Eliminate use of setvector for the DeadInsts set, just use a smallvector.
[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     /// CastedValues - As we need to cast values to uintptr_t, this keeps track
134     /// of the casted version of each value.  This is accessed by
135     /// getCastedVersionOf.
136     DenseMap<Value*, Value*> CastedPointers;
137
138     /// DeadInsts - Keep track of instructions we may have made dead, so that
139     /// we can remove them after we are done working.
140     SmallVector<Instruction*, 16> DeadInsts;
141
142     /// TLI - Keep a pointer of a TargetLowering to consult for determining
143     /// transformation profitability.
144     const TargetLowering *TLI;
145
146   public:
147     static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
148     explicit LoopStrengthReduce(const TargetLowering *tli = NULL) : 
149       LoopPass(&ID), TLI(tli) {
150     }
151
152     bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
153
154     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
155       // We split critical edges, so we change the CFG.  However, we do update
156       // many analyses if they are around.
157       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
158       AU.addPreserved<LoopInfo>();
159       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
160       AU.addPreserved<DominatorTree>();
161
162       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
163       AU.addRequired<LoopInfo>();
164       AU.addRequired<DominatorTree>();
165       AU.addRequired<TargetData>();
166       AU.addRequired<ScalarEvolution>();
167       AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
168     }
169     
170     /// getCastedVersionOf - Return the specified value casted to uintptr_t.
171     ///
172     Value *getCastedVersionOf(Instruction::CastOps opcode, Value *V);
173 private:
174     bool AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
175                                SmallPtrSet<Instruction*,16> &Processed);
176     SCEVHandle GetExpressionSCEV(Instruction *E);
177     ICmpInst *ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
178                                   IVStrideUse* &CondUse,
179                                   const SCEVHandle* &CondStride);
180     void OptimizeIndvars(Loop *L);
181
182     /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
183     /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
184     void OptimizeShadowIV(Loop *L);
185
186     /// OptimizeSMax - Rewrite the loop's terminating condition
187     /// if it uses an smax computation.
188     ICmpInst *OptimizeSMax(Loop *L, ICmpInst *Cond,
189                            IVStrideUse* &CondUse);
190
191     bool FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
192                            const SCEVHandle *&CondStride);
193     bool RequiresTypeConversion(const Type *Ty, const Type *NewTy);
194     unsigned CheckForIVReuse(bool, bool, const SCEVHandle&,
195                              IVExpr&, const Type*,
196                              const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
197     bool ValidStride(bool, int64_t,
198                      const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
199     SCEVHandle CollectIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
200                               IVUsersOfOneStride &Uses,
201                               Loop *L,
202                               bool &AllUsesAreAddresses,
203                               std::vector<BasedUser> &UsersToProcess);
204     void StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
205                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
206                                       Loop *L, bool isOnlyStride);
207     void DeleteTriviallyDeadInstructions();
208   };
209 }
210
211 char LoopStrengthReduce::ID = 0;
212 static RegisterPass<LoopStrengthReduce>
213 X("loop-reduce", "Loop Strength Reduction");
214
215 Pass *llvm::createLoopStrengthReducePass(const TargetLowering *TLI) {
216   return new LoopStrengthReduce(TLI);
217 }
218
219 /// getCastedVersionOf - Return the specified value casted to uintptr_t. This
220 /// assumes that the Value* V is of integer or pointer type only.
221 ///
222 Value *LoopStrengthReduce::getCastedVersionOf(Instruction::CastOps opcode, 
223                                               Value *V) {
224   if (V->getType() == UIntPtrTy) return V;
225   if (Constant *CB = dyn_cast<Constant>(V))
226     return ConstantExpr::getCast(opcode, CB, UIntPtrTy);
227
228   Value *&New = CastedPointers[V];
229   if (New) return New;
230   
231   New = SCEVExpander::InsertCastOfTo(opcode, V, UIntPtrTy);
232   DeadInsts.push_back(cast<Instruction>(New));
233   return New;
234 }
235
236
237 /// DeleteTriviallyDeadInstructions - If any of the instructions is the
238 /// specified set are trivially dead, delete them and see if this makes any of
239 /// their operands subsequently dead.
240 void LoopStrengthReduce::DeleteTriviallyDeadInstructions() {
241   if (DeadInsts.empty()) return;
242   
243   // Sort the deadinsts list so that we can trivially eliminate duplicates as we
244   // go.  The code below never adds a non-dead instruction to the worklist, but
245   // callers may not be so careful.
246   std::sort(DeadInsts.begin(), DeadInsts.end());
247
248   // Drop duplicate instructions and those with uses.
249   for (unsigned i = 0, e = DeadInsts.size()-1; i < e; ++i) {
250     Instruction *I = DeadInsts[i];
251     if (!I->use_empty()) DeadInsts[i] = 0;
252     while (DeadInsts[i+1] == I && i != e)
253       DeadInsts[++i] = 0;
254   }
255   
256   while (!DeadInsts.empty()) {
257     Instruction *I = DeadInsts.back();
258     DeadInsts.pop_back();
259     
260     if (I == 0 || !isInstructionTriviallyDead(I))
261       continue;
262
263     SE->deleteValueFromRecords(I);
264
265     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI) {
266       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
267         *OI = 0;
268         if (U->use_empty())
269           DeadInsts.push_back(U);
270       }
271     }
272     
273     I->eraseFromParent();
274     Changed = true;
275   }
276 }
277
278
279 /// GetExpressionSCEV - Compute and return the SCEV for the specified
280 /// instruction.
281 SCEVHandle LoopStrengthReduce::GetExpressionSCEV(Instruction *Exp) {
282   // Pointer to pointer bitcast instructions return the same value as their
283   // operand.
284   if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(Exp)) {
285     if (SE->hasSCEV(BCI) || !isa<Instruction>(BCI->getOperand(0)))
286       return SE->getSCEV(BCI);
287     SCEVHandle R = GetExpressionSCEV(cast<Instruction>(BCI->getOperand(0)));
288     SE->setSCEV(BCI, R);
289     return R;
290   }
291
292   // Scalar Evolutions doesn't know how to compute SCEV's for GEP instructions.
293   // If this is a GEP that SE doesn't know about, compute it now and insert it.
294   // If this is not a GEP, or if we have already done this computation, just let
295   // SE figure it out.
296   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Exp);
297   if (!GEP || SE->hasSCEV(GEP))
298     return SE->getSCEV(Exp);
299     
300   // Analyze all of the subscripts of this getelementptr instruction, looking
301   // for uses that are determined by the trip count of the loop.  First, skip
302   // all operands the are not dependent on the IV.
303
304   // Build up the base expression.  Insert an LLVM cast of the pointer to
305   // uintptr_t first.
306   SCEVHandle GEPVal = SE->getUnknown(
307       getCastedVersionOf(Instruction::PtrToInt, GEP->getOperand(0)));
308
309   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
310   
311   for (User::op_iterator i = GEP->op_begin() + 1, e = GEP->op_end();
312        i != e; ++i, ++GTI) {
313     // If this is a use of a recurrence that we can analyze, and it comes before
314     // Op does in the GEP operand list, we will handle this when we process this
315     // operand.
316     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
317       const StructLayout *SL = TD->getStructLayout(STy);
318       unsigned Idx = cast<ConstantInt>(*i)->getZExtValue();
319       uint64_t Offset = SL->getElementOffset(Idx);
320       GEPVal = SE->getAddExpr(GEPVal,
321                              SE->getIntegerSCEV(Offset, UIntPtrTy));
322     } else {
323       unsigned GEPOpiBits = 
324         (*i)->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
325       unsigned IntPtrBits = UIntPtrTy->getPrimitiveSizeInBits();
326       Instruction::CastOps opcode = (GEPOpiBits < IntPtrBits ? 
327           Instruction::SExt : (GEPOpiBits > IntPtrBits ? Instruction::Trunc :
328             Instruction::BitCast));
329       Value *OpVal = getCastedVersionOf(opcode, *i);
330       SCEVHandle Idx = SE->getSCEV(OpVal);
331
332       uint64_t TypeSize = TD->getABITypeSize(GTI.getIndexedType());
333       if (TypeSize != 1)
334         Idx = SE->getMulExpr(Idx,
335                             SE->getConstant(ConstantInt::get(UIntPtrTy,
336                                                              TypeSize)));
337       GEPVal = SE->getAddExpr(GEPVal, Idx);
338     }
339   }
340
341   SE->setSCEV(GEP, GEPVal);
342   return GEPVal;
343 }
344
345 /// getSCEVStartAndStride - Compute the start and stride of this expression,
346 /// returning false if the expression is not a start/stride pair, or true if it
347 /// is.  The stride must be a loop invariant expression, but the start may be
348 /// a mix of loop invariant and loop variant expressions.
349 static bool getSCEVStartAndStride(const SCEVHandle &SH, Loop *L,
350                                   SCEVHandle &Start, SCEVHandle &Stride,
351                                   ScalarEvolution *SE) {
352   SCEVHandle TheAddRec = Start;   // Initialize to zero.
353
354   // If the outer level is an AddExpr, the operands are all start values except
355   // for a nested AddRecExpr.
356   if (SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(SH)) {
357     for (unsigned i = 0, e = AE->getNumOperands(); i != e; ++i)
358       if (SCEVAddRecExpr *AddRec =
359              dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(AE->getOperand(i))) {
360         if (AddRec->getLoop() == L)
361           TheAddRec = SE->getAddExpr(AddRec, TheAddRec);
362         else
363           return false;  // Nested IV of some sort?
364       } else {
365         Start = SE->getAddExpr(Start, AE->getOperand(i));
366       }
367         
368   } else if (isa<SCEVAddRecExpr>(SH)) {
369     TheAddRec = SH;
370   } else {
371     return false;  // not analyzable.
372   }
373   
374   SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(TheAddRec);
375   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L) return false;
376   
377   // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
378   if (!AddRec->isAffine()) return false;
379
380   Start = SE->getAddExpr(Start, AddRec->getOperand(0));
381   
382   if (!isa<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1)))
383     DOUT << "[" << L->getHeader()->getName()
384          << "] Variable stride: " << *AddRec << "\n";
385
386   Stride = AddRec->getOperand(1);
387   return true;
388 }
389
390 /// IVUseShouldUsePostIncValue - We have discovered a "User" of an IV expression
391 /// and now we need to decide whether the user should use the preinc or post-inc
392 /// value.  If this user should use the post-inc version of the IV, return true.
393 ///
394 /// Choosing wrong here can break dominance properties (if we choose to use the
395 /// post-inc value when we cannot) or it can end up adding extra live-ranges to
396 /// the loop, resulting in reg-reg copies (if we use the pre-inc value when we
397 /// should use the post-inc value).
398 static bool IVUseShouldUsePostIncValue(Instruction *User, Instruction *IV,
399                                        Loop *L, DominatorTree *DT, Pass *P,
400                                       SmallVectorImpl<Instruction*> &DeadInsts){
401   // If the user is in the loop, use the preinc value.
402   if (L->contains(User->getParent())) return false;
403   
404   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
405   
406   // Ok, the user is outside of the loop.  If it is dominated by the latch
407   // block, use the post-inc value.
408   if (DT->dominates(LatchBlock, User->getParent()))
409     return true;
410
411   // There is one case we have to be careful of: PHI nodes.  These little guys
412   // can live in blocks that do not dominate the latch block, but (since their
413   // uses occur in the predecessor block, not the block the PHI lives in) should
414   // still use the post-inc value.  Check for this case now.
415   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User);
416   if (!PN) return false;  // not a phi, not dominated by latch block.
417   
418   // Look at all of the uses of IV by the PHI node.  If any use corresponds to
419   // a block that is not dominated by the latch block, give up and use the
420   // preincremented value.
421   unsigned NumUses = 0;
422   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
423     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
424       ++NumUses;
425       if (!DT->dominates(LatchBlock, PN->getIncomingBlock(i)))
426         return false;
427     }
428
429   // Okay, all uses of IV by PN are in predecessor blocks that really are
430   // dominated by the latch block.  Split the critical edges and use the
431   // post-incremented value.
432   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
433     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
434       SplitCriticalEdge(PN->getIncomingBlock(i), PN->getParent(), P, false);
435       // Splitting the critical edge can reduce the number of entries in this
436       // PHI.
437       e = PN->getNumIncomingValues();
438       if (--NumUses == 0) break;
439     }
440
441   // PHI node might have become a constant value after SplitCriticalEdge.
442   DeadInsts.push_back(User);
443   
444   return true;
445 }
446
447   
448
449 /// AddUsersIfInteresting - Inspect the specified instruction.  If it is a
450 /// reducible SCEV, recursively add its users to the IVUsesByStride set and
451 /// return true.  Otherwise, return false.
452 bool LoopStrengthReduce::AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
453                                       SmallPtrSet<Instruction*,16> &Processed) {
454   if (!I->getType()->isInteger() && !isa<PointerType>(I->getType()))
455     return false;   // Void and FP expressions cannot be reduced.
456   if (!Processed.insert(I))
457     return true;    // Instruction already handled.
458   
459   // Get the symbolic expression for this instruction.
460   SCEVHandle ISE = GetExpressionSCEV(I);
461   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(ISE)) return false;
462   
463   // Get the start and stride for this expression.
464   SCEVHandle Start = SE->getIntegerSCEV(0, ISE->getType());
465   SCEVHandle Stride = Start;
466   if (!getSCEVStartAndStride(ISE, L, Start, Stride, SE))
467     return false;  // Non-reducible symbolic expression, bail out.
468
469   std::vector<Instruction *> IUsers;
470   // Collect all I uses now because IVUseShouldUsePostIncValue may 
471   // invalidate use_iterator.
472   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E; ++UI)
473     IUsers.push_back(cast<Instruction>(*UI));
474
475   for (unsigned iused_index = 0, iused_size = IUsers.size(); 
476        iused_index != iused_size; ++iused_index) {
477
478     Instruction *User = IUsers[iused_index];
479
480     // Do not infinitely recurse on PHI nodes.
481     if (isa<PHINode>(User) && Processed.count(User))
482       continue;
483
484     // If this is an instruction defined in a nested loop, or outside this loop,
485     // don't recurse into it.
486     bool AddUserToIVUsers = false;
487     if (LI->getLoopFor(User->getParent()) != L) {
488       DOUT << "FOUND USER in other loop: " << *User
489            << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
490       AddUserToIVUsers = true;
491     } else if (!AddUsersIfInteresting(User, L, Processed)) {
492       DOUT << "FOUND USER: " << *User
493            << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
494       AddUserToIVUsers = true;
495     }
496
497     if (AddUserToIVUsers) {
498       IVUsersOfOneStride &StrideUses = IVUsesByStride[Stride];
499       if (StrideUses.Users.empty())     // First occurance of this stride?
500         StrideOrder.push_back(Stride);
501       
502       // Okay, we found a user that we cannot reduce.  Analyze the instruction
503       // and decide what to do with it.  If we are a use inside of the loop, use
504       // the value before incrementation, otherwise use it after incrementation.
505       if (IVUseShouldUsePostIncValue(User, I, L, DT, this, DeadInsts)) {
506         // The value used will be incremented by the stride more than we are
507         // expecting, so subtract this off.
508         SCEVHandle NewStart = SE->getMinusSCEV(Start, Stride);
509         StrideUses.addUser(NewStart, User, I);
510         StrideUses.Users.back().isUseOfPostIncrementedValue = true;
511         DOUT << "   USING POSTINC SCEV, START=" << *NewStart<< "\n";
512       } else {        
513         StrideUses.addUser(Start, User, I);
514       }
515     }
516   }
517   return true;
518 }
519
520 namespace {
521   /// BasedUser - For a particular base value, keep information about how we've
522   /// partitioned the expression so far.
523   struct BasedUser {
524     /// SE - The current ScalarEvolution object.
525     ScalarEvolution *SE;
526
527     /// Base - The Base value for the PHI node that needs to be inserted for
528     /// this use.  As the use is processed, information gets moved from this
529     /// field to the Imm field (below).  BasedUser values are sorted by this
530     /// field.
531     SCEVHandle Base;
532     
533     /// Inst - The instruction using the induction variable.
534     Instruction *Inst;
535
536     /// OperandValToReplace - The operand value of Inst to replace with the
537     /// EmittedBase.
538     Value *OperandValToReplace;
539
540     /// Imm - The immediate value that should be added to the base immediately
541     /// before Inst, because it will be folded into the imm field of the
542     /// instruction.
543     SCEVHandle Imm;
544
545     /// EmittedBase - The actual value* to use for the base value of this
546     /// operation.  This is null if we should just use zero so far.
547     Value *EmittedBase;
548
549     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
550     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
551     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
552     // instruction for a loop and uses outside the loop that are dominated by
553     // the loop.
554     bool isUseOfPostIncrementedValue;
555     
556     BasedUser(IVStrideUse &IVSU, ScalarEvolution *se)
557       : SE(se), Base(IVSU.Offset), Inst(IVSU.User), 
558         OperandValToReplace(IVSU.OperandValToReplace), 
559         Imm(SE->getIntegerSCEV(0, Base->getType())), EmittedBase(0),
560         isUseOfPostIncrementedValue(IVSU.isUseOfPostIncrementedValue) {}
561
562     // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
563     // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
564     // to it.
565     void RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
566                                         Instruction *InsertPt,
567                                        SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
568                                       SmallVectorImpl<Instruction*> &DeadInsts);
569     
570     Value *InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
571                                        SCEVExpander &Rewriter,
572                                        Instruction *IP, Loop *L);
573     void dump() const;
574   };
575 }
576
577 void BasedUser::dump() const {
578   cerr << " Base=" << *Base;
579   cerr << " Imm=" << *Imm;
580   if (EmittedBase)
581     cerr << "  EB=" << *EmittedBase;
582
583   cerr << "   Inst: " << *Inst;
584 }
585
586 Value *BasedUser::InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
587                                               SCEVExpander &Rewriter,
588                                               Instruction *IP, Loop *L) {
589   // Figure out where we *really* want to insert this code.  In particular, if
590   // the user is inside of a loop that is nested inside of L, we really don't
591   // want to insert this expression before the user, we'd rather pull it out as
592   // many loops as possible.
593   LoopInfo &LI = Rewriter.getLoopInfo();
594   Instruction *BaseInsertPt = IP;
595   
596   // Figure out the most-nested loop that IP is in.
597   Loop *InsertLoop = LI.getLoopFor(IP->getParent());
598   
599   // If InsertLoop is not L, and InsertLoop is nested inside of L, figure out
600   // the preheader of the outer-most loop where NewBase is not loop invariant.
601   while (InsertLoop && NewBase->isLoopInvariant(InsertLoop)) {
602     BaseInsertPt = InsertLoop->getLoopPreheader()->getTerminator();
603     InsertLoop = InsertLoop->getParentLoop();
604   }
605   
606   // If there is no immediate value, skip the next part.
607   if (Imm->isZero())
608     return Rewriter.expandCodeFor(NewBase, BaseInsertPt);
609
610   Value *Base = Rewriter.expandCodeFor(NewBase, BaseInsertPt);
611
612   // If we are inserting the base and imm values in the same block, make sure to
613   // adjust the IP position if insertion reused a result.
614   if (IP == BaseInsertPt)
615     IP = Rewriter.getInsertionPoint();
616   
617   // Always emit the immediate (if non-zero) into the same block as the user.
618   SCEVHandle NewValSCEV = SE->getAddExpr(SE->getUnknown(Base), Imm);
619   return Rewriter.expandCodeFor(NewValSCEV, IP);
620   
621 }
622
623
624 // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
625 // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
626 // to it. NewBasePt is the last instruction which contributes to the
627 // value of NewBase in the case that it's a diffferent instruction from
628 // the PHI that NewBase is computed from, or null otherwise.
629 //
630 void BasedUser::RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
631                                                Instruction *NewBasePt,
632                                       SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
633                                       SmallVectorImpl<Instruction*> &DeadInsts){
634   if (!isa<PHINode>(Inst)) {
635     // By default, insert code at the user instruction.
636     BasicBlock::iterator InsertPt = Inst;
637     
638     // However, if the Operand is itself an instruction, the (potentially
639     // complex) inserted code may be shared by many users.  Because of this, we
640     // want to emit code for the computation of the operand right before its old
641     // computation.  This is usually safe, because we obviously used to use the
642     // computation when it was computed in its current block.  However, in some
643     // cases (e.g. use of a post-incremented induction variable) the NewBase
644     // value will be pinned to live somewhere after the original computation.
645     // In this case, we have to back off.
646     if (!isUseOfPostIncrementedValue) {
647       if (NewBasePt && isa<PHINode>(OperandValToReplace)) {
648         InsertPt = NewBasePt;
649         ++InsertPt;
650       } else if (Instruction *OpInst
651                  = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace)) {
652         InsertPt = OpInst;
653         while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
654       }
655     }
656     Value *NewVal = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, Rewriter, InsertPt, L);
657     // Adjust the type back to match the Inst. Note that we can't use InsertPt
658     // here because the SCEVExpander may have inserted the instructions after
659     // that point, in its efforts to avoid inserting redundant expressions.
660     if (isa<PointerType>(OperandValToReplace->getType())) {
661       NewVal = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr,
662                                             NewVal,
663                                             OperandValToReplace->getType());
664     }
665     // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
666     Inst->replaceUsesOfWith(OperandValToReplace, NewVal);
667     DOUT << "    CHANGED: IMM =" << *Imm;
668     DOUT << "  \tNEWBASE =" << *NewBase;
669     DOUT << "  \tInst = " << *Inst;
670     return;
671   }
672   
673   // PHI nodes are more complex.  We have to insert one copy of the NewBase+Imm
674   // expression into each operand block that uses it.  Note that PHI nodes can
675   // have multiple entries for the same predecessor.  We use a map to make sure
676   // that a PHI node only has a single Value* for each predecessor (which also
677   // prevents us from inserting duplicate code in some blocks).
678   DenseMap<BasicBlock*, Value*> InsertedCode;
679   PHINode *PN = cast<PHINode>(Inst);
680   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
681     if (PN->getIncomingValue(i) == OperandValToReplace) {
682       // If this is a critical edge, split the edge so that we do not insert the
683       // code on all predecessor/successor paths.  We do this unless this is the
684       // canonical backedge for this loop, as this can make some inserted code
685       // be in an illegal position.
686       BasicBlock *PHIPred = PN->getIncomingBlock(i);
687       if (e != 1 && PHIPred->getTerminator()->getNumSuccessors() > 1 &&
688           (PN->getParent() != L->getHeader() || !L->contains(PHIPred))) {
689         
690         // First step, split the critical edge.
691         SplitCriticalEdge(PHIPred, PN->getParent(), P, false);
692             
693         // Next step: move the basic block.  In particular, if the PHI node
694         // is outside of the loop, and PredTI is in the loop, we want to
695         // move the block to be immediately before the PHI block, not
696         // immediately after PredTI.
697         if (L->contains(PHIPred) && !L->contains(PN->getParent())) {
698           BasicBlock *NewBB = PN->getIncomingBlock(i);
699           NewBB->moveBefore(PN->getParent());
700         }
701         
702         // Splitting the edge can reduce the number of PHI entries we have.
703         e = PN->getNumIncomingValues();
704       }
705
706       Value *&Code = InsertedCode[PN->getIncomingBlock(i)];
707       if (!Code) {
708         // Insert the code into the end of the predecessor block.
709         Instruction *InsertPt = PN->getIncomingBlock(i)->getTerminator();
710         Code = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, Rewriter, InsertPt, L);
711
712         // Adjust the type back to match the PHI. Note that we can't use
713         // InsertPt here because the SCEVExpander may have inserted its
714         // instructions after that point, in its efforts to avoid inserting
715         // redundant expressions.
716         if (isa<PointerType>(PN->getType())) {
717           Code = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr,
718                                               Code,
719                                               PN->getType());
720         }
721       }
722       
723       // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
724       PN->setIncomingValue(i, Code);
725       Rewriter.clear();
726     }
727   }
728
729   // PHI node might have become a constant value after SplitCriticalEdge.
730   DeadInsts.push_back(Inst);
731
732   DOUT << "    CHANGED: IMM =" << *Imm << "  Inst = " << *Inst;
733 }
734
735
736 /// isTargetConstant - Return true if the following can be referenced by the
737 /// immediate field of a target instruction.
738 static bool isTargetConstant(const SCEVHandle &V, const Type *UseTy,
739                              const TargetLowering *TLI) {
740   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
741     int64_t VC = SC->getValue()->getSExtValue();
742     if (TLI) {
743       TargetLowering::AddrMode AM;
744       AM.BaseOffs = VC;
745       return TLI->isLegalAddressingMode(AM, UseTy);
746     } else {
747       // Defaults to PPC. PPC allows a sign-extended 16-bit immediate field.
748       return (VC > -(1 << 16) && VC < (1 << 16)-1);
749     }
750   }
751
752   if (SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V))
753     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(SU->getValue()))
754       if (TLI && CE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt) {
755         Constant *Op0 = CE->getOperand(0);
756         if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(Op0)) {
757           TargetLowering::AddrMode AM;
758           AM.BaseGV = GV;
759           return TLI->isLegalAddressingMode(AM, UseTy);
760         }
761       }
762   return false;
763 }
764
765 /// MoveLoopVariantsToImediateField - Move any subexpressions from Val that are
766 /// loop varying to the Imm operand.
767 static void MoveLoopVariantsToImediateField(SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
768                                             Loop *L, ScalarEvolution *SE) {
769   if (Val->isLoopInvariant(L)) return;  // Nothing to do.
770   
771   if (SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
772     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
773     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
774     
775     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i)
776       if (!SAE->getOperand(i)->isLoopInvariant(L)) {
777         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
778         // field of the expression.
779         Imm = SE->getAddExpr(Imm, SAE->getOperand(i));
780       } else {
781         NewOps.push_back(SAE->getOperand(i));
782       }
783
784     if (NewOps.empty())
785       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
786     else
787       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
788   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
789     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
790     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
791     MoveLoopVariantsToImediateField(Start, Imm, L, SE);
792     
793     std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
794     Ops[0] = Start;
795     Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
796   } else {
797     // Otherwise, all of Val is variant, move the whole thing over.
798     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
799     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
800   }
801 }
802
803
804 /// MoveImmediateValues - Look at Val, and pull out any additions of constants
805 /// that can fit into the immediate field of instructions in the target.
806 /// Accumulate these immediate values into the Imm value.
807 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
808                                 Instruction *User,
809                                 SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
810                                 bool isAddress, Loop *L,
811                                 ScalarEvolution *SE) {
812   const Type *UseTy = User->getType();
813   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User))
814     UseTy = SI->getOperand(0)->getType();
815
816   if (SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
817     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
818     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
819     
820     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i) {
821       SCEVHandle NewOp = SAE->getOperand(i);
822       MoveImmediateValues(TLI, User, NewOp, Imm, isAddress, L, SE);
823       
824       if (!NewOp->isLoopInvariant(L)) {
825         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
826         // field of the expression.
827         Imm = SE->getAddExpr(Imm, NewOp);
828       } else {
829         NewOps.push_back(NewOp);
830       }
831     }
832
833     if (NewOps.empty())
834       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
835     else
836       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
837     return;
838   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
839     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
840     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
841     MoveImmediateValues(TLI, User, Start, Imm, isAddress, L, SE);
842     
843     if (Start != SARE->getStart()) {
844       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
845       Ops[0] = Start;
846       Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
847     }
848     return;
849   } else if (SCEVMulExpr *SME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Val)) {
850     // Transform "8 * (4 + v)" -> "32 + 8*V" if "32" fits in the immed field.
851     if (isAddress && isTargetConstant(SME->getOperand(0), UseTy, TLI) &&
852         SME->getNumOperands() == 2 && SME->isLoopInvariant(L)) {
853
854       SCEVHandle SubImm = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
855       SCEVHandle NewOp = SME->getOperand(1);
856       MoveImmediateValues(TLI, User, NewOp, SubImm, isAddress, L, SE);
857       
858       // If we extracted something out of the subexpressions, see if we can 
859       // simplify this!
860       if (NewOp != SME->getOperand(1)) {
861         // Scale SubImm up by "8".  If the result is a target constant, we are
862         // good.
863         SubImm = SE->getMulExpr(SubImm, SME->getOperand(0));
864         if (isTargetConstant(SubImm, UseTy, TLI)) {
865           // Accumulate the immediate.
866           Imm = SE->getAddExpr(Imm, SubImm);
867           
868           // Update what is left of 'Val'.
869           Val = SE->getMulExpr(SME->getOperand(0), NewOp);
870           return;
871         }
872       }
873     }
874   }
875
876   // Loop-variant expressions must stay in the immediate field of the
877   // expression.
878   if ((isAddress && isTargetConstant(Val, UseTy, TLI)) ||
879       !Val->isLoopInvariant(L)) {
880     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
881     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
882     return;
883   }
884
885   // Otherwise, no immediates to move.
886 }
887
888
889 /// SeparateSubExprs - Decompose Expr into all of the subexpressions that are
890 /// added together.  This is used to reassociate common addition subexprs
891 /// together for maximal sharing when rewriting bases.
892 static void SeparateSubExprs(std::vector<SCEVHandle> &SubExprs,
893                              SCEVHandle Expr,
894                              ScalarEvolution *SE) {
895   if (SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Expr)) {
896     for (unsigned j = 0, e = AE->getNumOperands(); j != e; ++j)
897       SeparateSubExprs(SubExprs, AE->getOperand(j), SE);
898   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Expr)) {
899     SCEVHandle Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Expr->getType());
900     if (SARE->getOperand(0) == Zero) {
901       SubExprs.push_back(Expr);
902     } else {
903       // Compute the addrec with zero as its base.
904       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
905       Ops[0] = Zero;   // Start with zero base.
906       SubExprs.push_back(SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop()));
907       
908
909       SeparateSubExprs(SubExprs, SARE->getOperand(0), SE);
910     }
911   } else if (!Expr->isZero()) {
912     // Do not add zero.
913     SubExprs.push_back(Expr);
914   }
915 }
916
917
918 /// RemoveCommonExpressionsFromUseBases - Look through all of the uses in Bases,
919 /// removing any common subexpressions from it.  Anything truly common is
920 /// removed, accumulated, and returned.  This looks for things like (a+b+c) and
921 /// (a+c+d) -> (a+c).  The common expression is *removed* from the Bases.
922 static SCEVHandle 
923 RemoveCommonExpressionsFromUseBases(std::vector<BasedUser> &Uses,
924                                     ScalarEvolution *SE) {
925   unsigned NumUses = Uses.size();
926
927   // Only one use?  Use its base, regardless of what it is!
928   SCEVHandle Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Uses[0].Base->getType());
929   SCEVHandle Result = Zero;
930   if (NumUses == 1) {
931     std::swap(Result, Uses[0].Base);
932     return Result;
933   }
934
935   // To find common subexpressions, count how many of Uses use each expression.
936   // If any subexpressions are used Uses.size() times, they are common.
937   std::map<SCEVHandle, unsigned> SubExpressionUseCounts;
938   
939   // UniqueSubExprs - Keep track of all of the subexpressions we see in the
940   // order we see them.
941   std::vector<SCEVHandle> UniqueSubExprs;
942
943   std::vector<SCEVHandle> SubExprs;
944   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
945     // If the base is zero (which is common), return zero now, there are no
946     // CSEs we can find.
947     if (Uses[i].Base == Zero) return Zero;
948
949     // Split the expression into subexprs.
950     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
951     // Add one to SubExpressionUseCounts for each subexpr present.
952     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
953       if (++SubExpressionUseCounts[SubExprs[j]] == 1)
954         UniqueSubExprs.push_back(SubExprs[j]);
955     SubExprs.clear();
956   }
957
958   // Now that we know how many times each is used, build Result.  Iterate over
959   // UniqueSubexprs so that we have a stable ordering.
960   for (unsigned i = 0, e = UniqueSubExprs.size(); i != e; ++i) {
961     std::map<SCEVHandle, unsigned>::iterator I = 
962        SubExpressionUseCounts.find(UniqueSubExprs[i]);
963     assert(I != SubExpressionUseCounts.end() && "Entry not found?");
964     if (I->second == NumUses) {  // Found CSE!
965       Result = SE->getAddExpr(Result, I->first);
966     } else {
967       // Remove non-cse's from SubExpressionUseCounts.
968       SubExpressionUseCounts.erase(I);
969     }
970   }
971   
972   // If we found no CSE's, return now.
973   if (Result == Zero) return Result;
974   
975   // Otherwise, remove all of the CSE's we found from each of the base values.
976   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
977     // Split the expression into subexprs.
978     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
979
980     // Remove any common subexpressions.
981     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
982       if (SubExpressionUseCounts.count(SubExprs[j])) {
983         SubExprs.erase(SubExprs.begin()+j);
984         --j; --e;
985       }
986     
987     // Finally, the non-shared expressions together.
988     if (SubExprs.empty())
989       Uses[i].Base = Zero;
990     else
991       Uses[i].Base = SE->getAddExpr(SubExprs);
992     SubExprs.clear();
993   }
994  
995   return Result;
996 }
997
998 /// ValidStride - Check whether the given Scale is valid for all loads and 
999 /// stores in UsersToProcess.
1000 ///
1001 bool LoopStrengthReduce::ValidStride(bool HasBaseReg,
1002                                int64_t Scale, 
1003                                const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
1004   if (!TLI)
1005     return true;
1006
1007   for (unsigned i=0, e = UsersToProcess.size(); i!=e; ++i) {
1008     // If this is a load or other access, pass the type of the access in.
1009     const Type *AccessTy = Type::VoidTy;
1010     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UsersToProcess[i].Inst))
1011       AccessTy = SI->getOperand(0)->getType();
1012     else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(UsersToProcess[i].Inst))
1013       AccessTy = LI->getType();
1014     else if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst))
1015       continue;
1016     
1017     TargetLowering::AddrMode AM;
1018     if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(UsersToProcess[i].Imm))
1019       AM.BaseOffs = SC->getValue()->getSExtValue();
1020     AM.HasBaseReg = HasBaseReg || !UsersToProcess[i].Base->isZero();
1021     AM.Scale = Scale;
1022
1023     // If load[imm+r*scale] is illegal, bail out.
1024     if (!TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
1025       return false;
1026   }
1027   return true;
1028 }
1029
1030 /// RequiresTypeConversion - Returns true if converting Ty to NewTy is not
1031 /// a nop.
1032 bool LoopStrengthReduce::RequiresTypeConversion(const Type *Ty1,
1033                                                 const Type *Ty2) {
1034   if (Ty1 == Ty2)
1035     return false;
1036   if (TLI && TLI->isTruncateFree(Ty1, Ty2))
1037     return false;
1038   return (!Ty1->canLosslesslyBitCastTo(Ty2) &&
1039           !(isa<PointerType>(Ty2) &&
1040             Ty1->canLosslesslyBitCastTo(UIntPtrTy)) &&
1041           !(isa<PointerType>(Ty1) &&
1042             Ty2->canLosslesslyBitCastTo(UIntPtrTy)));
1043 }
1044
1045 /// CheckForIVReuse - Returns the multiple if the stride is the multiple
1046 /// of a previous stride and it is a legal value for the target addressing
1047 /// mode scale component and optional base reg. This allows the users of
1048 /// this stride to be rewritten as prev iv * factor. It returns 0 if no
1049 /// reuse is possible.
1050 unsigned LoopStrengthReduce::CheckForIVReuse(bool HasBaseReg,
1051                                 bool AllUsesAreAddresses,
1052                                 const SCEVHandle &Stride, 
1053                                 IVExpr &IV, const Type *Ty,
1054                                 const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
1055   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Stride)) {
1056     int64_t SInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1057     for (unsigned NewStride = 0, e = StrideOrder.size(); NewStride != e;
1058          ++NewStride) {
1059       std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1060                 IVsByStride.find(StrideOrder[NewStride]);
1061       if (SI == IVsByStride.end()) 
1062         continue;
1063       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1064       if (SI->first != Stride &&
1065           (unsigned(abs(SInt)) < SSInt || (SInt % SSInt) != 0))
1066         continue;
1067       int64_t Scale = SInt / SSInt;
1068       // Check that this stride is valid for all the types used for loads and
1069       // stores; if it can be used for some and not others, we might as well use
1070       // the original stride everywhere, since we have to create the IV for it
1071       // anyway. If the scale is 1, then we don't need to worry about folding
1072       // multiplications.
1073       if (Scale == 1 ||
1074           (AllUsesAreAddresses &&
1075            ValidStride(HasBaseReg, Scale, UsersToProcess)))
1076         for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1077                IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1078           // FIXME: Only handle base == 0 for now.
1079           // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion.
1080           if (II->Base->isZero() &&
1081               !RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1082             IV = *II;
1083             return Scale;
1084           }
1085     }
1086   }
1087   return 0;
1088 }
1089
1090 /// PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue - Simple boolean predicate that
1091 /// returns true if Val's isUseOfPostIncrementedValue is true.
1092 static bool PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue(const BasedUser &Val) {
1093   return Val.isUseOfPostIncrementedValue;
1094 }
1095
1096 /// isNonConstantNegative - Return true if the specified scev is negated, but
1097 /// not a constant.
1098 static bool isNonConstantNegative(const SCEVHandle &Expr) {
1099   SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Expr);
1100   if (!Mul) return false;
1101   
1102   // If there is a constant factor, it will be first.
1103   SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0));
1104   if (!SC) return false;
1105   
1106   // Return true if the value is negative, this matches things like (-42 * V).
1107   return SC->getValue()->getValue().isNegative();
1108 }
1109
1110 /// isAddress - Returns true if the specified instruction is using the
1111 /// specified value as an address.
1112 static bool isAddressUse(Instruction *Inst, Value *OperandVal) {
1113   bool isAddress = isa<LoadInst>(Inst);
1114   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
1115     if (SI->getOperand(1) == OperandVal)
1116       isAddress = true;
1117   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
1118     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
1119     // of intrinsics.
1120     switch (II->getIntrinsicID()) {
1121       default: break;
1122       case Intrinsic::prefetch:
1123       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_dq:
1124       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_pd:
1125       case Intrinsic::x86_sse_loadu_ps:
1126       case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
1127       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
1128       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
1129       case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
1130         if (II->getOperand(1) == OperandVal)
1131           isAddress = true;
1132         break;
1133     }
1134   }
1135   return isAddress;
1136 }
1137
1138 // CollectIVUsers - Transform our list of users and offsets to a bit more
1139 // complex table. In this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base', the base
1140 // of the strided accesses, as well as the old information from Uses. We
1141 // progressively move information from the Base field to the Imm field, until
1142 // we eventually have the full access expression to rewrite the use.
1143 SCEVHandle LoopStrengthReduce::CollectIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
1144                                               IVUsersOfOneStride &Uses,
1145                                               Loop *L,
1146                                               bool &AllUsesAreAddresses,
1147                                        std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
1148   UsersToProcess.reserve(Uses.Users.size());
1149   for (unsigned i = 0, e = Uses.Users.size(); i != e; ++i) {
1150     UsersToProcess.push_back(BasedUser(Uses.Users[i], SE));
1151     
1152     // Move any loop invariant operands from the offset field to the immediate
1153     // field of the use, so that we don't try to use something before it is
1154     // computed.
1155     MoveLoopVariantsToImediateField(UsersToProcess.back().Base,
1156                                     UsersToProcess.back().Imm, L, SE);
1157     assert(UsersToProcess.back().Base->isLoopInvariant(L) &&
1158            "Base value is not loop invariant!");
1159   }
1160
1161   // We now have a whole bunch of uses of like-strided induction variables, but
1162   // they might all have different bases.  We want to emit one PHI node for this
1163   // stride which we fold as many common expressions (between the IVs) into as
1164   // possible.  Start by identifying the common expressions in the base values 
1165   // for the strides (e.g. if we have "A+C+B" and "A+B+D" as our bases, find
1166   // "A+B"), emit it to the preheader, then remove the expression from the
1167   // UsersToProcess base values.
1168   SCEVHandle CommonExprs =
1169     RemoveCommonExpressionsFromUseBases(UsersToProcess, SE);
1170
1171   // Next, figure out what we can represent in the immediate fields of
1172   // instructions.  If we can represent anything there, move it to the imm
1173   // fields of the BasedUsers.  We do this so that it increases the commonality
1174   // of the remaining uses.
1175   unsigned NumPHI = 0;
1176   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1177     // If the user is not in the current loop, this means it is using the exit
1178     // value of the IV.  Do not put anything in the base, make sure it's all in
1179     // the immediate field to allow as much factoring as possible.
1180     if (!L->contains(UsersToProcess[i].Inst->getParent())) {
1181       UsersToProcess[i].Imm = SE->getAddExpr(UsersToProcess[i].Imm,
1182                                              UsersToProcess[i].Base);
1183       UsersToProcess[i].Base = 
1184         SE->getIntegerSCEV(0, UsersToProcess[i].Base->getType());
1185     } else {
1186       
1187       // Addressing modes can be folded into loads and stores.  Be careful that
1188       // the store is through the expression, not of the expression though.
1189       bool isPHI = false;
1190       bool isAddress = isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
1191                                     UsersToProcess[i].OperandValToReplace);
1192       if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst)) {
1193         isPHI = true;
1194         ++NumPHI;
1195       }
1196
1197       // If this use isn't an address, then not all uses are addresses.
1198       if (!isAddress && !isPHI)
1199         AllUsesAreAddresses = false;
1200       
1201       MoveImmediateValues(TLI, UsersToProcess[i].Inst, UsersToProcess[i].Base,
1202                           UsersToProcess[i].Imm, isAddress, L, SE);
1203     }
1204   }
1205
1206   // If one of the use if a PHI node and all other uses are addresses, still
1207   // allow iv reuse. Essentially we are trading one constant multiplication
1208   // for one fewer iv.
1209   if (NumPHI > 1)
1210     AllUsesAreAddresses = false;
1211
1212   return CommonExprs;
1213 }
1214
1215 /// StrengthReduceStridedIVUsers - Strength reduce all of the users of a single
1216 /// stride of IV.  All of the users may have different starting values, and this
1217 /// may not be the only stride (we know it is if isOnlyStride is true).
1218 void LoopStrengthReduce::StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
1219                                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
1220                                                       Loop *L,
1221                                                       bool isOnlyStride) {
1222   // If all the users are moved to another stride, then there is nothing to do.
1223   if (Uses.Users.empty())
1224     return;
1225
1226   // Keep track if every use in UsersToProcess is an address. If they all are,
1227   // we may be able to rewrite the entire collection of them in terms of a
1228   // smaller-stride IV.
1229   bool AllUsesAreAddresses = true;
1230
1231   // Transform our list of users and offsets to a bit more complex table.  In
1232   // this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base' the base of the
1233   // strided accessas well as the old information from Uses.  We progressively
1234   // move information from the Base field to the Imm field, until we eventually
1235   // have the full access expression to rewrite the use.
1236   std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
1237   SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(Stride, Uses, L, AllUsesAreAddresses,
1238                                           UsersToProcess);
1239
1240   // If we managed to find some expressions in common, we'll need to carry
1241   // their value in a register and add it in for each use. This will take up
1242   // a register operand, which potentially restricts what stride values are
1243   // valid.
1244   bool HaveCommonExprs = !CommonExprs->isZero();
1245   
1246   // If all uses are addresses, check if it is possible to reuse an IV with a
1247   // stride that is a factor of this stride. And that the multiple is a number
1248   // that can be encoded in the scale field of the target addressing mode. And
1249   // that we will have a valid instruction after this substition, including the
1250   // immediate field, if any.
1251   PHINode *NewPHI = NULL;
1252   Value   *IncV   = NULL;
1253   IVExpr   ReuseIV(SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1254                    SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1255                    0, 0);
1256   unsigned RewriteFactor = 0;
1257   RewriteFactor = CheckForIVReuse(HaveCommonExprs, AllUsesAreAddresses,
1258                                   Stride, ReuseIV, CommonExprs->getType(),
1259                                   UsersToProcess);
1260   if (RewriteFactor != 0) {
1261     DOUT << "BASED ON IV of STRIDE " << *ReuseIV.Stride
1262          << " and BASE " << *ReuseIV.Base << " :\n";
1263     NewPHI = ReuseIV.PHI;
1264     IncV   = ReuseIV.IncV;
1265   }
1266
1267   const Type *ReplacedTy = CommonExprs->getType();
1268   
1269   // Now that we know what we need to do, insert the PHI node itself.
1270   //
1271   DOUT << "INSERTING IV of TYPE " << *ReplacedTy << " of STRIDE "
1272        << *Stride << " and BASE " << *CommonExprs << ": ";
1273
1274   SCEVExpander Rewriter(*SE, *LI);
1275   SCEVExpander PreheaderRewriter(*SE, *LI);
1276   
1277   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
1278   Instruction *PreInsertPt = Preheader->getTerminator();
1279   Instruction *PhiInsertBefore = L->getHeader()->begin();
1280   
1281   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1282
1283
1284   // Emit the initial base value into the loop preheader.
1285   Value *CommonBaseV
1286     = PreheaderRewriter.expandCodeFor(CommonExprs, PreInsertPt);
1287
1288   if (RewriteFactor == 0) {
1289     // Create a new Phi for this base, and stick it in the loop header.
1290     NewPHI = PHINode::Create(ReplacedTy, "iv.", PhiInsertBefore);
1291     ++NumInserted;
1292   
1293     // Add common base to the new Phi node.
1294     NewPHI->addIncoming(CommonBaseV, Preheader);
1295
1296     // If the stride is negative, insert a sub instead of an add for the
1297     // increment.
1298     bool isNegative = isNonConstantNegative(Stride);
1299     SCEVHandle IncAmount = Stride;
1300     if (isNegative)
1301       IncAmount = SE->getNegativeSCEV(Stride);
1302     
1303     // Insert the stride into the preheader.
1304     Value *StrideV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(IncAmount, PreInsertPt);
1305     if (!isa<ConstantInt>(StrideV)) ++NumVariable;
1306
1307     // Emit the increment of the base value before the terminator of the loop
1308     // latch block, and add it to the Phi node.
1309     SCEVHandle IncExp = SE->getUnknown(StrideV);
1310     if (isNegative)
1311       IncExp = SE->getNegativeSCEV(IncExp);
1312     IncExp = SE->getAddExpr(SE->getUnknown(NewPHI), IncExp);
1313   
1314     IncV = Rewriter.expandCodeFor(IncExp, LatchBlock->getTerminator());
1315     IncV->setName(NewPHI->getName()+".inc");
1316     NewPHI->addIncoming(IncV, LatchBlock);
1317
1318     // Remember this in case a later stride is multiple of this.
1319     IVsByStride[Stride].addIV(Stride, CommonExprs, NewPHI, IncV);
1320     
1321     DOUT << " IV=%" << NewPHI->getNameStr() << " INC=%" << IncV->getNameStr();
1322   } else {
1323     Constant *C = dyn_cast<Constant>(CommonBaseV);
1324     if (!C ||
1325         (!C->isNullValue() &&
1326          !isTargetConstant(SE->getUnknown(CommonBaseV), ReplacedTy, TLI)))
1327       // We want the common base emitted into the preheader! This is just
1328       // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1329       CommonBaseV = new BitCastInst(CommonBaseV, CommonBaseV->getType(), 
1330                                     "commonbase", PreInsertPt);
1331   }
1332   DOUT << "\n";
1333
1334   // We want to emit code for users inside the loop first.  To do this, we
1335   // rearrange BasedUser so that the entries at the end have
1336   // isUseOfPostIncrementedValue = false, because we pop off the end of the
1337   // vector (so we handle them first).
1338   std::partition(UsersToProcess.begin(), UsersToProcess.end(),
1339                  PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue);
1340   
1341   // Sort this by base, so that things with the same base are handled
1342   // together.  By partitioning first and stable-sorting later, we are
1343   // guaranteed that within each base we will pop off users from within the
1344   // loop before users outside of the loop with a particular base.
1345   //
1346   // We would like to use stable_sort here, but we can't.  The problem is that
1347   // SCEVHandle's don't have a deterministic ordering w.r.t to each other, so
1348   // we don't have anything to do a '<' comparison on.  Because we think the
1349   // number of uses is small, do a horrible bubble sort which just relies on
1350   // ==.
1351   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1352     // Get a base value.
1353     SCEVHandle Base = UsersToProcess[i].Base;
1354     
1355     // Compact everything with this base to be consequtive with this one.
1356     for (unsigned j = i+1; j != e; ++j) {
1357       if (UsersToProcess[j].Base == Base) {
1358         std::swap(UsersToProcess[i+1], UsersToProcess[j]);
1359         ++i;
1360       }
1361     }
1362   }
1363
1364   // Process all the users now.  This outer loop handles all bases, the inner
1365   // loop handles all users of a particular base.
1366   while (!UsersToProcess.empty()) {
1367     SCEVHandle Base = UsersToProcess.back().Base;
1368
1369     // Emit the code for Base into the preheader.
1370     Value *BaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(Base, PreInsertPt);
1371
1372     DOUT << "  INSERTING code for BASE = " << *Base << ":";
1373     if (BaseV->hasName())
1374       DOUT << " Result value name = %" << BaseV->getNameStr();
1375     DOUT << "\n";
1376
1377     // If BaseV is a constant other than 0, make sure that it gets inserted into
1378     // the preheader, instead of being forward substituted into the uses.  We do
1379     // this by forcing a BitCast (noop cast) to be inserted into the preheader 
1380     // in this case.
1381     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(BaseV)) {
1382       if (!C->isNullValue() && !isTargetConstant(Base, ReplacedTy, TLI)) {
1383         // We want this constant emitted into the preheader! This is just
1384         // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1385         BaseV = new BitCastInst(BaseV, BaseV->getType(), "preheaderinsert",
1386                                 PreInsertPt);       
1387       }
1388     }
1389
1390     // Emit the code to add the immediate offset to the Phi value, just before
1391     // the instructions that we identified as using this stride and base.
1392     do {
1393       // FIXME: Use emitted users to emit other users.
1394       BasedUser &User = UsersToProcess.back();
1395
1396       // If this instruction wants to use the post-incremented value, move it
1397       // after the post-inc and use its value instead of the PHI.
1398       Value *RewriteOp = NewPHI;
1399       if (User.isUseOfPostIncrementedValue) {
1400         RewriteOp = IncV;
1401
1402         // If this user is in the loop, make sure it is the last thing in the
1403         // loop to ensure it is dominated by the increment.
1404         if (L->contains(User.Inst->getParent()))
1405           User.Inst->moveBefore(LatchBlock->getTerminator());
1406       }
1407       if (RewriteOp->getType() != ReplacedTy) {
1408         Instruction::CastOps opcode = Instruction::Trunc;
1409         if (ReplacedTy->getPrimitiveSizeInBits() ==
1410             RewriteOp->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1411           opcode = Instruction::BitCast;
1412         RewriteOp = SCEVExpander::InsertCastOfTo(opcode, RewriteOp, ReplacedTy);
1413       }
1414
1415       SCEVHandle RewriteExpr = SE->getUnknown(RewriteOp);
1416
1417       // If we had to insert new instrutions for RewriteOp, we have to
1418       // consider that they may not have been able to end up immediately
1419       // next to RewriteOp, because non-PHI instructions may never precede
1420       // PHI instructions in a block. In this case, remember where the last
1421       // instruction was inserted so that if we're replacing a different
1422       // PHI node, we can use the later point to expand the final
1423       // RewriteExpr.
1424       Instruction *NewBasePt = dyn_cast<Instruction>(RewriteOp);
1425       if (RewriteOp == NewPHI) NewBasePt = 0;
1426
1427       // Clear the SCEVExpander's expression map so that we are guaranteed
1428       // to have the code emitted where we expect it.
1429       Rewriter.clear();
1430
1431       // If we are reusing the iv, then it must be multiplied by a constant
1432       // factor take advantage of addressing mode scale component.
1433       if (RewriteFactor != 0) {
1434         RewriteExpr = SE->getMulExpr(SE->getIntegerSCEV(RewriteFactor,
1435                                                         RewriteExpr->getType()),
1436                                      RewriteExpr);
1437
1438         // The common base is emitted in the loop preheader. But since we
1439         // are reusing an IV, it has not been used to initialize the PHI node.
1440         // Add it to the expression used to rewrite the uses.
1441         if (!isa<ConstantInt>(CommonBaseV) ||
1442             !cast<ConstantInt>(CommonBaseV)->isZero())
1443           RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr,
1444                                       SE->getUnknown(CommonBaseV));
1445       }
1446
1447       // Now that we know what we need to do, insert code before User for the
1448       // immediate and any loop-variant expressions.
1449       if (!isa<ConstantInt>(BaseV) || !cast<ConstantInt>(BaseV)->isZero())
1450         // Add BaseV to the PHI value if needed.
1451         RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, SE->getUnknown(BaseV));
1452
1453       User.RewriteInstructionToUseNewBase(RewriteExpr, NewBasePt,
1454                                           Rewriter, L, this,
1455                                           DeadInsts);
1456
1457       // Mark old value we replaced as possibly dead, so that it is eliminated
1458       // if we just replaced the last use of that value.
1459       DeadInsts.push_back(cast<Instruction>(User.OperandValToReplace));
1460
1461       UsersToProcess.pop_back();
1462       ++NumReduced;
1463
1464       // If there are any more users to process with the same base, process them
1465       // now.  We sorted by base above, so we just have to check the last elt.
1466     } while (!UsersToProcess.empty() && UsersToProcess.back().Base == Base);
1467     // TODO: Next, find out which base index is the most common, pull it out.
1468   }
1469
1470   // IMPORTANT TODO: Figure out how to partition the IV's with this stride, but
1471   // different starting values, into different PHIs.
1472 }
1473
1474 /// FindIVUserForCond - If Cond has an operand that is an expression of an IV,
1475 /// set the IV user and stride information and return true, otherwise return
1476 /// false.
1477 bool LoopStrengthReduce::FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
1478                                        const SCEVHandle *&CondStride) {
1479   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e && !CondUse;
1480        ++Stride) {
1481     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1482     IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
1483     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1484     
1485     for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
1486          E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI)
1487       if (UI->User == Cond) {
1488         // NOTE: we could handle setcc instructions with multiple uses here, but
1489         // InstCombine does it as well for simple uses, it's not clear that it
1490         // occurs enough in real life to handle.
1491         CondUse = &*UI;
1492         CondStride = &SI->first;
1493         return true;
1494       }
1495   }
1496   return false;
1497 }    
1498
1499 namespace {
1500   // Constant strides come first which in turns are sorted by their absolute
1501   // values. If absolute values are the same, then positive strides comes first.
1502   // e.g.
1503   // 4, -1, X, 1, 2 ==> 1, -1, 2, 4, X
1504   struct StrideCompare {
1505     bool operator()(const SCEVHandle &LHS, const SCEVHandle &RHS) {
1506       SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS);
1507       SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS);
1508       if (LHSC && RHSC) {
1509         int64_t  LV = LHSC->getValue()->getSExtValue();
1510         int64_t  RV = RHSC->getValue()->getSExtValue();
1511         uint64_t ALV = (LV < 0) ? -LV : LV;
1512         uint64_t ARV = (RV < 0) ? -RV : RV;
1513         if (ALV == ARV)
1514           return LV > RV;
1515         else
1516           return ALV < ARV;
1517       }
1518       return (LHSC && !RHSC);
1519     }
1520   };
1521 }
1522
1523 /// ChangeCompareStride - If a loop termination compare instruction is the
1524 /// only use of its stride, and the compaison is against a constant value,
1525 /// try eliminate the stride by moving the compare instruction to another
1526 /// stride and change its constant operand accordingly. e.g.
1527 ///
1528 /// loop:
1529 /// ...
1530 /// v1 = v1 + 3
1531 /// v2 = v2 + 1
1532 /// if (v2 < 10) goto loop
1533 /// =>
1534 /// loop:
1535 /// ...
1536 /// v1 = v1 + 3
1537 /// if (v1 < 30) goto loop
1538 ICmpInst *LoopStrengthReduce::ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
1539                                                 IVStrideUse* &CondUse,
1540                                                 const SCEVHandle* &CondStride) {
1541   if (StrideOrder.size() < 2 ||
1542       IVUsesByStride[*CondStride].Users.size() != 1)
1543     return Cond;
1544   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(*CondStride);
1545   if (!SC) return Cond;
1546   ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Cond->getOperand(1));
1547   if (!C) return Cond;
1548
1549   ICmpInst::Predicate Predicate = Cond->getPredicate();
1550   int64_t CmpSSInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1551   int64_t CmpVal = C->getValue().getSExtValue();
1552   unsigned BitWidth = C->getValue().getBitWidth();
1553   uint64_t SignBit = 1ULL << (BitWidth-1);
1554   const Type *CmpTy = C->getType();
1555   const Type *NewCmpTy = NULL;
1556   unsigned TyBits = CmpTy->getPrimitiveSizeInBits();
1557   unsigned NewTyBits = 0;
1558   int64_t NewCmpVal = CmpVal;
1559   SCEVHandle *NewStride = NULL;
1560   Value *NewIncV = NULL;
1561   int64_t Scale = 1;
1562
1563   // Check stride constant and the comparision constant signs to detect
1564   // overflow.
1565   if ((CmpVal & SignBit) != (CmpSSInt & SignBit))
1566     return Cond;
1567
1568   // Look for a suitable stride / iv as replacement.
1569   std::stable_sort(StrideOrder.begin(), StrideOrder.end(), StrideCompare());
1570   for (unsigned i = 0, e = StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
1571     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1572       IVUsesByStride.find(StrideOrder[i]);
1573     if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
1574       continue;
1575     int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1576     if (abs(SSInt) <= abs(CmpSSInt) || (SSInt % CmpSSInt) != 0)
1577       continue;
1578
1579     Scale = SSInt / CmpSSInt;
1580     NewCmpVal = CmpVal * Scale;
1581     APInt Mul = APInt(BitWidth, NewCmpVal);
1582     // Check for overflow.
1583     if (Mul.getSExtValue() != NewCmpVal) {
1584       NewCmpVal = CmpVal;
1585       continue;
1586     }
1587
1588     // Watch out for overflow.
1589     if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate) &&
1590         (CmpVal & SignBit) != (NewCmpVal & SignBit))
1591       NewCmpVal = CmpVal;
1592
1593     if (NewCmpVal != CmpVal) {
1594       // Pick the best iv to use trying to avoid a cast.
1595       NewIncV = NULL;
1596       for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
1597              E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI) {
1598         NewIncV = UI->OperandValToReplace;
1599         if (NewIncV->getType() == CmpTy)
1600           break;
1601       }
1602       if (!NewIncV) {
1603         NewCmpVal = CmpVal;
1604         continue;
1605       }
1606
1607       NewCmpTy = NewIncV->getType();
1608       NewTyBits = isa<PointerType>(NewCmpTy)
1609         ? UIntPtrTy->getPrimitiveSizeInBits()
1610         : NewCmpTy->getPrimitiveSizeInBits();
1611       if (RequiresTypeConversion(NewCmpTy, CmpTy)) {
1612         // Check if it is possible to rewrite it using
1613         // an iv / stride of a smaller integer type.
1614         bool TruncOk = false;
1615         if (NewCmpTy->isInteger()) {
1616           unsigned Bits = NewTyBits;
1617           if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate))
1618             --Bits;
1619           uint64_t Mask = (1ULL << Bits) - 1;
1620           if (((uint64_t)NewCmpVal & Mask) == (uint64_t)NewCmpVal)
1621             TruncOk = true;
1622         }
1623         if (!TruncOk) {
1624           NewCmpVal = CmpVal;
1625           continue;
1626         }
1627       }
1628
1629       // Don't rewrite if use offset is non-constant and the new type is
1630       // of a different type.
1631       // FIXME: too conservative?
1632       if (NewTyBits != TyBits && !isa<SCEVConstant>(CondUse->Offset)) {
1633         NewCmpVal = CmpVal;
1634         continue;
1635       }
1636
1637       bool AllUsesAreAddresses = true;
1638       std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
1639       SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(SI->first, SI->second, L,
1640                                               AllUsesAreAddresses,
1641                                               UsersToProcess);
1642       // Avoid rewriting the compare instruction with an iv of new stride
1643       // if it's likely the new stride uses will be rewritten using the
1644       if (AllUsesAreAddresses &&
1645           ValidStride(!CommonExprs->isZero(), Scale, UsersToProcess)) {
1646         NewCmpVal = CmpVal;
1647         continue;
1648       }
1649
1650       // If scale is negative, use swapped predicate unless it's testing
1651       // for equality.
1652       if (Scale < 0 && !Cond->isEquality())
1653         Predicate = ICmpInst::getSwappedPredicate(Predicate);
1654
1655       NewStride = &StrideOrder[i];
1656       break;
1657     }
1658   }
1659
1660   // Forgo this transformation if it the increment happens to be
1661   // unfortunately positioned after the condition, and the condition
1662   // has multiple uses which prevent it from being moved immediately
1663   // before the branch. See
1664   // test/Transforms/LoopStrengthReduce/change-compare-stride-trickiness-*.ll
1665   // for an example of this situation.
1666   if (!Cond->hasOneUse()) {
1667     for (BasicBlock::iterator I = Cond, E = Cond->getParent()->end();
1668          I != E; ++I)
1669       if (I == NewIncV)
1670         return Cond;
1671   }
1672
1673   if (NewCmpVal != CmpVal) {
1674     // Create a new compare instruction using new stride / iv.
1675     ICmpInst *OldCond = Cond;
1676     Value *RHS;
1677     if (!isa<PointerType>(NewCmpTy))
1678       RHS = ConstantInt::get(NewCmpTy, NewCmpVal);
1679     else {
1680       RHS = ConstantInt::get(UIntPtrTy, NewCmpVal);
1681       RHS = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr, RHS, NewCmpTy);
1682     }
1683     // Insert new compare instruction.
1684     Cond = new ICmpInst(Predicate, NewIncV, RHS,
1685                         L->getHeader()->getName() + ".termcond",
1686                         OldCond);
1687
1688     // Remove the old compare instruction. The old indvar is probably dead too.
1689     DeadInsts.push_back(cast<Instruction>(CondUse->OperandValToReplace));
1690     SE->deleteValueFromRecords(OldCond);
1691     OldCond->replaceAllUsesWith(Cond);
1692     OldCond->eraseFromParent();
1693
1694     IVUsesByStride[*CondStride].Users.pop_back();
1695     SCEVHandle NewOffset = TyBits == NewTyBits
1696       ? SE->getMulExpr(CondUse->Offset,
1697                        SE->getConstant(ConstantInt::get(CmpTy, Scale)))
1698       : SE->getConstant(ConstantInt::get(NewCmpTy,
1699         cast<SCEVConstant>(CondUse->Offset)->getValue()->getSExtValue()*Scale));
1700     IVUsesByStride[*NewStride].addUser(NewOffset, Cond, NewIncV);
1701     CondUse = &IVUsesByStride[*NewStride].Users.back();
1702     CondStride = NewStride;
1703     ++NumEliminated;
1704   }
1705
1706   return Cond;
1707 }
1708
1709 /// OptimizeSMax - Rewrite the loop's terminating condition if it uses
1710 /// an smax computation.
1711 ///
1712 /// This is a narrow solution to a specific, but acute, problem. For loops
1713 /// like this:
1714 ///
1715 ///   i = 0;
1716 ///   do {
1717 ///     p[i] = 0.0;
1718 ///   } while (++i < n);
1719 ///
1720 /// where the comparison is signed, the trip count isn't just 'n', because
1721 /// 'n' could be negative. And unfortunately this can come up even for loops
1722 /// where the user didn't use a C do-while loop. For example, seemingly
1723 /// well-behaved top-test loops will commonly be lowered like this:
1724 //
1725 ///   if (n > 0) {
1726 ///     i = 0;
1727 ///     do {
1728 ///       p[i] = 0.0;
1729 ///     } while (++i < n);
1730 ///   }
1731 ///
1732 /// and then it's possible for subsequent optimization to obscure the if
1733 /// test in such a way that indvars can't find it.
1734 ///
1735 /// When indvars can't find the if test in loops like this, it creates a
1736 /// signed-max expression, which allows it to give the loop a canonical
1737 /// induction variable:
1738 ///
1739 ///   i = 0;
1740 ///   smax = n < 1 ? 1 : n;
1741 ///   do {
1742 ///     p[i] = 0.0;
1743 ///   } while (++i != smax);
1744 ///
1745 /// Canonical induction variables are necessary because the loop passes
1746 /// are designed around them. The most obvious example of this is the
1747 /// LoopInfo analysis, which doesn't remember trip count values. It
1748 /// expects to be able to rediscover the trip count each time it is
1749 /// needed, and it does this using a simple analyis that only succeeds if
1750 /// the loop has a canonical induction variable.
1751 ///
1752 /// However, when it comes time to generate code, the maximum operation
1753 /// can be quite costly, especially if it's inside of an outer loop.
1754 ///
1755 /// This function solves this problem by detecting this type of loop and
1756 /// rewriting their conditions from ICMP_NE back to ICMP_SLT, and deleting
1757 /// the instructions for the maximum computation.
1758 ///
1759 ICmpInst *LoopStrengthReduce::OptimizeSMax(Loop *L, ICmpInst *Cond,
1760                                            IVStrideUse* &CondUse) {
1761   // Check that the loop matches the pattern we're looking for.
1762   if (Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_EQ &&
1763       Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_NE)
1764     return Cond;
1765
1766   SelectInst *Sel = dyn_cast<SelectInst>(Cond->getOperand(1));
1767   if (!Sel || !Sel->hasOneUse()) return Cond;
1768
1769   SCEVHandle IterationCount = SE->getIterationCount(L);
1770   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(IterationCount))
1771     return Cond;
1772   SCEVHandle One = SE->getIntegerSCEV(1, IterationCount->getType());
1773
1774   // Adjust for an annoying getIterationCount quirk.
1775   IterationCount = SE->getAddExpr(IterationCount, One);
1776
1777   // Check for a max calculation that matches the pattern.
1778   SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(IterationCount);
1779   if (!SMax || SMax != SE->getSCEV(Sel)) return Cond;
1780
1781   SCEVHandle SMaxLHS = SMax->getOperand(0);
1782   SCEVHandle SMaxRHS = SMax->getOperand(1);
1783   if (!SMaxLHS || SMaxLHS != One) return Cond;
1784
1785   // Check the relevant induction variable for conformance to
1786   // the pattern.
1787   SCEVHandle IV = SE->getSCEV(Cond->getOperand(0));
1788   SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
1789   if (!AR || !AR->isAffine() ||
1790       AR->getStart() != One ||
1791       AR->getStepRecurrence(*SE) != One)
1792     return Cond;
1793
1794   // Check the right operand of the select, and remember it, as it will
1795   // be used in the new comparison instruction.
1796   Value *NewRHS = 0;
1797   if (SE->getSCEV(Sel->getOperand(1)) == SMaxRHS)
1798     NewRHS = Sel->getOperand(1);
1799   else if (SE->getSCEV(Sel->getOperand(2)) == SMaxRHS)
1800     NewRHS = Sel->getOperand(2);
1801   if (!NewRHS) return Cond;
1802
1803   // Ok, everything looks ok to change the condition into an SLT or SGE and
1804   // delete the max calculation.
1805   ICmpInst *NewCond =
1806     new ICmpInst(Cond->getPredicate() == CmpInst::ICMP_NE ?
1807                    CmpInst::ICMP_SLT :
1808                    CmpInst::ICMP_SGE,
1809                  Cond->getOperand(0), NewRHS, "scmp", Cond);
1810
1811   // Delete the max calculation instructions.
1812   SE->deleteValueFromRecords(Cond);
1813   Cond->replaceAllUsesWith(NewCond);
1814   Cond->eraseFromParent();
1815   Instruction *Cmp = cast<Instruction>(Sel->getOperand(0));
1816   SE->deleteValueFromRecords(Sel);
1817   Sel->eraseFromParent();
1818   if (Cmp->use_empty()) {
1819     SE->deleteValueFromRecords(Cmp);
1820     Cmp->eraseFromParent();
1821   }
1822   CondUse->User = NewCond;
1823   return NewCond;
1824 }
1825
1826 /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
1827 /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
1828 void LoopStrengthReduce::OptimizeShadowIV(Loop *L) {
1829
1830   SCEVHandle IterationCount = SE->getIterationCount(L);
1831   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(IterationCount))
1832     return;
1833
1834   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e;
1835        ++Stride) {
1836     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1837       IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
1838     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1839     if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
1840       continue;
1841
1842     for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
1843            E = SI->second.Users.end(); UI != E; /* empty */) {
1844       std::vector<IVStrideUse>::iterator CandidateUI = UI;
1845       ++UI;
1846       Instruction *ShadowUse = CandidateUI->User;
1847       const Type *DestTy = NULL;
1848
1849       /* If shadow use is a int->float cast then insert a second IV
1850          to eliminate this cast.
1851
1852            for (unsigned i = 0; i < n; ++i) 
1853              foo((double)i);
1854
1855          is transformed into
1856
1857            double d = 0.0;
1858            for (unsigned i = 0; i < n; ++i, ++d) 
1859              foo(d);
1860       */
1861       if (UIToFPInst *UCast = dyn_cast<UIToFPInst>(CandidateUI->User))
1862         DestTy = UCast->getDestTy();
1863       else if (SIToFPInst *SCast = dyn_cast<SIToFPInst>(CandidateUI->User))
1864         DestTy = SCast->getDestTy();
1865       if (!DestTy) continue;
1866
1867       if (TLI) {
1868         /* If target does not support DestTy natively then do not apply
1869            this transformation. */
1870         MVT DVT = TLI->getValueType(DestTy);
1871         if (!TLI->isTypeLegal(DVT)) continue;
1872       }
1873
1874       PHINode *PH = dyn_cast<PHINode>(ShadowUse->getOperand(0));
1875       if (!PH) continue;
1876       if (PH->getNumIncomingValues() != 2) continue;
1877
1878       const Type *SrcTy = PH->getType();
1879       int Mantissa = DestTy->getFPMantissaWidth();
1880       if (Mantissa == -1) continue; 
1881       if ((int)TD->getTypeSizeInBits(SrcTy) > Mantissa)
1882         continue;
1883
1884       unsigned Entry, Latch;
1885       if (PH->getIncomingBlock(0) == L->getLoopPreheader()) {
1886         Entry = 0;
1887         Latch = 1;
1888       } else {
1889         Entry = 1;
1890         Latch = 0;
1891       }
1892         
1893       ConstantInt *Init = dyn_cast<ConstantInt>(PH->getIncomingValue(Entry));
1894       if (!Init) continue;
1895       ConstantFP *NewInit = ConstantFP::get(DestTy, Init->getZExtValue());
1896
1897       BinaryOperator *Incr = 
1898         dyn_cast<BinaryOperator>(PH->getIncomingValue(Latch));
1899       if (!Incr) continue;
1900       if (Incr->getOpcode() != Instruction::Add
1901           && Incr->getOpcode() != Instruction::Sub)
1902         continue;
1903
1904       /* Initialize new IV, double d = 0.0 in above example. */
1905       ConstantInt *C = NULL;
1906       if (Incr->getOperand(0) == PH)
1907         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(1));
1908       else if (Incr->getOperand(1) == PH)
1909         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(0));
1910       else
1911         continue;
1912
1913       if (!C) continue;
1914
1915       /* Add new PHINode. */
1916       PHINode *NewPH = PHINode::Create(DestTy, "IV.S.", PH);
1917
1918       /* create new increment. '++d' in above example. */
1919       ConstantFP *CFP = ConstantFP::get(DestTy, C->getZExtValue());
1920       BinaryOperator *NewIncr = 
1921         BinaryOperator::Create(Incr->getOpcode(),
1922                                NewPH, CFP, "IV.S.next.", Incr);
1923
1924       NewPH->addIncoming(NewInit, PH->getIncomingBlock(Entry));
1925       NewPH->addIncoming(NewIncr, PH->getIncomingBlock(Latch));
1926
1927       /* Remove cast operation */
1928       SE->deleteValueFromRecords(ShadowUse);
1929       ShadowUse->replaceAllUsesWith(NewPH);
1930       ShadowUse->eraseFromParent();
1931       SI->second.Users.erase(CandidateUI);
1932       NumShadow++;
1933       break;
1934     }
1935   }
1936 }
1937
1938 // OptimizeIndvars - Now that IVUsesByStride is set up with all of the indvar
1939 // uses in the loop, look to see if we can eliminate some, in favor of using
1940 // common indvars for the different uses.
1941 void LoopStrengthReduce::OptimizeIndvars(Loop *L) {
1942   // TODO: implement optzns here.
1943
1944   OptimizeShadowIV(L);
1945
1946   // Finally, get the terminating condition for the loop if possible.  If we
1947   // can, we want to change it to use a post-incremented version of its
1948   // induction variable, to allow coalescing the live ranges for the IV into
1949   // one register value.
1950   PHINode *SomePHI = cast<PHINode>(L->getHeader()->begin());
1951   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
1952   BasicBlock *LatchBlock =
1953    SomePHI->getIncomingBlock(SomePHI->getIncomingBlock(0) == Preheader);
1954   BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(LatchBlock->getTerminator());
1955   if (!TermBr || TermBr->isUnconditional() || 
1956       !isa<ICmpInst>(TermBr->getCondition()))
1957     return;
1958   ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(TermBr->getCondition());
1959
1960   // Search IVUsesByStride to find Cond's IVUse if there is one.
1961   IVStrideUse *CondUse = 0;
1962   const SCEVHandle *CondStride = 0;
1963
1964   if (!FindIVUserForCond(Cond, CondUse, CondStride))
1965     return; // setcc doesn't use the IV.
1966
1967   // If the trip count is computed in terms of an smax (due to ScalarEvolution
1968   // being unable to find a sufficient guard, for example), change the loop
1969   // comparison to use SLT instead of NE.
1970   Cond = OptimizeSMax(L, Cond, CondUse);
1971
1972   // If possible, change stride and operands of the compare instruction to
1973   // eliminate one stride.
1974   Cond = ChangeCompareStride(L, Cond, CondUse, CondStride);
1975
1976   // It's possible for the setcc instruction to be anywhere in the loop, and
1977   // possible for it to have multiple users.  If it is not immediately before
1978   // the latch block branch, move it.
1979   if (&*++BasicBlock::iterator(Cond) != (Instruction*)TermBr) {
1980     if (Cond->hasOneUse()) {   // Condition has a single use, just move it.
1981       Cond->moveBefore(TermBr);
1982     } else {
1983       // Otherwise, clone the terminating condition and insert into the loopend.
1984       Cond = cast<ICmpInst>(Cond->clone());
1985       Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
1986       LatchBlock->getInstList().insert(TermBr, Cond);
1987       
1988       // Clone the IVUse, as the old use still exists!
1989       IVUsesByStride[*CondStride].addUser(CondUse->Offset, Cond,
1990                                          CondUse->OperandValToReplace);
1991       CondUse = &IVUsesByStride[*CondStride].Users.back();
1992     }
1993   }
1994
1995   // If we get to here, we know that we can transform the setcc instruction to
1996   // use the post-incremented version of the IV, allowing us to coalesce the
1997   // live ranges for the IV correctly.
1998   CondUse->Offset = SE->getMinusSCEV(CondUse->Offset, *CondStride);
1999   CondUse->isUseOfPostIncrementedValue = true;
2000   Changed = true;
2001 }
2002
2003 bool LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
2004
2005   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
2006   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
2007   SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
2008   TD = &getAnalysis<TargetData>();
2009   UIntPtrTy = TD->getIntPtrType();
2010   Changed = false;
2011
2012   // Find all uses of induction variables in this loop, and catagorize
2013   // them by stride.  Start by finding all of the PHI nodes in the header for
2014   // this loop.  If they are induction variables, inspect their uses.
2015   SmallPtrSet<Instruction*,16> Processed;   // Don't reprocess instructions.
2016   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ++I)
2017     AddUsersIfInteresting(I, L, Processed);
2018
2019   if (!IVUsesByStride.empty()) {
2020     // Optimize induction variables.  Some indvar uses can be transformed to use
2021     // strides that will be needed for other purposes.  A common example of this
2022     // is the exit test for the loop, which can often be rewritten to use the
2023     // computation of some other indvar to decide when to terminate the loop.
2024     OptimizeIndvars(L);
2025
2026     // FIXME: We can widen subreg IV's here for RISC targets.  e.g. instead of
2027     // doing computation in byte values, promote to 32-bit values if safe.
2028
2029     // FIXME: Attempt to reuse values across multiple IV's.  In particular, we
2030     // could have something like "for(i) { foo(i*8); bar(i*16) }", which should
2031     // be codegened as "for (j = 0;; j+=8) { foo(j); bar(j+j); }" on X86/PPC.
2032     // Need to be careful that IV's are all the same type.  Only works for
2033     // intptr_t indvars.
2034
2035     // If we only have one stride, we can more aggressively eliminate some
2036     // things.
2037     bool HasOneStride = IVUsesByStride.size() == 1;
2038
2039 #ifndef NDEBUG
2040     DOUT << "\nLSR on ";
2041     DEBUG(L->dump());
2042 #endif
2043
2044     // IVsByStride keeps IVs for one particular loop.
2045     assert(IVsByStride.empty() && "Stale entries in IVsByStride?");
2046
2047     // Sort the StrideOrder so we process larger strides first.
2048     std::stable_sort(StrideOrder.begin(), StrideOrder.end(), StrideCompare());
2049
2050     // Note: this processes each stride/type pair individually.  All users
2051     // passed into StrengthReduceStridedIVUsers have the same type AND stride.
2052     // Also, note that we iterate over IVUsesByStride indirectly by using
2053     // StrideOrder. This extra layer of indirection makes the ordering of
2054     // strides deterministic - not dependent on map order.
2055     for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e; ++Stride) {
2056       std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
2057         IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
2058       assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2059       StrengthReduceStridedIVUsers(SI->first, SI->second, L, HasOneStride);
2060     }
2061   }
2062
2063   // We're done analyzing this loop; release all the state we built up for it.
2064   CastedPointers.clear();
2065   IVUsesByStride.clear();
2066   IVsByStride.clear();
2067   StrideOrder.clear();
2068
2069   // Clean up after ourselves
2070   if (!DeadInsts.empty()) {
2071     DeleteTriviallyDeadInstructions();
2072
2073     BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
2074     while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
2075       // At this point, we know that we have killed one or more IV users.
2076       // It is worth checking to see if the cannonical indvar is also
2077       // dead, so that we can remove it as well.
2078       //
2079       // We can remove a PHI if it is on a cycle in the def-use graph
2080       // where each node in the cycle has degree one, i.e. only one use,
2081       // and is an instruction with no side effects.
2082       //
2083       // FIXME: this needs to eliminate an induction variable even if it's being
2084       // compared against some value to decide loop termination.
2085       if (!PN->hasOneUse())
2086         continue;
2087       
2088       SmallPtrSet<PHINode *, 4> PHIs;
2089       for (Instruction *J = dyn_cast<Instruction>(*PN->use_begin());
2090            J && J->hasOneUse() && !J->mayWriteToMemory();
2091            J = dyn_cast<Instruction>(*J->use_begin())) {
2092         // If we find the original PHI, we've discovered a cycle.
2093         if (J == PN) {
2094           // Break the cycle and mark the PHI for deletion.
2095           SE->deleteValueFromRecords(PN);
2096           PN->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(PN->getType()));
2097           DeadInsts.push_back(PN);
2098           Changed = true;
2099           break;
2100         }
2101         // If we find a PHI more than once, we're on a cycle that
2102         // won't prove fruitful.
2103         if (isa<PHINode>(J) && !PHIs.insert(cast<PHINode>(J)))
2104           break;
2105       }
2106     }
2107     DeleteTriviallyDeadInstructions();
2108   }
2109   return Changed;
2110 }