // If this is a GEP that SE doesn't know about, compute it now and insert it.
301   // If this is not a GEP, or if we have already done this computation, just let
302   // SE figure it out.
303   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Exp);
304   if (!GEP || SE->hasSCEV(GEP))
305     return SE->getSCEV(Exp);
306     
307   // Analyze all of the subscripts of this getelementptr instruction, looking
308   // for uses that are determined by the trip count of the loop.  First, skip
309   // all operands the are not dependent on the IV.
310
311   // Build up the base expression.  Insert an LLVM cast of the pointer to
312   // uintptr_t first.
313   SCEVHandle GEPVal = SE->getUnknown(
314       getCastedVersionOf(Instruction::PtrToInt, GEP->getOperand(0)));
315
316   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
317   
318   for (User::op_iterator i = GEP->op_begin() + 1, e = GEP->op_end();
319        i != e; ++i, ++GTI) {
320     // If this is a use of a recurrence that we can analyze, and it comes before
321     // Op does in the GEP operand list, we will handle this when we process this
322     // operand.
323     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
324       const StructLayout *SL = TD->getStructLayout(STy);
325       unsigned Idx = cast<ConstantInt>(*i)->getZExtValue();
326       uint64_t Offset = SL->getElementOffset(Idx);
327       GEPVal = SE->getAddExpr(GEPVal,
328                              SE->getIntegerSCEV(Offset, UIntPtrTy));
329     } else {
330       unsigned GEPOpiBits = 
331         (*i)->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
332       unsigned IntPtrBits = UIntPtrTy->getPrimitiveSizeInBits();
333       Instruction::CastOps opcode = (GEPOpiBits < IntPtrBits ? 
334           Instruction::SExt : (GEPOpiBits > IntPtrBits ? Instruction::Trunc :
335             Instruction::BitCast));
336       Value *OpVal = getCastedVersionOf(opcode, *i);
337       SCEVHandle Idx = SE->getSCEV(OpVal);
338
339       uint64_t TypeSize = TD->getABITypeSize(GTI.getIndexedType());
340       if (TypeSize != 1)
341         Idx = SE->getMulExpr(Idx,
342                             SE->getConstant(ConstantInt::get(UIntPtrTy,
343                                                              TypeSize)));
344       GEPVal = SE->getAddExpr(GEPVal, Idx);
345     }
346   }
347
348   SE->setSCEV(GEP, GEPVal);
349   GEPlist.push_back(GEP);
350   return GEPVal;
351 }
352
353 /// getSCEVStartAndStride - Compute the start and stride of this expression,
354 /// returning false if the expression is not a start/stride pair, or true if it
355 /// is.  The stride must be a loop invariant expression, but the start may be
356 /// a mix of loop invariant and loop variant expressions.
357 static bool getSCEVStartAndStride(const SCEVHandle &SH, Loop *L,
358                                   SCEVHandle &Start, SCEVHandle &Stride,
359                                   ScalarEvolution *SE) {
360   SCEVHandle TheAddRec = Start;   // Initialize to zero.
361
362   // If the outer level is an AddExpr, the operands are all start values except
363   // for a nested AddRecExpr.
364   if (SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(SH)) {
365     for (unsigned i = 0, e = AE->getNumOperands(); i != e; ++i)
366       if (SCEVAddRecExpr *AddRec =
367              dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(AE->getOperand(i))) {
368         if (AddRec->getLoop() == L)
369           TheAddRec = SE->getAddExpr(AddRec, TheAddRec);
370         else
371           return false;  // Nested IV of some sort?
372       } else {
373         Start = SE->getAddExpr(Start, AE->getOperand(i));
374       }
375         
376   } else if (isa<SCEVAddRecExpr>(SH)) {
377     TheAddRec = SH;
378   } else {
379     return false;  // not analyzable.
380   }
381   
382   SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(TheAddRec);
383   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L) return false;
384   
385   // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
386   if (!AddRec->isAffine()) return false;
387
388   Start = SE->getAddExpr(Start, AddRec->getOperand(0));
389   
390   if (!isa<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1)))
391     DOUT << "[" << L->getHeader()->getName()
392          << "] Variable stride: " << *AddRec << "\n";
393
394   Stride = AddRec->getOperand(1);
395   return true;
396 }
397
398 /// IVUseShouldUsePostIncValue - We have discovered a "User" of an IV expression
399 /// and now we need to decide whether the user should use the preinc or post-inc
400 /// value.  If this user should use the post-inc version of the IV, return true.
401 ///
402 /// Choosing wrong here can break dominance properties (if we choose to use the
403 /// post-inc value when we cannot) or it can end up adding extra live-ranges to
404 /// the loop, resulting in reg-reg copies (if we use the pre-inc value when we
405 /// should use the post-inc value).
406 static bool IVUseShouldUsePostIncValue(Instruction *User, Instruction *IV,
407                                        Loop *L, DominatorTree *DT, Pass *P,
408                                       SmallVectorImpl<Instruction*> &DeadInsts){
409   // If the user is in the loop, use the preinc value.
410   if (L->contains(User->getParent())) return false;
411   
412   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
413   
414   // Ok, the user is outside of the loop.  If it is dominated by the latch
415   // block, use the post-inc value.
416   if (DT->dominates(LatchBlock, User->getParent()))
417     return true;
418
419   // There is one case we have to be careful of: PHI nodes.  These little guys
420   // can live in blocks that do not dominate the latch block, but (since their
421   // uses occur in the predecessor block, not the block the PHI lives in) should
422   // still use the post-inc value.  Check for this case now.
423   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User);
424   if (!PN) return false;  // not a phi, not dominated by latch block.
425   
426   // Look at all of the uses of IV by the PHI node.  If any use corresponds to
427   // a block that is not dominated by the latch block, give up and use the
428   // preincremented value.
429   unsigned NumUses = 0;
430   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
431     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
432       ++NumUses;
433       if (!DT->dominates(LatchBlock, PN->getIncomingBlock(i)))
434         return false;
435     }
436
437   // Okay, all uses of IV by PN are in predecessor blocks that really are
438   // dominated by the latch block.  Split the critical edges and use the
439   // post-incremented value.
440   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
441     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
442       SplitCriticalEdge(PN->getIncomingBlock(i), PN->getParent(), P, false);
443       // Splitting the critical edge can reduce the number of entries in this
444       // PHI.
445       e = PN->getNumIncomingValues();
446       if (--NumUses == 0) break;
447     }
448
449   // PHI node might have become a constant value after SplitCriticalEdge.
450   DeadInsts.push_back(User);
451   
452   return true;
453 }
454
455 /// isAddress - Returns true if the specified instruction is using the
456 /// specified value as an address.
457 static bool isAddressUse(Instruction *Inst, Value *OperandVal) {
458   bool isAddress = isa<LoadInst>(Inst);
459   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
460     if (SI->getOperand(1) == OperandVal)
461       isAddress = true;
462   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
463     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
464     // of intrinsics.
465     switch (II->getIntrinsicID()) {
466       default: break;
467       case Intrinsic::prefetch:
468       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_dq:
469       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_pd:
470       case Intrinsic::x86_sse_loadu_ps:
471       case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
472       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
473       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
474       case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
475         if (II->getOperand(1) == OperandVal)
476           isAddress = true;
477         break;
478     }
479   }
480   return isAddress;
481 }
482
483 /// AddUsersIfInteresting - Inspect the specified instruction.  If it is a
484 /// reducible SCEV, recursively add its users to the IVUsesByStride set and
485 /// return true.  Otherwise, return false.
486 bool LoopStrengthReduce::AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
487                                       SmallPtrSet<Instruction*,16> &Processed) {
488   if (!I->getType()->isInteger() && !isa<PointerType>(I->getType()))
489     return false;   // Void and FP expressions cannot be reduced.
490   if (!Processed.insert(I))
491     return true;    // Instruction already handled.
492   
493   // Get the symbolic expression for this instruction.
494   SCEVHandle ISE = GetExpressionSCEV(I);
495   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(ISE)) return false;
496   
497   // Get the start and stride for this expression.
498   SCEVHandle Start = SE->getIntegerSCEV(0, ISE->getType());
499   SCEVHandle Stride = Start;
500   if (!getSCEVStartAndStride(ISE, L, Start, Stride, SE))
501     return false;  // Non-reducible symbolic expression, bail out.
502
503   std::vector<Instruction *> IUsers;
504   // Collect all I uses now because IVUseShouldUsePostIncValue may 
505   // invalidate use_iterator.
506   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E; ++UI)
507     IUsers.push_back(cast<Instruction>(*UI));
508
509   for (unsigned iused_index = 0, iused_size = IUsers.size(); 
510        iused_index != iused_size; ++iused_index) {
511
512     Instruction *User = IUsers[iused_index];
513
514     // Do not infinitely recurse on PHI nodes.
515     if (isa<PHINode>(User) && Processed.count(User))
516       continue;
517
518     // Descend recursively, but not into PHI nodes outside the current loop.
519     // It's important to see the entire expression outside the loop to get
520     // choices that depend on addressing mode use right, although we won't
521     // consider references ouside the loop in all cases.
522     // If User is already in Processed, we don't want to recurse into it again,
523     // but do want to record a second reference in the same instruction.
524     bool AddUserToIVUsers = false;
525     if (LI->getLoopFor(User->getParent()) != L) {
526       if (isa<PHINode>(User) || Processed.count(User) ||
527           !AddUsersIfInteresting(User, L, Processed)) {
528         DOUT << "FOUND USER in other loop: " << *User
529              << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
530         AddUserToIVUsers = true;
531       }
532     } else if (Processed.count(User) || 
533                !AddUsersIfInteresting(User, L, Processed)) {
534       DOUT << "FOUND USER: " << *User
535            << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
536       AddUserToIVUsers = true;
537     }
538
539     if (AddUserToIVUsers) {
540       IVUsersOfOneStride &StrideUses = IVUsesByStride[Stride];
541       if (StrideUses.Users.empty())     // First occurrence of this stride?
542         StrideOrder.push_back(Stride);
543       
544       // Okay, we found a user that we cannot reduce.  Analyze the instruction
545       // and decide what to do with it.  If we are a use inside of the loop, use
546       // the value before incrementation, otherwise use it after incrementation.
547       if (IVUseShouldUsePostIncValue(User, I, L, DT, this, DeadInsts)) {
548         // The value used will be incremented by the stride more than we are
549         // expecting, so subtract this off.
550         SCEVHandle NewStart = SE->getMinusSCEV(Start, Stride);
551         StrideUses.addUser(NewStart, User, I);
552         StrideUses.Users.back().isUseOfPostIncrementedValue = true;
553         DOUT << "   USING POSTINC SCEV, START=" << *NewStart<< "\n";
554       } else {        
555         StrideUses.addUser(Start, User, I);
556       }
557     }
558   }
559   return true;
560 }
561
562 namespace {
563   /// BasedUser - For a particular base value, keep information about how we've
564   /// partitioned the expression so far.
565   struct BasedUser {
566     /// SE - The current ScalarEvolution object.
567     ScalarEvolution *SE;
568
569     /// Base - The Base value for the PHI node that needs to be inserted for
570     /// this use.  As the use is processed, information gets moved from this
571     /// field to the Imm field (below).  BasedUser values are sorted by this
572     /// field.
573     SCEVHandle Base;
574     
575     /// Inst - The instruction using the induction variable.
576     Instruction *Inst;
577
578     /// OperandValToReplace - The operand value of Inst to replace with the
579     /// EmittedBase.
580     Value *OperandValToReplace;
581
582     /// Imm - The immediate value that should be added to the base immediately
583     /// before Inst, because it will be folded into the imm field of the
584     /// instruction.
585     SCEVHandle Imm;
586
587     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
588     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
589     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
590     // instruction for a loop and uses outside the loop that are dominated by
591     // the loop.
592     bool isUseOfPostIncrementedValue;
593     
594     BasedUser(IVStrideUse &IVSU, ScalarEvolution *se)
595       : SE(se), Base(IVSU.Offset), Inst(IVSU.User), 
596         OperandValToReplace(IVSU.OperandValToReplace), 
597         Imm(SE->getIntegerSCEV(0, Base->getType())), 
598         isUseOfPostIncrementedValue(IVSU.isUseOfPostIncrementedValue) {}
599
600     // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
601     // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
602     // to it.
603     void RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
604                                         Instruction *InsertPt,
605                                        SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
606                                       SmallVectorImpl<Instruction*> &DeadInsts);
607     
608     Value *InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
609                                        SCEVExpander &Rewriter,
610                                        Instruction *IP, Loop *L);
611     void dump() const;
612   };
613 }
614
615 void BasedUser::dump() const {
616   cerr << " Base=" << *Base;
617   cerr << " Imm=" << *Imm;
618   cerr << "   Inst: " << *Inst;
619 }
620
621 Value *BasedUser::InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
622                                               SCEVExpander &Rewriter,
623                                               Instruction *IP, Loop *L) {
624   // Figure out where we *really* want to insert this code.  In particular, if
625   // the user is inside of a loop that is nested inside of L, we really don't
626   // want to insert this expression before the user, we'd rather pull it out as
627   // many loops as possible.
628   LoopInfo &LI = Rewriter.getLoopInfo();
629   Instruction *BaseInsertPt = IP;
630   
631   // Figure out the most-nested loop that IP is in.
632   Loop *InsertLoop = LI.getLoopFor(IP->getParent());
633   
634   // If InsertLoop is not L, and InsertLoop is nested inside of L, figure out
635   // the preheader of the outer-most loop where NewBase is not loop invariant.
636   if (L->contains(IP->getParent()))
637     while (InsertLoop && NewBase->isLoopInvariant(InsertLoop)) {
638       BaseInsertPt = InsertLoop->getLoopPreheader()->getTerminator();
639       InsertLoop = InsertLoop->getParentLoop();
640     }
641   
642   // If there is no immediate value, skip the next part.
643   if (Imm->isZero())
644     return Rewriter.expandCodeFor(NewBase, BaseInsertPt);
645
646   Value *Base = Rewriter.expandCodeFor(NewBase, BaseInsertPt);
647
648   // If we are inserting the base and imm values in the same block, make sure to
649   // adjust the IP position if insertion reused a result.
650   if (IP == BaseInsertPt)
651     IP = Rewriter.getInsertionPoint();
652   
653   // Always emit the immediate (if non-zero) into the same block as the user.
654   SCEVHandle NewValSCEV = SE->getAddExpr(SE->getUnknown(Base), Imm);
655   return Rewriter.expandCodeFor(NewValSCEV, IP);
656   
657 }
658
659
660 // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
661 // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
662 // to it. NewBasePt is the last instruction which contributes to the
663 // value of NewBase in the case that it's a diffferent instruction from
664 // the PHI that NewBase is computed from, or null otherwise.
665 //
666 void BasedUser::RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
667                                                Instruction *NewBasePt,
668                                       SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
669                                       SmallVectorImpl<Instruction*> &DeadInsts){
670   if (!isa<PHINode>(Inst)) {
671     // By default, insert code at the user instruction.
672     BasicBlock::iterator InsertPt = Inst;
673     
674     // However, if the Operand is itself an instruction, the (potentially
675     // complex) inserted code may be shared by many users.  Because of this, we
676     // want to emit code for the computation of the operand right before its old
677     // computation.  This is usually safe, because we obviously used to use the
678     // computation when it was computed in its current block.  However, in some
679     // cases (e.g. use of a post-incremented induction variable) the NewBase
680     // value will be pinned to live somewhere after the original computation.
681     // In this case, we have to back off.
682     //
683     // If this is a use outside the loop (which means after, since it is based
684     // on a loop indvar) we use the post-incremented value, so that we don't
685     // artificially make the preinc value live out the bottom of the loop. 
686     if (!isUseOfPostIncrementedValue && L->contains(Inst->getParent())) {
687       if (NewBasePt && isa<PHINode>(OperandValToReplace)) {
688         InsertPt = NewBasePt;
689         ++InsertPt;
690       } else if (Instruction *OpInst
691                  = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace)) {
692         InsertPt = OpInst;
693         while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
694       }
695     }
696     Value *NewVal = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, Rewriter, InsertPt, L);
697     // Adjust the type back to match the Inst. Note that we can't use InsertPt
698     // here because the SCEVExpander may have inserted the instructions after
699     // that point, in its efforts to avoid inserting redundant expressions.
700     if (isa<PointerType>(OperandValToReplace->getType())) {
701       NewVal = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr,
702                                             NewVal,
703                                             OperandValToReplace->getType());
704     }
705     // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
706     Inst->replaceUsesOfWith(OperandValToReplace, NewVal);
707     DOUT << "    CHANGED: IMM =" << *Imm;
708     DOUT << "  \tNEWBASE =" << *NewBase;
709     DOUT << "  \tInst = " << *Inst;
710     return;
711   }
712   
713   // PHI nodes are more complex.  We have to insert one copy of the NewBase+Imm
714   // expression into each operand block that uses it.  Note that PHI nodes can
715   // have multiple entries for the same predecessor.  We use a map to make sure
716   // that a PHI node only has a single Value* for each predecessor (which also
717   // prevents us from inserting duplicate code in some blocks).
718   DenseMap<BasicBlock*, Value*> InsertedCode;
719   PHINode *PN = cast<PHINode>(Inst);
720   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
721     if (PN->getIncomingValue(i) == OperandValToReplace) {
722       // If the original expression is outside the loop, put the replacement
723       // code in the same place as the original expression,
724       // which need not be an immediate predecessor of this PHI.  This way we 
725       // need only one copy of it even if it is referenced multiple times in
726       // the PHI.  We don't do this when the original expression is inside the
727       // loop because multiple copies sometimes do useful sinking of code in that
728       // case(?).
729       Instruction *OldLoc = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace);
730       if (L->contains(OldLoc->getParent())) {
731         // If this is a critical edge, split the edge so that we do not insert the
732         // code on all predecessor/successor paths.  We do this unless this is the
733         // canonical backedge for this loop, as this can make some inserted code
734         // be in an illegal position.
735         BasicBlock *PHIPred = PN->getIncomingBlock(i);
736         if (e != 1 && PHIPred->getTerminator()->getNumSuccessors() > 1 &&
737             (PN->getParent() != L->getHeader() || !L->contains(PHIPred))) {
738
739           // First step, split the critical edge.
740           SplitCriticalEdge(PHIPred, PN->getParent(), P, false);
741
742           // Next step: move the basic block.  In particular, if the PHI node
743           // is outside of the loop, and PredTI is in the loop, we want to
744           // move the block to be immediately before the PHI block, not
745           // immediately after PredTI.
746           if (L->contains(PHIPred) && !L->contains(PN->getParent())) {
747             BasicBlock *NewBB = PN->getIncomingBlock(i);
748             NewBB->moveBefore(PN->getParent());
749           }
750
751           // Splitting the edge can reduce the number of PHI entries we have.
752           e = PN->getNumIncomingValues();
753         }
754       }
755       Value *&Code = InsertedCode[PN->getIncomingBlock(i)];
756       if (!Code) {
757         // Insert the code into the end of the predecessor block.
758         Instruction *InsertPt = (L->contains(OldLoc->getParent())) ?
759                                 PN->getIncomingBlock(i)->getTerminator() :
760                                 OldLoc->getParent()->getTerminator();
761         Code = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, Rewriter, InsertPt, L);
762
763         // Adjust the type back to match the PHI. Note that we can't use
764         // InsertPt here because the SCEVExpander may have inserted its
765         // instructions after that point, in its efforts to avoid inserting
766         // redundant expressions.
767         if (isa<PointerType>(PN->getType())) {
768           Code = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr,
769                                               Code,
770                                               PN->getType());
771         }
772       }
773       
774       // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
775       PN->setIncomingValue(i, Code);
776       Rewriter.clear();
777     }
778   }
779
780   // PHI node might have become a constant value after SplitCriticalEdge.
781   DeadInsts.push_back(Inst);
782
783   DOUT << "    CHANGED: IMM =" << *Imm << "  Inst = " << *Inst;
784 }
785
786
787 /// fitsInAddressMode - Return true if V can be subsumed within an addressing
788 /// mode, and does not need to be put in a register first.
789 static bool fitsInAddressMode(const SCEVHandle &V, const Type *UseTy,
790                              const TargetLowering *TLI, bool HasBaseReg) {
791   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
792     int64_t VC = SC->getValue()->getSExtValue();
793     if (TLI) {
794       TargetLowering::AddrMode AM;
795       AM.BaseOffs = VC;
796       AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
797       return TLI->isLegalAddressingMode(AM, UseTy);
798     } else {
799       // Defaults to PPC. PPC allows a sign-extended 16-bit immediate field.
800       return (VC > -(1 << 16) && VC < (1 << 16)-1);
801     }
802   }
803
804   if (SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V))
805     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(SU->getValue()))
806       if (TLI && CE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt) {
807         Constant *Op0 = CE->getOperand(0);
808         if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(Op0)) {
809           TargetLowering::AddrMode AM;
810           AM.BaseGV = GV;
811           AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
812           return TLI->isLegalAddressingMode(AM, UseTy);
813         }
814       }
815   return false;
816 }
817
818 /// MoveLoopVariantsToImmediateField - Move any subexpressions from Val that are
819 /// loop varying to the Imm operand.
820 static void MoveLoopVariantsToImmediateField(SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
821                                             Loop *L, ScalarEvolution *SE) {
822   if (Val->isLoopInvariant(L)) return;  // Nothing to do.
823   
824   if (SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
825     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
826     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
827     
828     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i)
829       if (!SAE->getOperand(i)->isLoopInvariant(L)) {
830         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
831         // field of the expression.
832         Imm = SE->getAddExpr(Imm, SAE->getOperand(i));
833       } else {
834         NewOps.push_back(SAE->getOperand(i));
835       }
836
837     if (NewOps.empty())
838       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
839     else
840       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
841   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
842     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
843     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
844     MoveLoopVariantsToImmediateField(Start, Imm, L, SE);
845     
846     std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
847     Ops[0] = Start;
848     Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
849   } else {
850     // Otherwise, all of Val is variant, move the whole thing over.
851     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
852     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
853   }
854 }
855
856
857 /// MoveImmediateValues - Look at Val, and pull out any additions of constants
858 /// that can fit into the immediate field of instructions in the target.
859 /// Accumulate these immediate values into the Imm value.
860 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
861                                 Instruction *User,
862                                 SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
863                                 bool isAddress, Loop *L,
864                                 ScalarEvolution *SE) {
865   const Type *UseTy = User->getType();
866   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User))
867     UseTy = SI->getOperand(0)->getType();
868
869   if (SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
870     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
871     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
872     
873     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i) {
874       SCEVHandle NewOp = SAE->getOperand(i);
875       MoveImmediateValues(TLI, User, NewOp, Imm, isAddress, L, SE);
876       
877       if (!NewOp->isLoopInvariant(L)) {
878         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
879         // field of the expression.
880         Imm = SE->getAddExpr(Imm, NewOp);
881       } else {
882         NewOps.push_back(NewOp);
883       }
884     }
885
886     if (NewOps.empty())
887       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
888     else
889       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
890     return;
891   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
892     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
893     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
894     MoveImmediateValues(TLI, User, Start, Imm, isAddress, L, SE);
895     
896     if (Start != SARE->getStart()) {
897       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
898       Ops[0] = Start;
899       Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
900     }
901     return;
902   } else if (SCEVMulExpr *SME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Val)) {
903     // Transform "8 * (4 + v)" -> "32 + 8*V" if "32" fits in the immed field.
904     if (isAddress && fitsInAddressMode(SME->getOperand(0), UseTy, TLI, false) &&
905         SME->getNumOperands() == 2 && SME->isLoopInvariant(L)) {
906
907       SCEVHandle SubImm = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
908       SCEVHandle NewOp = SME->getOperand(1);
909       MoveImmediateValues(TLI, User, NewOp, SubImm, isAddress, L, SE);
910       
911       // If we extracted something out of the subexpressions, see if we can 
912       // simplify this!
913       if (NewOp != SME->getOperand(1)) {
914         // Scale SubImm up by "8".  If the result is a target constant, we are
915         // good.
916         SubImm = SE->getMulExpr(SubImm, SME->getOperand(0));
917         if (fitsInAddressMode(SubImm, UseTy, TLI, false)) {
918           // Accumulate the immediate.
919           Imm = SE->getAddExpr(Imm, SubImm);
920           
921           // Update what is left of 'Val'.
922           Val = SE->getMulExpr(SME->getOperand(0), NewOp);
923           return;
924         }
925       }
926     }
927   }
928
929   // Loop-variant expressions must stay in the immediate field of the
930   // expression.
931   if ((isAddress && fitsInAddressMode(Val, UseTy, TLI, false)) ||
932       !Val->isLoopInvariant(L)) {
933     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
934     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
935     return;
936   }
937
938   // Otherwise, no immediates to move.
939 }
940
941
942 /// SeparateSubExprs - Decompose Expr into all of the subexpressions that are
943 /// added together.  This is used to reassociate common addition subexprs
944 /// together for maximal sharing when rewriting bases.
945 static void SeparateSubExprs(std::vector<SCEVHandle> &SubExprs,
946                              SCEVHandle Expr,
947                              ScalarEvolution *SE) {
948   if (SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Expr)) {
949     for (unsigned j = 0, e = AE->getNumOperands(); j != e; ++j)
950       SeparateSubExprs(SubExprs, AE->getOperand(j), SE);
951   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Expr)) {
952     SCEVHandle Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Expr->getType());
953     if (SARE->getOperand(0) == Zero) {
954       SubExprs.push_back(Expr);
955     } else {
956       // Compute the addrec with zero as its base.
957       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
958       Ops[0] = Zero;   // Start with zero base.
959       SubExprs.push_back(SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop()));
960       
961
962       SeparateSubExprs(SubExprs, SARE->getOperand(0), SE);
963     }
964   } else if (!Expr->isZero()) {
965     // Do not add zero.
966     SubExprs.push_back(Expr);
967   }
968 }
969
970 // This is logically local to the following function, but C++ says we have 
971 // to make it file scope.
972 struct SubExprUseData { unsigned Count; bool notAllUsesAreFree; };
973
974 /// RemoveCommonExpressionsFromUseBases - Look through all of the Bases of all
975 /// the Uses, removing any common subexpressions, except that if all such
976 /// subexpressions can be folded into an addressing mode for all uses inside
977 /// the loop (this case is referred to as "free" in comments herein) we do
978 /// not remove anything.  This looks for things like (a+b+c) and
979 /// (a+c+d) and computes the common (a+c) subexpression.  The common expression
980 /// is *removed* from the Bases and returned.
981 static SCEVHandle 
982 RemoveCommonExpressionsFromUseBases(std::vector<BasedUser> &Uses,
983                                     ScalarEvolution *SE, Loop *L,
984                                     const TargetLowering *TLI) {
985   unsigned NumUses = Uses.size();
986
987   // Only one use?  This is a very common case, so we handle it specially and
988   // cheaply.
989   SCEVHandle Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Uses[0].Base->getType());
990   SCEVHandle Result = Zero;
991   SCEVHandle FreeResult = Zero;
992   if (NumUses == 1) {
993     // If the use is inside the loop, use its base, regardless of what it is:
994     // it is clearly shared across all the IV's.  If the use is outside the loop
995     // (which means after it) we don't want to factor anything *into* the loop,
996     // so just use 0 as the base.
997     if (L->contains(Uses[0].Inst->getParent()))
998       std::swap(Result, Uses[0].Base);
999     return Result;
1000   }
1001
1002   // To find common subexpressions, count how many of Uses use each expression.
1003   // If any subexpressions are used Uses.size() times, they are common.
1004   // Also track whether all uses of each expression can be moved into an
1005   // an addressing mode "for free"; such expressions are left within the loop.
1006   // struct SubExprUseData { unsigned Count; bool notAllUsesAreFree; };
1007   std::map<SCEVHandle, SubExprUseData> SubExpressionUseData;
1008   
1009   // UniqueSubExprs - Keep track of all of the subexpressions we see in the
1010   // order we see them.
1011   std::vector<SCEVHandle> UniqueSubExprs;
1012
1013   std::vector<SCEVHandle> SubExprs;
1014   unsigned NumUsesInsideLoop = 0;
1015   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
1016     // If the user is outside the loop, just ignore it for base computation.
1017     // Since the user is outside the loop, it must be *after* the loop (if it
1018     // were before, it could not be based on the loop IV).  We don't want users
1019     // after the loop to affect base computation of values *inside* the loop,
1020     // because we can always add their offsets to the result IV after the loop
1021     // is done, ensuring we get good code inside the loop.
1022     if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent()))
1023       continue;
1024     NumUsesInsideLoop++;
1025     
1026     // If the base is zero (which is common), return zero now, there are no
1027     // CSEs we can find.
1028     if (Uses[i].Base == Zero) return Zero;
1029
1030     // If this use is as an address we may be able to put CSEs in the addressing
1031     // mode rather than hoisting them.
1032     bool isAddrUse = isAddressUse(Uses[i].Inst, Uses[i].OperandValToReplace);
1033     // We may need the UseTy below, but only when isAddrUse, so compute it
1034     // only in that case.
1035     const Type *UseTy = 0;
1036     if (isAddrUse) {
1037       UseTy  = Uses[i].Inst->getType();
1038       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Uses[i].Inst))
1039         UseTy = SI->getOperand(0)->getType();
1040     }
1041
1042     // Split the expression into subexprs.
1043     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
1044     // Add one to SubExpressionUseData.Count for each subexpr present, and
1045     // if the subexpr is not a valid immediate within an addressing mode use,
1046     // set SubExpressionUseData.notAllUsesAreFree.  We definitely want to
1047     // hoist these out of the loop (if they are common to all uses).
1048     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j) {
1049       if (++SubExpressionUseData[SubExprs[j]].Count == 1)
1050         UniqueSubExprs.push_back(SubExprs[j]);
1051       if (!isAddrUse || !fitsInAddressMode(SubExprs[j], UseTy, TLI, false))
1052         SubExpressionUseData[SubExprs[j]].notAllUsesAreFree = true;
1053     }
1054     SubExprs.clear();
1055   }
1056
1057   // Now that we know how many times each is used, build Result.  Iterate over
1058   // UniqueSubexprs so that we have a stable ordering.
1059   for (unsigned i = 0, e = UniqueSubExprs.size(); i != e; ++i) {
1060     std::map<SCEVHandle, SubExprUseData>::iterator I = 
1061        SubExpressionUseData.find(UniqueSubExprs[i]);
1062     assert(I != SubExpressionUseData.end() && "Entry not found?");
1063     if (I->second.Count == NumUsesInsideLoop) { // Found CSE! 
1064       if (I->second.notAllUsesAreFree)
1065         Result = SE->getAddExpr(Result, I->first);
1066       else 
1067         FreeResult = SE->getAddExpr(FreeResult, I->first);
1068     } else
1069       // Remove non-cse's from SubExpressionUseData.
1070       SubExpressionUseData.erase(I);
1071   }
1072
1073   if (FreeResult != Zero) {
1074     // We have some subexpressions that can be subsumed into addressing
1075     // modes in every use inside the loop.  However, it's possible that
1076     // there are so many of them that the combined FreeResult cannot
1077     // be subsumed, or that the target cannot handle both a FreeResult
1078     // and a Result in the same instruction (for example because it would
1079     // require too many registers).  Check this.
1080     for (unsigned i=0; i<NumUses; ++i) {
1081       if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent()))
1082         continue;
1083       // We know this is an addressing mode use; if there are any uses that
1084       // are not, FreeResult would be Zero.
1085       const Type *UseTy = Uses[i].Inst->getType();
1086       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Uses[i].Inst))
1087         UseTy = SI->getOperand(0)->getType();
1088       if (!fitsInAddressMode(FreeResult, UseTy, TLI, Result!=Zero)) {
1089         // FIXME:  could split up FreeResult into pieces here, some hoisted
1090         // and some not.  There is no obvious advantage to this.
1091         Result = SE->getAddExpr(Result, FreeResult);
1092         FreeResult = Zero;
1093         break;
1094       }
1095     }
1096   }
1097
1098   // If we found no CSE's, return now.
1099   if (Result == Zero) return Result;
1100   
1101   // If we still have a FreeResult, remove its subexpressions from
1102   // SubExpressionUseData.  This means they will remain in the use Bases.
1103   if (FreeResult != Zero) {
1104     SeparateSubExprs(SubExprs, FreeResult, SE);
1105     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j) {
1106       std::map<SCEVHandle, SubExprUseData>::iterator I = 
1107          SubExpressionUseData.find(SubExprs[j]);
1108       SubExpressionUseData.erase(I);
1109     }
1110     SubExprs.clear();
1111   }
1112
1113   // Otherwise, remove all of the CSE's we found from each of the base values.
1114   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
1115     // Uses outside the loop don't necessarily include the common base, but
1116     // the final IV value coming into those uses does.  Instead of trying to
1117     // remove the pieces of the common base, which might not be there,
1118     // subtract off the base to compensate for this.
1119     if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent())) {
1120       Uses[i].Base = SE->getMinusSCEV(Uses[i].Base, Result);
1121       continue;
1122     }
1123
1124     // Split the expression into subexprs.
1125     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
1126
1127     // Remove any common subexpressions.
1128     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
1129       if (SubExpressionUseData.count(SubExprs[j])) {
1130         SubExprs.erase(SubExprs.begin()+j);
1131         --j; --e;
1132       }
1133     
1134     // Finally, add the non-shared expressions together.
1135     if (SubExprs.empty())
1136       Uses[i].Base = Zero;
1137     else
1138       Uses[i].Base = SE->getAddExpr(SubExprs);
1139     SubExprs.clear();
1140   }
1141  
1142   return Result;
1143 }
1144
1145 /// ValidStride - Check whether the given Scale is valid for all loads and 
1146 /// stores in UsersToProcess.
1147 ///
1148 bool LoopStrengthReduce::ValidStride(bool HasBaseReg,
1149                                int64_t Scale, 
1150                                const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
1151   if (!TLI)
1152     return true;
1153
1154   for (unsigned i=0, e = UsersToProcess.size(); i!=e; ++i) {
1155     // If this is a load or other access, pass the type of the access in.
1156     const Type *AccessTy = Type::VoidTy;
1157     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UsersToProcess[i].Inst))
1158       AccessTy = SI->getOperand(0)->getType();
1159     else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(UsersToProcess[i].Inst))
1160       AccessTy = LI->getType();
1161     else if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst))
1162       continue;
1163     
1164     TargetLowering::AddrMode AM;
1165     if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(UsersToProcess[i].Imm))
1166       AM.BaseOffs = SC->getValue()->getSExtValue();
1167     AM.HasBaseReg = HasBaseReg || !UsersToProcess[i].Base->isZero();
1168     AM.Scale = Scale;
1169
1170     // If load[imm+r*scale] is illegal, bail out.
1171     if (!TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
1172       return false;
1173   }
1174   return true;
1175 }
1176
1177 /// RequiresTypeConversion - Returns true if converting Ty to NewTy is not
1178 /// a nop.
1179 bool LoopStrengthReduce::RequiresTypeConversion(const Type *Ty1,
1180                                                 const Type *Ty2) {
1181   if (Ty1 == Ty2)
1182     return false;
1183   if (TLI && TLI->isTruncateFree(Ty1, Ty2))
1184     return false;
1185   return (!Ty1->canLosslesslyBitCastTo(Ty2) &&
1186           !(isa<PointerType>(Ty2) &&
1187             Ty1->canLosslesslyBitCastTo(UIntPtrTy)) &&
1188           !(isa<PointerType>(Ty1) &&
1189             Ty2->canLosslesslyBitCastTo(UIntPtrTy)));
1190 }
1191
1192 /// CheckForIVReuse - Returns the multiple if the stride is the multiple
1193 /// of a previous stride and it is a legal value for the target addressing
1194 /// mode scale component and optional base reg. This allows the users of
1195 /// this stride to be rewritten as prev iv * factor. It returns 0 if no
1196 /// reuse is possible.  Factors can be negative on same targets, e.g. ARM.
1197 ///
1198 /// If all uses are outside the loop, we don't require that all multiplies
1199 /// be folded into the addressing mode; a multiply (executed once) outside
1200 /// the loop is better than another IV within.  Well, usually.
1201 SCEVHandle LoopStrengthReduce::CheckForIVReuse(bool HasBaseReg,
1202                                 bool AllUsesAreAddresses,
1203                                 bool AllUsesAreOutsideLoop,
1204                                 const SCEVHandle &Stride, 
1205                                 IVExpr &IV, const Type *Ty,
1206                                 const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
1207   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Stride)) {
1208     int64_t SInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1209     for (unsigned NewStride = 0, e = StrideOrder.size(); NewStride != e;
1210          ++NewStride) {
1211       std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1212                 IVsByStride.find(StrideOrder[NewStride]);
1213       if (SI == IVsByStride.end() || !isa<SCEVConstant>(SI->first))
1214         continue;
1215       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1216       if (SI->first != Stride &&
1217           (unsigned(abs(SInt)) < SSInt || (SInt % SSInt) != 0))
1218         continue;
1219       int64_t Scale = SInt / SSInt;
1220       // Check that this stride is valid for all the types used for loads and
1221       // stores; if it can be used for some and not others, we might as well use
1222       // the original stride everywhere, since we have to create the IV for it
1223       // anyway. If the scale is 1, then we don't need to worry about folding
1224       // multiplications.
1225       if (Scale == 1 ||
1226           (AllUsesAreAddresses &&
1227            ValidStride(HasBaseReg, Scale, UsersToProcess)))
1228         for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1229                IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1230           // FIXME: Only handle base == 0 for now.
1231           // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion.
1232           if (II->Base->isZero() &&
1233               !RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1234             IV = *II;
1235             return SE->getIntegerSCEV(Scale, Stride->getType());
1236           }
1237     }
1238   } else if (AllUsesAreOutsideLoop) {
1239     // Accept nonconstant strides here; it is really really right to substitute
1240     // an existing IV if we can.
1241     for (unsigned NewStride = 0, e = StrideOrder.size(); NewStride != e;
1242          ++NewStride) {
1243       std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1244                 IVsByStride.find(StrideOrder[NewStride]);
1245       if (SI == IVsByStride.end() || !isa<SCEVConstant>(SI->first))
1246         continue;
1247       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1248       if (SI->first != Stride && SSInt != 1)
1249         continue;
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 a type conversion.
1254         if (!RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1255           IV = *II;
1256           return Stride;
1257         }
1258     }
1259     // Special case, old IV is -1*x and this one is x.  Can treat this one as
1260     // -1*old.
1261     for (unsigned NewStride = 0, e = StrideOrder.size(); NewStride != e;
1262          ++NewStride) {
1263       std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1264                 IVsByStride.find(StrideOrder[NewStride]);
1265       if (SI == IVsByStride.end()) 
1266         continue;
1267       if (SCEVMulExpr *ME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(SI->first))
1268         if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(ME->getOperand(0)))
1269           if (Stride == ME->getOperand(1) &&
1270               SC->getValue()->getSExtValue() == -1LL)
1271             for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1272                    IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1273               // Accept nonzero base here.
1274               // Only reuse previous IV if it would not require type conversion.
1275               if (!RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1276                 IV = *II;
1277                 return SE->getIntegerSCEV(-1LL, Stride->getType());
1278               }
1279     }
1280   }
1281   return SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1282 }
1283
1284 /// PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue - Simple boolean predicate that
1285 /// returns true if Val's isUseOfPostIncrementedValue is true.
1286 static bool PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue(const BasedUser &Val) {
1287   return Val.isUseOfPostIncrementedValue;
1288 }
1289
1290 /// isNonConstantNegative - Return true if the specified scev is negated, but
1291 /// not a constant.
1292 static bool isNonConstantNegative(const SCEVHandle &Expr) {
1293   SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Expr);
1294   if (!Mul) return false;
1295   
1296   // If there is a constant factor, it will be first.
1297   SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0));
1298   if (!SC) return false;
1299   
1300   // Return true if the value is negative, this matches things like (-42 * V).
1301   return SC->getValue()->getValue().isNegative();
1302 }
1303
1304 // CollectIVUsers - Transform our list of users and offsets to a bit more
1305 // complex table. In this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base', the base
1306 // of the strided accesses, as well as the old information from Uses. We
1307 // progressively move information from the Base field to the Imm field, until
1308 // we eventually have the full access expression to rewrite the use.
1309 SCEVHandle LoopStrengthReduce::CollectIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
1310                                               IVUsersOfOneStride &Uses,
1311                                               Loop *L,
1312                                               bool &AllUsesAreAddresses,
1313                                               bool &AllUsesAreOutsideLoop,
1314                                        std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
1315   UsersToProcess.reserve(Uses.Users.size());
1316   for (unsigned i = 0, e = Uses.Users.size(); i != e; ++i) {
1317     UsersToProcess.push_back(BasedUser(Uses.Users[i], SE));
1318     
1319     // Move any loop variant operands from the offset field to the immediate
1320     // field of the use, so that we don't try to use something before it is
1321     // computed.
1322     MoveLoopVariantsToImmediateField(UsersToProcess.back().Base,
1323                                     UsersToProcess.back().Imm, L, SE);
1324     assert(UsersToProcess.back().Base->isLoopInvariant(L) &&
1325            "Base value is not loop invariant!");
1326   }
1327
1328   // We now have a whole bunch of uses of like-strided induction variables, but
1329   // they might all have different bases.  We want to emit one PHI node for this
1330   // stride which we fold as many common expressions (between the IVs) into as
1331   // possible.  Start by identifying the common expressions in the base values 
1332   // for the strides (e.g. if we have "A+C+B" and "A+B+D" as our bases, find
1333   // "A+B"), emit it to the preheader, then remove the expression from the
1334   // UsersToProcess base values.
1335   SCEVHandle CommonExprs =
1336     RemoveCommonExpressionsFromUseBases(UsersToProcess, SE, L, TLI);
1337
1338   // Next, figure out what we can represent in the immediate fields of
1339   // instructions.  If we can represent anything there, move it to the imm
1340   // fields of the BasedUsers.  We do this so that it increases the commonality
1341   // of the remaining uses.
1342   unsigned NumPHI = 0;
1343   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1344     // If the user is not in the current loop, this means it is using the exit
1345     // value of the IV.  Do not put anything in the base, make sure it's all in
1346     // the immediate field to allow as much factoring as possible.
1347     if (!L->contains(UsersToProcess[i].Inst->getParent())) {
1348       UsersToProcess[i].Imm = SE->getAddExpr(UsersToProcess[i].Imm,
1349                                              UsersToProcess[i].Base);
1350       UsersToProcess[i].Base = 
1351         SE->getIntegerSCEV(0, UsersToProcess[i].Base->getType());
1352     } else {
1353
1354       // Addressing modes can be folded into loads and stores.  Be careful that
1355       // the store is through the expression, not of the expression though.
1356       bool isPHI = false;
1357       bool isAddress = isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
1358                                     UsersToProcess[i].OperandValToReplace);
1359       if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst)) {
1360         isPHI = true;
1361         ++NumPHI;
1362       }
1363
1364       // Not all uses are outside the loop.
1365       AllUsesAreOutsideLoop = false; 
1366      
1367       // If this use isn't an address, then not all uses are addresses.
1368       if (!isAddress && !isPHI)
1369         AllUsesAreAddresses = false;
1370       
1371       MoveImmediateValues(TLI, UsersToProcess[i].Inst, UsersToProcess[i].Base,
1372                           UsersToProcess[i].Imm, isAddress, L, SE);
1373     }
1374   }
1375
1376   // If one of the use if a PHI node and all other uses are addresses, still
1377   // allow iv reuse. Essentially we are trading one constant multiplication
1378   // for one fewer iv.
1379   if (NumPHI > 1)
1380     AllUsesAreAddresses = false;
1381
1382   return CommonExprs;
1383 }
1384
1385 /// StrengthReduceStridedIVUsers - Strength reduce all of the users of a single
1386 /// stride of IV.  All of the users may have different starting values, and this
1387 /// may not be the only stride (we know it is if isOnlyStride is true).
1388 void LoopStrengthReduce::StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
1389                                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
1390                                                       Loop *L,
1391                                                       bool isOnlyStride) {
1392   // If all the users are moved to another stride, then there is nothing to do.
1393   if (Uses.Users.empty())
1394     return;
1395
1396   // Keep track if every use in UsersToProcess is an address. If they all are,
1397   // we may be able to rewrite the entire collection of them in terms of a
1398   // smaller-stride IV.
1399   bool AllUsesAreAddresses = true;
1400
1401   // Keep track if every use of a single stride is outside the loop.  If so,
1402   // we want to be more aggressive about reusing a smaller-stride IV; a
1403   // multiply outside the loop is better than another IV inside.  Well, usually.
1404   bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
1405
1406   // Transform our list of users and offsets to a bit more complex table.  In
1407   // this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base' the base of the
1408   // strided accessas well as the old information from Uses.  We progressively
1409   // move information from the Base field to the Imm field, until we eventually
1410   // have the full access expression to rewrite the use.
1411   std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
1412   SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(Stride, Uses, L, AllUsesAreAddresses,
1413                                           AllUsesAreOutsideLoop,
1414                                           UsersToProcess);
1415
1416   // If we managed to find some expressions in common, we'll need to carry
1417   // their value in a register and add it in for each use. This will take up
1418   // a register operand, which potentially restricts what stride values are
1419   // valid.
1420   bool HaveCommonExprs = !CommonExprs->isZero();
1421   
1422   // If all uses are addresses, check if it is possible to reuse an IV with a
1423   // stride that is a factor of this stride. And that the multiple is a number
1424   // that can be encoded in the scale field of the target addressing mode. And
1425   // that we will have a valid instruction after this substition, including the
1426   // immediate field, if any.
1427   PHINode *NewPHI = NULL;
1428   Value   *IncV   = NULL;
1429   IVExpr   ReuseIV(SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1430                    SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1431                    0, 0);
1432   SCEVHandle RewriteFactor = 
1433                   CheckForIVReuse(HaveCommonExprs, AllUsesAreAddresses,
1434                                   AllUsesAreOutsideLoop,
1435                                   Stride, ReuseIV, CommonExprs->getType(),
1436                                   UsersToProcess);
1437   if (!isa<SCEVConstant>(RewriteFactor) || 
1438       !cast<SCEVConstant>(RewriteFactor)->isZero()) {
1439     DOUT << "BASED ON IV of STRIDE " << *ReuseIV.Stride
1440          << " and BASE " << *ReuseIV.Base << " :\n";
1441     NewPHI = ReuseIV.PHI;
1442     IncV   = ReuseIV.IncV;
1443   }
1444
1445   const Type *ReplacedTy = CommonExprs->getType();
1446   
1447   // Now that we know what we need to do, insert the PHI node itself.
1448   //
1449   DOUT << "INSERTING IV of TYPE " << *ReplacedTy << " of STRIDE "
1450        << *Stride << " and BASE " << *CommonExprs << ": ";
1451
1452   SCEVExpander Rewriter(*SE, *LI);
1453   SCEVExpander PreheaderRewriter(*SE, *LI);
1454   
1455   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
1456   Instruction *PreInsertPt = Preheader->getTerminator();
1457   Instruction *PhiInsertBefore = L->getHeader()->begin();
1458   
1459   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1460
1461
1462   // Emit the initial base value into the loop preheader.
1463   Value *CommonBaseV
1464     = PreheaderRewriter.expandCodeFor(CommonExprs, PreInsertPt);
1465
1466   if (isa<SCEVConstant>(RewriteFactor) &&
1467       cast<SCEVConstant>(RewriteFactor)->isZero()) {
1468     // Create a new Phi for this base, and stick it in the loop header.
1469     NewPHI = PHINode::Create(ReplacedTy, "iv.", PhiInsertBefore);
1470     ++NumInserted;
1471   
1472     // Add common base to the new Phi node.
1473     NewPHI->addIncoming(CommonBaseV, Preheader);
1474
1475     // If the stride is negative, insert a sub instead of an add for the
1476     // increment.
1477     bool isNegative = isNonConstantNegative(Stride);
1478     SCEVHandle IncAmount = Stride;
1479     if (isNegative)
1480       IncAmount = SE->getNegativeSCEV(Stride);
1481     
1482     // Insert the stride into the preheader.
1483     Value *StrideV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(IncAmount, PreInsertPt);
1484     if (!isa<ConstantInt>(StrideV)) ++NumVariable;
1485
1486     // Emit the increment of the base value before the terminator of the loop
1487     // latch block, and add it to the Phi node.
1488     SCEVHandle IncExp = SE->getUnknown(StrideV);
1489     if (isNegative)
1490       IncExp = SE->getNegativeSCEV(IncExp);
1491     IncExp = SE->getAddExpr(SE->getUnknown(NewPHI), IncExp);
1492   
1493     IncV = Rewriter.expandCodeFor(IncExp, LatchBlock->getTerminator());
1494     IncV->setName(NewPHI->getName()+".inc");
1495     NewPHI->addIncoming(IncV, LatchBlock);
1496
1497     // Remember this in case a later stride is multiple of this.
1498     IVsByStride[Stride].addIV(Stride, CommonExprs, NewPHI, IncV);
1499     
1500     DOUT << " IV=%" << NewPHI->getNameStr() << " INC=%" << IncV->getNameStr();
1501   } else {
1502     Constant *C = dyn_cast<Constant>(CommonBaseV);
1503     if (!C ||
1504         (!C->isNullValue() &&
1505          !fitsInAddressMode(SE->getUnknown(CommonBaseV), ReplacedTy, 
1506                            TLI, false)))
1507       // We want the common base emitted into the preheader! This is just
1508       // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1509       CommonBaseV = new BitCastInst(CommonBaseV, CommonBaseV->getType(), 
1510                                     "commonbase", PreInsertPt);
1511   }
1512   DOUT << "\n";
1513
1514   // We want to emit code for users inside the loop first.  To do this, we
1515   // rearrange BasedUser so that the entries at the end have
1516   // isUseOfPostIncrementedValue = false, because we pop off the end of the
1517   // vector (so we handle them first).
1518   std::partition(UsersToProcess.begin(), UsersToProcess.end(),
1519                  PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue);
1520   
1521   // Sort this by base, so that things with the same base are handled
1522   // together.  By partitioning first and stable-sorting later, we are
1523   // guaranteed that within each base we will pop off users from within the
1524   // loop before users outside of the loop with a particular base.
1525   //
1526   // We would like to use stable_sort here, but we can't.  The problem is that
1527   // SCEVHandle's don't have a deterministic ordering w.r.t to each other, so
1528   // we don't have anything to do a '<' comparison on.  Because we think the
1529   // number of uses is small, do a horrible bubble sort which just relies on
1530   // ==.
1531   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1532     // Get a base value.
1533     SCEVHandle Base = UsersToProcess[i].Base;
1534     
1535     // Compact everything with this base to be consecutive with this one.
1536     for (unsigned j = i+1; j != e; ++j) {
1537       if (UsersToProcess[j].Base == Base) {
1538         std::swap(UsersToProcess[i+1], UsersToProcess[j]);
1539         ++i;
1540       }
1541     }
1542   }
1543
1544   // Process all the users now.  This outer loop handles all bases, the inner
1545   // loop handles all users of a particular base.
1546   while (!UsersToProcess.empty()) {
1547     SCEVHandle Base = UsersToProcess.back().Base;
1548
1549     // Emit the code for Base into the preheader.
1550     Value *BaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(Base, PreInsertPt);
1551
1552     DOUT << "  INSERTING code for BASE = " << *Base << ":";
1553     if (BaseV->hasName())
1554       DOUT << " Result value name = %" << BaseV->getNameStr();
1555     DOUT << "\n";
1556
1557     // If BaseV is a constant other than 0, make sure that it gets inserted into
1558     // the preheader, instead of being forward substituted into the uses.  We do
1559     // this by forcing a BitCast (noop cast) to be inserted into the preheader 
1560     // in this case.
1561     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(BaseV)) {
1562       if (!C->isNullValue() && !fitsInAddressMode(Base, ReplacedTy, 
1563                                                  TLI, false)) {
1564         // We want this constant emitted into the preheader! This is just
1565         // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1566         BaseV = new BitCastInst(BaseV, BaseV->getType(), "preheaderinsert",
1567                                 PreInsertPt);       
1568       }
1569     }
1570
1571     // Emit the code to add the immediate offset to the Phi value, just before
1572     // the instructions that we identified as using this stride and base.
1573     do {
1574       // FIXME: Use emitted users to emit other users.
1575       BasedUser &User = UsersToProcess.back();
1576
1577       // If this instruction wants to use the post-incremented value, move it
1578       // after the post-inc and use its value instead of the PHI.
1579       Value *RewriteOp = NewPHI;
1580       if (User.isUseOfPostIncrementedValue) {
1581         RewriteOp = IncV;
1582
1583         // If this user is in the loop, make sure it is the last thing in the
1584         // loop to ensure it is dominated by the increment.
1585         if (L->contains(User.Inst->getParent()))
1586           User.Inst->moveBefore(LatchBlock->getTerminator());
1587       }
1588       if (RewriteOp->getType() != ReplacedTy) {
1589         Instruction::CastOps opcode = Instruction::Trunc;
1590         if (ReplacedTy->getPrimitiveSizeInBits() ==
1591             RewriteOp->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1592           opcode = Instruction::BitCast;
1593         RewriteOp = SCEVExpander::InsertCastOfTo(opcode, RewriteOp, ReplacedTy);
1594       }
1595
1596       SCEVHandle RewriteExpr = SE->getUnknown(RewriteOp);
1597
1598       // If we had to insert new instructions for RewriteOp, we have to
1599       // consider that they may not have been able to end up immediately
1600       // next to RewriteOp, because non-PHI instructions may never precede
1601       // PHI instructions in a block. In this case, remember where the last
1602       // instruction was inserted so that if we're replacing a different
1603       // PHI node, we can use the later point to expand the final
1604       // RewriteExpr.
1605       Instruction *NewBasePt = dyn_cast<Instruction>(RewriteOp);
1606       if (RewriteOp == NewPHI) NewBasePt = 0;
1607
1608       // Clear the SCEVExpander's expression map so that we are guaranteed
1609       // to have the code emitted where we expect it.
1610       Rewriter.clear();
1611
1612       // If we are reusing the iv, then it must be multiplied by a constant
1613       // factor take advantage of addressing mode scale component.
1614       if (!isa<SCEVConstant>(RewriteFactor) ||
1615           !cast<SCEVConstant>(RewriteFactor)->isZero()) {
1616         // If we're reusing an IV with a nonzero base (currently this happens
1617         // only when all reuses are outside the loop) subtract that base here.
1618         // The base has been used to initialize the PHI node but we don't want
1619         // it here.
1620         if (!ReuseIV.Base->isZero())
1621           RewriteExpr = SE->getMinusSCEV(RewriteExpr, ReuseIV.Base);
1622
1623         // Multiply old variable, with base removed, by new scale factor.
1624         RewriteExpr = SE->getMulExpr(RewriteFactor,
1625                                      RewriteExpr);
1626
1627         // The common base is emitted in the loop preheader. But since we
1628         // are reusing an IV, it has not been used to initialize the PHI node.
1629         // Add it to the expression used to rewrite the uses.
1630         if (!isa<ConstantInt>(CommonBaseV) ||
1631             !cast<ConstantInt>(CommonBaseV)->isZero())
1632           RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr,
1633                                        SE->getUnknown(CommonBaseV));
1634       }
1635
1636       // Now that we know what we need to do, insert code before User for the
1637       // immediate and any loop-variant expressions.
1638       if (!isa<ConstantInt>(BaseV) || !cast<ConstantInt>(BaseV)->isZero())
1639         // Add BaseV to the PHI value if needed.
1640         RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, SE->getUnknown(BaseV));
1641
1642       User.RewriteInstructionToUseNewBase(RewriteExpr, NewBasePt,
1643                                           Rewriter, L, this,
1644                                           DeadInsts);
1645
1646       // Mark old value we replaced as possibly dead, so that it is eliminated
1647       // if we just replaced the last use of that value.
1648       DeadInsts.push_back(cast<Instruction>(User.OperandValToReplace));
1649
1650       UsersToProcess.pop_back();
1651       ++NumReduced;
1652
1653       // If there are any more users to process with the same base, process them
1654       // now.  We sorted by base above, so we just have to check the last elt.
1655     } while (!UsersToProcess.empty() && UsersToProcess.back().Base == Base);
1656     // TODO: Next, find out which base index is the most common, pull it out.
1657   }
1658
1659   // IMPORTANT TODO: Figure out how to partition the IV's with this stride, but
1660   // different starting values, into different PHIs.
1661 }
1662
1663 /// FindIVUserForCond - If Cond has an operand that is an expression of an IV,
1664 /// set the IV user and stride information and return true, otherwise return
1665 /// false.
1666 bool LoopStrengthReduce::FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
1667                                        const SCEVHandle *&CondStride) {
1668   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e && !CondUse;
1669        ++Stride) {
1670     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1671     IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
1672     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1673     
1674     for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
1675          E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI)
1676       if (UI->User == Cond) {
1677         // NOTE: we could handle setcc instructions with multiple uses here, but
1678         // InstCombine does it as well for simple uses, it's not clear that it
1679         // occurs enough in real life to handle.
1680         CondUse = &*UI;
1681         CondStride = &SI->first;
1682         return true;
1683       }
1684   }
1685   return false;
1686 }    
1687
1688 namespace {
1689   // Constant strides come first which in turns are sorted by their absolute
1690   // values. If absolute values are the same, then positive strides comes first.
1691   // e.g.
1692   // 4, -1, X, 1, 2 ==> 1, -1, 2, 4, X
1693   struct StrideCompare {
1694     bool operator()(const SCEVHandle &LHS, const SCEVHandle &RHS) {
1695       SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS);
1696       SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS);
1697       if (LHSC && RHSC) {
1698         int64_t  LV = LHSC->getValue()->getSExtValue();
1699         int64_t  RV = RHSC->getValue()->getSExtValue();
1700         uint64_t ALV = (LV < 0) ? -LV : LV;
1701         uint64_t ARV = (RV < 0) ? -RV : RV;
1702         if (ALV == ARV)
1703           return LV > RV;
1704         else
1705           return ALV < ARV;
1706       }
1707       return (LHSC && !RHSC);
1708     }
1709   };
1710 }
1711
1712 /// ChangeCompareStride - If a loop termination compare instruction is the
1713 /// only use of its stride, and the compaison is against a constant value,
1714 /// try eliminate the stride by moving the compare instruction to another
1715 /// stride and change its constant operand accordingly. e.g.
1716 ///
1717 /// loop:
1718 /// ...
1719 /// v1 = v1 + 3
1720 /// v2 = v2 + 1
1721 /// if (v2 < 10) goto loop
1722 /// =>
1723 /// loop:
1724 /// ...
1725 /// v1 = v1 + 3
1726 /// if (v1 < 30) goto loop
1727 ICmpInst *LoopStrengthReduce::ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
1728                                                 IVStrideUse* &CondUse,
1729                                                 const SCEVHandle* &CondStride) {
1730   if (StrideOrder.size() < 2 ||
1731       IVUsesByStride[*CondStride].Users.size() != 1)
1732     return Cond;
1733   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(*CondStride);
1734   if (!SC) return Cond;
1735   ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Cond->getOperand(1));
1736   if (!C) return Cond;
1737
1738   ICmpInst::Predicate Predicate = Cond->getPredicate();
1739   int64_t CmpSSInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1740   int64_t CmpVal = C->getValue().getSExtValue();
1741   unsigned BitWidth = C->getValue().getBitWidth();
1742   uint64_t SignBit = 1ULL << (BitWidth-1);
1743   const Type *CmpTy = C->getType();
1744   const Type *NewCmpTy = NULL;
1745   unsigned TyBits = CmpTy->getPrimitiveSizeInBits();
1746   unsigned NewTyBits = 0;
1747   int64_t NewCmpVal = CmpVal;
1748   SCEVHandle *NewStride = NULL;
1749   Value *NewIncV = NULL;
1750   int64_t Scale = 1;
1751
1752   // Check stride constant and the comparision constant signs to detect
1753   // overflow.
1754   if ((CmpVal & SignBit) != (CmpSSInt & SignBit))
1755     return Cond;
1756
1757   // Look for a suitable stride / iv as replacement.
1758   std::stable_sort(StrideOrder.begin(), StrideOrder.end(), StrideCompare());
1759   for (unsigned i = 0, e = StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
1760     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1761       IVUsesByStride.find(StrideOrder[i]);
1762     if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
1763       continue;
1764     int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1765     if (abs(SSInt) <= abs(CmpSSInt) || (SSInt % CmpSSInt) != 0)
1766       continue;
1767
1768     Scale = SSInt / CmpSSInt;
1769     NewCmpVal = CmpVal * Scale;
1770     APInt Mul = APInt(BitWidth, NewCmpVal);
1771     // Check for overflow.
1772     if (Mul.getSExtValue() != NewCmpVal) {
1773       NewCmpVal = CmpVal;
1774       continue;
1775     }
1776
1777     // Watch out for overflow.
1778     if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate) &&
1779         (CmpVal & SignBit) != (NewCmpVal & SignBit))
1780       NewCmpVal = CmpVal;
1781
1782     if (NewCmpVal != CmpVal) {
1783       // Pick the best iv to use trying to avoid a cast.
1784       NewIncV = NULL;
1785       for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
1786              E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI) {
1787         NewIncV = UI->OperandValToReplace;
1788         if (NewIncV->getType() == CmpTy)
1789           break;
1790       }
1791       if (!NewIncV) {
1792         NewCmpVal = CmpVal;
1793         continue;
1794       }
1795
1796       NewCmpTy = NewIncV->getType();
1797       NewTyBits = isa<PointerType>(NewCmpTy)
1798         ? UIntPtrTy->getPrimitiveSizeInBits()
1799         : NewCmpTy->getPrimitiveSizeInBits();
1800       if (RequiresTypeConversion(NewCmpTy, CmpTy)) {
1801         // Check if it is possible to rewrite it using
1802         // an iv / stride of a smaller integer type.
1803         bool TruncOk = false;
1804         if (NewCmpTy->isInteger()) {
1805           unsigned Bits = NewTyBits;
1806           if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate))
1807             --Bits;
1808           uint64_t Mask = (1ULL << Bits) - 1;
1809           if (((uint64_t)NewCmpVal & Mask) == (uint64_t)NewCmpVal)
1810             TruncOk = true;
1811         }
1812         if (!TruncOk) {
1813           NewCmpVal = CmpVal;
1814           continue;
1815         }
1816       }
1817
1818       // Don't rewrite if use offset is non-constant and the new type is
1819       // of a different type.
1820       // FIXME: too conservative?
1821       if (NewTyBits != TyBits && !isa<SCEVConstant>(CondUse->Offset)) {
1822         NewCmpVal = CmpVal;
1823         continue;
1824       }
1825
1826       bool AllUsesAreAddresses = true;
1827       bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
1828       std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
1829       SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(SI->first, SI->second, L,
1830                                               AllUsesAreAddresses,
1831                                               AllUsesAreOutsideLoop,
1832                                               UsersToProcess);
1833       // Avoid rewriting the compare instruction with an iv of new stride
1834       // if it's likely the new stride uses will be rewritten using the
1835       if (AllUsesAreAddresses &&
1836           ValidStride(!CommonExprs->isZero(), Scale, UsersToProcess)) {
1837         NewCmpVal = CmpVal;
1838         continue;
1839       }
1840
1841       // If scale is negative, use swapped predicate unless it's testing
1842       // for equality.
1843       if (Scale < 0 && !Cond->isEquality())
1844         Predicate = ICmpInst::getSwappedPredicate(Predicate);
1845
1846       NewStride = &StrideOrder[i];
1847       break;
1848     }
1849   }
1850
1851   // Forgo this transformation if it the increment happens to be
1852   // unfortunately positioned after the condition, and the condition
1853   // has multiple uses which prevent it from being moved immediately
1854   // before the branch. See
1855   // test/Transforms/LoopStrengthReduce/change-compare-stride-trickiness-*.ll
1856   // for an example of this situation.
1857   if (!Cond->hasOneUse()) {
1858     for (BasicBlock::iterator I = Cond, E = Cond->getParent()->end();
1859          I != E; ++I)
1860       if (I == NewIncV)
1861         return Cond;
1862   }
1863
1864   if (NewCmpVal != CmpVal) {
1865     // Create a new compare instruction using new stride / iv.
1866     ICmpInst *OldCond = Cond;
1867     Value *RHS;
1868     if (!isa<PointerType>(NewCmpTy))
1869       RHS = ConstantInt::get(NewCmpTy, NewCmpVal);
1870     else {
1871       RHS = ConstantInt::get(UIntPtrTy, NewCmpVal);
1872       RHS = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr, RHS, NewCmpTy);
1873     }
1874     // Insert new compare instruction.
1875     Cond = new ICmpInst(Predicate, NewIncV, RHS,
1876                         L->getHeader()->getName() + ".termcond",
1877                         OldCond);
1878
1879     // Remove the old compare instruction. The old indvar is probably dead too.
1880     DeadInsts.push_back(cast<Instruction>(CondUse->OperandValToReplace));
1881     SE->deleteValueFromRecords(OldCond);
1882     OldCond->replaceAllUsesWith(Cond);
1883     OldCond->eraseFromParent();
1884
1885     IVUsesByStride[*CondStride].Users.pop_back();
1886     SCEVHandle NewOffset = TyBits == NewTyBits
1887       ? SE->getMulExpr(CondUse->Offset,
1888                        SE->getConstant(ConstantInt::get(CmpTy, Scale)))
1889       : SE->getConstant(ConstantInt::get(NewCmpTy,
1890         cast<SCEVConstant>(CondUse->Offset)->getValue()->getSExtValue()*Scale));
1891     IVUsesByStride[*NewStride].addUser(NewOffset, Cond, NewIncV);
1892     CondUse = &IVUsesByStride[*NewStride].Users.back();
1893     CondStride = NewStride;
1894     ++NumEliminated;
1895   }
1896
1897   return Cond;
1898 }
1899
1900 /// OptimizeSMax - Rewrite the loop's terminating condition if it uses
1901 /// an smax computation.
1902 ///
1903 /// This is a narrow solution to a specific, but acute, problem. For loops
1904 /// like this:
1905 ///
1906 ///   i = 0;
1907 ///   do {
1908 ///     p[i] = 0.0;
1909 ///   } while (++i < n);
1910 ///
1911 /// where the comparison is signed, the trip count isn't just 'n', because
1912 /// 'n' could be negative. And unfortunately this can come up even for loops
1913 /// where the user didn't use a C do-while loop. For example, seemingly
1914 /// well-behaved top-test loops will commonly be lowered like this:
1915 //
1916 ///   if (n > 0) {
1917 ///     i = 0;
1918 ///     do {
1919 ///       p[i] = 0.0;
1920 ///     } while (++i < n);
1921 ///   }
1922 ///
1923 /// and then it's possible for subsequent optimization to obscure the if
1924 /// test in such a way that indvars can't find it.
1925 ///
1926 /// When indvars can't find the if test in loops like this, it creates a
1927 /// signed-max expression, which allows it to give the loop a canonical
1928 /// induction variable:
1929 ///
1930 ///   i = 0;
1931 ///   smax = n < 1 ? 1 : n;
1932 ///   do {
1933 ///     p[i] = 0.0;
1934 ///   } while (++i != smax);
1935 ///
1936 /// Canonical induction variables are necessary because the loop passes
1937 /// are designed around them. The most obvious example of this is the
1938 /// LoopInfo analysis, which doesn't remember trip count values. It
1939 /// expects to be able to rediscover the trip count each time it is
1940 /// needed, and it does this using a simple analyis that only succeeds if
1941 /// the loop has a canonical induction variable.
1942 ///
1943 /// However, when it comes time to generate code, the maximum operation
1944 /// can be quite costly, especially if it's inside of an outer loop.
1945 ///
1946 /// This function solves this problem by detecting this type of loop and
1947 /// rewriting their conditions from ICMP_NE back to ICMP_SLT, and deleting
1948 /// the instructions for the maximum computation.
1949 ///
1950 ICmpInst *LoopStrengthReduce::OptimizeSMax(Loop *L, ICmpInst *Cond,
1951                                            IVStrideUse* &CondUse) {
1952   // Check that the loop matches the pattern we're looking for.
1953   if (Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_EQ &&
1954       Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_NE)
1955     return Cond;
1956
1957   SelectInst *Sel = dyn_cast<SelectInst>(Cond->getOperand(1));
1958   if (!Sel || !Sel->hasOneUse()) return Cond;
1959
1960   SCEVHandle IterationCount = SE->getIterationCount(L);
1961   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(IterationCount))
1962     return Cond;
1963   SCEVHandle One = SE->getIntegerSCEV(1, IterationCount->getType());
1964
1965   // Adjust for an annoying getIterationCount quirk.
1966   IterationCount = SE->getAddExpr(IterationCount, One);
1967
1968   // Check for a max calculation that matches the pattern.
1969   SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(IterationCount);
1970   if (!SMax || SMax != SE->getSCEV(Sel)) return Cond;
1971
1972   SCEVHandle SMaxLHS = SMax->getOperand(0);
1973   SCEVHandle SMaxRHS = SMax->getOperand(1);
1974   if (!SMaxLHS || SMaxLHS != One) return Cond;
1975
1976   // Check the relevant induction variable for conformance to
1977   // the pattern.
1978   SCEVHandle IV = SE->getSCEV(Cond->getOperand(0));
1979   SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
1980   if (!AR || !AR->isAffine() ||
1981       AR->getStart() != One ||
1982       AR->getStepRecurrence(*SE) != One)
1983     return Cond;
1984
1985   // Check the right operand of the select, and remember it, as it will
1986   // be used in the new comparison instruction.
1987   Value *NewRHS = 0;
1988   if (SE->getSCEV(Sel->getOperand(1)) == SMaxRHS)
1989     NewRHS = Sel->getOperand(1);
1990   else if (SE->getSCEV(Sel->getOperand(2)) == SMaxRHS)
1991     NewRHS = Sel->getOperand(2);
1992   if (!NewRHS) return Cond;
1993
1994   // Ok, everything looks ok to change the condition into an SLT or SGE and
1995   // delete the max calculation.
1996   ICmpInst *NewCond =
1997     new ICmpInst(Cond->getPredicate() == CmpInst::ICMP_NE ?
1998                    CmpInst::ICMP_SLT :
1999                    CmpInst::ICMP_SGE,
2000                  Cond->getOperand(0), NewRHS, "scmp", Cond);
2001
2002   // Delete the max calculation instructions.
2003   SE->deleteValueFromRecords(Cond);
2004   Cond->replaceAllUsesWith(NewCond);
2005   Cond->eraseFromParent();
2006   Instruction *Cmp = cast<Instruction>(Sel->getOperand(0));
2007   SE->deleteValueFromRecords(Sel);
2008   Sel->eraseFromParent();
2009   if (Cmp->use_empty()) {
2010     SE->deleteValueFromRecords(Cmp);
2011     Cmp->eraseFromParent();
2012   }
2013   CondUse->User = NewCond;
2014   return NewCond;
2015 }
2016
2017 /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
2018 /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
2019 void LoopStrengthReduce::OptimizeShadowIV(Loop *L) {
2020
2021   SCEVHandle IterationCount = SE->getIterationCount(L);
2022   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(IterationCount))
2023     return;
2024
2025   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e;
2026        ++Stride) {
2027     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
2028       IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
2029     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2030     if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
2031       continue;
2032
2033     for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
2034            E = SI->second.Users.end(); UI != E; /* empty */) {
2035       std::vector<IVStrideUse>::iterator CandidateUI = UI;
2036       ++UI;
2037       Instruction *ShadowUse = CandidateUI->User;
2038       const Type *DestTy = NULL;
2039
2040       /* If shadow use is a int->float cast then insert a second IV
2041          to eliminate this cast.
2042
2043            for (unsigned i = 0; i < n; ++i) 
2044              foo((double)i);
2045
2046          is transformed into
2047
2048            double d = 0.0;
2049            for (unsigned i = 0; i < n; ++i, ++d) 
2050              foo(d);
2051       */
2052       if (UIToFPInst *UCast = dyn_cast<UIToFPInst>(CandidateUI->User))
2053         DestTy = UCast->getDestTy();
2054       else if (SIToFPInst *SCast = dyn_cast<SIToFPInst>(CandidateUI->User))
2055         DestTy = SCast->getDestTy();
2056       if (!DestTy) continue;
2057
2058       if (TLI) {
2059         /* If target does not support DestTy natively then do not apply
2060            this transformation. */
2061         MVT DVT = TLI->getValueType(DestTy);
2062         if (!TLI->isTypeLegal(DVT)) continue;
2063       }
2064
2065       PHINode *PH = dyn_cast<PHINode>(ShadowUse->getOperand(0));
2066       if (!PH) continue;
2067       if (PH->getNumIncomingValues() != 2) continue;
2068
2069       const Type *SrcTy = PH->getType();
2070       int Mantissa = DestTy->getFPMantissaWidth();
2071       if (Mantissa == -1) continue; 
2072       if ((int)TD->getTypeSizeInBits(SrcTy) > Mantissa)
2073         continue;
2074
2075       unsigned Entry, Latch;
2076       if (PH->getIncomingBlock(0) == L->getLoopPreheader()) {
2077         Entry = 0;
2078         Latch = 1;
2079       } else {
2080         Entry = 1;
2081         Latch = 0;
2082       }
2083         
2084       ConstantInt *Init = dyn_cast<ConstantInt>(PH->getIncomingValue(Entry));
2085       if (!Init) continue;
2086       ConstantFP *NewInit = ConstantFP::get(DestTy, Init->getZExtValue());
2087
2088       BinaryOperator *Incr = 
2089         dyn_cast<BinaryOperator>(PH->getIncomingValue(Latch));
2090       if (!Incr) continue;
2091       if (Incr->getOpcode() != Instruction::Add
2092           && Incr->getOpcode() != Instruction::Sub)
2093         continue;
2094
2095       /* Initialize new IV, double d = 0.0 in above example. */
2096       ConstantInt *C = NULL;
2097       if (Incr->getOperand(0) == PH)
2098         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(1));
2099       else if (Incr->getOperand(1) == PH)
2100         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(0));
2101       else
2102         continue;
2103
2104       if (!C) continue;
2105
2106       /* Add new PHINode. */
2107       PHINode *NewPH = PHINode::Create(DestTy, "IV.S.", PH);
2108
2109       /* create new increment. '++d' in above example. */
2110       ConstantFP *CFP = ConstantFP::get(DestTy, C->getZExtValue());
2111       BinaryOperator *NewIncr = 
2112         BinaryOperator::Create(Incr->getOpcode(),
2113                                NewPH, CFP, "IV.S.next.", Incr);
2114
2115       NewPH->addIncoming(NewInit, PH->getIncomingBlock(Entry));
2116       NewPH->addIncoming(NewIncr, PH->getIncomingBlock(Latch));
2117
2118       /* Remove cast operation */
2119       SE->deleteValueFromRecords(ShadowUse);
2120       ShadowUse->replaceAllUsesWith(NewPH);
2121       ShadowUse->eraseFromParent();
2122       SI->second.Users.erase(CandidateUI);
2123       NumShadow++;
2124       break;
2125     }
2126   }
2127 }
2128
2129 // OptimizeIndvars - Now that IVUsesByStride is set up with all of the indvar
2130 // uses in the loop, look to see if we can eliminate some, in favor of using
2131 // common indvars for the different uses.
2132 void LoopStrengthReduce::OptimizeIndvars(Loop *L) {
2133   // TODO: implement optzns here.
2134
2135   OptimizeShadowIV(L);
2136
2137   // Finally, get the terminating condition for the loop if possible.  If we
2138   // can, we want to change it to use a post-incremented version of its
2139   // induction variable, to allow coalescing the live ranges for the IV into
2140   // one register value.
2141   PHINode *SomePHI = cast<PHINode>(L->getHeader()->begin());
2142   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
2143   BasicBlock *LatchBlock =
2144    SomePHI->getIncomingBlock(SomePHI->getIncomingBlock(0) == Preheader);
2145   BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(LatchBlock->getTerminator());
2146   if (!TermBr || TermBr->isUnconditional() || 
2147       !isa<ICmpInst>(TermBr->getCondition()))
2148     return;
2149   ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(TermBr->getCondition());
2150
2151   // Search IVUsesByStride to find Cond's IVUse if there is one.
2152   IVStrideUse *CondUse = 0;
2153   const SCEVHandle *CondStride = 0;
2154
2155   if (!FindIVUserForCond(Cond, CondUse, CondStride))
2156     return; // setcc doesn't use the IV.
2157
2158   // If the trip count is computed in terms of an smax (due to ScalarEvolution
2159   // being unable to find a sufficient guard, for example), change the loop
2160   // comparison to use SLT instead of NE.
2161   Cond = OptimizeSMax(L, Cond, CondUse);
2162
2163   // If possible, change stride and operands of the compare instruction to
2164   // eliminate one stride.
2165   Cond = ChangeCompareStride(L, Cond, CondUse, CondStride);
2166
2167   // It's possible for the setcc instruction to be anywhere in the loop, and
2168   // possible for it to have multiple users.  If it is not immediately before
2169   // the latch block branch, move it.
2170   if (&*++BasicBlock::iterator(Cond) != (Instruction*)TermBr) {
2171     if (Cond->hasOneUse()) {   // Condition has a single use, just move it.
2172       Cond->moveBefore(TermBr);
2173     } else {
2174       // Otherwise, clone the terminating condition and insert into the loopend.
2175       Cond = cast<ICmpInst>(Cond->clone());
2176       Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
2177       LatchBlock->getInstList().insert(TermBr, Cond);
2178       
2179       // Clone the IVUse, as the old use still exists!
2180       IVUsesByStride[*CondStride].addUser(CondUse->Offset, Cond,
2181                                          CondUse->OperandValToReplace);
2182       CondUse = &IVUsesByStride[*CondStride].Users.back();
2183     }
2184   }
2185
2186   // If we get to here, we know that we can transform the setcc instruction to
2187   // use the post-incremented version of the IV, allowing us to coalesce the
2188   // live ranges for the IV correctly.
2189   CondUse->Offset = SE->getMinusSCEV(CondUse->Offset, *CondStride);
2190   CondUse->isUseOfPostIncrementedValue = true;
2191   Changed = true;
2192 }
2193
2194 bool LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
2195
2196   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
2197   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
2198   SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
2199   TD = &getAnalysis<TargetData>();
2200   UIntPtrTy = TD->getIntPtrType();
2201   Changed = false;
2202
2203   // Find all uses of induction variables in this loop, and categorize
2204   // them by stride.  Start by finding all of the PHI nodes in the header for
2205   // this loop.  If they are induction variables, inspect their uses.
2206   SmallPtrSet<Instruction*,16> Processed;   // Don't reprocess instructions.
2207   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ++I)
2208     AddUsersIfInteresting(I, L, Processed);
2209
2210   if (!IVUsesByStride.empty()) {
2211     // Optimize induction variables.  Some indvar uses can be transformed to use
2212     // strides that will be needed for other purposes.  A common example of this
2213     // is the exit test for the loop, which can often be rewritten to use the
2214     // computation of some other indvar to decide when to terminate the loop.
2215     OptimizeIndvars(L);
2216
2217     // FIXME: We can widen subreg IV's here for RISC targets.  e.g. instead of
2218     // doing computation in byte values, promote to 32-bit values if safe.
2219
2220     // FIXME: Attempt to reuse values across multiple IV's.  In particular, we
2221     // could have something like "for(i) { foo(i*8); bar(i*16) }", which should
2222     // be codegened as "for (j = 0;; j+=8) { foo(j); bar(j+j); }" on X86/PPC.
2223     // Need to be careful that IV's are all the same type.  Only works for
2224     // intptr_t indvars.
2225
2226     // If we only have one stride, we can more aggressively eliminate some
2227     // things.
2228     bool HasOneStride = IVUsesByStride.size() == 1;
2229
2230 #ifndef NDEBUG
2231     DOUT << "\nLSR on ";
2232     DEBUG(L->dump());
2233 #endif
2234
2235     // IVsByStride keeps IVs for one particular loop.
2236     assert(IVsByStride.empty() && "Stale entries in IVsByStride?");
2237
2238     // Sort the StrideOrder so we process larger strides first.
2239     std::stable_sort(StrideOrder.begin(), StrideOrder.end(), StrideCompare());
2240
2241     // Note: this processes each stride/type pair individually.  All users
2242     // passed into StrengthReduceStridedIVUsers have the same type AND stride.
2243     // Also, note that we iterate over IVUsesByStride indirectly by using
2244     // StrideOrder. This extra layer of indirection makes the ordering of
2245     // strides deterministic - not dependent on map order.
2246     for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e; ++Stride) {
2247       std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
2248         IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
2249       assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2250       StrengthReduceStridedIVUsers(SI->first, SI->second, L, HasOneStride);
2251     }
2252   }
2253
2254   // We're done analyzing this loop; release all the state we built up for it.
2255   CastedPointers.clear();
2256   IVUsesByStride.clear();
2257   IVsByStride.clear();
2258   StrideOrder.clear();
2259   for (unsigned i=0; i<GEPlist.size(); i++)
2260     SE->deleteValueFromRecords(GEPlist[i]);
2261   GEPlist.clear();  
2262
2263   // Clean up after ourselves
2264   if (!DeadInsts.empty()) {
2265     DeleteTriviallyDeadInstructions();
2266
2267     BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
2268     while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
2269       // At this point, we know that we have killed one or more IV users.
2270       // It is worth checking to see if the cannonical indvar is also
2271       // dead, so that we can remove it as well.
2272       //
2273       // We can remove a PHI if it is on a cycle in the def-use graph
2274       // where each node in the cycle has degree one, i.e. only one use,
2275       // and is an instruction with no side effects.
2276       //
2277       // FIXME: this needs to eliminate an induction variable even if it's being
2278       // compared against some value to decide loop termination.
2279       if (!PN->hasOneUse())
2280         continue;
2281       
2282       SmallPtrSet<PHINode *, 4> PHIs;
2283       for (Instruction *J = dyn_cast<Instruction>(*PN->use_begin());
2284            J && J->hasOneUse() && !J->mayWriteToMemory();
2285            J = dyn_cast<Instruction>(*J->use_begin())) {
2286         // If we find the original PHI, we've discovered a cycle.
2287         if (J == PN) {
2288           // Break the cycle and mark the PHI for deletion.
2289           SE->deleteValueFromRecords(PN);
2290           PN->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(PN->getType()));
2291           DeadInsts.push_back(PN);
2292           Changed = true;
2293           break;
2294         }
2295         // If we find a PHI more than once, we're on a cycle that
2296         // won't prove fruitful.
2297         if (isa<PHINode>(J) && !PHIs.insert(cast<PHINode>(J)))
2298           break;
2299       }
2300     }
2301     DeleteTriviallyDeadInstructions();
2302   }
2303   return Changed;
2304 }