Fix the time regression I introduced in 464.h264ref with
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / LoopStrengthReduce.cpp
1 //===- LoopStrengthReduce.cpp - Strength Reduce GEPs in Loops -------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass performs a strength reduction on array references inside loops that
11 // have as one or more of their components the loop induction variable.  This is
12 // accomplished by creating a new Value to hold the initial value of the array
13 // access for the first iteration, and then creating a new GEP instruction in
14 // the loop to increment the value by the appropriate amount.
15 //
16 //===----------------------------------------------------------------------===//
17
18 #define DEBUG_TYPE "loop-reduce"
19 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
20 #include "llvm/Constants.h"
21 #include "llvm/Instructions.h"
22 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
23 #include "llvm/Type.h"
24 #include "llvm/DerivedTypes.h"
25 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
26 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
27 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
28 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
29 #include "llvm/Support/CFG.h"
30 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
31 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
32 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
33 #include "llvm/Target/TargetData.h"
34 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
35 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
36 #include "llvm/Support/Debug.h"
37 #include "llvm/Support/Compiler.h"
38 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
39 #include <algorithm>
40 #include <set>
41 using namespace llvm;
42
43 STATISTIC(NumReduced ,    "Number of GEPs strength reduced");
44 STATISTIC(NumInserted,    "Number of PHIs inserted");
45 STATISTIC(NumVariable,    "Number of PHIs with variable strides");
46 STATISTIC(NumEliminated,  "Number of strides eliminated");
47 STATISTIC(NumShadow,      "Number of Shadow IVs optimized");
48
49 namespace {
50
51   struct BasedUser;
52
53   /// IVStrideUse - Keep track of one use of a strided induction variable, where
54   /// the stride is stored externally.  The Offset member keeps track of the 
55   /// offset from the IV, User is the actual user of the operand, and
56   /// 'OperandValToReplace' is the operand of the User that is the use.
57   struct VISIBILITY_HIDDEN IVStrideUse {
58     SCEVHandle Offset;
59     Instruction *User;
60     Value *OperandValToReplace;
61
62     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
63     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
64     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
65     // instruction for a loop or uses dominated by the loop.
66     bool isUseOfPostIncrementedValue;
67     
68     IVStrideUse(const SCEVHandle &Offs, Instruction *U, Value *O)
69       : Offset(Offs), User(U), OperandValToReplace(O),
70         isUseOfPostIncrementedValue(false) {}
71   };
72   
73   /// IVUsersOfOneStride - This structure keeps track of all instructions that
74   /// have an operand that is based on the trip count multiplied by some stride.
75   /// The stride for all of these users is common and kept external to this
76   /// structure.
77   struct VISIBILITY_HIDDEN IVUsersOfOneStride {
78     /// Users - Keep track of all of the users of this stride as well as the
79     /// initial value and the operand that uses the IV.
80     std::vector<IVStrideUse> Users;
81     
82     void addUser(const SCEVHandle &Offset,Instruction *User, Value *Operand) {
83       Users.push_back(IVStrideUse(Offset, User, Operand));
84     }
85   };
86
87   /// IVInfo - This structure keeps track of one IV expression inserted during
88   /// StrengthReduceStridedIVUsers. It contains the stride, the common base, as
89   /// well as the PHI node and increment value created for rewrite.
90   struct VISIBILITY_HIDDEN IVExpr {
91     SCEVHandle  Stride;
92     SCEVHandle  Base;
93     PHINode    *PHI;
94     Value      *IncV;
95
96     IVExpr(const SCEVHandle &stride, const SCEVHandle &base, PHINode *phi,
97            Value *incv)
98       : Stride(stride), Base(base), PHI(phi), IncV(incv) {}
99   };
100
101   /// IVsOfOneStride - This structure keeps track of all IV expression inserted
102   /// during StrengthReduceStridedIVUsers for a particular stride of the IV.
103   struct VISIBILITY_HIDDEN IVsOfOneStride {
104     std::vector<IVExpr> IVs;
105
106     void addIV(const SCEVHandle &Stride, const SCEVHandle &Base, PHINode *PHI,
107                Value *IncV) {
108       IVs.push_back(IVExpr(Stride, Base, PHI, IncV));
109     }
110   };
111
112   class VISIBILITY_HIDDEN LoopStrengthReduce : public LoopPass {
113     LoopInfo *LI;
114     DominatorTree *DT;
115     ScalarEvolution *SE;
116     const TargetData *TD;
117     const Type *UIntPtrTy;
118     bool Changed;
119
120     /// IVUsesByStride - Keep track of all uses of induction variables that we
121     /// are interested in.  The key of the map is the stride of the access.
122     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride> IVUsesByStride;
123
124     /// IVsByStride - Keep track of all IVs that have been inserted for a
125     /// particular stride.
126     std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride> IVsByStride;
127
128     /// StrideOrder - An ordering of the keys in IVUsesByStride that is stable:
129     /// We use this to iterate over the IVUsesByStride collection without being
130     /// dependent on random ordering of pointers in the process.
131     SmallVector<SCEVHandle, 16> StrideOrder;
132
133     /// 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     int64_t CheckForIVReuse(bool, 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                               bool &AllUsesAreOutsideLoop,
204                               std::vector<BasedUser> &UsersToProcess);
205     void StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
206                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
207                                       Loop *L, bool isOnlyStride);
208     void DeleteTriviallyDeadInstructions();
209   };
210 }
211
212 char LoopStrengthReduce::ID = 0;
213 static RegisterPass<LoopStrengthReduce>
214 X("loop-reduce", "Loop Strength Reduction");
215
216 Pass *llvm::createLoopStrengthReducePass(const TargetLowering *TLI) {
217   return new LoopStrengthReduce(TLI);
218 }
219
220 /// getCastedVersionOf - Return the specified value casted to uintptr_t. This
221 /// assumes that the Value* V is of integer or pointer type only.
222 ///
223 Value *LoopStrengthReduce::getCastedVersionOf(Instruction::CastOps opcode, 
224                                               Value *V) {
225   if (V->getType() == UIntPtrTy) return V;
226   if (Constant *CB = dyn_cast<Constant>(V))
227     return ConstantExpr::getCast(opcode, CB, UIntPtrTy);
228
229   Value *&New = CastedPointers[V];
230   if (New) return New;
231   
232   New = SCEVExpander::InsertCastOfTo(opcode, V, UIntPtrTy);
233   DeadInsts.push_back(cast<Instruction>(New));
234   return New;
235 }
236
237
238 /// DeleteTriviallyDeadInstructions - If any of the instructions is the
239 /// specified set are trivially dead, delete them and see if this makes any of
240 /// their operands subsequently dead.
241 void LoopStrengthReduce::DeleteTriviallyDeadInstructions() {
242   if (DeadInsts.empty()) return;
243   
244   // Sort the deadinsts list so that we can trivially eliminate duplicates as we
245   // go.  The code below never adds a non-dead instruction to the worklist, but
246   // callers may not be so careful.
247   array_pod_sort(DeadInsts.begin(), DeadInsts.end());
248
249   // Drop duplicate instructions and those with uses.
250   for (unsigned i = 0, e = DeadInsts.size()-1; i < e; ++i) {
251     Instruction *I = DeadInsts[i];
252     if (!I->use_empty()) DeadInsts[i] = 0;
253     while (i != e && DeadInsts[i+1] == I)
254       DeadInsts[++i] = 0;
255   }
256   
257   while (!DeadInsts.empty()) {
258     Instruction *I = DeadInsts.back();
259     DeadInsts.pop_back();
260     
261     if (I == 0 || !isInstructionTriviallyDead(I))
262       continue;
263
264     SE->deleteValueFromRecords(I);
265
266     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI) {
267       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
268         *OI = 0;
269         if (U->use_empty())
270           DeadInsts.push_back(U);
271       }
272     }
273     
274     I->eraseFromParent();
275     Changed = true;
276   }
277 }
278
279
280 /// GetExpressionSCEV - Compute and return the SCEV for the specified
281 /// instruction.
282 SCEVHandle LoopStrengthReduce::GetExpressionSCEV(Instruction *Exp) {
283   // Pointer to pointer bitcast instructions return the same value as their
284   // operand.
285   if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(Exp)) {
286     if (SE->hasSCEV(BCI) || !isa<Instruction>(BCI->getOperand(0)))
287       return SE->getSCEV(BCI);
288     SCEVHandle R = GetExpressionSCEV(cast<Instruction>(BCI->getOperand(0)));
289     SE->setSCEV(BCI, R);
290     return R;
291   }
292
293   // Scalar Evolutions doesn't know how to compute SCEV's for GEP instructions.
294   // If this is a GEP that SE doesn't know about, compute it now and insert it.
295   // If this is not a GEP, or if we have already done this computation, just let
296   // SE figure it out.
297   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Exp);
298   if (!GEP || SE->hasSCEV(GEP))
299     return SE->getSCEV(Exp);
300     
301   // Analyze all of the subscripts of this getelementptr instruction, looking
302   // for uses that are determined by the trip count of the loop.  First, skip
303   // all operands the are not dependent on the IV.
304
305   // Build up the base expression.  Insert an LLVM cast of the pointer to
306   // uintptr_t first.
307   SCEVHandle GEPVal = SE->getUnknown(
308       getCastedVersionOf(Instruction::PtrToInt, GEP->getOperand(0)));
309
310   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
311   
312   for (User::op_iterator i = GEP->op_begin() + 1, e = GEP->op_end();
313        i != e; ++i, ++GTI) {
314     // If this is a use of a recurrence that we can analyze, and it comes before
315     // Op does in the GEP operand list, we will handle this when we process this
316     // operand.
317     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
318       const StructLayout *SL = TD->getStructLayout(STy);
319       unsigned Idx = cast<ConstantInt>(*i)->getZExtValue();
320       uint64_t Offset = SL->getElementOffset(Idx);
321       GEPVal = SE->getAddExpr(GEPVal,
322                              SE->getIntegerSCEV(Offset, UIntPtrTy));
323     } else {
324       unsigned GEPOpiBits = 
325         (*i)->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
326       unsigned IntPtrBits = UIntPtrTy->getPrimitiveSizeInBits();
327       Instruction::CastOps opcode = (GEPOpiBits < IntPtrBits ? 
328           Instruction::SExt : (GEPOpiBits > IntPtrBits ? Instruction::Trunc :
329             Instruction::BitCast));
330       Value *OpVal = getCastedVersionOf(opcode, *i);
331       SCEVHandle Idx = SE->getSCEV(OpVal);
332
333       uint64_t TypeSize = TD->getABITypeSize(GTI.getIndexedType());
334       if (TypeSize != 1)
335         Idx = SE->getMulExpr(Idx,
336                             SE->getConstant(ConstantInt::get(UIntPtrTy,
337                                                              TypeSize)));
338       GEPVal = SE->getAddExpr(GEPVal, Idx);
339     }
340   }
341
342   SE->setSCEV(GEP, GEPVal);
343   return GEPVal;
344 }
345
346 /// getSCEVStartAndStride - Compute the start and stride of this expression,
347 /// returning false if the expression is not a start/stride pair, or true if it
348 /// is.  The stride must be a loop invariant expression, but the start may be
349 /// a mix of loop invariant and loop variant expressions.
350 static bool getSCEVStartAndStride(const SCEVHandle &SH, Loop *L,
351                                   SCEVHandle &Start, SCEVHandle &Stride,
352                                   ScalarEvolution *SE) {
353   SCEVHandle TheAddRec = Start;   // Initialize to zero.
354
355   // If the outer level is an AddExpr, the operands are all start values except
356   // for a nested AddRecExpr.
357   if (SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(SH)) {
358     for (unsigned i = 0, e = AE->getNumOperands(); i != e; ++i)
359       if (SCEVAddRecExpr *AddRec =
360              dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(AE->getOperand(i))) {
361         if (AddRec->getLoop() == L)
362           TheAddRec = SE->getAddExpr(AddRec, TheAddRec);
363         else
364           return false;  // Nested IV of some sort?
365       } else {
366         Start = SE->getAddExpr(Start, AE->getOperand(i));
367       }
368         
369   } else if (isa<SCEVAddRecExpr>(SH)) {
370     TheAddRec = SH;
371   } else {
372     return false;  // not analyzable.
373   }
374   
375   SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(TheAddRec);
376   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L) return false;
377   
378   // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
379   if (!AddRec->isAffine()) return false;
380
381   Start = SE->getAddExpr(Start, AddRec->getOperand(0));
382   
383   if (!isa<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1)))
384     DOUT << "[" << L->getHeader()->getName()
385          << "] Variable stride: " << *AddRec << "\n";
386
387   Stride = AddRec->getOperand(1);
388   return true;
389 }
390
391 /// IVUseShouldUsePostIncValue - We have discovered a "User" of an IV expression
392 /// and now we need to decide whether the user should use the preinc or post-inc
393 /// value.  If this user should use the post-inc version of the IV, return true.
394 ///
395 /// Choosing wrong here can break dominance properties (if we choose to use the
396 /// post-inc value when we cannot) or it can end up adding extra live-ranges to
397 /// the loop, resulting in reg-reg copies (if we use the pre-inc value when we
398 /// should use the post-inc value).
399 static bool IVUseShouldUsePostIncValue(Instruction *User, Instruction *IV,
400                                        Loop *L, DominatorTree *DT, Pass *P,
401                                       SmallVectorImpl<Instruction*> &DeadInsts){
402   // If the user is in the loop, use the preinc value.
403   if (L->contains(User->getParent())) return false;
404   
405   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
406   
407   // Ok, the user is outside of the loop.  If it is dominated by the latch
408   // block, use the post-inc value.
409   if (DT->dominates(LatchBlock, User->getParent()))
410     return true;
411
412   // There is one case we have to be careful of: PHI nodes.  These little guys
413   // can live in blocks that do not dominate the latch block, but (since their
414   // uses occur in the predecessor block, not the block the PHI lives in) should
415   // still use the post-inc value.  Check for this case now.
416   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User);
417   if (!PN) return false;  // not a phi, not dominated by latch block.
418   
419   // Look at all of the uses of IV by the PHI node.  If any use corresponds to
420   // a block that is not dominated by the latch block, give up and use the
421   // preincremented value.
422   unsigned NumUses = 0;
423   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
424     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
425       ++NumUses;
426       if (!DT->dominates(LatchBlock, PN->getIncomingBlock(i)))
427         return false;
428     }
429
430   // Okay, all uses of IV by PN are in predecessor blocks that really are
431   // dominated by the latch block.  Split the critical edges and use the
432   // post-incremented value.
433   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
434     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
435       SplitCriticalEdge(PN->getIncomingBlock(i), PN->getParent(), P, false);
436       // Splitting the critical edge can reduce the number of entries in this
437       // PHI.
438       e = PN->getNumIncomingValues();
439       if (--NumUses == 0) break;
440     }
441
442   // PHI node might have become a constant value after SplitCriticalEdge.
443   DeadInsts.push_back(User);
444   
445   return true;
446 }
447
448 /// isAddress - Returns true if the specified instruction is using the
449 /// specified value as an address.
450 static bool isAddressUse(Instruction *Inst, Value *OperandVal) {
451   bool isAddress = isa<LoadInst>(Inst);
452   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
453     if (SI->getOperand(1) == OperandVal)
454       isAddress = true;
455   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
456     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
457     // of intrinsics.
458     switch (II->getIntrinsicID()) {
459       default: break;
460       case Intrinsic::prefetch:
461       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_dq:
462       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_pd:
463       case Intrinsic::x86_sse_loadu_ps:
464       case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
465       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
466       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
467       case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
468         if (II->getOperand(1) == OperandVal)
469           isAddress = true;
470         break;
471     }
472   }
473   return isAddress;
474 }
475
476 /// AddUsersIfInteresting - Inspect the specified instruction.  If it is a
477 /// reducible SCEV, recursively add its users to the IVUsesByStride set and
478 /// return true.  Otherwise, return false.
479 bool LoopStrengthReduce::AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
480                                       SmallPtrSet<Instruction*,16> &Processed) {
481   if (!I->getType()->isInteger() && !isa<PointerType>(I->getType()))
482     return false;   // Void and FP expressions cannot be reduced.
483   if (!Processed.insert(I))
484     return true;    // Instruction already handled.
485   
486   // Get the symbolic expression for this instruction.
487   SCEVHandle ISE = GetExpressionSCEV(I);
488   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(ISE)) return false;
489   
490   // Get the start and stride for this expression.
491   SCEVHandle Start = SE->getIntegerSCEV(0, ISE->getType());
492   SCEVHandle Stride = Start;
493   if (!getSCEVStartAndStride(ISE, L, Start, Stride, SE))
494     return false;  // Non-reducible symbolic expression, bail out.
495
496   std::vector<Instruction *> IUsers;
497   // Collect all I uses now because IVUseShouldUsePostIncValue may 
498   // invalidate use_iterator.
499   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E; ++UI)
500     IUsers.push_back(cast<Instruction>(*UI));
501
502   for (unsigned iused_index = 0, iused_size = IUsers.size(); 
503        iused_index != iused_size; ++iused_index) {
504
505     Instruction *User = IUsers[iused_index];
506
507     // Do not infinitely recurse on PHI nodes.
508     if (isa<PHINode>(User) && Processed.count(User))
509       continue;
510
511     // Descend recursively, but not into PHI nodes outside the current loop.
512     // It's important to see the entire expression outside the loop to get
513     // choices that depend on addressing mode use right, although we won't
514     // consider references ouside the loop in all cases.
515     // If User is already in Processed, we don't want to recurse into it again,
516     // but do want to record a second reference in the same instruction.
517     bool AddUserToIVUsers = false;
518     if (LI->getLoopFor(User->getParent()) != L) {
519       if (isa<PHINode>(User) || Processed.count(User) ||
520           !AddUsersIfInteresting(User, L, Processed)) {
521         DOUT << "FOUND USER in other loop: " << *User
522              << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
523         AddUserToIVUsers = true;
524       }
525     } else if (Processed.count(User) || 
526                !AddUsersIfInteresting(User, L, Processed)) {
527       DOUT << "FOUND USER: " << *User
528            << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
529       AddUserToIVUsers = true;
530     }
531
532     if (AddUserToIVUsers) {
533       IVUsersOfOneStride &StrideUses = IVUsesByStride[Stride];
534       if (StrideUses.Users.empty())     // First occurrence of this stride?
535         StrideOrder.push_back(Stride);
536       
537       // Okay, we found a user that we cannot reduce.  Analyze the instruction
538       // and decide what to do with it.  If we are a use inside of the loop, use
539       // the value before incrementation, otherwise use it after incrementation.
540       if (IVUseShouldUsePostIncValue(User, I, L, DT, this, DeadInsts)) {
541         // The value used will be incremented by the stride more than we are
542         // expecting, so subtract this off.
543         SCEVHandle NewStart = SE->getMinusSCEV(Start, Stride);
544         StrideUses.addUser(NewStart, User, I);
545         StrideUses.Users.back().isUseOfPostIncrementedValue = true;
546         DOUT << "   USING POSTINC SCEV, START=" << *NewStart<< "\n";
547       } else {        
548         StrideUses.addUser(Start, User, I);
549       }
550     }
551   }
552   return true;
553 }
554
555 namespace {
556   /// BasedUser - For a particular base value, keep information about how we've
557   /// partitioned the expression so far.
558   struct BasedUser {
559     /// SE - The current ScalarEvolution object.
560     ScalarEvolution *SE;
561
562     /// Base - The Base value for the PHI node that needs to be inserted for
563     /// this use.  As the use is processed, information gets moved from this
564     /// field to the Imm field (below).  BasedUser values are sorted by this
565     /// field.
566     SCEVHandle Base;
567     
568     /// Inst - The instruction using the induction variable.
569     Instruction *Inst;
570
571     /// OperandValToReplace - The operand value of Inst to replace with the
572     /// EmittedBase.
573     Value *OperandValToReplace;
574
575     /// Imm - The immediate value that should be added to the base immediately
576     /// before Inst, because it will be folded into the imm field of the
577     /// instruction.
578     SCEVHandle Imm;
579
580     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
581     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
582     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
583     // instruction for a loop and uses outside the loop that are dominated by
584     // the loop.
585     bool isUseOfPostIncrementedValue;
586     
587     BasedUser(IVStrideUse &IVSU, ScalarEvolution *se)
588       : SE(se), Base(IVSU.Offset), Inst(IVSU.User), 
589         OperandValToReplace(IVSU.OperandValToReplace), 
590         Imm(SE->getIntegerSCEV(0, Base->getType())), 
591         isUseOfPostIncrementedValue(IVSU.isUseOfPostIncrementedValue) {}
592
593     // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
594     // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
595     // to it.
596     void RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
597                                         Instruction *InsertPt,
598                                        SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
599                                       SmallVectorImpl<Instruction*> &DeadInsts);
600     
601     Value *InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
602                                        SCEVExpander &Rewriter,
603                                        Instruction *IP, Loop *L);
604     void dump() const;
605   };
606 }
607
608 void BasedUser::dump() const {
609   cerr << " Base=" << *Base;
610   cerr << " Imm=" << *Imm;
611   cerr << "   Inst: " << *Inst;
612 }
613
614 Value *BasedUser::InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
615                                               SCEVExpander &Rewriter,
616                                               Instruction *IP, Loop *L) {
617   // Figure out where we *really* want to insert this code.  In particular, if
618   // the user is inside of a loop that is nested inside of L, we really don't
619   // want to insert this expression before the user, we'd rather pull it out as
620   // many loops as possible.
621   LoopInfo &LI = Rewriter.getLoopInfo();
622   Instruction *BaseInsertPt = IP;
623   
624   // Figure out the most-nested loop that IP is in.
625   Loop *InsertLoop = LI.getLoopFor(IP->getParent());
626   
627   // If InsertLoop is not L, and InsertLoop is nested inside of L, figure out
628   // the preheader of the outer-most loop where NewBase is not loop invariant.
629   if (L->contains(IP->getParent()))
630     while (InsertLoop && NewBase->isLoopInvariant(InsertLoop)) {
631       BaseInsertPt = InsertLoop->getLoopPreheader()->getTerminator();
632       InsertLoop = InsertLoop->getParentLoop();
633     }
634   
635   // If there is no immediate value, skip the next part.
636   if (Imm->isZero())
637     return Rewriter.expandCodeFor(NewBase, BaseInsertPt);
638
639   Value *Base = Rewriter.expandCodeFor(NewBase, BaseInsertPt);
640
641   // If we are inserting the base and imm values in the same block, make sure to
642   // adjust the IP position if insertion reused a result.
643   if (IP == BaseInsertPt)
644     IP = Rewriter.getInsertionPoint();
645   
646   // Always emit the immediate (if non-zero) into the same block as the user.
647   SCEVHandle NewValSCEV = SE->getAddExpr(SE->getUnknown(Base), Imm);
648   return Rewriter.expandCodeFor(NewValSCEV, IP);
649   
650 }
651
652
653 // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
654 // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
655 // to it. NewBasePt is the last instruction which contributes to the
656 // value of NewBase in the case that it's a diffferent instruction from
657 // the PHI that NewBase is computed from, or null otherwise.
658 //
659 void BasedUser::RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
660                                                Instruction *NewBasePt,
661                                       SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
662                                       SmallVectorImpl<Instruction*> &DeadInsts){
663   if (!isa<PHINode>(Inst)) {
664     // By default, insert code at the user instruction.
665     BasicBlock::iterator InsertPt = Inst;
666     
667     // However, if the Operand is itself an instruction, the (potentially
668     // complex) inserted code may be shared by many users.  Because of this, we
669     // want to emit code for the computation of the operand right before its old
670     // computation.  This is usually safe, because we obviously used to use the
671     // computation when it was computed in its current block.  However, in some
672     // cases (e.g. use of a post-incremented induction variable) the NewBase
673     // value will be pinned to live somewhere after the original computation.
674     // In this case, we have to back off.
675     //
676     // If this is a use outside the loop (which means after, since it is based
677     // on a loop indvar) we use the post-incremented value, so that we don't
678     // artificially make the preinc value live out the bottom of the loop. 
679     if (!isUseOfPostIncrementedValue && L->contains(Inst->getParent())) {
680       if (NewBasePt && isa<PHINode>(OperandValToReplace)) {
681         InsertPt = NewBasePt;
682         ++InsertPt;
683       } else if (Instruction *OpInst
684                  = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace)) {
685         InsertPt = OpInst;
686         while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
687       }
688     }
689     Value *NewVal = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, Rewriter, InsertPt, L);
690     // Adjust the type back to match the Inst. Note that we can't use InsertPt
691     // here because the SCEVExpander may have inserted the instructions after
692     // that point, in its efforts to avoid inserting redundant expressions.
693     if (isa<PointerType>(OperandValToReplace->getType())) {
694       NewVal = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr,
695                                             NewVal,
696                                             OperandValToReplace->getType());
697     }
698     // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
699     Inst->replaceUsesOfWith(OperandValToReplace, NewVal);
700     DOUT << "    CHANGED: IMM =" << *Imm;
701     DOUT << "  \tNEWBASE =" << *NewBase;
702     DOUT << "  \tInst = " << *Inst;
703     return;
704   }
705   
706   // PHI nodes are more complex.  We have to insert one copy of the NewBase+Imm
707   // expression into each operand block that uses it.  Note that PHI nodes can
708   // have multiple entries for the same predecessor.  We use a map to make sure
709   // that a PHI node only has a single Value* for each predecessor (which also
710   // prevents us from inserting duplicate code in some blocks).
711   DenseMap<BasicBlock*, Value*> InsertedCode;
712   PHINode *PN = cast<PHINode>(Inst);
713   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
714     if (PN->getIncomingValue(i) == OperandValToReplace) {
715       // If the original expression is outside the loop, put the replacement
716       // code in the same place as the original expression,
717       // which need not be an immediate predecessor of this PHI.  This way we 
718       // need only one copy of it even if it is referenced multiple times in
719       // the PHI.  We don't do this when the original expression is inside the
720       // loop because multiple copies sometimes do useful sinking of code in that
721       // case(?).
722       Instruction *OldLoc = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace);
723       if (L->contains(OldLoc->getParent())) {
724         // If this is a critical edge, split the edge so that we do not insert the
725         // code on all predecessor/successor paths.  We do this unless this is the
726         // canonical backedge for this loop, as this can make some inserted code
727         // be in an illegal position.
728         BasicBlock *PHIPred = PN->getIncomingBlock(i);
729         if (e != 1 && PHIPred->getTerminator()->getNumSuccessors() > 1 &&
730             (PN->getParent() != L->getHeader() || !L->contains(PHIPred))) {
731
732           // First step, split the critical edge.
733           SplitCriticalEdge(PHIPred, PN->getParent(), P, false);
734
735           // Next step: move the basic block.  In particular, if the PHI node
736           // is outside of the loop, and PredTI is in the loop, we want to
737           // move the block to be immediately before the PHI block, not
738           // immediately after PredTI.
739           if (L->contains(PHIPred) && !L->contains(PN->getParent())) {
740             BasicBlock *NewBB = PN->getIncomingBlock(i);
741             NewBB->moveBefore(PN->getParent());
742           }
743
744           // Splitting the edge can reduce the number of PHI entries we have.
745           e = PN->getNumIncomingValues();
746         }
747       }
748       Value *&Code = InsertedCode[PN->getIncomingBlock(i)];
749       if (!Code) {
750         // Insert the code into the end of the predecessor block.
751         Instruction *InsertPt = (L->contains(OldLoc->getParent())) ?
752                                 PN->getIncomingBlock(i)->getTerminator() :
753                                 OldLoc->getParent()->getTerminator();
754         Code = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, Rewriter, InsertPt, L);
755
756         // Adjust the type back to match the PHI. Note that we can't use
757         // InsertPt here because the SCEVExpander may have inserted its
758         // instructions after that point, in its efforts to avoid inserting
759         // redundant expressions.
760         if (isa<PointerType>(PN->getType())) {
761           Code = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr,
762                                               Code,
763                                               PN->getType());
764         }
765       }
766       
767       // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
768       PN->setIncomingValue(i, Code);
769       Rewriter.clear();
770     }
771   }
772
773   // PHI node might have become a constant value after SplitCriticalEdge.
774   DeadInsts.push_back(Inst);
775
776   DOUT << "    CHANGED: IMM =" << *Imm << "  Inst = " << *Inst;
777 }
778
779
780 /// fitsInAddressMode - Return true if V can be subsumed within an addressing
781 /// mode, and does not need to be put in a register first.
782 static bool fitsInAddressMode(const SCEVHandle &V, const Type *UseTy,
783                              const TargetLowering *TLI, bool HasBaseReg) {
784   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
785     int64_t VC = SC->getValue()->getSExtValue();
786     if (TLI) {
787       TargetLowering::AddrMode AM;
788       AM.BaseOffs = VC;
789       AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
790       return TLI->isLegalAddressingMode(AM, UseTy);
791     } else {
792       // Defaults to PPC. PPC allows a sign-extended 16-bit immediate field.
793       return (VC > -(1 << 16) && VC < (1 << 16)-1);
794     }
795   }
796
797   if (SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V))
798     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(SU->getValue()))
799       if (TLI && CE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt) {
800         Constant *Op0 = CE->getOperand(0);
801         if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(Op0)) {
802           TargetLowering::AddrMode AM;
803           AM.BaseGV = GV;
804           AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
805           return TLI->isLegalAddressingMode(AM, UseTy);
806         }
807       }
808   return false;
809 }
810
811 /// MoveLoopVariantsToImmediateField - Move any subexpressions from Val that are
812 /// loop varying to the Imm operand.
813 static void MoveLoopVariantsToImmediateField(SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
814                                             Loop *L, ScalarEvolution *SE) {
815   if (Val->isLoopInvariant(L)) return;  // Nothing to do.
816   
817   if (SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
818     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
819     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
820     
821     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i)
822       if (!SAE->getOperand(i)->isLoopInvariant(L)) {
823         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
824         // field of the expression.
825         Imm = SE->getAddExpr(Imm, SAE->getOperand(i));
826       } else {
827         NewOps.push_back(SAE->getOperand(i));
828       }
829
830     if (NewOps.empty())
831       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
832     else
833       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
834   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
835     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
836     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
837     MoveLoopVariantsToImmediateField(Start, Imm, L, SE);
838     
839     std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
840     Ops[0] = Start;
841     Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
842   } else {
843     // Otherwise, all of Val is variant, move the whole thing over.
844     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
845     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
846   }
847 }
848
849
850 /// MoveImmediateValues - Look at Val, and pull out any additions of constants
851 /// that can fit into the immediate field of instructions in the target.
852 /// Accumulate these immediate values into the Imm value.
853 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
854                                 Instruction *User,
855                                 SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
856                                 bool isAddress, Loop *L,
857                                 ScalarEvolution *SE) {
858   const Type *UseTy = User->getType();
859   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User))
860     UseTy = SI->getOperand(0)->getType();
861
862   if (SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
863     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
864     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
865     
866     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i) {
867       SCEVHandle NewOp = SAE->getOperand(i);
868       MoveImmediateValues(TLI, User, NewOp, Imm, isAddress, L, SE);
869       
870       if (!NewOp->isLoopInvariant(L)) {
871         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
872         // field of the expression.
873         Imm = SE->getAddExpr(Imm, NewOp);
874       } else {
875         NewOps.push_back(NewOp);
876       }
877     }
878
879     if (NewOps.empty())
880       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
881     else
882       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
883     return;
884   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
885     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
886     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
887     MoveImmediateValues(TLI, User, Start, Imm, isAddress, L, SE);
888     
889     if (Start != SARE->getStart()) {
890       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
891       Ops[0] = Start;
892       Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
893     }
894     return;
895   } else if (SCEVMulExpr *SME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Val)) {
896     // Transform "8 * (4 + v)" -> "32 + 8*V" if "32" fits in the immed field.
897     if (isAddress && fitsInAddressMode(SME->getOperand(0), UseTy, TLI, false) &&
898         SME->getNumOperands() == 2 && SME->isLoopInvariant(L)) {
899
900       SCEVHandle SubImm = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
901       SCEVHandle NewOp = SME->getOperand(1);
902       MoveImmediateValues(TLI, User, NewOp, SubImm, isAddress, L, SE);
903       
904       // If we extracted something out of the subexpressions, see if we can 
905       // simplify this!
906       if (NewOp != SME->getOperand(1)) {
907         // Scale SubImm up by "8".  If the result is a target constant, we are
908         // good.
909         SubImm = SE->getMulExpr(SubImm, SME->getOperand(0));
910         if (fitsInAddressMode(SubImm, UseTy, TLI, false)) {
911           // Accumulate the immediate.
912           Imm = SE->getAddExpr(Imm, SubImm);
913           
914           // Update what is left of 'Val'.
915           Val = SE->getMulExpr(SME->getOperand(0), NewOp);
916           return;
917         }
918       }
919     }
920   }
921
922   // Loop-variant expressions must stay in the immediate field of the
923   // expression.
924   if ((isAddress && fitsInAddressMode(Val, UseTy, TLI, false)) ||
925       !Val->isLoopInvariant(L)) {
926     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
927     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
928     return;
929   }
930
931   // Otherwise, no immediates to move.
932 }
933
934
935 /// SeparateSubExprs - Decompose Expr into all of the subexpressions that are
936 /// added together.  This is used to reassociate common addition subexprs
937 /// together for maximal sharing when rewriting bases.
938 static void SeparateSubExprs(std::vector<SCEVHandle> &SubExprs,
939                              SCEVHandle Expr,
940                              ScalarEvolution *SE) {
941   if (SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Expr)) {
942     for (unsigned j = 0, e = AE->getNumOperands(); j != e; ++j)
943       SeparateSubExprs(SubExprs, AE->getOperand(j), SE);
944   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Expr)) {
945     SCEVHandle Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Expr->getType());
946     if (SARE->getOperand(0) == Zero) {
947       SubExprs.push_back(Expr);
948     } else {
949       // Compute the addrec with zero as its base.
950       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
951       Ops[0] = Zero;   // Start with zero base.
952       SubExprs.push_back(SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop()));
953       
954
955       SeparateSubExprs(SubExprs, SARE->getOperand(0), SE);
956     }
957   } else if (!Expr->isZero()) {
958     // Do not add zero.
959     SubExprs.push_back(Expr);
960   }
961 }
962
963 // This is logically local to the following function, but C++ says we have 
964 // to make it file scope.
965 struct SubExprUseData { unsigned Count; bool notAllUsesAreFree; };
966
967 /// RemoveCommonExpressionsFromUseBases - Look through all of the Bases of all
968 /// the Uses, removing any common subexpressions, except that if all such
969 /// subexpressions can be folded into an addressing mode for all uses inside
970 /// the loop (this case is referred to as "free" in comments herein) we do
971 /// not remove anything.  This looks for things like (a+b+c) and
972 /// (a+c+d) and computes the common (a+c) subexpression.  The common expression
973 /// is *removed* from the Bases and returned.
974 static SCEVHandle 
975 RemoveCommonExpressionsFromUseBases(std::vector<BasedUser> &Uses,
976                                     ScalarEvolution *SE, Loop *L,
977                                     const TargetLowering *TLI) {
978   unsigned NumUses = Uses.size();
979
980   // Only one use?  This is a very common case, so we handle it specially and
981   // cheaply.
982   SCEVHandle Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Uses[0].Base->getType());
983   SCEVHandle Result = Zero;
984   SCEVHandle FreeResult = Zero;
985   if (NumUses == 1) {
986     // If the use is inside the loop, use its base, regardless of what it is:
987     // it is clearly shared across all the IV's.  If the use is outside the loop
988     // (which means after it) we don't want to factor anything *into* the loop,
989     // so just use 0 as the base.
990     if (L->contains(Uses[0].Inst->getParent()))
991       std::swap(Result, Uses[0].Base);
992     return Result;
993   }
994
995   // To find common subexpressions, count how many of Uses use each expression.
996   // If any subexpressions are used Uses.size() times, they are common.
997   // Also track whether all uses of each expression can be moved into an
998   // an addressing mode "for free"; such expressions are left within the loop.
999   // struct SubExprUseData { unsigned Count; bool notAllUsesAreFree; };
1000   std::map<SCEVHandle, SubExprUseData> SubExpressionUseData;
1001   
1002   // UniqueSubExprs - Keep track of all of the subexpressions we see in the
1003   // order we see them.
1004   std::vector<SCEVHandle> UniqueSubExprs;
1005
1006   std::vector<SCEVHandle> SubExprs;
1007   unsigned NumUsesInsideLoop = 0;
1008   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
1009     // If the user is outside the loop, just ignore it for base computation.
1010     // Since the user is outside the loop, it must be *after* the loop (if it
1011     // were before, it could not be based on the loop IV).  We don't want users
1012     // after the loop to affect base computation of values *inside* the loop,
1013     // because we can always add their offsets to the result IV after the loop
1014     // is done, ensuring we get good code inside the loop.
1015     if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent()))
1016       continue;
1017     NumUsesInsideLoop++;
1018     
1019     // If the base is zero (which is common), return zero now, there are no
1020     // CSEs we can find.
1021     if (Uses[i].Base == Zero) return Zero;
1022
1023     // If this use is as an address we may be able to put CSEs in the addressing
1024     // mode rather than hoisting them.
1025     bool isAddrUse = isAddressUse(Uses[i].Inst, Uses[i].OperandValToReplace);
1026     // We may need the UseTy below, but only when isAddrUse, so compute it
1027     // only in that case.
1028     const Type *UseTy = 0;
1029     if (isAddrUse) {
1030       UseTy  = Uses[i].Inst->getType();
1031       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Uses[i].Inst))
1032         UseTy = SI->getOperand(0)->getType();
1033     }
1034
1035     // Split the expression into subexprs.
1036     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
1037     // Add one to SubExpressionUseData.Count for each subexpr present, and
1038     // if the subexpr is not a valid immediate within an addressing mode use,
1039     // set SubExpressionUseData.notAllUsesAreFree.  We definitely want to
1040     // hoist these out of the loop (if they are common to all uses).
1041     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j) {
1042       if (++SubExpressionUseData[SubExprs[j]].Count == 1)
1043         UniqueSubExprs.push_back(SubExprs[j]);
1044       if (!isAddrUse || !fitsInAddressMode(SubExprs[j], UseTy, TLI, false))
1045         SubExpressionUseData[SubExprs[j]].notAllUsesAreFree = true;
1046     }
1047     SubExprs.clear();
1048   }
1049
1050   // Now that we know how many times each is used, build Result.  Iterate over
1051   // UniqueSubexprs so that we have a stable ordering.
1052   for (unsigned i = 0, e = UniqueSubExprs.size(); i != e; ++i) {
1053     std::map<SCEVHandle, SubExprUseData>::iterator I = 
1054        SubExpressionUseData.find(UniqueSubExprs[i]);
1055     assert(I != SubExpressionUseData.end() && "Entry not found?");
1056     if (I->second.Count == NumUsesInsideLoop) { // Found CSE! 
1057       if (I->second.notAllUsesAreFree)
1058         Result = SE->getAddExpr(Result, I->first);
1059       else 
1060         FreeResult = SE->getAddExpr(FreeResult, I->first);
1061     } else
1062       // Remove non-cse's from SubExpressionUseData.
1063       SubExpressionUseData.erase(I);
1064   }
1065
1066   if (FreeResult != Zero) {
1067     // We have some subexpressions that can be subsumed into addressing
1068     // modes in every use inside the loop.  However, it's possible that
1069     // there are so many of them that the combined FreeResult cannot
1070     // be subsumed, or that the target cannot handle both a FreeResult
1071     // and a Result in the same instruction (for example because it would
1072     // require too many registers).  Check this.
1073     for (unsigned i=0; i<NumUses; ++i) {
1074       if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent()))
1075         continue;
1076       // We know this is an addressing mode use; if there are any uses that
1077       // are not, FreeResult would be Zero.
1078       const Type *UseTy = Uses[i].Inst->getType();
1079       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Uses[i].Inst))
1080         UseTy = SI->getOperand(0)->getType();
1081       if (!fitsInAddressMode(FreeResult, UseTy, TLI, Result!=Zero)) {
1082         // FIXME:  could split up FreeResult into pieces here, some hoisted
1083         // and some not.  There is no obvious advantage to this.
1084         Result = SE->getAddExpr(Result, FreeResult);
1085         FreeResult = Zero;
1086         break;
1087       }
1088     }
1089   }
1090
1091   // If we found no CSE's, return now.
1092   if (Result == Zero) return Result;
1093   
1094   // If we still have a FreeResult, remove its subexpressions from
1095   // SubExpressionUseData.  This means they will remain in the use Bases.
1096   if (FreeResult != Zero) {
1097     SeparateSubExprs(SubExprs, FreeResult, SE);
1098     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j) {
1099       std::map<SCEVHandle, SubExprUseData>::iterator I = 
1100          SubExpressionUseData.find(SubExprs[j]);
1101       SubExpressionUseData.erase(I);
1102     }
1103     SubExprs.clear();
1104   }
1105
1106   // Otherwise, remove all of the CSE's we found from each of the base values.
1107   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
1108     // Uses outside the loop don't necessarily include the common base, but
1109     // the final IV value coming into those uses does.  Instead of trying to
1110     // remove the pieces of the common base, which might not be there,
1111     // subtract off the base to compensate for this.
1112     if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent())) {
1113       Uses[i].Base = SE->getMinusSCEV(Uses[i].Base, Result);
1114       continue;
1115     }
1116
1117     // Split the expression into subexprs.
1118     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
1119
1120     // Remove any common subexpressions.
1121     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
1122       if (SubExpressionUseData.count(SubExprs[j])) {
1123         SubExprs.erase(SubExprs.begin()+j);
1124         --j; --e;
1125       }
1126     
1127     // Finally, add the non-shared expressions together.
1128     if (SubExprs.empty())
1129       Uses[i].Base = Zero;
1130     else
1131       Uses[i].Base = SE->getAddExpr(SubExprs);
1132     SubExprs.clear();
1133   }
1134  
1135   return Result;
1136 }
1137
1138 /// ValidStride - Check whether the given Scale is valid for all loads and 
1139 /// stores in UsersToProcess.
1140 ///
1141 bool LoopStrengthReduce::ValidStride(bool HasBaseReg,
1142                                int64_t Scale, 
1143                                const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
1144   if (!TLI)
1145     return true;
1146
1147   for (unsigned i=0, e = UsersToProcess.size(); i!=e; ++i) {
1148     // If this is a load or other access, pass the type of the access in.
1149     const Type *AccessTy = Type::VoidTy;
1150     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UsersToProcess[i].Inst))
1151       AccessTy = SI->getOperand(0)->getType();
1152     else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(UsersToProcess[i].Inst))
1153       AccessTy = LI->getType();
1154     else if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst))
1155       continue;
1156     
1157     TargetLowering::AddrMode AM;
1158     if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(UsersToProcess[i].Imm))
1159       AM.BaseOffs = SC->getValue()->getSExtValue();
1160     AM.HasBaseReg = HasBaseReg || !UsersToProcess[i].Base->isZero();
1161     AM.Scale = Scale;
1162
1163     // If load[imm+r*scale] is illegal, bail out.
1164     if (!TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
1165       return false;
1166   }
1167   return true;
1168 }
1169
1170 /// RequiresTypeConversion - Returns true if converting Ty to NewTy is not
1171 /// a nop.
1172 bool LoopStrengthReduce::RequiresTypeConversion(const Type *Ty1,
1173                                                 const Type *Ty2) {
1174   if (Ty1 == Ty2)
1175     return false;
1176   if (TLI && TLI->isTruncateFree(Ty1, Ty2))
1177     return false;
1178   return (!Ty1->canLosslesslyBitCastTo(Ty2) &&
1179           !(isa<PointerType>(Ty2) &&
1180             Ty1->canLosslesslyBitCastTo(UIntPtrTy)) &&
1181           !(isa<PointerType>(Ty1) &&
1182             Ty2->canLosslesslyBitCastTo(UIntPtrTy)));
1183 }
1184
1185 /// CheckForIVReuse - Returns the multiple if the stride is the multiple
1186 /// of a previous stride and it is a legal value for the target addressing
1187 /// mode scale component and optional base reg. This allows the users of
1188 /// this stride to be rewritten as prev iv * factor. It returns 0 if no
1189 /// reuse is possible.  Factors can be negative on same targets, e.g. ARM.
1190 ///
1191 /// If all uses are outside the loop, we don't require that all multiplies
1192 /// be folded into the addressing mode; a multiply (executed once) outside
1193 /// the loop is better than another IV within.  Well, usually.
1194 int64_t LoopStrengthReduce::CheckForIVReuse(bool HasBaseReg,
1195                                 bool AllUsesAreAddresses,
1196                                 bool AllUsesAreOutsideLoop,
1197                                 const SCEVHandle &Stride, 
1198                                 IVExpr &IV, const Type *Ty,
1199                                 const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
1200   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Stride)) {
1201     int64_t SInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1202     for (unsigned NewStride = 0, e = StrideOrder.size(); NewStride != e;
1203          ++NewStride) {
1204       std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1205                 IVsByStride.find(StrideOrder[NewStride]);
1206       if (SI == IVsByStride.end()) 
1207         continue;
1208       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1209       if (SI->first != Stride &&
1210           (unsigned(abs(SInt)) < SSInt || (SInt % SSInt) != 0))
1211         continue;
1212       int64_t Scale = SInt / SSInt;
1213       // Check that this stride is valid for all the types used for loads and
1214       // stores; if it can be used for some and not others, we might as well use
1215       // the original stride everywhere, since we have to create the IV for it
1216       // anyway. If the scale is 1, then we don't need to worry about folding
1217       // multiplications.
1218       if (Scale == 1 ||
1219           (AllUsesAreAddresses &&
1220            ValidStride(HasBaseReg, Scale, UsersToProcess)))
1221         for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1222                IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1223           // FIXME: Only handle base == 0 for now.
1224           // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion.
1225           if (II->Base->isZero() &&
1226               !RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1227             IV = *II;
1228             return Scale;
1229           }
1230     }
1231   } else if (AllUsesAreOutsideLoop) {
1232     // Accept nonconstant strides here; it is really really right to substitute
1233     // an existing IV if we can.
1234     // Special case, old IV is -1*x and this one is x.  Can treat this one as
1235     // -1*old.
1236     for (unsigned NewStride = 0, e = StrideOrder.size(); NewStride != e;
1237          ++NewStride) {
1238       std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1239                 IVsByStride.find(StrideOrder[NewStride]);
1240       if (SI == IVsByStride.end()) 
1241         continue;
1242       if (SCEVMulExpr *ME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(SI->first))
1243         if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(ME->getOperand(0)))
1244           if (Stride == ME->getOperand(1) &&
1245               SC->getValue()->getSExtValue() == -1LL)
1246             for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1247                    IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1248               // Accept nonzero base here.
1249               // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion.
1250               if (!RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1251                 IV = *II;
1252                 return -1;
1253               }
1254     }
1255   }
1256   return 0;
1257 }
1258
1259 /// PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue - Simple boolean predicate that
1260 /// returns true if Val's isUseOfPostIncrementedValue is true.
1261 static bool PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue(const BasedUser &Val) {
1262   return Val.isUseOfPostIncrementedValue;
1263 }
1264
1265 /// isNonConstantNegative - Return true if the specified scev is negated, but
1266 /// not a constant.
1267 static bool isNonConstantNegative(const SCEVHandle &Expr) {
1268   SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Expr);
1269   if (!Mul) return false;
1270   
1271   // If there is a constant factor, it will be first.
1272   SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0));
1273   if (!SC) return false;
1274   
1275   // Return true if the value is negative, this matches things like (-42 * V).
1276   return SC->getValue()->getValue().isNegative();
1277 }
1278
1279 // CollectIVUsers - Transform our list of users and offsets to a bit more
1280 // complex table. In this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base', the base
1281 // of the strided accesses, as well as the old information from Uses. We
1282 // progressively move information from the Base field to the Imm field, until
1283 // we eventually have the full access expression to rewrite the use.
1284 SCEVHandle LoopStrengthReduce::CollectIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
1285                                               IVUsersOfOneStride &Uses,
1286                                               Loop *L,
1287                                               bool &AllUsesAreAddresses,
1288                                               bool &AllUsesAreOutsideLoop,
1289                                        std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
1290   UsersToProcess.reserve(Uses.Users.size());
1291   for (unsigned i = 0, e = Uses.Users.size(); i != e; ++i) {
1292     UsersToProcess.push_back(BasedUser(Uses.Users[i], SE));
1293     
1294     // Move any loop variant operands from the offset field to the immediate
1295     // field of the use, so that we don't try to use something before it is
1296     // computed.
1297     MoveLoopVariantsToImmediateField(UsersToProcess.back().Base,
1298                                     UsersToProcess.back().Imm, L, SE);
1299     assert(UsersToProcess.back().Base->isLoopInvariant(L) &&
1300            "Base value is not loop invariant!");
1301   }
1302
1303   // We now have a whole bunch of uses of like-strided induction variables, but
1304   // they might all have different bases.  We want to emit one PHI node for this
1305   // stride which we fold as many common expressions (between the IVs) into as
1306   // possible.  Start by identifying the common expressions in the base values 
1307   // for the strides (e.g. if we have "A+C+B" and "A+B+D" as our bases, find
1308   // "A+B"), emit it to the preheader, then remove the expression from the
1309   // UsersToProcess base values.
1310   SCEVHandle CommonExprs =
1311     RemoveCommonExpressionsFromUseBases(UsersToProcess, SE, L, TLI);
1312
1313   // Next, figure out what we can represent in the immediate fields of
1314   // instructions.  If we can represent anything there, move it to the imm
1315   // fields of the BasedUsers.  We do this so that it increases the commonality
1316   // of the remaining uses.
1317   unsigned NumPHI = 0;
1318   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1319     // If the user is not in the current loop, this means it is using the exit
1320     // value of the IV.  Do not put anything in the base, make sure it's all in
1321     // the immediate field to allow as much factoring as possible.
1322     if (!L->contains(UsersToProcess[i].Inst->getParent())) {
1323       UsersToProcess[i].Imm = SE->getAddExpr(UsersToProcess[i].Imm,
1324                                              UsersToProcess[i].Base);
1325       UsersToProcess[i].Base = 
1326         SE->getIntegerSCEV(0, UsersToProcess[i].Base->getType());
1327     } else {
1328
1329       // Addressing modes can be folded into loads and stores.  Be careful that
1330       // the store is through the expression, not of the expression though.
1331       bool isPHI = false;
1332       bool isAddress = isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
1333                                     UsersToProcess[i].OperandValToReplace);
1334       if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst)) {
1335         isPHI = true;
1336         ++NumPHI;
1337       }
1338
1339       // Not all uses are outside the loop.
1340       AllUsesAreOutsideLoop = false; 
1341      
1342       // If this use isn't an address, then not all uses are addresses.
1343       if (!isAddress && !isPHI)
1344         AllUsesAreAddresses = false;
1345       
1346       MoveImmediateValues(TLI, UsersToProcess[i].Inst, UsersToProcess[i].Base,
1347                           UsersToProcess[i].Imm, isAddress, L, SE);
1348     }
1349   }
1350
1351   // If one of the use if a PHI node and all other uses are addresses, still
1352   // allow iv reuse. Essentially we are trading one constant multiplication
1353   // for one fewer iv.
1354   if (NumPHI > 1)
1355     AllUsesAreAddresses = false;
1356
1357   return CommonExprs;
1358 }
1359
1360 /// StrengthReduceStridedIVUsers - Strength reduce all of the users of a single
1361 /// stride of IV.  All of the users may have different starting values, and this
1362 /// may not be the only stride (we know it is if isOnlyStride is true).
1363 void LoopStrengthReduce::StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
1364                                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
1365                                                       Loop *L,
1366                                                       bool isOnlyStride) {
1367   // If all the users are moved to another stride, then there is nothing to do.
1368   if (Uses.Users.empty())
1369     return;
1370
1371   // Keep track if every use in UsersToProcess is an address. If they all are,
1372   // we may be able to rewrite the entire collection of them in terms of a
1373   // smaller-stride IV.
1374   bool AllUsesAreAddresses = true;
1375
1376   // Keep track if every use of a single stride is outside the loop.  If so,
1377   // we want to be more aggressive about reusing a smaller-stride IV; a
1378   // multiply outside the loop is better than another IV inside.  Well, usually.
1379   bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
1380
1381   // Transform our list of users and offsets to a bit more complex table.  In
1382   // this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base' the base of the
1383   // strided accessas well as the old information from Uses.  We progressively
1384   // move information from the Base field to the Imm field, until we eventually
1385   // have the full access expression to rewrite the use.
1386   std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
1387   SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(Stride, Uses, L, AllUsesAreAddresses,
1388                                           AllUsesAreOutsideLoop,
1389                                           UsersToProcess);
1390
1391   // If we managed to find some expressions in common, we'll need to carry
1392   // their value in a register and add it in for each use. This will take up
1393   // a register operand, which potentially restricts what stride values are
1394   // valid.
1395   bool HaveCommonExprs = !CommonExprs->isZero();
1396   
1397   // If all uses are addresses, check if it is possible to reuse an IV with a
1398   // stride that is a factor of this stride. And that the multiple is a number
1399   // that can be encoded in the scale field of the target addressing mode. And
1400   // that we will have a valid instruction after this substition, including the
1401   // immediate field, if any.
1402   PHINode *NewPHI = NULL;
1403   Value   *IncV   = NULL;
1404   IVExpr   ReuseIV(SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1405                    SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1406                    0, 0);
1407   int64_t RewriteFactor = 0;
1408   RewriteFactor = CheckForIVReuse(HaveCommonExprs, AllUsesAreAddresses,
1409                                   AllUsesAreOutsideLoop,
1410                                   Stride, ReuseIV, CommonExprs->getType(),
1411                                   UsersToProcess);
1412   if (RewriteFactor != 0) {
1413     DOUT << "BASED ON IV of STRIDE " << *ReuseIV.Stride
1414          << " and BASE " << *ReuseIV.Base << " :\n";
1415     NewPHI = ReuseIV.PHI;
1416     IncV   = ReuseIV.IncV;
1417   }
1418
1419   const Type *ReplacedTy = CommonExprs->getType();
1420   
1421   // Now that we know what we need to do, insert the PHI node itself.
1422   //
1423   DOUT << "INSERTING IV of TYPE " << *ReplacedTy << " of STRIDE "
1424        << *Stride << " and BASE " << *CommonExprs << ": ";
1425
1426   SCEVExpander Rewriter(*SE, *LI);
1427   SCEVExpander PreheaderRewriter(*SE, *LI);
1428   
1429   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
1430   Instruction *PreInsertPt = Preheader->getTerminator();
1431   Instruction *PhiInsertBefore = L->getHeader()->begin();
1432   
1433   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1434
1435
1436   // Emit the initial base value into the loop preheader.
1437   Value *CommonBaseV
1438     = PreheaderRewriter.expandCodeFor(CommonExprs, PreInsertPt);
1439
1440   if (RewriteFactor == 0) {
1441     // Create a new Phi for this base, and stick it in the loop header.
1442     NewPHI = PHINode::Create(ReplacedTy, "iv.", PhiInsertBefore);
1443     ++NumInserted;
1444   
1445     // Add common base to the new Phi node.
1446     NewPHI->addIncoming(CommonBaseV, Preheader);
1447
1448     // If the stride is negative, insert a sub instead of an add for the
1449     // increment.
1450     bool isNegative = isNonConstantNegative(Stride);
1451     SCEVHandle IncAmount = Stride;
1452     if (isNegative)
1453       IncAmount = SE->getNegativeSCEV(Stride);
1454     
1455     // Insert the stride into the preheader.
1456     Value *StrideV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(IncAmount, PreInsertPt);
1457     if (!isa<ConstantInt>(StrideV)) ++NumVariable;
1458
1459     // Emit the increment of the base value before the terminator of the loop
1460     // latch block, and add it to the Phi node.
1461     SCEVHandle IncExp = SE->getUnknown(StrideV);
1462     if (isNegative)
1463       IncExp = SE->getNegativeSCEV(IncExp);
1464     IncExp = SE->getAddExpr(SE->getUnknown(NewPHI), IncExp);
1465   
1466     IncV = Rewriter.expandCodeFor(IncExp, LatchBlock->getTerminator());
1467     IncV->setName(NewPHI->getName()+".inc");
1468     NewPHI->addIncoming(IncV, LatchBlock);
1469
1470     // Remember this in case a later stride is multiple of this.
1471     IVsByStride[Stride].addIV(Stride, CommonExprs, NewPHI, IncV);
1472     
1473     DOUT << " IV=%" << NewPHI->getNameStr() << " INC=%" << IncV->getNameStr();
1474   } else {
1475     Constant *C = dyn_cast<Constant>(CommonBaseV);
1476     if (!C ||
1477         (!C->isNullValue() &&
1478          !fitsInAddressMode(SE->getUnknown(CommonBaseV), ReplacedTy, 
1479                            TLI, false)))
1480       // We want the common base emitted into the preheader! This is just
1481       // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1482       CommonBaseV = new BitCastInst(CommonBaseV, CommonBaseV->getType(), 
1483                                     "commonbase", PreInsertPt);
1484   }
1485   DOUT << "\n";
1486
1487   // We want to emit code for users inside the loop first.  To do this, we
1488   // rearrange BasedUser so that the entries at the end have
1489   // isUseOfPostIncrementedValue = false, because we pop off the end of the
1490   // vector (so we handle them first).
1491   std::partition(UsersToProcess.begin(), UsersToProcess.end(),
1492                  PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue);
1493   
1494   // Sort this by base, so that things with the same base are handled
1495   // together.  By partitioning first and stable-sorting later, we are
1496   // guaranteed that within each base we will pop off users from within the
1497   // loop before users outside of the loop with a particular base.
1498   //
1499   // We would like to use stable_sort here, but we can't.  The problem is that
1500   // SCEVHandle's don't have a deterministic ordering w.r.t to each other, so
1501   // we don't have anything to do a '<' comparison on.  Because we think the
1502   // number of uses is small, do a horrible bubble sort which just relies on
1503   // ==.
1504   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1505     // Get a base value.
1506     SCEVHandle Base = UsersToProcess[i].Base;
1507     
1508     // Compact everything with this base to be consecutive with this one.
1509     for (unsigned j = i+1; j != e; ++j) {
1510       if (UsersToProcess[j].Base == Base) {
1511         std::swap(UsersToProcess[i+1], UsersToProcess[j]);
1512         ++i;
1513       }
1514     }
1515   }
1516
1517   // Process all the users now.  This outer loop handles all bases, the inner
1518   // loop handles all users of a particular base.
1519   while (!UsersToProcess.empty()) {
1520     SCEVHandle Base = UsersToProcess.back().Base;
1521
1522     // Emit the code for Base into the preheader.
1523     Value *BaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(Base, PreInsertPt);
1524
1525     DOUT << "  INSERTING code for BASE = " << *Base << ":";
1526     if (BaseV->hasName())
1527       DOUT << " Result value name = %" << BaseV->getNameStr();
1528     DOUT << "\n";
1529
1530     // If BaseV is a constant other than 0, make sure that it gets inserted into
1531     // the preheader, instead of being forward substituted into the uses.  We do
1532     // this by forcing a BitCast (noop cast) to be inserted into the preheader 
1533     // in this case.
1534     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(BaseV)) {
1535       if (!C->isNullValue() && !fitsInAddressMode(Base, ReplacedTy, 
1536                                                  TLI, false)) {
1537         // We want this constant emitted into the preheader! This is just
1538         // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1539         BaseV = new BitCastInst(BaseV, BaseV->getType(), "preheaderinsert",
1540                                 PreInsertPt);       
1541       }
1542     }
1543
1544     // Emit the code to add the immediate offset to the Phi value, just before
1545     // the instructions that we identified as using this stride and base.
1546     do {
1547       // FIXME: Use emitted users to emit other users.
1548       BasedUser &User = UsersToProcess.back();
1549
1550       // If this instruction wants to use the post-incremented value, move it
1551       // after the post-inc and use its value instead of the PHI.
1552       Value *RewriteOp = NewPHI;
1553       if (User.isUseOfPostIncrementedValue) {
1554         RewriteOp = IncV;
1555
1556         // If this user is in the loop, make sure it is the last thing in the
1557         // loop to ensure it is dominated by the increment.
1558         if (L->contains(User.Inst->getParent()))
1559           User.Inst->moveBefore(LatchBlock->getTerminator());
1560       }
1561       if (RewriteOp->getType() != ReplacedTy) {
1562         Instruction::CastOps opcode = Instruction::Trunc;
1563         if (ReplacedTy->getPrimitiveSizeInBits() ==
1564             RewriteOp->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1565           opcode = Instruction::BitCast;
1566         RewriteOp = SCEVExpander::InsertCastOfTo(opcode, RewriteOp, ReplacedTy);
1567       }
1568
1569       SCEVHandle RewriteExpr = SE->getUnknown(RewriteOp);
1570
1571       // If we had to insert new instructions for RewriteOp, we have to
1572       // consider that they may not have been able to end up immediately
1573       // next to RewriteOp, because non-PHI instructions may never precede
1574       // PHI instructions in a block. In this case, remember where the last
1575       // instruction was inserted so that if we're replacing a different
1576       // PHI node, we can use the later point to expand the final
1577       // RewriteExpr.
1578       Instruction *NewBasePt = dyn_cast<Instruction>(RewriteOp);
1579       if (RewriteOp == NewPHI) NewBasePt = 0;
1580
1581       // Clear the SCEVExpander's expression map so that we are guaranteed
1582       // to have the code emitted where we expect it.
1583       Rewriter.clear();
1584
1585       // If we are reusing the iv, then it must be multiplied by a constant
1586       // factor take advantage of addressing mode scale component.
1587       if (RewriteFactor != 0) {
1588         RewriteExpr = SE->getMulExpr(SE->getIntegerSCEV(RewriteFactor,
1589                                                         RewriteExpr->getType()),
1590                                      RewriteExpr);
1591
1592         // The common base is emitted in the loop preheader. But since we
1593         // are reusing an IV, it has not been used to initialize the PHI node.
1594         // Add it to the expression used to rewrite the uses.
1595         if (!isa<ConstantInt>(CommonBaseV) ||
1596             !cast<ConstantInt>(CommonBaseV)->isZero())
1597           RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr,
1598                                        SE->getUnknown(CommonBaseV));
1599         // If we're reusing an IV with a nonzero base (currently this happens
1600         // only when all reuses are outside the loop) subtract out that base here
1601         // This is the reverse of the above; the base HAS been used to initialize
1602         // the PHI node but we don't want it here.
1603         // (If the RewriteFactor is negative, we're effectively negating the
1604         // old IV in this use, so we add the base instead of subtract.)
1605         if (!ReuseIV.Base->isZero()) {
1606           if (RewriteFactor < 0)
1607             RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, ReuseIV.Base);
1608           else
1609             RewriteExpr = SE->getMinusSCEV(RewriteExpr, ReuseIV.Base);
1610         }
1611       }
1612
1613       // Now that we know what we need to do, insert code before User for the
1614       // immediate and any loop-variant expressions.
1615       if (!isa<ConstantInt>(BaseV) || !cast<ConstantInt>(BaseV)->isZero())
1616         // Add BaseV to the PHI value if needed.
1617         RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, SE->getUnknown(BaseV));
1618
1619       User.RewriteInstructionToUseNewBase(RewriteExpr, NewBasePt,
1620                                           Rewriter, L, this,
1621                                           DeadInsts);
1622
1623       // Mark old value we replaced as possibly dead, so that it is eliminated
1624       // if we just replaced the last use of that value.
1625       DeadInsts.push_back(cast<Instruction>(User.OperandValToReplace));
1626
1627       UsersToProcess.pop_back();
1628       ++NumReduced;
1629
1630       // If there are any more users to process with the same base, process them
1631       // now.  We sorted by base above, so we just have to check the last elt.
1632     } while (!UsersToProcess.empty() && UsersToProcess.back().Base == Base);
1633     // TODO: Next, find out which base index is the most common, pull it out.
1634   }
1635
1636   // IMPORTANT TODO: Figure out how to partition the IV's with this stride, but
1637   // different starting values, into different PHIs.
1638 }
1639
1640 /// FindIVUserForCond - If Cond has an operand that is an expression of an IV,
1641 /// set the IV user and stride information and return true, otherwise return
1642 /// false.
1643 bool LoopStrengthReduce::FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
1644                                        const SCEVHandle *&CondStride) {
1645   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e && !CondUse;
1646        ++Stride) {
1647     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1648     IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
1649     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1650     
1651     for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
1652          E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI)
1653       if (UI->User == Cond) {
1654         // NOTE: we could handle setcc instructions with multiple uses here, but
1655         // InstCombine does it as well for simple uses, it's not clear that it
1656         // occurs enough in real life to handle.
1657         CondUse = &*UI;
1658         CondStride = &SI->first;
1659         return true;
1660       }
1661   }
1662   return false;
1663 }    
1664
1665 namespace {
1666   // Constant strides come first which in turns are sorted by their absolute
1667   // values. If absolute values are the same, then positive strides comes first.
1668   // e.g.
1669   // 4, -1, X, 1, 2 ==> 1, -1, 2, 4, X
1670   struct StrideCompare {
1671     bool operator()(const SCEVHandle &LHS, const SCEVHandle &RHS) {
1672       SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS);
1673       SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS);
1674       if (LHSC && RHSC) {
1675         int64_t  LV = LHSC->getValue()->getSExtValue();
1676         int64_t  RV = RHSC->getValue()->getSExtValue();
1677         uint64_t ALV = (LV < 0) ? -LV : LV;
1678         uint64_t ARV = (RV < 0) ? -RV : RV;
1679         if (ALV == ARV)
1680           return LV > RV;
1681         else
1682           return ALV < ARV;
1683       }
1684       return (LHSC && !RHSC);
1685     }
1686   };
1687 }
1688
1689 /// ChangeCompareStride - If a loop termination compare instruction is the
1690 /// only use of its stride, and the compaison is against a constant value,
1691 /// try eliminate the stride by moving the compare instruction to another
1692 /// stride and change its constant operand accordingly. e.g.
1693 ///
1694 /// loop:
1695 /// ...
1696 /// v1 = v1 + 3
1697 /// v2 = v2 + 1
1698 /// if (v2 < 10) goto loop
1699 /// =>
1700 /// loop:
1701 /// ...
1702 /// v1 = v1 + 3
1703 /// if (v1 < 30) goto loop
1704 ICmpInst *LoopStrengthReduce::ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
1705                                                 IVStrideUse* &CondUse,
1706                                                 const SCEVHandle* &CondStride) {
1707   if (StrideOrder.size() < 2 ||
1708       IVUsesByStride[*CondStride].Users.size() != 1)
1709     return Cond;
1710   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(*CondStride);
1711   if (!SC) return Cond;
1712   ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Cond->getOperand(1));
1713   if (!C) return Cond;
1714
1715   ICmpInst::Predicate Predicate = Cond->getPredicate();
1716   int64_t CmpSSInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1717   int64_t CmpVal = C->getValue().getSExtValue();
1718   unsigned BitWidth = C->getValue().getBitWidth();
1719   uint64_t SignBit = 1ULL << (BitWidth-1);
1720   const Type *CmpTy = C->getType();
1721   const Type *NewCmpTy = NULL;
1722   unsigned TyBits = CmpTy->getPrimitiveSizeInBits();
1723   unsigned NewTyBits = 0;
1724   int64_t NewCmpVal = CmpVal;
1725   SCEVHandle *NewStride = NULL;
1726   Value *NewIncV = NULL;
1727   int64_t Scale = 1;
1728
1729   // Check stride constant and the comparision constant signs to detect
1730   // overflow.
1731   if ((CmpVal & SignBit) != (CmpSSInt & SignBit))
1732     return Cond;
1733
1734   // Look for a suitable stride / iv as replacement.
1735   std::stable_sort(StrideOrder.begin(), StrideOrder.end(), StrideCompare());
1736   for (unsigned i = 0, e = StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
1737     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1738       IVUsesByStride.find(StrideOrder[i]);
1739     if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
1740       continue;
1741     int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1742     if (abs(SSInt) <= abs(CmpSSInt) || (SSInt % CmpSSInt) != 0)
1743       continue;
1744
1745     Scale = SSInt / CmpSSInt;
1746     NewCmpVal = CmpVal * Scale;
1747     APInt Mul = APInt(BitWidth, NewCmpVal);
1748     // Check for overflow.
1749     if (Mul.getSExtValue() != NewCmpVal) {
1750       NewCmpVal = CmpVal;
1751       continue;
1752     }
1753
1754     // Watch out for overflow.
1755     if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate) &&
1756         (CmpVal & SignBit) != (NewCmpVal & SignBit))
1757       NewCmpVal = CmpVal;
1758
1759     if (NewCmpVal != CmpVal) {
1760       // Pick the best iv to use trying to avoid a cast.
1761       NewIncV = NULL;
1762       for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
1763              E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI) {
1764         NewIncV = UI->OperandValToReplace;
1765         if (NewIncV->getType() == CmpTy)
1766           break;
1767       }
1768       if (!NewIncV) {
1769         NewCmpVal = CmpVal;
1770         continue;
1771       }
1772
1773       NewCmpTy = NewIncV->getType();
1774       NewTyBits = isa<PointerType>(NewCmpTy)
1775         ? UIntPtrTy->getPrimitiveSizeInBits()
1776         : NewCmpTy->getPrimitiveSizeInBits();
1777       if (RequiresTypeConversion(NewCmpTy, CmpTy)) {
1778         // Check if it is possible to rewrite it using
1779         // an iv / stride of a smaller integer type.
1780         bool TruncOk = false;
1781         if (NewCmpTy->isInteger()) {
1782           unsigned Bits = NewTyBits;
1783           if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate))
1784             --Bits;
1785           uint64_t Mask = (1ULL << Bits) - 1;
1786           if (((uint64_t)NewCmpVal & Mask) == (uint64_t)NewCmpVal)
1787             TruncOk = true;
1788         }
1789         if (!TruncOk) {
1790           NewCmpVal = CmpVal;
1791           continue;
1792         }
1793       }
1794
1795       // Don't rewrite if use offset is non-constant and the new type is
1796       // of a different type.
1797       // FIXME: too conservative?
1798       if (NewTyBits != TyBits && !isa<SCEVConstant>(CondUse->Offset)) {
1799         NewCmpVal = CmpVal;
1800         continue;
1801       }
1802
1803       bool AllUsesAreAddresses = true;
1804       bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
1805       std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
1806       SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(SI->first, SI->second, L,
1807                                               AllUsesAreAddresses,
1808                                               AllUsesAreOutsideLoop,
1809                                               UsersToProcess);
1810       // Avoid rewriting the compare instruction with an iv of new stride
1811       // if it's likely the new stride uses will be rewritten using the
1812       if (AllUsesAreAddresses &&
1813           ValidStride(!CommonExprs->isZero(), Scale, UsersToProcess)) {
1814         NewCmpVal = CmpVal;
1815         continue;
1816       }
1817
1818       // If scale is negative, use swapped predicate unless it's testing
1819       // for equality.
1820       if (Scale < 0 && !Cond->isEquality())
1821         Predicate = ICmpInst::getSwappedPredicate(Predicate);
1822
1823       NewStride = &StrideOrder[i];
1824       break;
1825     }
1826   }
1827
1828   // Forgo this transformation if it the increment happens to be
1829   // unfortunately positioned after the condition, and the condition
1830   // has multiple uses which prevent it from being moved immediately
1831   // before the branch. See
1832   // test/Transforms/LoopStrengthReduce/change-compare-stride-trickiness-*.ll
1833   // for an example of this situation.
1834   if (!Cond->hasOneUse()) {
1835     for (BasicBlock::iterator I = Cond, E = Cond->getParent()->end();
1836          I != E; ++I)
1837       if (I == NewIncV)
1838         return Cond;
1839   }
1840
1841   if (NewCmpVal != CmpVal) {
1842     // Create a new compare instruction using new stride / iv.
1843     ICmpInst *OldCond = Cond;
1844     Value *RHS;
1845     if (!isa<PointerType>(NewCmpTy))
1846       RHS = ConstantInt::get(NewCmpTy, NewCmpVal);
1847     else {
1848       RHS = ConstantInt::get(UIntPtrTy, NewCmpVal);
1849       RHS = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr, RHS, NewCmpTy);
1850     }
1851     // Insert new compare instruction.
1852     Cond = new ICmpInst(Predicate, NewIncV, RHS,
1853                         L->getHeader()->getName() + ".termcond",
1854                         OldCond);
1855
1856     // Remove the old compare instruction. The old indvar is probably dead too.
1857     DeadInsts.push_back(cast<Instruction>(CondUse->OperandValToReplace));
1858     SE->deleteValueFromRecords(OldCond);
1859     OldCond->replaceAllUsesWith(Cond);
1860     OldCond->eraseFromParent();
1861
1862     IVUsesByStride[*CondStride].Users.pop_back();
1863     SCEVHandle NewOffset = TyBits == NewTyBits
1864       ? SE->getMulExpr(CondUse->Offset,
1865                        SE->getConstant(ConstantInt::get(CmpTy, Scale)))
1866       : SE->getConstant(ConstantInt::get(NewCmpTy,
1867         cast<SCEVConstant>(CondUse->Offset)->getValue()->getSExtValue()*Scale));
1868     IVUsesByStride[*NewStride].addUser(NewOffset, Cond, NewIncV);
1869     CondUse = &IVUsesByStride[*NewStride].Users.back();
1870     CondStride = NewStride;
1871     ++NumEliminated;
1872   }
1873
1874   return Cond;
1875 }
1876
1877 /// OptimizeSMax - Rewrite the loop's terminating condition if it uses
1878 /// an smax computation.
1879 ///
1880 /// This is a narrow solution to a specific, but acute, problem. For loops
1881 /// like this:
1882 ///
1883 ///   i = 0;
1884 ///   do {
1885 ///     p[i] = 0.0;
1886 ///   } while (++i < n);
1887 ///
1888 /// where the comparison is signed, the trip count isn't just 'n', because
1889 /// 'n' could be negative. And unfortunately this can come up even for loops
1890 /// where the user didn't use a C do-while loop. For example, seemingly
1891 /// well-behaved top-test loops will commonly be lowered like this:
1892 //
1893 ///   if (n > 0) {
1894 ///     i = 0;
1895 ///     do {
1896 ///       p[i] = 0.0;
1897 ///     } while (++i < n);
1898 ///   }
1899 ///
1900 /// and then it's possible for subsequent optimization to obscure the if
1901 /// test in such a way that indvars can't find it.
1902 ///
1903 /// When indvars can't find the if test in loops like this, it creates a
1904 /// signed-max expression, which allows it to give the loop a canonical
1905 /// induction variable:
1906 ///
1907 ///   i = 0;
1908 ///   smax = n < 1 ? 1 : n;
1909 ///   do {
1910 ///     p[i] = 0.0;
1911 ///   } while (++i != smax);
1912 ///
1913 /// Canonical induction variables are necessary because the loop passes
1914 /// are designed around them. The most obvious example of this is the
1915 /// LoopInfo analysis, which doesn't remember trip count values. It
1916 /// expects to be able to rediscover the trip count each time it is
1917 /// needed, and it does this using a simple analyis that only succeeds if
1918 /// the loop has a canonical induction variable.
1919 ///
1920 /// However, when it comes time to generate code, the maximum operation
1921 /// can be quite costly, especially if it's inside of an outer loop.
1922 ///
1923 /// This function solves this problem by detecting this type of loop and
1924 /// rewriting their conditions from ICMP_NE back to ICMP_SLT, and deleting
1925 /// the instructions for the maximum computation.
1926 ///
1927 ICmpInst *LoopStrengthReduce::OptimizeSMax(Loop *L, ICmpInst *Cond,
1928                                            IVStrideUse* &CondUse) {
1929   // Check that the loop matches the pattern we're looking for.
1930   if (Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_EQ &&
1931       Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_NE)
1932     return Cond;
1933
1934   SelectInst *Sel = dyn_cast<SelectInst>(Cond->getOperand(1));
1935   if (!Sel || !Sel->hasOneUse()) return Cond;
1936
1937   SCEVHandle IterationCount = SE->getIterationCount(L);
1938   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(IterationCount))
1939     return Cond;
1940   SCEVHandle One = SE->getIntegerSCEV(1, IterationCount->getType());
1941
1942   // Adjust for an annoying getIterationCount quirk.
1943   IterationCount = SE->getAddExpr(IterationCount, One);
1944
1945   // Check for a max calculation that matches the pattern.
1946   SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(IterationCount);
1947   if (!SMax || SMax != SE->getSCEV(Sel)) return Cond;
1948
1949   SCEVHandle SMaxLHS = SMax->getOperand(0);
1950   SCEVHandle SMaxRHS = SMax->getOperand(1);
1951   if (!SMaxLHS || SMaxLHS != One) return Cond;
1952
1953   // Check the relevant induction variable for conformance to
1954   // the pattern.
1955   SCEVHandle IV = SE->getSCEV(Cond->getOperand(0));
1956   SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
1957   if (!AR || !AR->isAffine() ||
1958       AR->getStart() != One ||
1959       AR->getStepRecurrence(*SE) != One)
1960     return Cond;
1961
1962   // Check the right operand of the select, and remember it, as it will
1963   // be used in the new comparison instruction.
1964   Value *NewRHS = 0;
1965   if (SE->getSCEV(Sel->getOperand(1)) == SMaxRHS)
1966     NewRHS = Sel->getOperand(1);
1967   else if (SE->getSCEV(Sel->getOperand(2)) == SMaxRHS)
1968     NewRHS = Sel->getOperand(2);
1969   if (!NewRHS) return Cond;
1970
1971   // Ok, everything looks ok to change the condition into an SLT or SGE and
1972   // delete the max calculation.
1973   ICmpInst *NewCond =
1974     new ICmpInst(Cond->getPredicate() == CmpInst::ICMP_NE ?
1975                    CmpInst::ICMP_SLT :
1976                    CmpInst::ICMP_SGE,
1977                  Cond->getOperand(0), NewRHS, "scmp", Cond);
1978
1979   // Delete the max calculation instructions.
1980   SE->deleteValueFromRecords(Cond);
1981   Cond->replaceAllUsesWith(NewCond);
1982   Cond->eraseFromParent();
1983   Instruction *Cmp = cast<Instruction>(Sel->getOperand(0));
1984   SE->deleteValueFromRecords(Sel);
1985   Sel->eraseFromParent();
1986   if (Cmp->use_empty()) {
1987     SE->deleteValueFromRecords(Cmp);
1988     Cmp->eraseFromParent();
1989   }
1990   CondUse->User = NewCond;
1991   return NewCond;
1992 }
1993
1994 /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
1995 /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
1996 void LoopStrengthReduce::OptimizeShadowIV(Loop *L) {
1997
1998   SCEVHandle IterationCount = SE->getIterationCount(L);
1999   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(IterationCount))
2000     return;
2001
2002   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e;
2003        ++Stride) {
2004     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
2005       IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
2006     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2007     if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
2008       continue;
2009
2010     for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
2011            E = SI->second.Users.end(); UI != E; /* empty */) {
2012       std::vector<IVStrideUse>::iterator CandidateUI = UI;
2013       ++UI;
2014       Instruction *ShadowUse = CandidateUI->User;
2015       const Type *DestTy = NULL;
2016
2017       /* If shadow use is a int->float cast then insert a second IV
2018          to eliminate this cast.
2019
2020            for (unsigned i = 0; i < n; ++i) 
2021              foo((double)i);
2022
2023          is transformed into
2024
2025            double d = 0.0;
2026            for (unsigned i = 0; i < n; ++i, ++d) 
2027              foo(d);
2028       */
2029       if (UIToFPInst *UCast = dyn_cast<UIToFPInst>(CandidateUI->User))
2030         DestTy = UCast->getDestTy();
2031       else if (SIToFPInst *SCast = dyn_cast<SIToFPInst>(CandidateUI->User))
2032         DestTy = SCast->getDestTy();
2033       if (!DestTy) continue;
2034
2035       if (TLI) {
2036         /* If target does not support DestTy natively then do not apply
2037            this transformation. */
2038         MVT DVT = TLI->getValueType(DestTy);
2039         if (!TLI->isTypeLegal(DVT)) continue;
2040       }
2041
2042       PHINode *PH = dyn_cast<PHINode>(ShadowUse->getOperand(0));
2043       if (!PH) continue;
2044       if (PH->getNumIncomingValues() != 2) continue;
2045
2046       const Type *SrcTy = PH->getType();
2047       int Mantissa = DestTy->getFPMantissaWidth();
2048       if (Mantissa == -1) continue; 
2049       if ((int)TD->getTypeSizeInBits(SrcTy) > Mantissa)
2050         continue;
2051
2052       unsigned Entry, Latch;
2053       if (PH->getIncomingBlock(0) == L->getLoopPreheader()) {
2054         Entry = 0;
2055         Latch = 1;
2056       } else {
2057         Entry = 1;
2058         Latch = 0;
2059       }
2060         
2061       ConstantInt *Init = dyn_cast<ConstantInt>(PH->getIncomingValue(Entry));
2062       if (!Init) continue;
2063       ConstantFP *NewInit = ConstantFP::get(DestTy, Init->getZExtValue());
2064
2065       BinaryOperator *Incr = 
2066         dyn_cast<BinaryOperator>(PH->getIncomingValue(Latch));
2067       if (!Incr) continue;
2068       if (Incr->getOpcode() != Instruction::Add
2069           && Incr->getOpcode() != Instruction::Sub)
2070         continue;
2071
2072       /* Initialize new IV, double d = 0.0 in above example. */
2073       ConstantInt *C = NULL;
2074       if (Incr->getOperand(0) == PH)
2075         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(1));
2076       else if (Incr->getOperand(1) == PH)
2077         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(0));
2078       else
2079         continue;
2080
2081       if (!C) continue;
2082
2083       /* Add new PHINode. */
2084       PHINode *NewPH = PHINode::Create(DestTy, "IV.S.", PH);
2085
2086       /* create new increment. '++d' in above example. */
2087       ConstantFP *CFP = ConstantFP::get(DestTy, C->getZExtValue());
2088       BinaryOperator *NewIncr = 
2089         BinaryOperator::Create(Incr->getOpcode(),
2090                                NewPH, CFP, "IV.S.next.", Incr);
2091
2092       NewPH->addIncoming(NewInit, PH->getIncomingBlock(Entry));
2093       NewPH->addIncoming(NewIncr, PH->getIncomingBlock(Latch));
2094
2095       /* Remove cast operation */
2096       SE->deleteValueFromRecords(ShadowUse);
2097       ShadowUse->replaceAllUsesWith(NewPH);
2098       ShadowUse->eraseFromParent();
2099       SI->second.Users.erase(CandidateUI);
2100       NumShadow++;
2101       break;
2102     }
2103   }
2104 }
2105
2106 // OptimizeIndvars - Now that IVUsesByStride is set up with all of the indvar
2107 // uses in the loop, look to see if we can eliminate some, in favor of using
2108 // common indvars for the different uses.
2109 void LoopStrengthReduce::OptimizeIndvars(Loop *L) {
2110   // TODO: implement optzns here.
2111
2112   OptimizeShadowIV(L);
2113
2114   // Finally, get the terminating condition for the loop if possible.  If we
2115   // can, we want to change it to use a post-incremented version of its
2116   // induction variable, to allow coalescing the live ranges for the IV into
2117   // one register value.
2118   PHINode *SomePHI = cast<PHINode>(L->getHeader()->begin());
2119   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
2120   BasicBlock *LatchBlock =
2121    SomePHI->getIncomingBlock(SomePHI->getIncomingBlock(0) == Preheader);
2122   BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(LatchBlock->getTerminator());
2123   if (!TermBr || TermBr->isUnconditional() || 
2124       !isa<ICmpInst>(TermBr->getCondition()))
2125     return;
2126   ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(TermBr->getCondition());
2127
2128   // Search IVUsesByStride to find Cond's IVUse if there is one.
2129   IVStrideUse *CondUse = 0;
2130   const SCEVHandle *CondStride = 0;
2131
2132   if (!FindIVUserForCond(Cond, CondUse, CondStride))
2133     return; // setcc doesn't use the IV.
2134
2135   // If the trip count is computed in terms of an smax (due to ScalarEvolution
2136   // being unable to find a sufficient guard, for example), change the loop
2137   // comparison to use SLT instead of NE.
2138   Cond = OptimizeSMax(L, Cond, CondUse);
2139
2140   // If possible, change stride and operands of the compare instruction to
2141   // eliminate one stride.
2142   Cond = ChangeCompareStride(L, Cond, CondUse, CondStride);
2143
2144   // It's possible for the setcc instruction to be anywhere in the loop, and
2145   // possible for it to have multiple users.  If it is not immediately before
2146   // the latch block branch, move it.
2147   if (&*++BasicBlock::iterator(Cond) != (Instruction*)TermBr) {
2148     if (Cond->hasOneUse()) {   // Condition has a single use, just move it.
2149       Cond->moveBefore(TermBr);
2150     } else {
2151       // Otherwise, clone the terminating condition and insert into the loopend.
2152       Cond = cast<ICmpInst>(Cond->clone());
2153       Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
2154       LatchBlock->getInstList().insert(TermBr, Cond);
2155       
2156       // Clone the IVUse, as the old use still exists!
2157       IVUsesByStride[*CondStride].addUser(CondUse->Offset, Cond,
2158                                          CondUse->OperandValToReplace);
2159       CondUse = &IVUsesByStride[*CondStride].Users.back();
2160     }
2161   }
2162
2163   // If we get to here, we know that we can transform the setcc instruction to
2164   // use the post-incremented version of the IV, allowing us to coalesce the
2165   // live ranges for the IV correctly.
2166   CondUse->Offset = SE->getMinusSCEV(CondUse->Offset, *CondStride);
2167   CondUse->isUseOfPostIncrementedValue = true;
2168   Changed = true;
2169 }
2170
2171 bool LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
2172
2173   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
2174   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
2175   SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
2176   TD = &getAnalysis<TargetData>();
2177   UIntPtrTy = TD->getIntPtrType();
2178   Changed = false;
2179
2180   // Find all uses of induction variables in this loop, and categorize
2181   // them by stride.  Start by finding all of the PHI nodes in the header for
2182   // this loop.  If they are induction variables, inspect their uses.
2183   SmallPtrSet<Instruction*,16> Processed;   // Don't reprocess instructions.
2184   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ++I)
2185     AddUsersIfInteresting(I, L, Processed);
2186
2187   if (!IVUsesByStride.empty()) {
2188     // Optimize induction variables.  Some indvar uses can be transformed to use
2189     // strides that will be needed for other purposes.  A common example of this
2190     // is the exit test for the loop, which can often be rewritten to use the
2191     // computation of some other indvar to decide when to terminate the loop.
2192     OptimizeIndvars(L);
2193
2194     // FIXME: We can widen subreg IV's here for RISC targets.  e.g. instead of
2195     // doing computation in byte values, promote to 32-bit values if safe.
2196
2197     // FIXME: Attempt to reuse values across multiple IV's.  In particular, we
2198     // could have something like "for(i) { foo(i*8); bar(i*16) }", which should
2199     // be codegened as "for (j = 0;; j+=8) { foo(j); bar(j+j); }" on X86/PPC.
2200     // Need to be careful that IV's are all the same type.  Only works for
2201     // intptr_t indvars.
2202
2203     // If we only have one stride, we can more aggressively eliminate some
2204     // things.
2205     bool HasOneStride = IVUsesByStride.size() == 1;
2206
2207 #ifndef NDEBUG
2208     DOUT << "\nLSR on ";
2209     DEBUG(L->dump());
2210 #endif
2211
2212     // IVsByStride keeps IVs for one particular loop.
2213     assert(IVsByStride.empty() && "Stale entries in IVsByStride?");
2214
2215     // Sort the StrideOrder so we process larger strides first.
2216     std::stable_sort(StrideOrder.begin(), StrideOrder.end(), StrideCompare());
2217
2218     // Note: this processes each stride/type pair individually.  All users
2219     // passed into StrengthReduceStridedIVUsers have the same type AND stride.
2220     // Also, note that we iterate over IVUsesByStride indirectly by using
2221     // StrideOrder. This extra layer of indirection makes the ordering of
2222     // strides deterministic - not dependent on map order.
2223     for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e; ++Stride) {
2224       std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
2225         IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
2226       assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2227       StrengthReduceStridedIVUsers(SI->first, SI->second, L, HasOneStride);
2228     }
2229   }
2230
2231   // We're done analyzing this loop; release all the state we built up for it.
2232   CastedPointers.clear();
2233   IVUsesByStride.clear();
2234   IVsByStride.clear();
2235   StrideOrder.clear();
2236
2237   // Clean up after ourselves
2238   if (!DeadInsts.empty()) {
2239     DeleteTriviallyDeadInstructions();
2240
2241     BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
2242     while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
2243       // At this point, we know that we have killed one or more IV users.
2244       // It is worth checking to see if the cannonical indvar is also
2245       // dead, so that we can remove it as well.
2246       //
2247       // We can remove a PHI if it is on a cycle in the def-use graph
2248       // where each node in the cycle has degree one, i.e. only one use,
2249       // and is an instruction with no side effects.
2250       //
2251       // FIXME: this needs to eliminate an induction variable even if it's being
2252       // compared against some value to decide loop termination.
2253       if (!PN->hasOneUse())
2254         continue;
2255       
2256       SmallPtrSet<PHINode *, 4> PHIs;
2257       for (Instruction *J = dyn_cast<Instruction>(*PN->use_begin());
2258            J && J->hasOneUse() && !J->mayWriteToMemory();
2259            J = dyn_cast<Instruction>(*J->use_begin())) {
2260         // If we find the original PHI, we've discovered a cycle.
2261         if (J == PN) {
2262           // Break the cycle and mark the PHI for deletion.
2263           SE->deleteValueFromRecords(PN);
2264           PN->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(PN->getType()));
2265           DeadInsts.push_back(PN);
2266           Changed = true;
2267           break;
2268         }
2269         // If we find a PHI more than once, we're on a cycle that
2270         // won't prove fruitful.
2271         if (isa<PHINode>(J) && !PHIs.insert(cast<PHINode>(J)))
2272           break;
2273       }
2274     }
2275     DeleteTriviallyDeadInstructions();
2276   }
2277   return Changed;
2278 }