LSR is no longer a GEP optimizer. It is now an IV expression
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / LoopStrengthReduce.cpp
1 //===- LoopStrengthReduce.cpp - Strength Reduce IVs in Loops --------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass performs a strength reduction on array references inside loops that
11 // have as one or more of their components the loop induction variable.
12 //
13 //===----------------------------------------------------------------------===//
14
15 #define DEBUG_TYPE "loop-reduce"
16 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
17 #include "llvm/Constants.h"
18 #include "llvm/Instructions.h"
19 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
20 #include "llvm/Type.h"
21 #include "llvm/DerivedTypes.h"
22 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
23 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
24 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
25 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
26 #include "llvm/Transforms/Utils/AddrModeMatcher.h"
27 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
28 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
29 #include "llvm/Target/TargetData.h"
30 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
31 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
32 #include "llvm/Support/CFG.h"
33 #include "llvm/Support/Debug.h"
34 #include "llvm/Support/Compiler.h"
35 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
36 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
37 #include <algorithm>
38 using namespace llvm;
39
40 STATISTIC(NumReduced ,    "Number of IV uses strength reduced");
41 STATISTIC(NumInserted,    "Number of PHIs inserted");
42 STATISTIC(NumVariable,    "Number of PHIs with variable strides");
43 STATISTIC(NumEliminated,  "Number of strides eliminated");
44 STATISTIC(NumShadow,      "Number of Shadow IVs optimized");
45 STATISTIC(NumImmSunk,     "Number of common expr immediates sunk into uses");
46
47 static cl::opt<bool> EnableFullLSRMode("enable-full-lsr",
48                                        cl::init(false),
49                                        cl::Hidden);
50
51 namespace {
52
53   struct BasedUser;
54
55   /// IVStrideUse - Keep track of one use of a strided induction variable, where
56   /// the stride is stored externally.  The Offset member keeps track of the 
57   /// offset from the IV, User is the actual user of the operand, and
58   /// 'OperandValToReplace' is the operand of the User that is the use.
59   struct VISIBILITY_HIDDEN IVStrideUse {
60     SCEVHandle Offset;
61     Instruction *User;
62     Value *OperandValToReplace;
63
64     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
65     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
66     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
67     // instruction for a loop or uses dominated by the loop.
68     bool isUseOfPostIncrementedValue;
69     
70     IVStrideUse(const SCEVHandle &Offs, Instruction *U, Value *O)
71       : Offset(Offs), User(U), OperandValToReplace(O),
72         isUseOfPostIncrementedValue(false) {}
73   };
74   
75   /// IVUsersOfOneStride - This structure keeps track of all instructions that
76   /// have an operand that is based on the trip count multiplied by some stride.
77   /// The stride for all of these users is common and kept external to this
78   /// structure.
79   struct VISIBILITY_HIDDEN IVUsersOfOneStride {
80     /// Users - Keep track of all of the users of this stride as well as the
81     /// initial value and the operand that uses the IV.
82     std::vector<IVStrideUse> Users;
83     
84     void addUser(const SCEVHandle &Offset,Instruction *User, Value *Operand) {
85       Users.push_back(IVStrideUse(Offset, User, Operand));
86     }
87   };
88
89   /// IVInfo - This structure keeps track of one IV expression inserted during
90   /// StrengthReduceStridedIVUsers. It contains the stride, the common base, as
91   /// well as the PHI node and increment value created for rewrite.
92   struct VISIBILITY_HIDDEN IVExpr {
93     SCEVHandle  Stride;
94     SCEVHandle  Base;
95     PHINode    *PHI;
96
97     IVExpr(const SCEVHandle &stride, const SCEVHandle &base, PHINode *phi)
98       : Stride(stride), Base(base), PHI(phi) {}
99   };
100
101   /// IVsOfOneStride - This structure keeps track of all IV expression inserted
102   /// during StrengthReduceStridedIVUsers for a particular stride of the IV.
103   struct VISIBILITY_HIDDEN IVsOfOneStride {
104     std::vector<IVExpr> IVs;
105
106     void addIV(const SCEVHandle &Stride, const SCEVHandle &Base, PHINode *PHI) {
107       IVs.push_back(IVExpr(Stride, Base, PHI));
108     }
109   };
110
111   class VISIBILITY_HIDDEN LoopStrengthReduce : public LoopPass {
112     LoopInfo *LI;
113     DominatorTree *DT;
114     ScalarEvolution *SE;
115     const TargetData *TD;
116     const Type *UIntPtrTy;
117     bool Changed;
118
119     /// IVUsesByStride - Keep track of all uses of induction variables that we
120     /// are interested in.  The key of the map is the stride of the access.
121     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride> IVUsesByStride;
122
123     /// IVsByStride - Keep track of all IVs that have been inserted for a
124     /// particular stride.
125     std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride> IVsByStride;
126
127     /// StrideOrder - An ordering of the keys in IVUsesByStride that is stable:
128     /// We use this to iterate over the IVUsesByStride collection without being
129     /// dependent on random ordering of pointers in the process.
130     SmallVector<SCEVHandle, 16> StrideOrder;
131
132     /// DeadInsts - Keep track of instructions we may have made dead, so that
133     /// we can remove them after we are done working.
134     SmallVector<Instruction*, 16> DeadInsts;
135
136     /// TLI - Keep a pointer of a TargetLowering to consult for determining
137     /// transformation profitability.
138     const TargetLowering *TLI;
139
140   public:
141     static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
142     explicit LoopStrengthReduce(const TargetLowering *tli = NULL) : 
143       LoopPass(&ID), TLI(tli) {
144     }
145
146     bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
147
148     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
149       // We split critical edges, so we change the CFG.  However, we do update
150       // many analyses if they are around.
151       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
152       AU.addPreserved<LoopInfo>();
153       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
154       AU.addPreserved<DominatorTree>();
155
156       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
157       AU.addRequired<LoopInfo>();
158       AU.addRequired<DominatorTree>();
159       AU.addRequired<TargetData>();
160       AU.addRequired<ScalarEvolution>();
161       AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
162     }
163
164 private:
165     bool AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
166                                SmallPtrSet<Instruction*,16> &Processed);
167     ICmpInst *ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
168                                   IVStrideUse* &CondUse,
169                                   const SCEVHandle* &CondStride);
170     void OptimizeIndvars(Loop *L);
171
172     /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
173     /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
174     void OptimizeShadowIV(Loop *L);
175
176     /// OptimizeSMax - Rewrite the loop's terminating condition
177     /// if it uses an smax computation.
178     ICmpInst *OptimizeSMax(Loop *L, ICmpInst *Cond,
179                            IVStrideUse* &CondUse);
180
181     bool FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
182                            const SCEVHandle *&CondStride);
183     bool RequiresTypeConversion(const Type *Ty, const Type *NewTy);
184     SCEVHandle CheckForIVReuse(bool, bool, bool, const SCEVHandle&,
185                              IVExpr&, const Type*,
186                              const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
187     bool ValidStride(bool, int64_t,
188                      const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
189     SCEVHandle CollectIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
190                               IVUsersOfOneStride &Uses,
191                               Loop *L,
192                               bool &AllUsesAreAddresses,
193                               bool &AllUsesAreOutsideLoop,
194                               std::vector<BasedUser> &UsersToProcess);
195     bool ShouldUseFullStrengthReductionMode(
196                                 const std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
197                                 const Loop *L,
198                                 bool AllUsesAreAddresses,
199                                 SCEVHandle Stride);
200     void PrepareToStrengthReduceFully(
201                              std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
202                              SCEVHandle Stride,
203                              SCEVHandle CommonExprs,
204                              const Loop *L,
205                              SCEVExpander &PreheaderRewriter);
206     void PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(
207                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
208                                          Value *CommonBaseV,
209                                          const IVExpr &ReuseIV,
210                                          Instruction *PreInsertPt);
211     void PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(
212                                   std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
213                                   SCEVHandle Stride,
214                                   SCEVHandle CommonExprs,
215                                   Value *CommonBaseV,
216                                   const Loop *L,
217                                   SCEVExpander &PreheaderRewriter);
218     void StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
219                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
220                                       Loop *L);
221     void DeleteTriviallyDeadInstructions();
222   };
223 }
224
225 char LoopStrengthReduce::ID = 0;
226 static RegisterPass<LoopStrengthReduce>
227 X("loop-reduce", "Loop Strength Reduction");
228
229 Pass *llvm::createLoopStrengthReducePass(const TargetLowering *TLI) {
230   return new LoopStrengthReduce(TLI);
231 }
232
233 /// DeleteTriviallyDeadInstructions - If any of the instructions is the
234 /// specified set are trivially dead, delete them and see if this makes any of
235 /// their operands subsequently dead.
236 void LoopStrengthReduce::DeleteTriviallyDeadInstructions() {
237   if (DeadInsts.empty()) return;
238   
239   // Sort the deadinsts list so that we can trivially eliminate duplicates as we
240   // go.  The code below never adds a non-dead instruction to the worklist, but
241   // callers may not be so careful.
242   array_pod_sort(DeadInsts.begin(), DeadInsts.end());
243
244   // Drop duplicate instructions and those with uses.
245   for (unsigned i = 0, e = DeadInsts.size()-1; i < e; ++i) {
246     Instruction *I = DeadInsts[i];
247     if (!I->use_empty()) DeadInsts[i] = 0;
248     while (i != e && DeadInsts[i+1] == I)
249       DeadInsts[++i] = 0;
250   }
251   
252   while (!DeadInsts.empty()) {
253     Instruction *I = DeadInsts.back();
254     DeadInsts.pop_back();
255     
256     if (I == 0 || !isInstructionTriviallyDead(I))
257       continue;
258
259     SE->deleteValueFromRecords(I);
260
261     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI) {
262       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
263         *OI = 0;
264         if (U->use_empty())
265           DeadInsts.push_back(U);
266       }
267     }
268     
269     I->eraseFromParent();
270     Changed = true;
271   }
272 }
273
274 /// containsAddRecFromDifferentLoop - Determine whether expression S involves a 
275 /// subexpression that is an AddRec from a loop other than L.  An outer loop 
276 /// of L is OK, but not an inner loop nor a disjoint loop.
277 static bool containsAddRecFromDifferentLoop(SCEVHandle S, Loop *L) {
278   // This is very common, put it first.
279   if (isa<SCEVConstant>(S))
280     return false;
281   if (SCEVCommutativeExpr *AE = dyn_cast<SCEVCommutativeExpr>(S)) {
282     for (unsigned int i=0; i< AE->getNumOperands(); i++)
283       if (containsAddRecFromDifferentLoop(AE->getOperand(i), L))
284         return true;
285     return false;
286   }
287   if (SCEVAddRecExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
288     if (const Loop *newLoop = AE->getLoop()) {
289       if (newLoop == L)
290         return false;
291       // if newLoop is an outer loop of L, this is OK.
292       if (!LoopInfoBase<BasicBlock>::isNotAlreadyContainedIn(L, newLoop))
293         return false;
294     }
295     return true;
296   }
297   if (SCEVUDivExpr *DE = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S))
298     return containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getLHS(), L) ||
299            containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getRHS(), L);
300 #if 0
301   // SCEVSDivExpr has been backed out temporarily, but will be back; we'll 
302   // need this when it is.
303   if (SCEVSDivExpr *DE = dyn_cast<SCEVSDivExpr>(S))
304     return containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getLHS(), L) ||
305            containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getRHS(), L);
306 #endif
307   if (SCEVTruncateExpr *TE = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S))
308     return containsAddRecFromDifferentLoop(TE->getOperand(), L);
309   if (SCEVZeroExtendExpr *ZE = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S))
310     return containsAddRecFromDifferentLoop(ZE->getOperand(), L);
311   if (SCEVSignExtendExpr *SE = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S))
312     return containsAddRecFromDifferentLoop(SE->getOperand(), L);
313   return false;
314 }
315
316 /// getSCEVStartAndStride - Compute the start and stride of this expression,
317 /// returning false if the expression is not a start/stride pair, or true if it
318 /// is.  The stride must be a loop invariant expression, but the start may be
319 /// a mix of loop invariant and loop variant expressions.  The start cannot,
320 /// however, contain an AddRec from a different loop, unless that loop is an
321 /// outer loop of the current loop.
322 static bool getSCEVStartAndStride(const SCEVHandle &SH, Loop *L,
323                                   SCEVHandle &Start, SCEVHandle &Stride,
324                                   ScalarEvolution *SE, DominatorTree *DT) {
325   SCEVHandle TheAddRec = Start;   // Initialize to zero.
326
327   // If the outer level is an AddExpr, the operands are all start values except
328   // for a nested AddRecExpr.
329   if (SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(SH)) {
330     for (unsigned i = 0, e = AE->getNumOperands(); i != e; ++i)
331       if (SCEVAddRecExpr *AddRec =
332              dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(AE->getOperand(i))) {
333         if (AddRec->getLoop() == L)
334           TheAddRec = SE->getAddExpr(AddRec, TheAddRec);
335         else
336           return false;  // Nested IV of some sort?
337       } else {
338         Start = SE->getAddExpr(Start, AE->getOperand(i));
339       }
340         
341   } else if (isa<SCEVAddRecExpr>(SH)) {
342     TheAddRec = SH;
343   } else {
344     return false;  // not analyzable.
345   }
346   
347   SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(TheAddRec);
348   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L) return false;
349   
350   // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
351   if (!AddRec->isAffine()) return false;
352
353   // If Start contains an SCEVAddRecExpr from a different loop, other than an
354   // outer loop of the current loop, reject it.  SCEV has no concept of 
355   // operating on more than one loop at a time so don't confuse it with such
356   // expressions.
357   if (containsAddRecFromDifferentLoop(AddRec->getOperand(0), L))
358     return false;
359
360   Start = SE->getAddExpr(Start, AddRec->getOperand(0));
361   
362   if (!isa<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1))) {
363     // If stride is an instruction, make sure it dominates the loop preheader.
364     // Otherwise we could end up with a use before def situation.
365     BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
366     if (!AddRec->getOperand(1)->dominates(Preheader, DT))
367       return false;
368
369     DOUT << "[" << L->getHeader()->getName()
370          << "] Variable stride: " << *AddRec << "\n";
371   }
372
373   Stride = AddRec->getOperand(1);
374   return true;
375 }
376
377 /// IVUseShouldUsePostIncValue - We have discovered a "User" of an IV expression
378 /// and now we need to decide whether the user should use the preinc or post-inc
379 /// value.  If this user should use the post-inc version of the IV, return true.
380 ///
381 /// Choosing wrong here can break dominance properties (if we choose to use the
382 /// post-inc value when we cannot) or it can end up adding extra live-ranges to
383 /// the loop, resulting in reg-reg copies (if we use the pre-inc value when we
384 /// should use the post-inc value).
385 static bool IVUseShouldUsePostIncValue(Instruction *User, Instruction *IV,
386                                        Loop *L, DominatorTree *DT, Pass *P,
387                                       SmallVectorImpl<Instruction*> &DeadInsts){
388   // If the user is in the loop, use the preinc value.
389   if (L->contains(User->getParent())) return false;
390   
391   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
392   
393   // Ok, the user is outside of the loop.  If it is dominated by the latch
394   // block, use the post-inc value.
395   if (DT->dominates(LatchBlock, User->getParent()))
396     return true;
397
398   // There is one case we have to be careful of: PHI nodes.  These little guys
399   // can live in blocks that do not dominate the latch block, but (since their
400   // uses occur in the predecessor block, not the block the PHI lives in) should
401   // still use the post-inc value.  Check for this case now.
402   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User);
403   if (!PN) return false;  // not a phi, not dominated by latch block.
404   
405   // Look at all of the uses of IV by the PHI node.  If any use corresponds to
406   // a block that is not dominated by the latch block, give up and use the
407   // preincremented value.
408   unsigned NumUses = 0;
409   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
410     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
411       ++NumUses;
412       if (!DT->dominates(LatchBlock, PN->getIncomingBlock(i)))
413         return false;
414     }
415
416   // Okay, all uses of IV by PN are in predecessor blocks that really are
417   // dominated by the latch block.  Split the critical edges and use the
418   // post-incremented value.
419   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
420     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
421       SplitCriticalEdge(PN->getIncomingBlock(i), PN->getParent(), P, false);
422       // Splitting the critical edge can reduce the number of entries in this
423       // PHI.
424       e = PN->getNumIncomingValues();
425       if (--NumUses == 0) break;
426     }
427
428   // PHI node might have become a constant value after SplitCriticalEdge.
429   DeadInsts.push_back(User);
430   
431   return true;
432 }
433
434 /// isAddressUse - Returns true if the specified instruction is using the
435 /// specified value as an address.
436 static bool isAddressUse(Instruction *Inst, Value *OperandVal) {
437   bool isAddress = isa<LoadInst>(Inst);
438   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
439     if (SI->getOperand(1) == OperandVal)
440       isAddress = true;
441   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
442     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
443     // of intrinsics.
444     switch (II->getIntrinsicID()) {
445       default: break;
446       case Intrinsic::prefetch:
447       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_dq:
448       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_pd:
449       case Intrinsic::x86_sse_loadu_ps:
450       case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
451       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
452       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
453       case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
454         if (II->getOperand(1) == OperandVal)
455           isAddress = true;
456         break;
457     }
458   }
459   return isAddress;
460 }
461
462 /// getAccessType - Return the type of the memory being accessed.
463 static const Type *getAccessType(const Instruction *Inst) {
464   const Type *UseTy = Inst->getType();
465   if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
466     UseTy = SI->getOperand(0)->getType();
467   else if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
468     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
469     // of intrinsics.
470     switch (II->getIntrinsicID()) {
471     default: break;
472     case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
473     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
474     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
475     case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
476       UseTy = II->getOperand(1)->getType();
477       break;
478     }
479   }
480   return UseTy;
481 }
482
483 /// AddUsersIfInteresting - Inspect the specified instruction.  If it is a
484 /// reducible SCEV, recursively add its users to the IVUsesByStride set and
485 /// return true.  Otherwise, return false.
486 bool LoopStrengthReduce::AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
487                                       SmallPtrSet<Instruction*,16> &Processed) {
488   if (!I->getType()->isInteger() && !isa<PointerType>(I->getType()))
489     return false;   // Void and FP expressions cannot be reduced.
490
491   // LSR is not APInt clean, do not touch integers bigger than 64-bits.
492   if (I->getType()->isInteger() && 
493       I->getType()->getPrimitiveSizeInBits() > 64)
494     return false;
495   
496   if (!Processed.insert(I))
497     return true;    // Instruction already handled.
498   
499   // Get the symbolic expression for this instruction.
500   SCEVHandle ISE = SE->getSCEV(I);
501   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(ISE)) return false;
502   
503   // Get the start and stride for this expression.
504   SCEVHandle Start = SE->getIntegerSCEV(0, ISE->getType());
505   SCEVHandle Stride = Start;
506   if (!getSCEVStartAndStride(ISE, L, Start, Stride, SE, DT))
507     return false;  // Non-reducible symbolic expression, bail out.
508
509   std::vector<Instruction *> IUsers;
510   // Collect all I uses now because IVUseShouldUsePostIncValue may 
511   // invalidate use_iterator.
512   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E; ++UI)
513     IUsers.push_back(cast<Instruction>(*UI));
514
515   for (unsigned iused_index = 0, iused_size = IUsers.size(); 
516        iused_index != iused_size; ++iused_index) {
517
518     Instruction *User = IUsers[iused_index];
519
520     // Do not infinitely recurse on PHI nodes.
521     if (isa<PHINode>(User) && Processed.count(User))
522       continue;
523
524     // Descend recursively, but not into PHI nodes outside the current loop.
525     // It's important to see the entire expression outside the loop to get
526     // choices that depend on addressing mode use right, although we won't
527     // consider references ouside the loop in all cases.
528     // If User is already in Processed, we don't want to recurse into it again,
529     // but do want to record a second reference in the same instruction.
530     bool AddUserToIVUsers = false;
531     if (LI->getLoopFor(User->getParent()) != L) {
532       if (isa<PHINode>(User) || Processed.count(User) ||
533           !AddUsersIfInteresting(User, L, Processed)) {
534         DOUT << "FOUND USER in other loop: " << *User
535              << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
536         AddUserToIVUsers = true;
537       }
538     } else if (Processed.count(User) || 
539                !AddUsersIfInteresting(User, L, Processed)) {
540       DOUT << "FOUND USER: " << *User
541            << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
542       AddUserToIVUsers = true;
543     }
544
545     if (AddUserToIVUsers) {
546       IVUsersOfOneStride &StrideUses = IVUsesByStride[Stride];
547       if (StrideUses.Users.empty())     // First occurrence of this stride?
548         StrideOrder.push_back(Stride);
549       
550       // Okay, we found a user that we cannot reduce.  Analyze the instruction
551       // and decide what to do with it.  If we are a use inside of the loop, use
552       // the value before incrementation, otherwise use it after incrementation.
553       if (IVUseShouldUsePostIncValue(User, I, L, DT, this, DeadInsts)) {
554         // The value used will be incremented by the stride more than we are
555         // expecting, so subtract this off.
556         SCEVHandle NewStart = SE->getMinusSCEV(Start, Stride);
557         StrideUses.addUser(NewStart, User, I);
558         StrideUses.Users.back().isUseOfPostIncrementedValue = true;
559         DOUT << "   USING POSTINC SCEV, START=" << *NewStart<< "\n";
560       } else {        
561         StrideUses.addUser(Start, User, I);
562       }
563     }
564   }
565   return true;
566 }
567
568 namespace {
569   /// BasedUser - For a particular base value, keep information about how we've
570   /// partitioned the expression so far.
571   struct BasedUser {
572     /// SE - The current ScalarEvolution object.
573     ScalarEvolution *SE;
574
575     /// Base - The Base value for the PHI node that needs to be inserted for
576     /// this use.  As the use is processed, information gets moved from this
577     /// field to the Imm field (below).  BasedUser values are sorted by this
578     /// field.
579     SCEVHandle Base;
580     
581     /// Inst - The instruction using the induction variable.
582     Instruction *Inst;
583
584     /// OperandValToReplace - The operand value of Inst to replace with the
585     /// EmittedBase.
586     Value *OperandValToReplace;
587
588     /// Imm - The immediate value that should be added to the base immediately
589     /// before Inst, because it will be folded into the imm field of the
590     /// instruction.  This is also sometimes used for loop-variant values that
591     /// must be added inside the loop.
592     SCEVHandle Imm;
593
594     /// Phi - The induction variable that performs the striding that
595     /// should be used for this user.
596     PHINode *Phi;
597
598     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
599     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
600     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
601     // instruction for a loop and uses outside the loop that are dominated by
602     // the loop.
603     bool isUseOfPostIncrementedValue;
604     
605     BasedUser(IVStrideUse &IVSU, ScalarEvolution *se)
606       : SE(se), Base(IVSU.Offset), Inst(IVSU.User), 
607         OperandValToReplace(IVSU.OperandValToReplace), 
608         Imm(SE->getIntegerSCEV(0, Base->getType())), 
609         isUseOfPostIncrementedValue(IVSU.isUseOfPostIncrementedValue) {}
610
611     // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
612     // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
613     // to it.
614     void RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
615                                         Instruction *InsertPt,
616                                        SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
617                                       SmallVectorImpl<Instruction*> &DeadInsts);
618     
619     Value *InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
620                                        const Type *Ty,
621                                        SCEVExpander &Rewriter,
622                                        Instruction *IP, Loop *L);
623     void dump() const;
624   };
625 }
626
627 void BasedUser::dump() const {
628   cerr << " Base=" << *Base;
629   cerr << " Imm=" << *Imm;
630   cerr << "   Inst: " << *Inst;
631 }
632
633 Value *BasedUser::InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
634                                               const Type *Ty,
635                                               SCEVExpander &Rewriter,
636                                               Instruction *IP, Loop *L) {
637   // Figure out where we *really* want to insert this code.  In particular, if
638   // the user is inside of a loop that is nested inside of L, we really don't
639   // want to insert this expression before the user, we'd rather pull it out as
640   // many loops as possible.
641   LoopInfo &LI = Rewriter.getLoopInfo();
642   Instruction *BaseInsertPt = IP;
643   
644   // Figure out the most-nested loop that IP is in.
645   Loop *InsertLoop = LI.getLoopFor(IP->getParent());
646   
647   // If InsertLoop is not L, and InsertLoop is nested inside of L, figure out
648   // the preheader of the outer-most loop where NewBase is not loop invariant.
649   if (L->contains(IP->getParent()))
650     while (InsertLoop && NewBase->isLoopInvariant(InsertLoop)) {
651       BaseInsertPt = InsertLoop->getLoopPreheader()->getTerminator();
652       InsertLoop = InsertLoop->getParentLoop();
653     }
654   
655   Value *Base = Rewriter.expandCodeFor(NewBase, Ty, BaseInsertPt);
656
657   // If there is no immediate value, skip the next part.
658   if (Imm->isZero())
659     return Base;
660
661   // If we are inserting the base and imm values in the same block, make sure to
662   // adjust the IP position if insertion reused a result.
663   if (IP == BaseInsertPt)
664     IP = Rewriter.getInsertionPoint();
665   
666   // Always emit the immediate (if non-zero) into the same block as the user.
667   SCEVHandle NewValSCEV = SE->getAddExpr(SE->getUnknown(Base), Imm);
668   return Rewriter.expandCodeFor(NewValSCEV, Ty, IP);
669 }
670
671
672 // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
673 // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
674 // to it. NewBasePt is the last instruction which contributes to the
675 // value of NewBase in the case that it's a diffferent instruction from
676 // the PHI that NewBase is computed from, or null otherwise.
677 //
678 void BasedUser::RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
679                                                Instruction *NewBasePt,
680                                       SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
681                                       SmallVectorImpl<Instruction*> &DeadInsts){
682   if (!isa<PHINode>(Inst)) {
683     // By default, insert code at the user instruction.
684     BasicBlock::iterator InsertPt = Inst;
685     
686     // However, if the Operand is itself an instruction, the (potentially
687     // complex) inserted code may be shared by many users.  Because of this, we
688     // want to emit code for the computation of the operand right before its old
689     // computation.  This is usually safe, because we obviously used to use the
690     // computation when it was computed in its current block.  However, in some
691     // cases (e.g. use of a post-incremented induction variable) the NewBase
692     // value will be pinned to live somewhere after the original computation.
693     // In this case, we have to back off.
694     //
695     // If this is a use outside the loop (which means after, since it is based
696     // on a loop indvar) we use the post-incremented value, so that we don't
697     // artificially make the preinc value live out the bottom of the loop. 
698     if (!isUseOfPostIncrementedValue && L->contains(Inst->getParent())) {
699       if (NewBasePt && isa<PHINode>(OperandValToReplace)) {
700         InsertPt = NewBasePt;
701         ++InsertPt;
702       } else if (Instruction *OpInst
703                  = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace)) {
704         InsertPt = OpInst;
705         while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
706       }
707     }
708     Value *NewVal = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase,
709                                                 OperandValToReplace->getType(),
710                                                 Rewriter, InsertPt, L);
711     // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
712     Inst->replaceUsesOfWith(OperandValToReplace, NewVal);
713
714     DOUT << "      Replacing with ";
715     DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, NewVal, /*PrintType=*/false));
716     DOUT << ", which has value " << *NewBase << " plus IMM " << *Imm << "\n";
717     return;
718   }
719
720   // PHI nodes are more complex.  We have to insert one copy of the NewBase+Imm
721   // expression into each operand block that uses it.  Note that PHI nodes can
722   // have multiple entries for the same predecessor.  We use a map to make sure
723   // that a PHI node only has a single Value* for each predecessor (which also
724   // prevents us from inserting duplicate code in some blocks).
725   DenseMap<BasicBlock*, Value*> InsertedCode;
726   PHINode *PN = cast<PHINode>(Inst);
727   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
728     if (PN->getIncomingValue(i) == OperandValToReplace) {
729       // If the original expression is outside the loop, put the replacement
730       // code in the same place as the original expression,
731       // which need not be an immediate predecessor of this PHI.  This way we 
732       // need only one copy of it even if it is referenced multiple times in
733       // the PHI.  We don't do this when the original expression is inside the
734       // loop because multiple copies sometimes do useful sinking of code in
735       // that case(?).
736       Instruction *OldLoc = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace);
737       if (L->contains(OldLoc->getParent())) {
738         // If this is a critical edge, split the edge so that we do not insert
739         // the code on all predecessor/successor paths.  We do this unless this
740         // is the canonical backedge for this loop, as this can make some
741         // inserted code be in an illegal position.
742         BasicBlock *PHIPred = PN->getIncomingBlock(i);
743         if (e != 1 && PHIPred->getTerminator()->getNumSuccessors() > 1 &&
744             (PN->getParent() != L->getHeader() || !L->contains(PHIPred))) {
745
746           // First step, split the critical edge.
747           SplitCriticalEdge(PHIPred, PN->getParent(), P, false);
748
749           // Next step: move the basic block.  In particular, if the PHI node
750           // is outside of the loop, and PredTI is in the loop, we want to
751           // move the block to be immediately before the PHI block, not
752           // immediately after PredTI.
753           if (L->contains(PHIPred) && !L->contains(PN->getParent())) {
754             BasicBlock *NewBB = PN->getIncomingBlock(i);
755             NewBB->moveBefore(PN->getParent());
756           }
757
758           // Splitting the edge can reduce the number of PHI entries we have.
759           e = PN->getNumIncomingValues();
760         }
761       }
762       Value *&Code = InsertedCode[PN->getIncomingBlock(i)];
763       if (!Code) {
764         // Insert the code into the end of the predecessor block.
765         Instruction *InsertPt = (L->contains(OldLoc->getParent())) ?
766                                 PN->getIncomingBlock(i)->getTerminator() :
767                                 OldLoc->getParent()->getTerminator();
768         Code = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, PN->getType(),
769                                            Rewriter, InsertPt, L);
770
771         DOUT << "      Changing PHI use to ";
772         DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, Code, /*PrintType=*/false));
773         DOUT << ", which has value " << *NewBase << " plus IMM " << *Imm << "\n";
774       }
775
776       // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
777       PN->setIncomingValue(i, Code);
778       Rewriter.clear();
779     }
780   }
781
782   // PHI node might have become a constant value after SplitCriticalEdge.
783   DeadInsts.push_back(Inst);
784 }
785
786
787 /// fitsInAddressMode - Return true if V can be subsumed within an addressing
788 /// mode, and does not need to be put in a register first.
789 static bool fitsInAddressMode(const SCEVHandle &V, const Type *UseTy,
790                              const TargetLowering *TLI, bool HasBaseReg) {
791   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
792     int64_t VC = SC->getValue()->getSExtValue();
793     if (TLI) {
794       TargetLowering::AddrMode AM;
795       AM.BaseOffs = VC;
796       AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
797       return TLI->isLegalAddressingMode(AM, UseTy);
798     } else {
799       // Defaults to PPC. PPC allows a sign-extended 16-bit immediate field.
800       return (VC > -(1 << 16) && VC < (1 << 16)-1);
801     }
802   }
803
804   if (SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V))
805     if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(SU->getValue())) {
806       TargetLowering::AddrMode AM;
807       AM.BaseGV = GV;
808       AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
809       return TLI->isLegalAddressingMode(AM, UseTy);
810     }
811
812   return false;
813 }
814
815 /// MoveLoopVariantsToImmediateField - Move any subexpressions from Val that are
816 /// loop varying to the Imm operand.
817 static void MoveLoopVariantsToImmediateField(SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
818                                             Loop *L, ScalarEvolution *SE) {
819   if (Val->isLoopInvariant(L)) return;  // Nothing to do.
820   
821   if (SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
822     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
823     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
824     
825     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i)
826       if (!SAE->getOperand(i)->isLoopInvariant(L)) {
827         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
828         // field of the expression.
829         Imm = SE->getAddExpr(Imm, SAE->getOperand(i));
830       } else {
831         NewOps.push_back(SAE->getOperand(i));
832       }
833
834     if (NewOps.empty())
835       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
836     else
837       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
838   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
839     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
840     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
841     MoveLoopVariantsToImmediateField(Start, Imm, L, SE);
842     
843     std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
844     Ops[0] = Start;
845     Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
846   } else {
847     // Otherwise, all of Val is variant, move the whole thing over.
848     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
849     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
850   }
851 }
852
853
854 /// MoveImmediateValues - Look at Val, and pull out any additions of constants
855 /// that can fit into the immediate field of instructions in the target.
856 /// Accumulate these immediate values into the Imm value.
857 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
858                                 const Type *UseTy,
859                                 SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
860                                 bool isAddress, Loop *L,
861                                 ScalarEvolution *SE) {
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, UseTy, 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, UseTy, 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, UseTy, 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 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
935                                 Instruction *User,
936                                 SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
937                                 bool isAddress, Loop *L,
938                                 ScalarEvolution *SE) {
939   const Type *UseTy = getAccessType(User);
940   MoveImmediateValues(TLI, UseTy, Val, Imm, isAddress, L, SE);
941 }
942
943 /// SeparateSubExprs - Decompose Expr into all of the subexpressions that are
944 /// added together.  This is used to reassociate common addition subexprs
945 /// together for maximal sharing when rewriting bases.
946 static void SeparateSubExprs(std::vector<SCEVHandle> &SubExprs,
947                              SCEVHandle Expr,
948                              ScalarEvolution *SE) {
949   if (SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Expr)) {
950     for (unsigned j = 0, e = AE->getNumOperands(); j != e; ++j)
951       SeparateSubExprs(SubExprs, AE->getOperand(j), SE);
952   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Expr)) {
953     SCEVHandle Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Expr->getType());
954     if (SARE->getOperand(0) == Zero) {
955       SubExprs.push_back(Expr);
956     } else {
957       // Compute the addrec with zero as its base.
958       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
959       Ops[0] = Zero;   // Start with zero base.
960       SubExprs.push_back(SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop()));
961       
962
963       SeparateSubExprs(SubExprs, SARE->getOperand(0), SE);
964     }
965   } else if (!Expr->isZero()) {
966     // Do not add zero.
967     SubExprs.push_back(Expr);
968   }
969 }
970
971 // This is logically local to the following function, but C++ says we have 
972 // to make it file scope.
973 struct SubExprUseData { unsigned Count; bool notAllUsesAreFree; };
974
975 /// RemoveCommonExpressionsFromUseBases - Look through all of the Bases of all
976 /// the Uses, removing any common subexpressions, except that if all such
977 /// subexpressions can be folded into an addressing mode for all uses inside
978 /// the loop (this case is referred to as "free" in comments herein) we do
979 /// not remove anything.  This looks for things like (a+b+c) and
980 /// (a+c+d) and computes the common (a+c) subexpression.  The common expression
981 /// is *removed* from the Bases and returned.
982 static SCEVHandle 
983 RemoveCommonExpressionsFromUseBases(std::vector<BasedUser> &Uses,
984                                     ScalarEvolution *SE, Loop *L,
985                                     const TargetLowering *TLI) {
986   unsigned NumUses = Uses.size();
987
988   // Only one use?  This is a very common case, so we handle it specially and
989   // cheaply.
990   SCEVHandle Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Uses[0].Base->getType());
991   SCEVHandle Result = Zero;
992   SCEVHandle FreeResult = Zero;
993   if (NumUses == 1) {
994     // If the use is inside the loop, use its base, regardless of what it is:
995     // it is clearly shared across all the IV's.  If the use is outside the loop
996     // (which means after it) we don't want to factor anything *into* the loop,
997     // so just use 0 as the base.
998     if (L->contains(Uses[0].Inst->getParent()))
999       std::swap(Result, Uses[0].Base);
1000     return Result;
1001   }
1002
1003   // To find common subexpressions, count how many of Uses use each expression.
1004   // If any subexpressions are used Uses.size() times, they are common.
1005   // Also track whether all uses of each expression can be moved into an
1006   // an addressing mode "for free"; such expressions are left within the loop.
1007   // struct SubExprUseData { unsigned Count; bool notAllUsesAreFree; };
1008   std::map<SCEVHandle, SubExprUseData> SubExpressionUseData;
1009   
1010   // UniqueSubExprs - Keep track of all of the subexpressions we see in the
1011   // order we see them.
1012   std::vector<SCEVHandle> UniqueSubExprs;
1013
1014   std::vector<SCEVHandle> SubExprs;
1015   unsigned NumUsesInsideLoop = 0;
1016   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
1017     // If the user is outside the loop, just ignore it for base computation.
1018     // Since the user is outside the loop, it must be *after* the loop (if it
1019     // were before, it could not be based on the loop IV).  We don't want users
1020     // after the loop to affect base computation of values *inside* the loop,
1021     // because we can always add their offsets to the result IV after the loop
1022     // is done, ensuring we get good code inside the loop.
1023     if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent()))
1024       continue;
1025     NumUsesInsideLoop++;
1026     
1027     // If the base is zero (which is common), return zero now, there are no
1028     // CSEs we can find.
1029     if (Uses[i].Base == Zero) return Zero;
1030
1031     // If this use is as an address we may be able to put CSEs in the addressing
1032     // mode rather than hoisting them.
1033     bool isAddrUse = isAddressUse(Uses[i].Inst, Uses[i].OperandValToReplace);
1034     // We may need the UseTy below, but only when isAddrUse, so compute it
1035     // only in that case.
1036     const Type *UseTy = 0;
1037     if (isAddrUse)
1038       UseTy = getAccessType(Uses[i].Inst);
1039
1040     // Split the expression into subexprs.
1041     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
1042     // Add one to SubExpressionUseData.Count for each subexpr present, and
1043     // if the subexpr is not a valid immediate within an addressing mode use,
1044     // set SubExpressionUseData.notAllUsesAreFree.  We definitely want to
1045     // hoist these out of the loop (if they are common to all uses).
1046     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j) {
1047       if (++SubExpressionUseData[SubExprs[j]].Count == 1)
1048         UniqueSubExprs.push_back(SubExprs[j]);
1049       if (!isAddrUse || !fitsInAddressMode(SubExprs[j], UseTy, TLI, false))
1050         SubExpressionUseData[SubExprs[j]].notAllUsesAreFree = true;
1051     }
1052     SubExprs.clear();
1053   }
1054
1055   // Now that we know how many times each is used, build Result.  Iterate over
1056   // UniqueSubexprs so that we have a stable ordering.
1057   for (unsigned i = 0, e = UniqueSubExprs.size(); i != e; ++i) {
1058     std::map<SCEVHandle, SubExprUseData>::iterator I = 
1059        SubExpressionUseData.find(UniqueSubExprs[i]);
1060     assert(I != SubExpressionUseData.end() && "Entry not found?");
1061     if (I->second.Count == NumUsesInsideLoop) { // Found CSE! 
1062       if (I->second.notAllUsesAreFree)
1063         Result = SE->getAddExpr(Result, I->first);
1064       else 
1065         FreeResult = SE->getAddExpr(FreeResult, I->first);
1066     } else
1067       // Remove non-cse's from SubExpressionUseData.
1068       SubExpressionUseData.erase(I);
1069   }
1070
1071   if (FreeResult != Zero) {
1072     // We have some subexpressions that can be subsumed into addressing
1073     // modes in every use inside the loop.  However, it's possible that
1074     // there are so many of them that the combined FreeResult cannot
1075     // be subsumed, or that the target cannot handle both a FreeResult
1076     // and a Result in the same instruction (for example because it would
1077     // require too many registers).  Check this.
1078     for (unsigned i=0; i<NumUses; ++i) {
1079       if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent()))
1080         continue;
1081       // We know this is an addressing mode use; if there are any uses that
1082       // are not, FreeResult would be Zero.
1083       const Type *UseTy = getAccessType(Uses[i].Inst);
1084       if (!fitsInAddressMode(FreeResult, UseTy, TLI, Result!=Zero)) {
1085         // FIXME:  could split up FreeResult into pieces here, some hoisted
1086         // and some not.  There is no obvious advantage to this.
1087         Result = SE->getAddExpr(Result, FreeResult);
1088         FreeResult = Zero;
1089         break;
1090       }
1091     }
1092   }
1093
1094   // If we found no CSE's, return now.
1095   if (Result == Zero) return Result;
1096   
1097   // If we still have a FreeResult, remove its subexpressions from
1098   // SubExpressionUseData.  This means they will remain in the use Bases.
1099   if (FreeResult != Zero) {
1100     SeparateSubExprs(SubExprs, FreeResult, SE);
1101     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j) {
1102       std::map<SCEVHandle, SubExprUseData>::iterator I = 
1103          SubExpressionUseData.find(SubExprs[j]);
1104       SubExpressionUseData.erase(I);
1105     }
1106     SubExprs.clear();
1107   }
1108
1109   // Otherwise, remove all of the CSE's we found from each of the base values.
1110   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
1111     // Uses outside the loop don't necessarily include the common base, but
1112     // the final IV value coming into those uses does.  Instead of trying to
1113     // remove the pieces of the common base, which might not be there,
1114     // subtract off the base to compensate for this.
1115     if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent())) {
1116       Uses[i].Base = SE->getMinusSCEV(Uses[i].Base, Result);
1117       continue;
1118     }
1119
1120     // Split the expression into subexprs.
1121     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
1122
1123     // Remove any common subexpressions.
1124     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
1125       if (SubExpressionUseData.count(SubExprs[j])) {
1126         SubExprs.erase(SubExprs.begin()+j);
1127         --j; --e;
1128       }
1129     
1130     // Finally, add the non-shared expressions together.
1131     if (SubExprs.empty())
1132       Uses[i].Base = Zero;
1133     else
1134       Uses[i].Base = SE->getAddExpr(SubExprs);
1135     SubExprs.clear();
1136   }
1137  
1138   return Result;
1139 }
1140
1141 /// ValidStride - Check whether the given Scale is valid for all loads and 
1142 /// stores in UsersToProcess.
1143 ///
1144 bool LoopStrengthReduce::ValidStride(bool HasBaseReg,
1145                                int64_t Scale, 
1146                                const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
1147   if (!TLI)
1148     return true;
1149
1150   for (unsigned i=0, e = UsersToProcess.size(); i!=e; ++i) {
1151     // If this is a load or other access, pass the type of the access in.
1152     const Type *AccessTy = Type::VoidTy;
1153     if (isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
1154                      UsersToProcess[i].OperandValToReplace))
1155       AccessTy = getAccessType(UsersToProcess[i].Inst);
1156     else if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst))
1157       continue;
1158     
1159     TargetLowering::AddrMode AM;
1160     if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(UsersToProcess[i].Imm))
1161       AM.BaseOffs = SC->getValue()->getSExtValue();
1162     AM.HasBaseReg = HasBaseReg || !UsersToProcess[i].Base->isZero();
1163     AM.Scale = Scale;
1164
1165     // If load[imm+r*scale] is illegal, bail out.
1166     if (!TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
1167       return false;
1168   }
1169   return true;
1170 }
1171
1172 /// RequiresTypeConversion - Returns true if converting Ty1 to Ty2 is not
1173 /// a nop.
1174 bool LoopStrengthReduce::RequiresTypeConversion(const Type *Ty1,
1175                                                 const Type *Ty2) {
1176   if (Ty1 == Ty2)
1177     return false;
1178   if (Ty1->canLosslesslyBitCastTo(Ty2))
1179     return false;
1180   if (TLI && TLI->isTruncateFree(Ty1, Ty2))
1181     return false;
1182   if (isa<PointerType>(Ty2) && Ty1->canLosslesslyBitCastTo(UIntPtrTy))
1183     return false;
1184   if (isa<PointerType>(Ty1) && Ty2->canLosslesslyBitCastTo(UIntPtrTy))
1185     return false;
1186   return true;
1187 }
1188
1189 /// CheckForIVReuse - Returns the multiple if the stride is the multiple
1190 /// of a previous stride and it is a legal value for the target addressing
1191 /// mode scale component and optional base reg. This allows the users of
1192 /// this stride to be rewritten as prev iv * factor. It returns 0 if no
1193 /// reuse is possible.  Factors can be negative on same targets, e.g. ARM.
1194 ///
1195 /// If all uses are outside the loop, we don't require that all multiplies
1196 /// be folded into the addressing mode, nor even that the factor be constant; 
1197 /// a multiply (executed once) outside the loop is better than another IV 
1198 /// within.  Well, usually.
1199 SCEVHandle LoopStrengthReduce::CheckForIVReuse(bool HasBaseReg,
1200                                 bool AllUsesAreAddresses,
1201                                 bool AllUsesAreOutsideLoop,
1202                                 const SCEVHandle &Stride, 
1203                                 IVExpr &IV, const Type *Ty,
1204                                 const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
1205   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Stride)) {
1206     int64_t SInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1207     for (unsigned NewStride = 0, e = StrideOrder.size(); NewStride != e;
1208          ++NewStride) {
1209       std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1210                 IVsByStride.find(StrideOrder[NewStride]);
1211       if (SI == IVsByStride.end() || !isa<SCEVConstant>(SI->first))
1212         continue;
1213       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1214       if (SI->first != Stride &&
1215           (unsigned(abs(SInt)) < SSInt || (SInt % SSInt) != 0))
1216         continue;
1217       int64_t Scale = SInt / SSInt;
1218       // Check that this stride is valid for all the types used for loads and
1219       // stores; if it can be used for some and not others, we might as well use
1220       // the original stride everywhere, since we have to create the IV for it
1221       // anyway. If the scale is 1, then we don't need to worry about folding
1222       // multiplications.
1223       if (Scale == 1 ||
1224           (AllUsesAreAddresses &&
1225            ValidStride(HasBaseReg, Scale, UsersToProcess)))
1226         for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1227                IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1228           // FIXME: Only handle base == 0 for now.
1229           // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion.
1230           if (II->Base->isZero() &&
1231               !RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1232             IV = *II;
1233             return SE->getIntegerSCEV(Scale, Stride->getType());
1234           }
1235     }
1236   } else if (AllUsesAreOutsideLoop) {
1237     // Accept nonconstant strides here; it is really really right to substitute
1238     // an existing IV if we can.
1239     for (unsigned NewStride = 0, e = StrideOrder.size(); NewStride != e;
1240          ++NewStride) {
1241       std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1242                 IVsByStride.find(StrideOrder[NewStride]);
1243       if (SI == IVsByStride.end() || !isa<SCEVConstant>(SI->first))
1244         continue;
1245       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1246       if (SI->first != Stride && SSInt != 1)
1247         continue;
1248       for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1249              IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1250         // Accept nonzero base here.
1251         // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion.
1252         if (!RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1253           IV = *II;
1254           return Stride;
1255         }
1256     }
1257     // Special case, old IV is -1*x and this one is x.  Can treat this one as
1258     // -1*old.
1259     for (unsigned NewStride = 0, e = StrideOrder.size(); NewStride != e;
1260          ++NewStride) {
1261       std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1262                 IVsByStride.find(StrideOrder[NewStride]);
1263       if (SI == IVsByStride.end()) 
1264         continue;
1265       if (SCEVMulExpr *ME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(SI->first))
1266         if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(ME->getOperand(0)))
1267           if (Stride == ME->getOperand(1) &&
1268               SC->getValue()->getSExtValue() == -1LL)
1269             for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1270                    IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1271               // Accept nonzero base here.
1272               // Only reuse previous IV if it would not require type conversion.
1273               if (!RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1274                 IV = *II;
1275                 return SE->getIntegerSCEV(-1LL, Stride->getType());
1276               }
1277     }
1278   }
1279   return SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1280 }
1281
1282 /// PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue - Simple boolean predicate that
1283 /// returns true if Val's isUseOfPostIncrementedValue is true.
1284 static bool PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue(const BasedUser &Val) {
1285   return Val.isUseOfPostIncrementedValue;
1286 }
1287
1288 /// isNonConstantNegative - Return true if the specified scev is negated, but
1289 /// not a constant.
1290 static bool isNonConstantNegative(const SCEVHandle &Expr) {
1291   SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Expr);
1292   if (!Mul) return false;
1293   
1294   // If there is a constant factor, it will be first.
1295   SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0));
1296   if (!SC) return false;
1297   
1298   // Return true if the value is negative, this matches things like (-42 * V).
1299   return SC->getValue()->getValue().isNegative();
1300 }
1301
1302 // CollectIVUsers - Transform our list of users and offsets to a bit more
1303 // complex table. In this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base', the base
1304 // of the strided accesses, as well as the old information from Uses. We
1305 // progressively move information from the Base field to the Imm field, until
1306 // we eventually have the full access expression to rewrite the use.
1307 SCEVHandle LoopStrengthReduce::CollectIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
1308                                               IVUsersOfOneStride &Uses,
1309                                               Loop *L,
1310                                               bool &AllUsesAreAddresses,
1311                                               bool &AllUsesAreOutsideLoop,
1312                                        std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
1313   UsersToProcess.reserve(Uses.Users.size());
1314   for (unsigned i = 0, e = Uses.Users.size(); i != e; ++i) {
1315     UsersToProcess.push_back(BasedUser(Uses.Users[i], SE));
1316     
1317     // Move any loop variant operands from the offset field to the immediate
1318     // field of the use, so that we don't try to use something before it is
1319     // computed.
1320     MoveLoopVariantsToImmediateField(UsersToProcess.back().Base,
1321                                     UsersToProcess.back().Imm, L, SE);
1322     assert(UsersToProcess.back().Base->isLoopInvariant(L) &&
1323            "Base value is not loop invariant!");
1324   }
1325
1326   // We now have a whole bunch of uses of like-strided induction variables, but
1327   // they might all have different bases.  We want to emit one PHI node for this
1328   // stride which we fold as many common expressions (between the IVs) into as
1329   // possible.  Start by identifying the common expressions in the base values 
1330   // for the strides (e.g. if we have "A+C+B" and "A+B+D" as our bases, find
1331   // "A+B"), emit it to the preheader, then remove the expression from the
1332   // UsersToProcess base values.
1333   SCEVHandle CommonExprs =
1334     RemoveCommonExpressionsFromUseBases(UsersToProcess, SE, L, TLI);
1335
1336   // Next, figure out what we can represent in the immediate fields of
1337   // instructions.  If we can represent anything there, move it to the imm
1338   // fields of the BasedUsers.  We do this so that it increases the commonality
1339   // of the remaining uses.
1340   unsigned NumPHI = 0;
1341   bool HasAddress = false;
1342   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1343     // If the user is not in the current loop, this means it is using the exit
1344     // value of the IV.  Do not put anything in the base, make sure it's all in
1345     // the immediate field to allow as much factoring as possible.
1346     if (!L->contains(UsersToProcess[i].Inst->getParent())) {
1347       UsersToProcess[i].Imm = SE->getAddExpr(UsersToProcess[i].Imm,
1348                                              UsersToProcess[i].Base);
1349       UsersToProcess[i].Base = 
1350         SE->getIntegerSCEV(0, UsersToProcess[i].Base->getType());
1351     } else {
1352       // Not all uses are outside the loop.
1353       AllUsesAreOutsideLoop = false; 
1354
1355       // Addressing modes can be folded into loads and stores.  Be careful that
1356       // the store is through the expression, not of the expression though.
1357       bool isPHI = false;
1358       bool isAddress = isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
1359                                     UsersToProcess[i].OperandValToReplace);
1360       if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst)) {
1361         isPHI = true;
1362         ++NumPHI;
1363       }
1364
1365       if (isAddress)
1366         HasAddress = true;
1367      
1368       // If this use isn't an address, then not all uses are addresses.
1369       if (!isAddress && !isPHI)
1370         AllUsesAreAddresses = false;
1371       
1372       MoveImmediateValues(TLI, UsersToProcess[i].Inst, UsersToProcess[i].Base,
1373                           UsersToProcess[i].Imm, isAddress, L, SE);
1374     }
1375   }
1376
1377   // If one of the use is a PHI node and all other uses are addresses, still
1378   // allow iv reuse. Essentially we are trading one constant multiplication
1379   // for one fewer iv.
1380   if (NumPHI > 1)
1381     AllUsesAreAddresses = false;
1382     
1383   // There are no in-loop address uses.
1384   if (AllUsesAreAddresses && (!HasAddress && !AllUsesAreOutsideLoop))
1385     AllUsesAreAddresses = false;
1386
1387   return CommonExprs;
1388 }
1389
1390 /// ShouldUseFullStrengthReductionMode - Test whether full strength-reduction
1391 /// is valid and profitable for the given set of users of a stride. In
1392 /// full strength-reduction mode, all addresses at the current stride are
1393 /// strength-reduced all the way down to pointer arithmetic.
1394 ///
1395 bool LoopStrengthReduce::ShouldUseFullStrengthReductionMode(
1396                                    const std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1397                                    const Loop *L,
1398                                    bool AllUsesAreAddresses,
1399                                    SCEVHandle Stride) {
1400   if (!EnableFullLSRMode)
1401     return false;
1402
1403   // The heuristics below aim to avoid increasing register pressure, but
1404   // fully strength-reducing all the addresses increases the number of
1405   // add instructions, so don't do this when optimizing for size.
1406   // TODO: If the loop is large, the savings due to simpler addresses
1407   // may oughtweight the costs of the extra increment instructions.
1408   if (L->getHeader()->getParent()->hasFnAttr(Attribute::OptimizeForSize))
1409     return false;
1410
1411   // TODO: For now, don't do full strength reduction if there could
1412   // potentially be greater-stride multiples of the current stride
1413   // which could reuse the current stride IV.
1414   if (StrideOrder.back() != Stride)
1415     return false;
1416
1417   // Iterate through the uses to find conditions that automatically rule out
1418   // full-lsr mode.
1419   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ) {
1420     SCEV *Base = UsersToProcess[i].Base;
1421     SCEV *Imm = UsersToProcess[i].Imm;
1422     // If any users have a loop-variant component, they can't be fully
1423     // strength-reduced.
1424     if (Imm && !Imm->isLoopInvariant(L))
1425       return false;
1426     // If there are to users with the same base and the difference between
1427     // the two Imm values can't be folded into the address, full
1428     // strength reduction would increase register pressure.
1429     do {
1430       SCEV *CurImm = UsersToProcess[i].Imm;
1431       if ((CurImm || Imm) && CurImm != Imm) {
1432         if (!CurImm) CurImm = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1433         if (!Imm)       Imm = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1434         const Instruction *Inst = UsersToProcess[i].Inst;
1435         const Type *UseTy = getAccessType(Inst);
1436         SCEVHandle Diff = SE->getMinusSCEV(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1437         if (!Diff->isZero() &&
1438             (!AllUsesAreAddresses ||
1439              !fitsInAddressMode(Diff, UseTy, TLI, /*HasBaseReg=*/true)))
1440           return false;
1441       }
1442     } while (++i != e && Base == UsersToProcess[i].Base);
1443   }
1444
1445   // If there's exactly one user in this stride, fully strength-reducing it
1446   // won't increase register pressure. If it's starting from a non-zero base,
1447   // it'll be simpler this way.
1448   if (UsersToProcess.size() == 1 && !UsersToProcess[0].Base->isZero())
1449     return true;
1450
1451   // Otherwise, if there are any users in this stride that don't require
1452   // a register for their base, full strength-reduction will increase
1453   // register pressure.
1454   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1455     if (UsersToProcess[i].Base->isZero())
1456       return false;
1457
1458   // Otherwise, go for it.
1459   return true;
1460 }
1461
1462 /// InsertAffinePhi Create and insert a PHI node for an induction variable
1463 /// with the specified start and step values in the specified loop.
1464 ///
1465 /// If NegateStride is true, the stride should be negated by using a
1466 /// subtract instead of an add.
1467 ///
1468 /// Return the created phi node.
1469 ///
1470 static PHINode *InsertAffinePhi(SCEVHandle Start, SCEVHandle Step,
1471                                 const Loop *L,
1472                                 const TargetData *TD,
1473                                 SCEVExpander &Rewriter) {
1474   assert(Start->isLoopInvariant(L) && "New PHI start is not loop invariant!");
1475   assert(Step->isLoopInvariant(L) && "New PHI stride is not loop invariant!");
1476
1477   BasicBlock *Header = L->getHeader();
1478   BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
1479   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1480   const Type *Ty = Start->getType();
1481   if (isa<PointerType>(Ty)) Ty = TD->getIntPtrType();
1482
1483   PHINode *PN = PHINode::Create(Ty, "lsr.iv", Header->begin());
1484   PN->addIncoming(Rewriter.expandCodeFor(Start, Ty, Preheader->getTerminator()),
1485                   Preheader);
1486
1487   // If the stride is negative, insert a sub instead of an add for the
1488   // increment.
1489   bool isNegative = isNonConstantNegative(Step);
1490   SCEVHandle IncAmount = Step;
1491   if (isNegative)
1492     IncAmount = Rewriter.SE.getNegativeSCEV(Step);
1493
1494   // Insert an add instruction right before the terminator corresponding
1495   // to the back-edge.
1496   Value *StepV = Rewriter.expandCodeFor(IncAmount, Ty,
1497                                         Preheader->getTerminator());
1498   Instruction *IncV;
1499   if (isNegative) {
1500     IncV = BinaryOperator::CreateSub(PN, StepV, "lsr.iv.next",
1501                                      LatchBlock->getTerminator());
1502   } else {
1503     IncV = BinaryOperator::CreateAdd(PN, StepV, "lsr.iv.next",
1504                                      LatchBlock->getTerminator());
1505   }
1506   if (!isa<ConstantInt>(StepV)) ++NumVariable;
1507
1508   PN->addIncoming(IncV, LatchBlock);
1509
1510   ++NumInserted;
1511   return PN;
1512 }
1513
1514 static void SortUsersToProcess(std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
1515   // We want to emit code for users inside the loop first.  To do this, we
1516   // rearrange BasedUser so that the entries at the end have
1517   // isUseOfPostIncrementedValue = false, because we pop off the end of the
1518   // vector (so we handle them first).
1519   std::partition(UsersToProcess.begin(), UsersToProcess.end(),
1520                  PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue);
1521
1522   // Sort this by base, so that things with the same base are handled
1523   // together.  By partitioning first and stable-sorting later, we are
1524   // guaranteed that within each base we will pop off users from within the
1525   // loop before users outside of the loop with a particular base.
1526   //
1527   // We would like to use stable_sort here, but we can't.  The problem is that
1528   // SCEVHandle's don't have a deterministic ordering w.r.t to each other, so
1529   // we don't have anything to do a '<' comparison on.  Because we think the
1530   // number of uses is small, do a horrible bubble sort which just relies on
1531   // ==.
1532   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1533     // Get a base value.
1534     SCEVHandle Base = UsersToProcess[i].Base;
1535
1536     // Compact everything with this base to be consecutive with this one.
1537     for (unsigned j = i+1; j != e; ++j) {
1538       if (UsersToProcess[j].Base == Base) {
1539         std::swap(UsersToProcess[i+1], UsersToProcess[j]);
1540         ++i;
1541       }
1542     }
1543   }
1544 }
1545
1546 /// PrepareToStrengthReduceFully - Prepare to fully strength-reduce
1547 /// UsersToProcess, meaning lowering addresses all the way down to direct
1548 /// pointer arithmetic.
1549 ///
1550 void
1551 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceFully(
1552                                         std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1553                                         SCEVHandle Stride,
1554                                         SCEVHandle CommonExprs,
1555                                         const Loop *L,
1556                                         SCEVExpander &PreheaderRewriter) {
1557   DOUT << "  Fully reducing all users\n";
1558
1559   // Rewrite the UsersToProcess records, creating a separate PHI for each
1560   // unique Base value.
1561   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ) {
1562     // TODO: The uses are grouped by base, but not sorted. We arbitrarily
1563     // pick the first Imm value here to start with, and adjust it for the
1564     // other uses.
1565     SCEVHandle Imm = UsersToProcess[i].Imm;
1566     SCEVHandle Base = UsersToProcess[i].Base;
1567     SCEVHandle Start = SE->getAddExpr(CommonExprs, Base, Imm);
1568     PHINode *Phi = InsertAffinePhi(Start, Stride, L, TD,
1569                                    PreheaderRewriter);
1570     // Loop over all the users with the same base.
1571     do {
1572       UsersToProcess[i].Base = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1573       UsersToProcess[i].Imm = SE->getMinusSCEV(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1574       UsersToProcess[i].Phi = Phi;
1575       assert(UsersToProcess[i].Imm->isLoopInvariant(L) &&
1576              "ShouldUseFullStrengthReductionMode should reject this!");
1577     } while (++i != e && Base == UsersToProcess[i].Base);
1578   }
1579 }
1580
1581 /// PrepareToStrengthReduceWithNewPhi - Insert a new induction variable for the
1582 /// given users to share.
1583 ///
1584 void
1585 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(
1586                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1587                                          SCEVHandle Stride,
1588                                          SCEVHandle CommonExprs,
1589                                          Value *CommonBaseV,
1590                                          const Loop *L,
1591                                          SCEVExpander &PreheaderRewriter) {
1592   DOUT << "  Inserting new PHI:\n";
1593
1594   PHINode *Phi = InsertAffinePhi(SE->getUnknown(CommonBaseV),
1595                                  Stride, L, TD,
1596                                  PreheaderRewriter);
1597
1598   // Remember this in case a later stride is multiple of this.
1599   IVsByStride[Stride].addIV(Stride, CommonExprs, Phi);
1600
1601   // All the users will share this new IV.
1602   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1603     UsersToProcess[i].Phi = Phi;
1604
1605   DOUT << "    IV=";
1606   DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, Phi, /*PrintType=*/false));
1607   DOUT << "\n";
1608 }
1609
1610 /// PrepareToStrengthReduceWithNewPhi - Prepare for the given users to reuse
1611 /// an induction variable with a stride that is a factor of the current
1612 /// induction variable.
1613 ///
1614 void
1615 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(
1616                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1617                                          Value *CommonBaseV,
1618                                          const IVExpr &ReuseIV,
1619                                          Instruction *PreInsertPt) {
1620   DOUT << "  Rewriting in terms of existing IV of STRIDE " << *ReuseIV.Stride
1621        << " and BASE " << *ReuseIV.Base << "\n";
1622
1623   // All the users will share the reused IV.
1624   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1625     UsersToProcess[i].Phi = ReuseIV.PHI;
1626
1627   Constant *C = dyn_cast<Constant>(CommonBaseV);
1628   if (C &&
1629       (!C->isNullValue() &&
1630        !fitsInAddressMode(SE->getUnknown(CommonBaseV), CommonBaseV->getType(),
1631                          TLI, false)))
1632     // We want the common base emitted into the preheader! This is just
1633     // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1634     CommonBaseV = new BitCastInst(CommonBaseV, CommonBaseV->getType(),
1635                                   "commonbase", PreInsertPt);
1636 }
1637
1638 static bool IsImmFoldedIntoAddrMode(GlobalValue *GV, int64_t Offset,
1639                                     const Type *AccessTy,
1640                                    std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1641                                    const TargetLowering *TLI) {
1642   SmallVector<Instruction*, 16> AddrModeInsts;
1643   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1644     if (UsersToProcess[i].isUseOfPostIncrementedValue)
1645       continue;
1646     ExtAddrMode AddrMode =
1647       AddressingModeMatcher::Match(UsersToProcess[i].OperandValToReplace,
1648                                    AccessTy, UsersToProcess[i].Inst,
1649                                    AddrModeInsts, *TLI);
1650     if (GV && GV != AddrMode.BaseGV)
1651       return false;
1652     if (Offset && !AddrMode.BaseOffs)
1653       // FIXME: How to accurate check it's immediate offset is folded.
1654       return false;
1655     AddrModeInsts.clear();
1656   }
1657   return true;
1658 }
1659
1660 /// StrengthReduceStridedIVUsers - Strength reduce all of the users of a single
1661 /// stride of IV.  All of the users may have different starting values, and this
1662 /// may not be the only stride.
1663 void LoopStrengthReduce::StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
1664                                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
1665                                                       Loop *L) {
1666   // If all the users are moved to another stride, then there is nothing to do.
1667   if (Uses.Users.empty())
1668     return;
1669
1670   // Keep track if every use in UsersToProcess is an address. If they all are,
1671   // we may be able to rewrite the entire collection of them in terms of a
1672   // smaller-stride IV.
1673   bool AllUsesAreAddresses = true;
1674
1675   // Keep track if every use of a single stride is outside the loop.  If so,
1676   // we want to be more aggressive about reusing a smaller-stride IV; a
1677   // multiply outside the loop is better than another IV inside.  Well, usually.
1678   bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
1679
1680   // Transform our list of users and offsets to a bit more complex table.  In
1681   // this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base' the base of the
1682   // strided accessas well as the old information from Uses.  We progressively
1683   // move information from the Base field to the Imm field, until we eventually
1684   // have the full access expression to rewrite the use.
1685   std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
1686   SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(Stride, Uses, L, AllUsesAreAddresses,
1687                                           AllUsesAreOutsideLoop,
1688                                           UsersToProcess);
1689
1690   // Sort the UsersToProcess array so that users with common bases are
1691   // next to each other.
1692   SortUsersToProcess(UsersToProcess);
1693
1694   // If we managed to find some expressions in common, we'll need to carry
1695   // their value in a register and add it in for each use. This will take up
1696   // a register operand, which potentially restricts what stride values are
1697   // valid.
1698   bool HaveCommonExprs = !CommonExprs->isZero();
1699
1700   const Type *ReplacedTy = CommonExprs->getType();
1701   if (isa<PointerType>(ReplacedTy)) ReplacedTy = TD->getIntPtrType();
1702
1703   // If all uses are addresses, consider sinking the immediate part of the
1704   // common expression back into uses if they can fit in the immediate fields.
1705   if (TLI && HaveCommonExprs && AllUsesAreAddresses) {
1706     SCEVHandle NewCommon = CommonExprs;
1707     SCEVHandle Imm = SE->getIntegerSCEV(0, ReplacedTy);
1708     MoveImmediateValues(TLI, Type::VoidTy, NewCommon, Imm, true, L, SE);
1709     if (!Imm->isZero()) {
1710       bool DoSink = true;
1711
1712       // If the immediate part of the common expression is a GV, check if it's
1713       // possible to fold it into the target addressing mode.
1714       GlobalValue *GV = 0;
1715       if (SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(Imm))
1716         GV = dyn_cast<GlobalValue>(SU->getValue());
1717       int64_t Offset = 0;
1718       if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Imm))
1719         Offset = SC->getValue()->getSExtValue();
1720       if (GV || Offset)
1721         // Pass VoidTy as the AccessTy to be conservative, because
1722         // there could be multiple access types among all the uses.
1723         DoSink = IsImmFoldedIntoAddrMode(GV, Offset, Type::VoidTy,
1724                                          UsersToProcess, TLI);
1725
1726       if (DoSink) {
1727         DOUT << "  Sinking " << *Imm << " back down into uses\n";
1728         for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1729           UsersToProcess[i].Imm = SE->getAddExpr(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1730         CommonExprs = NewCommon;
1731         HaveCommonExprs = !CommonExprs->isZero();
1732         ++NumImmSunk;
1733       }
1734     }
1735   }
1736
1737   // Now that we know what we need to do, insert the PHI node itself.
1738   //
1739   DOUT << "LSR: Examining IVs of TYPE " << *ReplacedTy << " of STRIDE "
1740        << *Stride << ":\n"
1741        << "  Common base: " << *CommonExprs << "\n";
1742
1743   SCEVExpander Rewriter(*SE, *LI, *TD);
1744   SCEVExpander PreheaderRewriter(*SE, *LI, *TD);
1745
1746   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
1747   Instruction *PreInsertPt = Preheader->getTerminator();
1748   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1749
1750   Value *CommonBaseV = ConstantInt::get(ReplacedTy, 0);
1751
1752   SCEVHandle RewriteFactor = SE->getIntegerSCEV(0, ReplacedTy);
1753   IVExpr   ReuseIV(SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1754                    SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1755                    0);
1756
1757   /// Choose a strength-reduction strategy and prepare for it by creating
1758   /// the necessary PHIs and adjusting the bookkeeping.
1759   if (ShouldUseFullStrengthReductionMode(UsersToProcess, L,
1760                                          AllUsesAreAddresses, Stride)) {
1761     PrepareToStrengthReduceFully(UsersToProcess, Stride, CommonExprs, L,
1762                                  PreheaderRewriter);
1763   } else {
1764     // Emit the initial base value into the loop preheader.
1765     CommonBaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(CommonExprs, ReplacedTy,
1766                                                   PreInsertPt);
1767
1768     // If all uses are addresses, check if it is possible to reuse an IV with a
1769     // stride that is a factor of this stride. And that the multiple is a number
1770     // that can be encoded in the scale field of the target addressing mode. And
1771     // that we will have a valid instruction after this substition, including
1772     // the immediate field, if any.
1773     RewriteFactor = CheckForIVReuse(HaveCommonExprs, AllUsesAreAddresses,
1774                                     AllUsesAreOutsideLoop,
1775                                     Stride, ReuseIV, ReplacedTy,
1776                                     UsersToProcess);
1777     if (isa<SCEVConstant>(RewriteFactor) &&
1778         cast<SCEVConstant>(RewriteFactor)->isZero())
1779       PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(UsersToProcess, Stride, CommonExprs,
1780                                         CommonBaseV, L, PreheaderRewriter);
1781     else
1782       PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(UsersToProcess, CommonBaseV,
1783                                                ReuseIV, PreInsertPt);
1784   }
1785
1786   // Process all the users now, replacing their strided uses with
1787   // strength-reduced forms.  This outer loop handles all bases, the inner
1788   // loop handles all users of a particular base.
1789   while (!UsersToProcess.empty()) {
1790     SCEVHandle Base = UsersToProcess.back().Base;
1791     Instruction *Inst = UsersToProcess.back().Inst;
1792
1793     // Emit the code for Base into the preheader.
1794     Value *BaseV = 0;
1795     if (!Base->isZero()) {
1796       BaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(Base, Base->getType(),
1797                                               PreInsertPt);
1798
1799       DOUT << "  INSERTING code for BASE = " << *Base << ":";
1800       if (BaseV->hasName())
1801         DOUT << " Result value name = %" << BaseV->getNameStr();
1802       DOUT << "\n";
1803
1804       // If BaseV is a non-zero constant, make sure that it gets inserted into
1805       // the preheader, instead of being forward substituted into the uses.  We
1806       // do this by forcing a BitCast (noop cast) to be inserted into the
1807       // preheader in this case.
1808       if (!fitsInAddressMode(Base, getAccessType(Inst), TLI, false)) {
1809         // We want this constant emitted into the preheader! This is just
1810         // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1811         BaseV = new BitCastInst(BaseV, BaseV->getType(), "preheaderinsert",
1812                                 PreInsertPt);       
1813       }
1814     }
1815
1816     // Emit the code to add the immediate offset to the Phi value, just before
1817     // the instructions that we identified as using this stride and base.
1818     do {
1819       // FIXME: Use emitted users to emit other users.
1820       BasedUser &User = UsersToProcess.back();
1821
1822       DOUT << "    Examining use ";
1823       DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, UsersToProcess.back().OperandValToReplace,
1824                            /*PrintType=*/false));
1825       DOUT << " in Inst: " << *Inst;
1826
1827       // If this instruction wants to use the post-incremented value, move it
1828       // after the post-inc and use its value instead of the PHI.
1829       Value *RewriteOp = User.Phi;
1830       if (User.isUseOfPostIncrementedValue) {
1831         RewriteOp = User.Phi->getIncomingValueForBlock(LatchBlock);
1832
1833         // If this user is in the loop, make sure it is the last thing in the
1834         // loop to ensure it is dominated by the increment.
1835         if (L->contains(User.Inst->getParent()))
1836           User.Inst->moveBefore(LatchBlock->getTerminator());
1837       }
1838
1839       SCEVHandle RewriteExpr = SE->getUnknown(RewriteOp);
1840
1841       if (TD->getTypeSizeInBits(RewriteOp->getType()) !=
1842           TD->getTypeSizeInBits(ReplacedTy)) {
1843         assert(TD->getTypeSizeInBits(RewriteOp->getType()) >
1844                TD->getTypeSizeInBits(ReplacedTy) &&
1845                "Unexpected widening cast!");
1846         RewriteExpr = SE->getTruncateExpr(RewriteExpr, ReplacedTy);
1847       }
1848
1849       // If we had to insert new instructions for RewriteOp, we have to
1850       // consider that they may not have been able to end up immediately
1851       // next to RewriteOp, because non-PHI instructions may never precede
1852       // PHI instructions in a block. In this case, remember where the last
1853       // instruction was inserted so that if we're replacing a different
1854       // PHI node, we can use the later point to expand the final
1855       // RewriteExpr.
1856       Instruction *NewBasePt = dyn_cast<Instruction>(RewriteOp);
1857       if (RewriteOp == User.Phi) NewBasePt = 0;
1858
1859       // Clear the SCEVExpander's expression map so that we are guaranteed
1860       // to have the code emitted where we expect it.
1861       Rewriter.clear();
1862
1863       // If we are reusing the iv, then it must be multiplied by a constant
1864       // factor to take advantage of the addressing mode scale component.
1865       if (!RewriteFactor->isZero()) {
1866         // If we're reusing an IV with a nonzero base (currently this happens
1867         // only when all reuses are outside the loop) subtract that base here.
1868         // The base has been used to initialize the PHI node but we don't want
1869         // it here.
1870         if (!ReuseIV.Base->isZero()) {
1871           SCEVHandle typedBase = ReuseIV.Base;
1872           if (RewriteExpr->getType()->getPrimitiveSizeInBits() !=
1873               ReuseIV.Base->getType()->getPrimitiveSizeInBits()) {
1874             // It's possible the original IV is a larger type than the new IV,
1875             // in which case we have to truncate the Base.  We checked in
1876             // RequiresTypeConversion that this is valid.
1877             assert (RewriteExpr->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
1878                     ReuseIV.Base->getType()->getPrimitiveSizeInBits() &&
1879                     "Unexpected lengthening conversion!");
1880             typedBase = SE->getTruncateExpr(ReuseIV.Base, 
1881                                             RewriteExpr->getType());
1882           }
1883           RewriteExpr = SE->getMinusSCEV(RewriteExpr, typedBase);
1884         }
1885
1886         // Multiply old variable, with base removed, by new scale factor.
1887         RewriteExpr = SE->getMulExpr(RewriteFactor,
1888                                      RewriteExpr);
1889
1890         // The common base is emitted in the loop preheader. But since we
1891         // are reusing an IV, it has not been used to initialize the PHI node.
1892         // Add it to the expression used to rewrite the uses.
1893         // When this use is outside the loop, we earlier subtracted the
1894         // common base, and are adding it back here.  Use the same expression
1895         // as before, rather than CommonBaseV, so DAGCombiner will zap it.
1896         if (!CommonExprs->isZero()) {
1897           if (L->contains(User.Inst->getParent()))
1898             RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr,
1899                                        SE->getUnknown(CommonBaseV));
1900           else
1901             RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, CommonExprs);
1902         }
1903       }
1904
1905       // Now that we know what we need to do, insert code before User for the
1906       // immediate and any loop-variant expressions.
1907       if (BaseV)
1908         // Add BaseV to the PHI value if needed.
1909         RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, SE->getUnknown(BaseV));
1910
1911       User.RewriteInstructionToUseNewBase(RewriteExpr, NewBasePt,
1912                                           Rewriter, L, this,
1913                                           DeadInsts);
1914
1915       // Mark old value we replaced as possibly dead, so that it is eliminated
1916       // if we just replaced the last use of that value.
1917       DeadInsts.push_back(cast<Instruction>(User.OperandValToReplace));
1918
1919       UsersToProcess.pop_back();
1920       ++NumReduced;
1921
1922       // If there are any more users to process with the same base, process them
1923       // now.  We sorted by base above, so we just have to check the last elt.
1924     } while (!UsersToProcess.empty() && UsersToProcess.back().Base == Base);
1925     // TODO: Next, find out which base index is the most common, pull it out.
1926   }
1927
1928   // IMPORTANT TODO: Figure out how to partition the IV's with this stride, but
1929   // different starting values, into different PHIs.
1930 }
1931
1932 /// FindIVUserForCond - If Cond has an operand that is an expression of an IV,
1933 /// set the IV user and stride information and return true, otherwise return
1934 /// false.
1935 bool LoopStrengthReduce::FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
1936                                        const SCEVHandle *&CondStride) {
1937   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e && !CondUse;
1938        ++Stride) {
1939     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1940     IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
1941     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1942     
1943     for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
1944          E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI)
1945       if (UI->User == Cond) {
1946         // NOTE: we could handle setcc instructions with multiple uses here, but
1947         // InstCombine does it as well for simple uses, it's not clear that it
1948         // occurs enough in real life to handle.
1949         CondUse = &*UI;
1950         CondStride = &SI->first;
1951         return true;
1952       }
1953   }
1954   return false;
1955 }    
1956
1957 namespace {
1958   // Constant strides come first which in turns are sorted by their absolute
1959   // values. If absolute values are the same, then positive strides comes first.
1960   // e.g.
1961   // 4, -1, X, 1, 2 ==> 1, -1, 2, 4, X
1962   struct StrideCompare {
1963     const TargetData *TD;
1964     explicit StrideCompare(const TargetData *td) : TD(td) {}
1965
1966     bool operator()(const SCEVHandle &LHS, const SCEVHandle &RHS) {
1967       SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS);
1968       SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS);
1969       if (LHSC && RHSC) {
1970         int64_t  LV = LHSC->getValue()->getSExtValue();
1971         int64_t  RV = RHSC->getValue()->getSExtValue();
1972         uint64_t ALV = (LV < 0) ? -LV : LV;
1973         uint64_t ARV = (RV < 0) ? -RV : RV;
1974         if (ALV == ARV) {
1975           if (LV != RV)
1976             return LV > RV;
1977         } else {
1978           return ALV < ARV;
1979         }
1980
1981         // If it's the same value but different type, sort by bit width so
1982         // that we emit larger induction variables before smaller
1983         // ones, letting the smaller be re-written in terms of larger ones.
1984         return TD->getTypeSizeInBits(RHS->getType()) <
1985                TD->getTypeSizeInBits(LHS->getType());
1986       }
1987       return LHSC && !RHSC;
1988     }
1989   };
1990 }
1991
1992 /// ChangeCompareStride - If a loop termination compare instruction is the
1993 /// only use of its stride, and the compaison is against a constant value,
1994 /// try eliminate the stride by moving the compare instruction to another
1995 /// stride and change its constant operand accordingly. e.g.
1996 ///
1997 /// loop:
1998 /// ...
1999 /// v1 = v1 + 3
2000 /// v2 = v2 + 1
2001 /// if (v2 < 10) goto loop
2002 /// =>
2003 /// loop:
2004 /// ...
2005 /// v1 = v1 + 3
2006 /// if (v1 < 30) goto loop
2007 ICmpInst *LoopStrengthReduce::ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
2008                                                 IVStrideUse* &CondUse,
2009                                                 const SCEVHandle* &CondStride) {
2010   if (StrideOrder.size() < 2 ||
2011       IVUsesByStride[*CondStride].Users.size() != 1)
2012     return Cond;
2013   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(*CondStride);
2014   if (!SC) return Cond;
2015
2016   ICmpInst::Predicate Predicate = Cond->getPredicate();
2017   int64_t CmpSSInt = SC->getValue()->getSExtValue();
2018   unsigned BitWidth = TD->getTypeSizeInBits((*CondStride)->getType());
2019   uint64_t SignBit = 1ULL << (BitWidth-1);
2020   const Type *CmpTy = Cond->getOperand(0)->getType();
2021   const Type *NewCmpTy = NULL;
2022   unsigned TyBits = TD->getTypeSizeInBits(CmpTy);
2023   unsigned NewTyBits = 0;
2024   SCEVHandle *NewStride = NULL;
2025   Value *NewCmpLHS = NULL;
2026   Value *NewCmpRHS = NULL;
2027   int64_t Scale = 1;
2028   SCEVHandle NewOffset = SE->getIntegerSCEV(0, UIntPtrTy);
2029
2030   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Cond->getOperand(1))) {
2031     int64_t CmpVal = C->getValue().getSExtValue();
2032
2033     // Check stride constant and the comparision constant signs to detect
2034     // overflow.
2035     if ((CmpVal & SignBit) != (CmpSSInt & SignBit))
2036       return Cond;
2037
2038     // Look for a suitable stride / iv as replacement.
2039     for (unsigned i = 0, e = StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
2040       std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
2041         IVUsesByStride.find(StrideOrder[i]);
2042       if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
2043         continue;
2044       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
2045       if (abs(SSInt) <= abs(CmpSSInt) || (SSInt % CmpSSInt) != 0)
2046         continue;
2047
2048       Scale = SSInt / CmpSSInt;
2049       int64_t NewCmpVal = CmpVal * Scale;
2050       APInt Mul = APInt(BitWidth, NewCmpVal);
2051       // Check for overflow.
2052       if (Mul.getSExtValue() != NewCmpVal)
2053         continue;
2054
2055       // Watch out for overflow.
2056       if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate) &&
2057           (CmpVal & SignBit) != (NewCmpVal & SignBit))
2058         continue;
2059
2060       if (NewCmpVal == CmpVal)
2061         continue;
2062       // Pick the best iv to use trying to avoid a cast.
2063       NewCmpLHS = NULL;
2064       for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
2065              E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI) {
2066         NewCmpLHS = UI->OperandValToReplace;
2067         if (NewCmpLHS->getType() == CmpTy)
2068           break;
2069       }
2070       if (!NewCmpLHS)
2071         continue;
2072
2073       NewCmpTy = NewCmpLHS->getType();
2074       NewTyBits = TD->getTypeSizeInBits(NewCmpTy);
2075       if (RequiresTypeConversion(NewCmpTy, CmpTy)) {
2076         // Check if it is possible to rewrite it using
2077         // an iv / stride of a smaller integer type.
2078         bool TruncOk = false;
2079         if (NewCmpTy->isInteger()) {
2080           unsigned Bits = NewTyBits;
2081           if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate))
2082             --Bits;
2083           uint64_t Mask = (1ULL << Bits) - 1;
2084           if (((uint64_t)NewCmpVal & Mask) == (uint64_t)NewCmpVal)
2085             TruncOk = true;
2086         }
2087         if (!TruncOk)
2088           continue;
2089       }
2090
2091       // Don't rewrite if use offset is non-constant and the new type is
2092       // of a different type.
2093       // FIXME: too conservative?
2094       if (NewTyBits != TyBits && !isa<SCEVConstant>(CondUse->Offset))
2095         continue;
2096
2097       bool AllUsesAreAddresses = true;
2098       bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
2099       std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
2100       SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(SI->first, SI->second, L,
2101                                               AllUsesAreAddresses,
2102                                               AllUsesAreOutsideLoop,
2103                                               UsersToProcess);
2104       // Avoid rewriting the compare instruction with an iv of new stride
2105       // if it's likely the new stride uses will be rewritten using the
2106       // stride of the compare instruction.
2107       if (AllUsesAreAddresses &&
2108           ValidStride(!CommonExprs->isZero(), Scale, UsersToProcess))
2109         continue;
2110
2111       // If scale is negative, use swapped predicate unless it's testing
2112       // for equality.
2113       if (Scale < 0 && !Cond->isEquality())
2114         Predicate = ICmpInst::getSwappedPredicate(Predicate);
2115
2116       NewStride = &StrideOrder[i];
2117       if (!isa<PointerType>(NewCmpTy))
2118         NewCmpRHS = ConstantInt::get(NewCmpTy, NewCmpVal);
2119       else {
2120         ConstantInt *CI = ConstantInt::get(UIntPtrTy, NewCmpVal);
2121         NewCmpRHS = ConstantExpr::getIntToPtr(CI, NewCmpTy);
2122       }
2123       NewOffset = TyBits == NewTyBits
2124         ? SE->getMulExpr(CondUse->Offset,
2125                          SE->getConstant(ConstantInt::get(CmpTy, Scale)))
2126         : SE->getConstant(ConstantInt::get(NewCmpTy,
2127           cast<SCEVConstant>(CondUse->Offset)->getValue()->getSExtValue()*Scale));
2128       break;
2129     }
2130   }
2131
2132   // Forgo this transformation if it the increment happens to be
2133   // unfortunately positioned after the condition, and the condition
2134   // has multiple uses which prevent it from being moved immediately
2135   // before the branch. See
2136   // test/Transforms/LoopStrengthReduce/change-compare-stride-trickiness-*.ll
2137   // for an example of this situation.
2138   if (!Cond->hasOneUse()) {
2139     for (BasicBlock::iterator I = Cond, E = Cond->getParent()->end();
2140          I != E; ++I)
2141       if (I == NewCmpLHS)
2142         return Cond;
2143   }
2144
2145   if (NewCmpRHS) {
2146     // Create a new compare instruction using new stride / iv.
2147     ICmpInst *OldCond = Cond;
2148     // Insert new compare instruction.
2149     Cond = new ICmpInst(Predicate, NewCmpLHS, NewCmpRHS,
2150                         L->getHeader()->getName() + ".termcond",
2151                         OldCond);
2152
2153     // Remove the old compare instruction. The old indvar is probably dead too.
2154     DeadInsts.push_back(cast<Instruction>(CondUse->OperandValToReplace));
2155     SE->deleteValueFromRecords(OldCond);
2156     OldCond->replaceAllUsesWith(Cond);
2157     OldCond->eraseFromParent();
2158
2159     IVUsesByStride[*CondStride].Users.pop_back();
2160     IVUsesByStride[*NewStride].addUser(NewOffset, Cond, NewCmpLHS);
2161     CondUse = &IVUsesByStride[*NewStride].Users.back();
2162     CondStride = NewStride;
2163     ++NumEliminated;
2164   }
2165
2166   return Cond;
2167 }
2168
2169 /// OptimizeSMax - Rewrite the loop's terminating condition if it uses
2170 /// an smax computation.
2171 ///
2172 /// This is a narrow solution to a specific, but acute, problem. For loops
2173 /// like this:
2174 ///
2175 ///   i = 0;
2176 ///   do {
2177 ///     p[i] = 0.0;
2178 ///   } while (++i < n);
2179 ///
2180 /// where the comparison is signed, the trip count isn't just 'n', because
2181 /// 'n' could be negative. And unfortunately this can come up even for loops
2182 /// where the user didn't use a C do-while loop. For example, seemingly
2183 /// well-behaved top-test loops will commonly be lowered like this:
2184 //
2185 ///   if (n > 0) {
2186 ///     i = 0;
2187 ///     do {
2188 ///       p[i] = 0.0;
2189 ///     } while (++i < n);
2190 ///   }
2191 ///
2192 /// and then it's possible for subsequent optimization to obscure the if
2193 /// test in such a way that indvars can't find it.
2194 ///
2195 /// When indvars can't find the if test in loops like this, it creates a
2196 /// signed-max expression, which allows it to give the loop a canonical
2197 /// induction variable:
2198 ///
2199 ///   i = 0;
2200 ///   smax = n < 1 ? 1 : n;
2201 ///   do {
2202 ///     p[i] = 0.0;
2203 ///   } while (++i != smax);
2204 ///
2205 /// Canonical induction variables are necessary because the loop passes
2206 /// are designed around them. The most obvious example of this is the
2207 /// LoopInfo analysis, which doesn't remember trip count values. It
2208 /// expects to be able to rediscover the trip count each time it is
2209 /// needed, and it does this using a simple analyis that only succeeds if
2210 /// the loop has a canonical induction variable.
2211 ///
2212 /// However, when it comes time to generate code, the maximum operation
2213 /// can be quite costly, especially if it's inside of an outer loop.
2214 ///
2215 /// This function solves this problem by detecting this type of loop and
2216 /// rewriting their conditions from ICMP_NE back to ICMP_SLT, and deleting
2217 /// the instructions for the maximum computation.
2218 ///
2219 ICmpInst *LoopStrengthReduce::OptimizeSMax(Loop *L, ICmpInst *Cond,
2220                                            IVStrideUse* &CondUse) {
2221   // Check that the loop matches the pattern we're looking for.
2222   if (Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_EQ &&
2223       Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_NE)
2224     return Cond;
2225
2226   SelectInst *Sel = dyn_cast<SelectInst>(Cond->getOperand(1));
2227   if (!Sel || !Sel->hasOneUse()) return Cond;
2228
2229   SCEVHandle BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
2230   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
2231     return Cond;
2232   SCEVHandle One = SE->getIntegerSCEV(1, BackedgeTakenCount->getType());
2233
2234   // Add one to the backedge-taken count to get the trip count.
2235   SCEVHandle IterationCount = SE->getAddExpr(BackedgeTakenCount, One);
2236
2237   // Check for a max calculation that matches the pattern.
2238   SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(IterationCount);
2239   if (!SMax || SMax != SE->getSCEV(Sel)) return Cond;
2240
2241   SCEVHandle SMaxLHS = SMax->getOperand(0);
2242   SCEVHandle SMaxRHS = SMax->getOperand(1);
2243   if (!SMaxLHS || SMaxLHS != One) return Cond;
2244
2245   // Check the relevant induction variable for conformance to
2246   // the pattern.
2247   SCEVHandle IV = SE->getSCEV(Cond->getOperand(0));
2248   SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
2249   if (!AR || !AR->isAffine() ||
2250       AR->getStart() != One ||
2251       AR->getStepRecurrence(*SE) != One)
2252     return Cond;
2253
2254   assert(AR->getLoop() == L &&
2255          "Loop condition operand is an addrec in a different loop!");
2256
2257   // Check the right operand of the select, and remember it, as it will
2258   // be used in the new comparison instruction.
2259   Value *NewRHS = 0;
2260   if (SE->getSCEV(Sel->getOperand(1)) == SMaxRHS)
2261     NewRHS = Sel->getOperand(1);
2262   else if (SE->getSCEV(Sel->getOperand(2)) == SMaxRHS)
2263     NewRHS = Sel->getOperand(2);
2264   if (!NewRHS) return Cond;
2265
2266   // Ok, everything looks ok to change the condition into an SLT or SGE and
2267   // delete the max calculation.
2268   ICmpInst *NewCond =
2269     new ICmpInst(Cond->getPredicate() == CmpInst::ICMP_NE ?
2270                    CmpInst::ICMP_SLT :
2271                    CmpInst::ICMP_SGE,
2272                  Cond->getOperand(0), NewRHS, "scmp", Cond);
2273
2274   // Delete the max calculation instructions.
2275   SE->deleteValueFromRecords(Cond);
2276   Cond->replaceAllUsesWith(NewCond);
2277   Cond->eraseFromParent();
2278   Instruction *Cmp = cast<Instruction>(Sel->getOperand(0));
2279   SE->deleteValueFromRecords(Sel);
2280   Sel->eraseFromParent();
2281   if (Cmp->use_empty()) {
2282     SE->deleteValueFromRecords(Cmp);
2283     Cmp->eraseFromParent();
2284   }
2285   CondUse->User = NewCond;
2286   return NewCond;
2287 }
2288
2289 /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
2290 /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
2291 void LoopStrengthReduce::OptimizeShadowIV(Loop *L) {
2292
2293   SCEVHandle BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
2294   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
2295     return;
2296
2297   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e;
2298        ++Stride) {
2299     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
2300       IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
2301     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2302     if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
2303       continue;
2304
2305     for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
2306            E = SI->second.Users.end(); UI != E; /* empty */) {
2307       std::vector<IVStrideUse>::iterator CandidateUI = UI;
2308       ++UI;
2309       Instruction *ShadowUse = CandidateUI->User;
2310       const Type *DestTy = NULL;
2311
2312       /* If shadow use is a int->float cast then insert a second IV
2313          to eliminate this cast.
2314
2315            for (unsigned i = 0; i < n; ++i) 
2316              foo((double)i);
2317
2318          is transformed into
2319
2320            double d = 0.0;
2321            for (unsigned i = 0; i < n; ++i, ++d) 
2322              foo(d);
2323       */
2324       if (UIToFPInst *UCast = dyn_cast<UIToFPInst>(CandidateUI->User))
2325         DestTy = UCast->getDestTy();
2326       else if (SIToFPInst *SCast = dyn_cast<SIToFPInst>(CandidateUI->User))
2327         DestTy = SCast->getDestTy();
2328       if (!DestTy) continue;
2329
2330       if (TLI) {
2331         /* If target does not support DestTy natively then do not apply
2332            this transformation. */
2333         MVT DVT = TLI->getValueType(DestTy);
2334         if (!TLI->isTypeLegal(DVT)) continue;
2335       }
2336
2337       PHINode *PH = dyn_cast<PHINode>(ShadowUse->getOperand(0));
2338       if (!PH) continue;
2339       if (PH->getNumIncomingValues() != 2) continue;
2340
2341       const Type *SrcTy = PH->getType();
2342       int Mantissa = DestTy->getFPMantissaWidth();
2343       if (Mantissa == -1) continue; 
2344       if ((int)TD->getTypeSizeInBits(SrcTy) > Mantissa)
2345         continue;
2346
2347       unsigned Entry, Latch;
2348       if (PH->getIncomingBlock(0) == L->getLoopPreheader()) {
2349         Entry = 0;
2350         Latch = 1;
2351       } else {
2352         Entry = 1;
2353         Latch = 0;
2354       }
2355         
2356       ConstantInt *Init = dyn_cast<ConstantInt>(PH->getIncomingValue(Entry));
2357       if (!Init) continue;
2358       ConstantFP *NewInit = ConstantFP::get(DestTy, Init->getZExtValue());
2359
2360       BinaryOperator *Incr = 
2361         dyn_cast<BinaryOperator>(PH->getIncomingValue(Latch));
2362       if (!Incr) continue;
2363       if (Incr->getOpcode() != Instruction::Add
2364           && Incr->getOpcode() != Instruction::Sub)
2365         continue;
2366
2367       /* Initialize new IV, double d = 0.0 in above example. */
2368       ConstantInt *C = NULL;
2369       if (Incr->getOperand(0) == PH)
2370         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(1));
2371       else if (Incr->getOperand(1) == PH)
2372         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(0));
2373       else
2374         continue;
2375
2376       if (!C) continue;
2377
2378       /* Add new PHINode. */
2379       PHINode *NewPH = PHINode::Create(DestTy, "IV.S.", PH);
2380
2381       /* create new increment. '++d' in above example. */
2382       ConstantFP *CFP = ConstantFP::get(DestTy, C->getZExtValue());
2383       BinaryOperator *NewIncr = 
2384         BinaryOperator::Create(Incr->getOpcode(),
2385                                NewPH, CFP, "IV.S.next.", Incr);
2386
2387       NewPH->addIncoming(NewInit, PH->getIncomingBlock(Entry));
2388       NewPH->addIncoming(NewIncr, PH->getIncomingBlock(Latch));
2389
2390       /* Remove cast operation */
2391       SE->deleteValueFromRecords(ShadowUse);
2392       ShadowUse->replaceAllUsesWith(NewPH);
2393       ShadowUse->eraseFromParent();
2394       SI->second.Users.erase(CandidateUI);
2395       NumShadow++;
2396       break;
2397     }
2398   }
2399 }
2400
2401 // OptimizeIndvars - Now that IVUsesByStride is set up with all of the indvar
2402 // uses in the loop, look to see if we can eliminate some, in favor of using
2403 // common indvars for the different uses.
2404 void LoopStrengthReduce::OptimizeIndvars(Loop *L) {
2405   // TODO: implement optzns here.
2406
2407   OptimizeShadowIV(L);
2408
2409   // Finally, get the terminating condition for the loop if possible.  If we
2410   // can, we want to change it to use a post-incremented version of its
2411   // induction variable, to allow coalescing the live ranges for the IV into
2412   // one register value.
2413   PHINode *SomePHI = cast<PHINode>(L->getHeader()->begin());
2414   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
2415   BasicBlock *LatchBlock =
2416    SomePHI->getIncomingBlock(SomePHI->getIncomingBlock(0) == Preheader);
2417   BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(LatchBlock->getTerminator());
2418   if (!TermBr || TermBr->isUnconditional() || 
2419       !isa<ICmpInst>(TermBr->getCondition()))
2420     return;
2421   ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(TermBr->getCondition());
2422
2423   // Search IVUsesByStride to find Cond's IVUse if there is one.
2424   IVStrideUse *CondUse = 0;
2425   const SCEVHandle *CondStride = 0;
2426
2427   if (!FindIVUserForCond(Cond, CondUse, CondStride))
2428     return; // setcc doesn't use the IV.
2429
2430   // If the trip count is computed in terms of an smax (due to ScalarEvolution
2431   // being unable to find a sufficient guard, for example), change the loop
2432   // comparison to use SLT instead of NE.
2433   Cond = OptimizeSMax(L, Cond, CondUse);
2434
2435   // If possible, change stride and operands of the compare instruction to
2436   // eliminate one stride.
2437   Cond = ChangeCompareStride(L, Cond, CondUse, CondStride);
2438
2439   // It's possible for the setcc instruction to be anywhere in the loop, and
2440   // possible for it to have multiple users.  If it is not immediately before
2441   // the latch block branch, move it.
2442   if (&*++BasicBlock::iterator(Cond) != (Instruction*)TermBr) {
2443     if (Cond->hasOneUse()) {   // Condition has a single use, just move it.
2444       Cond->moveBefore(TermBr);
2445     } else {
2446       // Otherwise, clone the terminating condition and insert into the loopend.
2447       Cond = cast<ICmpInst>(Cond->clone());
2448       Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
2449       LatchBlock->getInstList().insert(TermBr, Cond);
2450       
2451       // Clone the IVUse, as the old use still exists!
2452       IVUsesByStride[*CondStride].addUser(CondUse->Offset, Cond,
2453                                          CondUse->OperandValToReplace);
2454       CondUse = &IVUsesByStride[*CondStride].Users.back();
2455     }
2456   }
2457
2458   // If we get to here, we know that we can transform the setcc instruction to
2459   // use the post-incremented version of the IV, allowing us to coalesce the
2460   // live ranges for the IV correctly.
2461   CondUse->Offset = SE->getMinusSCEV(CondUse->Offset, *CondStride);
2462   CondUse->isUseOfPostIncrementedValue = true;
2463   Changed = true;
2464 }
2465
2466 bool LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
2467
2468   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
2469   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
2470   SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
2471   TD = &getAnalysis<TargetData>();
2472   UIntPtrTy = TD->getIntPtrType();
2473   Changed = false;
2474
2475   // Find all uses of induction variables in this loop, and categorize
2476   // them by stride.  Start by finding all of the PHI nodes in the header for
2477   // this loop.  If they are induction variables, inspect their uses.
2478   SmallPtrSet<Instruction*,16> Processed;   // Don't reprocess instructions.
2479   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ++I)
2480     AddUsersIfInteresting(I, L, Processed);
2481
2482   if (!IVUsesByStride.empty()) {
2483 #ifndef NDEBUG
2484     DOUT << "\nLSR on \"" << L->getHeader()->getParent()->getNameStart()
2485          << "\" ";
2486     DEBUG(L->dump());
2487 #endif
2488
2489     // Sort the StrideOrder so we process larger strides first.
2490     std::stable_sort(StrideOrder.begin(), StrideOrder.end(), StrideCompare(TD));
2491
2492     // Optimize induction variables.  Some indvar uses can be transformed to use
2493     // strides that will be needed for other purposes.  A common example of this
2494     // is the exit test for the loop, which can often be rewritten to use the
2495     // computation of some other indvar to decide when to terminate the loop.
2496     OptimizeIndvars(L);
2497
2498     // FIXME: We can widen subreg IV's here for RISC targets.  e.g. instead of
2499     // doing computation in byte values, promote to 32-bit values if safe.
2500
2501     // FIXME: Attempt to reuse values across multiple IV's.  In particular, we
2502     // could have something like "for(i) { foo(i*8); bar(i*16) }", which should
2503     // be codegened as "for (j = 0;; j+=8) { foo(j); bar(j+j); }" on X86/PPC.
2504     // Need to be careful that IV's are all the same type.  Only works for
2505     // intptr_t indvars.
2506
2507     // IVsByStride keeps IVs for one particular loop.
2508     assert(IVsByStride.empty() && "Stale entries in IVsByStride?");
2509
2510     // Note: this processes each stride/type pair individually.  All users
2511     // passed into StrengthReduceStridedIVUsers have the same type AND stride.
2512     // Also, note that we iterate over IVUsesByStride indirectly by using
2513     // StrideOrder. This extra layer of indirection makes the ordering of
2514     // strides deterministic - not dependent on map order.
2515     for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e; ++Stride) {
2516       std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
2517         IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
2518       assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2519       StrengthReduceStridedIVUsers(SI->first, SI->second, L);
2520     }
2521   }
2522
2523   // We're done analyzing this loop; release all the state we built up for it.
2524   IVUsesByStride.clear();
2525   IVsByStride.clear();
2526   StrideOrder.clear();
2527
2528   // Clean up after ourselves
2529   if (!DeadInsts.empty()) {
2530     DeleteTriviallyDeadInstructions();
2531
2532     BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
2533     while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
2534       // At this point, we know that we have killed one or more IV users.
2535       // It is worth checking to see if the cannonical indvar is also
2536       // dead, so that we can remove it as well.
2537       //
2538       // We can remove a PHI if it is on a cycle in the def-use graph
2539       // where each node in the cycle has degree one, i.e. only one use,
2540       // and is an instruction with no side effects.
2541       //
2542       // FIXME: this needs to eliminate an induction variable even if it's being
2543       // compared against some value to decide loop termination.
2544       if (!PN->hasOneUse())
2545         continue;
2546       
2547       SmallPtrSet<PHINode *, 4> PHIs;
2548       for (Instruction *J = dyn_cast<Instruction>(*PN->use_begin());
2549            J && J->hasOneUse() && !J->mayWriteToMemory();
2550            J = dyn_cast<Instruction>(*J->use_begin())) {
2551         // If we find the original PHI, we've discovered a cycle.
2552         if (J == PN) {
2553           // Break the cycle and mark the PHI for deletion.
2554           SE->deleteValueFromRecords(PN);
2555           PN->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(PN->getType()));
2556           DeadInsts.push_back(PN);
2557           Changed = true;
2558           break;
2559         }
2560         // If we find a PHI more than once, we're on a cycle that
2561         // won't prove fruitful.
2562         if (isa<PHINode>(J) && !PHIs.insert(cast<PHINode>(J)))
2563           break;
2564       }
2565     }
2566     DeleteTriviallyDeadInstructions();
2567   }
2568   return Changed;
2569 }