Do not apply the transformation if the target does not support DestTy natively.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / LoopStrengthReduce.cpp
1 //===- LoopStrengthReduce.cpp - Strength Reduce GEPs in Loops -------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass performs a strength reduction on array references inside loops that
11 // have as one or more of their components the loop induction variable.  This is
12 // accomplished by creating a new Value to hold the initial value of the array
13 // access for the first iteration, and then creating a new GEP instruction in
14 // the loop to increment the value by the appropriate amount.
15 //
16 //===----------------------------------------------------------------------===//
17
18 #define DEBUG_TYPE "loop-reduce"
19 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
20 #include "llvm/Constants.h"
21 #include "llvm/Instructions.h"
22 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
23 #include "llvm/Type.h"
24 #include "llvm/DerivedTypes.h"
25 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
26 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
27 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
28 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
29 #include "llvm/Support/CFG.h"
30 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
31 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
32 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
33 #include "llvm/Target/TargetData.h"
34 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
35 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
36 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
37 #include "llvm/Support/Debug.h"
38 #include "llvm/Support/Compiler.h"
39 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
40 #include <algorithm>
41 #include <set>
42 using namespace llvm;
43
44 STATISTIC(NumReduced ,    "Number of GEPs strength reduced");
45 STATISTIC(NumInserted,    "Number of PHIs inserted");
46 STATISTIC(NumVariable,    "Number of PHIs with variable strides");
47 STATISTIC(NumEliminated,  "Number of strides eliminated");
48 STATISTIC(NumShadow,      "Number of Shadow IVs optimized");
49
50 namespace {
51
52   struct BasedUser;
53
54   /// IVStrideUse - Keep track of one use of a strided induction variable, where
55   /// the stride is stored externally.  The Offset member keeps track of the 
56   /// offset from the IV, User is the actual user of the operand, and
57   /// 'OperandValToReplace' is the operand of the User that is the use.
58   struct VISIBILITY_HIDDEN IVStrideUse {
59     SCEVHandle Offset;
60     Instruction *User;
61     Value *OperandValToReplace;
62
63     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
64     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
65     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
66     // instruction for a loop or uses dominated by the loop.
67     bool isUseOfPostIncrementedValue;
68     
69     IVStrideUse(const SCEVHandle &Offs, Instruction *U, Value *O)
70       : Offset(Offs), User(U), OperandValToReplace(O),
71         isUseOfPostIncrementedValue(false) {}
72   };
73   
74   /// IVUsersOfOneStride - This structure keeps track of all instructions that
75   /// have an operand that is based on the trip count multiplied by some stride.
76   /// The stride for all of these users is common and kept external to this
77   /// structure.
78   struct VISIBILITY_HIDDEN IVUsersOfOneStride {
79     /// Users - Keep track of all of the users of this stride as well as the
80     /// initial value and the operand that uses the IV.
81     std::vector<IVStrideUse> Users;
82     
83     void addUser(const SCEVHandle &Offset,Instruction *User, Value *Operand) {
84       Users.push_back(IVStrideUse(Offset, User, Operand));
85     }
86   };
87
88   /// IVInfo - This structure keeps track of one IV expression inserted during
89   /// StrengthReduceStridedIVUsers. It contains the stride, the common base, as
90   /// well as the PHI node and increment value created for rewrite.
91   struct VISIBILITY_HIDDEN IVExpr {
92     SCEVHandle  Stride;
93     SCEVHandle  Base;
94     PHINode    *PHI;
95     Value      *IncV;
96
97     IVExpr(const SCEVHandle &stride, const SCEVHandle &base, PHINode *phi,
98            Value *incv)
99       : Stride(stride), Base(base), PHI(phi), IncV(incv) {}
100   };
101
102   /// IVsOfOneStride - This structure keeps track of all IV expression inserted
103   /// during StrengthReduceStridedIVUsers for a particular stride of the IV.
104   struct VISIBILITY_HIDDEN IVsOfOneStride {
105     std::vector<IVExpr> IVs;
106
107     void addIV(const SCEVHandle &Stride, const SCEVHandle &Base, PHINode *PHI,
108                Value *IncV) {
109       IVs.push_back(IVExpr(Stride, Base, PHI, IncV));
110     }
111   };
112
113   class VISIBILITY_HIDDEN LoopStrengthReduce : public LoopPass {
114     LoopInfo *LI;
115     DominatorTree *DT;
116     ScalarEvolution *SE;
117     const TargetData *TD;
118     const Type *UIntPtrTy;
119     bool Changed;
120
121     /// IVUsesByStride - Keep track of all uses of induction variables that we
122     /// are interested in.  The key of the map is the stride of the access.
123     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride> IVUsesByStride;
124
125     /// IVsByStride - Keep track of all IVs that have been inserted for a
126     /// particular stride.
127     std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride> IVsByStride;
128
129     /// StrideOrder - An ordering of the keys in IVUsesByStride that is stable:
130     /// We use this to iterate over the IVUsesByStride collection without being
131     /// dependent on random ordering of pointers in the process.
132     SmallVector<SCEVHandle, 16> StrideOrder;
133
134     /// CastedValues - As we need to cast values to uintptr_t, this keeps track
135     /// of the casted version of each value.  This is accessed by
136     /// getCastedVersionOf.
137     DenseMap<Value*, Value*> CastedPointers;
138
139     /// DeadInsts - Keep track of instructions we may have made dead, so that
140     /// we can remove them after we are done working.
141     SetVector<Instruction*> DeadInsts;
142
143     /// TLI - Keep a pointer of a TargetLowering to consult for determining
144     /// transformation profitability.
145     const TargetLowering *TLI;
146
147   public:
148     static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
149     explicit LoopStrengthReduce(const TargetLowering *tli = NULL) : 
150       LoopPass((intptr_t)&ID), TLI(tli) {
151     }
152
153     bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
154
155     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
156       // We split critical edges, so we change the CFG.  However, we do update
157       // many analyses if they are around.
158       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
159       AU.addPreserved<LoopInfo>();
160       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
161       AU.addPreserved<DominatorTree>();
162
163       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
164       AU.addRequired<LoopInfo>();
165       AU.addRequired<DominatorTree>();
166       AU.addRequired<TargetData>();
167       AU.addRequired<ScalarEvolution>();
168       AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
169     }
170     
171     /// getCastedVersionOf - Return the specified value casted to uintptr_t.
172     ///
173     Value *getCastedVersionOf(Instruction::CastOps opcode, Value *V);
174 private:
175     bool AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
176                                SmallPtrSet<Instruction*,16> &Processed);
177     SCEVHandle GetExpressionSCEV(Instruction *E);
178     ICmpInst *ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
179                                   IVStrideUse* &CondUse,
180                                   const SCEVHandle* &CondStride);
181     void OptimizeIndvars(Loop *L);
182
183     /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
184     /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
185     void OptimizeShadowIV(Loop *L);
186
187     bool FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
188                            const SCEVHandle *&CondStride);
189     bool RequiresTypeConversion(const Type *Ty, const Type *NewTy);
190     unsigned CheckForIVReuse(bool, bool, const SCEVHandle&,
191                              IVExpr&, const Type*,
192                              const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
193     bool ValidStride(bool, int64_t,
194                      const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
195     SCEVHandle CollectIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
196                               IVUsersOfOneStride &Uses,
197                               Loop *L,
198                               bool &AllUsesAreAddresses,
199                               std::vector<BasedUser> &UsersToProcess);
200     void StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
201                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
202                                       Loop *L, bool isOnlyStride);
203     void DeleteTriviallyDeadInstructions(SetVector<Instruction*> &Insts);
204   };
205 }
206
207 char LoopStrengthReduce::ID = 0;
208 static RegisterPass<LoopStrengthReduce>
209 X("loop-reduce", "Loop Strength Reduction");
210
211 LoopPass *llvm::createLoopStrengthReducePass(const TargetLowering *TLI) {
212   return new LoopStrengthReduce(TLI);
213 }
214
215 /// getCastedVersionOf - Return the specified value casted to uintptr_t. This
216 /// assumes that the Value* V is of integer or pointer type only.
217 ///
218 Value *LoopStrengthReduce::getCastedVersionOf(Instruction::CastOps opcode, 
219                                               Value *V) {
220   if (V->getType() == UIntPtrTy) return V;
221   if (Constant *CB = dyn_cast<Constant>(V))
222     return ConstantExpr::getCast(opcode, CB, UIntPtrTy);
223
224   Value *&New = CastedPointers[V];
225   if (New) return New;
226   
227   New = SCEVExpander::InsertCastOfTo(opcode, V, UIntPtrTy);
228   DeadInsts.insert(cast<Instruction>(New));
229   return New;
230 }
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::
237 DeleteTriviallyDeadInstructions(SetVector<Instruction*> &Insts) {
238   while (!Insts.empty()) {
239     Instruction *I = Insts.back();
240     Insts.pop_back();
241
242     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
243       // If all incoming values to the Phi are the same, we can replace the Phi
244       // with that value.
245       if (Value *PNV = PN->hasConstantValue()) {
246         if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(PNV))
247           Insts.insert(U);
248         SE->deleteValueFromRecords(PN);
249         PN->replaceAllUsesWith(PNV);
250         PN->eraseFromParent();
251         Changed = true;
252         continue;
253       }
254     }
255
256     if (isInstructionTriviallyDead(I)) {
257       for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end(); i != e; ++i)
258         if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*i))
259           Insts.insert(U);
260       SE->deleteValueFromRecords(I);
261       I->eraseFromParent();
262       Changed = true;
263     }
264   }
265 }
266
267
268 /// GetExpressionSCEV - Compute and return the SCEV for the specified
269 /// instruction.
270 SCEVHandle LoopStrengthReduce::GetExpressionSCEV(Instruction *Exp) {
271   // Pointer to pointer bitcast instructions return the same value as their
272   // operand.
273   if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(Exp)) {
274     if (SE->hasSCEV(BCI) || !isa<Instruction>(BCI->getOperand(0)))
275       return SE->getSCEV(BCI);
276     SCEVHandle R = GetExpressionSCEV(cast<Instruction>(BCI->getOperand(0)));
277     SE->setSCEV(BCI, R);
278     return R;
279   }
280
281   // Scalar Evolutions doesn't know how to compute SCEV's for GEP instructions.
282   // If this is a GEP that SE doesn't know about, compute it now and insert it.
283   // If this is not a GEP, or if we have already done this computation, just let
284   // SE figure it out.
285   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Exp);
286   if (!GEP || SE->hasSCEV(GEP))
287     return SE->getSCEV(Exp);
288     
289   // Analyze all of the subscripts of this getelementptr instruction, looking
290   // for uses that are determined by the trip count of the loop.  First, skip
291   // all operands the are not dependent on the IV.
292
293   // Build up the base expression.  Insert an LLVM cast of the pointer to
294   // uintptr_t first.
295   SCEVHandle GEPVal = SE->getUnknown(
296       getCastedVersionOf(Instruction::PtrToInt, GEP->getOperand(0)));
297
298   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
299   
300   for (User::op_iterator i = GEP->op_begin() + 1, e = GEP->op_end();
301        i != e; ++i, ++GTI) {
302     // If this is a use of a recurrence that we can analyze, and it comes before
303     // Op does in the GEP operand list, we will handle this when we process this
304     // operand.
305     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
306       const StructLayout *SL = TD->getStructLayout(STy);
307       unsigned Idx = cast<ConstantInt>(*i)->getZExtValue();
308       uint64_t Offset = SL->getElementOffset(Idx);
309       GEPVal = SE->getAddExpr(GEPVal,
310                              SE->getIntegerSCEV(Offset, UIntPtrTy));
311     } else {
312       unsigned GEPOpiBits = 
313         (*i)->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
314       unsigned IntPtrBits = UIntPtrTy->getPrimitiveSizeInBits();
315       Instruction::CastOps opcode = (GEPOpiBits < IntPtrBits ? 
316           Instruction::SExt : (GEPOpiBits > IntPtrBits ? Instruction::Trunc :
317             Instruction::BitCast));
318       Value *OpVal = getCastedVersionOf(opcode, *i);
319       SCEVHandle Idx = SE->getSCEV(OpVal);
320
321       uint64_t TypeSize = TD->getABITypeSize(GTI.getIndexedType());
322       if (TypeSize != 1)
323         Idx = SE->getMulExpr(Idx,
324                             SE->getConstant(ConstantInt::get(UIntPtrTy,
325                                                              TypeSize)));
326       GEPVal = SE->getAddExpr(GEPVal, Idx);
327     }
328   }
329
330   SE->setSCEV(GEP, GEPVal);
331   return GEPVal;
332 }
333
334 /// getSCEVStartAndStride - Compute the start and stride of this expression,
335 /// returning false if the expression is not a start/stride pair, or true if it
336 /// is.  The stride must be a loop invariant expression, but the start may be
337 /// a mix of loop invariant and loop variant expressions.
338 static bool getSCEVStartAndStride(const SCEVHandle &SH, Loop *L,
339                                   SCEVHandle &Start, SCEVHandle &Stride,
340                                   ScalarEvolution *SE) {
341   SCEVHandle TheAddRec = Start;   // Initialize to zero.
342
343   // If the outer level is an AddExpr, the operands are all start values except
344   // for a nested AddRecExpr.
345   if (SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(SH)) {
346     for (unsigned i = 0, e = AE->getNumOperands(); i != e; ++i)
347       if (SCEVAddRecExpr *AddRec =
348              dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(AE->getOperand(i))) {
349         if (AddRec->getLoop() == L)
350           TheAddRec = SE->getAddExpr(AddRec, TheAddRec);
351         else
352           return false;  // Nested IV of some sort?
353       } else {
354         Start = SE->getAddExpr(Start, AE->getOperand(i));
355       }
356         
357   } else if (isa<SCEVAddRecExpr>(SH)) {
358     TheAddRec = SH;
359   } else {
360     return false;  // not analyzable.
361   }
362   
363   SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(TheAddRec);
364   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L) return false;
365   
366   // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
367   if (!AddRec->isAffine()) return false;
368
369   Start = SE->getAddExpr(Start, AddRec->getOperand(0));
370   
371   if (!isa<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1)))
372     DOUT << "[" << L->getHeader()->getName()
373          << "] Variable stride: " << *AddRec << "\n";
374
375   Stride = AddRec->getOperand(1);
376   return true;
377 }
378
379 /// IVUseShouldUsePostIncValue - We have discovered a "User" of an IV expression
380 /// and now we need to decide whether the user should use the preinc or post-inc
381 /// value.  If this user should use the post-inc version of the IV, return true.
382 ///
383 /// Choosing wrong here can break dominance properties (if we choose to use the
384 /// post-inc value when we cannot) or it can end up adding extra live-ranges to
385 /// the loop, resulting in reg-reg copies (if we use the pre-inc value when we
386 /// should use the post-inc value).
387 static bool IVUseShouldUsePostIncValue(Instruction *User, Instruction *IV,
388                                        Loop *L, DominatorTree *DT, Pass *P,
389                                        SetVector<Instruction*> &DeadInsts){
390   // If the user is in the loop, use the preinc value.
391   if (L->contains(User->getParent())) return false;
392   
393   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
394   
395   // Ok, the user is outside of the loop.  If it is dominated by the latch
396   // block, use the post-inc value.
397   if (DT->dominates(LatchBlock, User->getParent()))
398     return true;
399
400   // There is one case we have to be careful of: PHI nodes.  These little guys
401   // can live in blocks that do not dominate the latch block, but (since their
402   // uses occur in the predecessor block, not the block the PHI lives in) should
403   // still use the post-inc value.  Check for this case now.
404   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User);
405   if (!PN) return false;  // not a phi, not dominated by latch block.
406   
407   // Look at all of the uses of IV by the PHI node.  If any use corresponds to
408   // a block that is not dominated by the latch block, give up and use the
409   // preincremented value.
410   unsigned NumUses = 0;
411   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
412     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
413       ++NumUses;
414       if (!DT->dominates(LatchBlock, PN->getIncomingBlock(i)))
415         return false;
416     }
417
418   // Okay, all uses of IV by PN are in predecessor blocks that really are
419   // dominated by the latch block.  Split the critical edges and use the
420   // post-incremented value.
421   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
422     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
423       SplitCriticalEdge(PN->getIncomingBlock(i), PN->getParent(), P, false);
424       // Splitting the critical edge can reduce the number of entries in this
425       // PHI.
426       e = PN->getNumIncomingValues();
427       if (--NumUses == 0) break;
428     }
429
430   // PHI node might have become a constant value after SplitCriticalEdge.
431   DeadInsts.insert(User);
432   
433   return true;
434 }
435
436   
437
438 /// AddUsersIfInteresting - Inspect the specified instruction.  If it is a
439 /// reducible SCEV, recursively add its users to the IVUsesByStride set and
440 /// return true.  Otherwise, return false.
441 bool LoopStrengthReduce::AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
442                                       SmallPtrSet<Instruction*,16> &Processed) {
443   if (!I->getType()->isInteger() && !isa<PointerType>(I->getType()))
444     return false;   // Void and FP expressions cannot be reduced.
445   if (!Processed.insert(I))
446     return true;    // Instruction already handled.
447   
448   // Get the symbolic expression for this instruction.
449   SCEVHandle ISE = GetExpressionSCEV(I);
450   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(ISE)) return false;
451   
452   // Get the start and stride for this expression.
453   SCEVHandle Start = SE->getIntegerSCEV(0, ISE->getType());
454   SCEVHandle Stride = Start;
455   if (!getSCEVStartAndStride(ISE, L, Start, Stride, SE))
456     return false;  // Non-reducible symbolic expression, bail out.
457
458   std::vector<Instruction *> IUsers;
459   // Collect all I uses now because IVUseShouldUsePostIncValue may 
460   // invalidate use_iterator.
461   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E; ++UI)
462     IUsers.push_back(cast<Instruction>(*UI));
463
464   for (unsigned iused_index = 0, iused_size = IUsers.size(); 
465        iused_index != iused_size; ++iused_index) {
466
467     Instruction *User = IUsers[iused_index];
468
469     // Do not infinitely recurse on PHI nodes.
470     if (isa<PHINode>(User) && Processed.count(User))
471       continue;
472
473     // If this is an instruction defined in a nested loop, or outside this loop,
474     // don't recurse into it.
475     bool AddUserToIVUsers = false;
476     if (LI->getLoopFor(User->getParent()) != L) {
477       DOUT << "FOUND USER in other loop: " << *User
478            << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
479       AddUserToIVUsers = true;
480     } else if (!AddUsersIfInteresting(User, L, Processed)) {
481       DOUT << "FOUND USER: " << *User
482            << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
483       AddUserToIVUsers = true;
484     }
485
486     if (AddUserToIVUsers) {
487       IVUsersOfOneStride &StrideUses = IVUsesByStride[Stride];
488       if (StrideUses.Users.empty())     // First occurance of this stride?
489         StrideOrder.push_back(Stride);
490       
491       // Okay, we found a user that we cannot reduce.  Analyze the instruction
492       // and decide what to do with it.  If we are a use inside of the loop, use
493       // the value before incrementation, otherwise use it after incrementation.
494       if (IVUseShouldUsePostIncValue(User, I, L, DT, this, DeadInsts)) {
495         // The value used will be incremented by the stride more than we are
496         // expecting, so subtract this off.
497         SCEVHandle NewStart = SE->getMinusSCEV(Start, Stride);
498         StrideUses.addUser(NewStart, User, I);
499         StrideUses.Users.back().isUseOfPostIncrementedValue = true;
500         DOUT << "   USING POSTINC SCEV, START=" << *NewStart<< "\n";
501       } else {        
502         StrideUses.addUser(Start, User, I);
503       }
504     }
505   }
506   return true;
507 }
508
509 namespace {
510   /// BasedUser - For a particular base value, keep information about how we've
511   /// partitioned the expression so far.
512   struct BasedUser {
513     /// SE - The current ScalarEvolution object.
514     ScalarEvolution *SE;
515
516     /// Base - The Base value for the PHI node that needs to be inserted for
517     /// this use.  As the use is processed, information gets moved from this
518     /// field to the Imm field (below).  BasedUser values are sorted by this
519     /// field.
520     SCEVHandle Base;
521     
522     /// Inst - The instruction using the induction variable.
523     Instruction *Inst;
524
525     /// OperandValToReplace - The operand value of Inst to replace with the
526     /// EmittedBase.
527     Value *OperandValToReplace;
528
529     /// Imm - The immediate value that should be added to the base immediately
530     /// before Inst, because it will be folded into the imm field of the
531     /// instruction.
532     SCEVHandle Imm;
533
534     /// EmittedBase - The actual value* to use for the base value of this
535     /// operation.  This is null if we should just use zero so far.
536     Value *EmittedBase;
537
538     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
539     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
540     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
541     // instruction for a loop and uses outside the loop that are dominated by
542     // the loop.
543     bool isUseOfPostIncrementedValue;
544     
545     BasedUser(IVStrideUse &IVSU, ScalarEvolution *se)
546       : SE(se), Base(IVSU.Offset), Inst(IVSU.User), 
547         OperandValToReplace(IVSU.OperandValToReplace), 
548         Imm(SE->getIntegerSCEV(0, Base->getType())), EmittedBase(0),
549         isUseOfPostIncrementedValue(IVSU.isUseOfPostIncrementedValue) {}
550
551     // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
552     // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
553     // to it.
554     void RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
555                                         Instruction *InsertPt,
556                                        SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
557                                        SetVector<Instruction*> &DeadInsts);
558     
559     Value *InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
560                                        SCEVExpander &Rewriter,
561                                        Instruction *IP, Loop *L);
562     void dump() const;
563   };
564 }
565
566 void BasedUser::dump() const {
567   cerr << " Base=" << *Base;
568   cerr << " Imm=" << *Imm;
569   if (EmittedBase)
570     cerr << "  EB=" << *EmittedBase;
571
572   cerr << "   Inst: " << *Inst;
573 }
574
575 Value *BasedUser::InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
576                                               SCEVExpander &Rewriter,
577                                               Instruction *IP, Loop *L) {
578   // Figure out where we *really* want to insert this code.  In particular, if
579   // the user is inside of a loop that is nested inside of L, we really don't
580   // want to insert this expression before the user, we'd rather pull it out as
581   // many loops as possible.
582   LoopInfo &LI = Rewriter.getLoopInfo();
583   Instruction *BaseInsertPt = IP;
584   
585   // Figure out the most-nested loop that IP is in.
586   Loop *InsertLoop = LI.getLoopFor(IP->getParent());
587   
588   // If InsertLoop is not L, and InsertLoop is nested inside of L, figure out
589   // the preheader of the outer-most loop where NewBase is not loop invariant.
590   while (InsertLoop && NewBase->isLoopInvariant(InsertLoop)) {
591     BaseInsertPt = InsertLoop->getLoopPreheader()->getTerminator();
592     InsertLoop = InsertLoop->getParentLoop();
593   }
594   
595   // If there is no immediate value, skip the next part.
596   if (Imm->isZero())
597     return Rewriter.expandCodeFor(NewBase, BaseInsertPt);
598
599   Value *Base = Rewriter.expandCodeFor(NewBase, BaseInsertPt);
600
601   // If we are inserting the base and imm values in the same block, make sure to
602   // adjust the IP position if insertion reused a result.
603   if (IP == BaseInsertPt)
604     IP = Rewriter.getInsertionPoint();
605   
606   // Always emit the immediate (if non-zero) into the same block as the user.
607   SCEVHandle NewValSCEV = SE->getAddExpr(SE->getUnknown(Base), Imm);
608   return Rewriter.expandCodeFor(NewValSCEV, IP);
609   
610 }
611
612
613 // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
614 // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
615 // to it. NewBasePt is the last instruction which contributes to the
616 // value of NewBase in the case that it's a diffferent instruction from
617 // the PHI that NewBase is computed from, or null otherwise.
618 //
619 void BasedUser::RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
620                                                Instruction *NewBasePt,
621                                       SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
622                                       SetVector<Instruction*> &DeadInsts) {
623   if (!isa<PHINode>(Inst)) {
624     // By default, insert code at the user instruction.
625     BasicBlock::iterator InsertPt = Inst;
626     
627     // However, if the Operand is itself an instruction, the (potentially
628     // complex) inserted code may be shared by many users.  Because of this, we
629     // want to emit code for the computation of the operand right before its old
630     // computation.  This is usually safe, because we obviously used to use the
631     // computation when it was computed in its current block.  However, in some
632     // cases (e.g. use of a post-incremented induction variable) the NewBase
633     // value will be pinned to live somewhere after the original computation.
634     // In this case, we have to back off.
635     if (!isUseOfPostIncrementedValue) {
636       if (NewBasePt && isa<PHINode>(OperandValToReplace)) {
637         InsertPt = NewBasePt;
638         ++InsertPt;
639       } else if (Instruction *OpInst
640                  = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace)) {
641         InsertPt = OpInst;
642         while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
643       }
644     }
645     Value *NewVal = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, Rewriter, InsertPt, L);
646     // Adjust the type back to match the Inst. Note that we can't use InsertPt
647     // here because the SCEVExpander may have inserted the instructions after
648     // that point, in its efforts to avoid inserting redundant expressions.
649     if (isa<PointerType>(OperandValToReplace->getType())) {
650       NewVal = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr,
651                                             NewVal,
652                                             OperandValToReplace->getType());
653     }
654     // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
655     Inst->replaceUsesOfWith(OperandValToReplace, NewVal);
656     DOUT << "    CHANGED: IMM =" << *Imm;
657     DOUT << "  \tNEWBASE =" << *NewBase;
658     DOUT << "  \tInst = " << *Inst;
659     return;
660   }
661   
662   // PHI nodes are more complex.  We have to insert one copy of the NewBase+Imm
663   // expression into each operand block that uses it.  Note that PHI nodes can
664   // have multiple entries for the same predecessor.  We use a map to make sure
665   // that a PHI node only has a single Value* for each predecessor (which also
666   // prevents us from inserting duplicate code in some blocks).
667   DenseMap<BasicBlock*, Value*> InsertedCode;
668   PHINode *PN = cast<PHINode>(Inst);
669   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
670     if (PN->getIncomingValue(i) == OperandValToReplace) {
671       // If this is a critical edge, split the edge so that we do not insert the
672       // code on all predecessor/successor paths.  We do this unless this is the
673       // canonical backedge for this loop, as this can make some inserted code
674       // be in an illegal position.
675       BasicBlock *PHIPred = PN->getIncomingBlock(i);
676       if (e != 1 && PHIPred->getTerminator()->getNumSuccessors() > 1 &&
677           (PN->getParent() != L->getHeader() || !L->contains(PHIPred))) {
678         
679         // First step, split the critical edge.
680         SplitCriticalEdge(PHIPred, PN->getParent(), P, false);
681             
682         // Next step: move the basic block.  In particular, if the PHI node
683         // is outside of the loop, and PredTI is in the loop, we want to
684         // move the block to be immediately before the PHI block, not
685         // immediately after PredTI.
686         if (L->contains(PHIPred) && !L->contains(PN->getParent())) {
687           BasicBlock *NewBB = PN->getIncomingBlock(i);
688           NewBB->moveBefore(PN->getParent());
689         }
690         
691         // Splitting the edge can reduce the number of PHI entries we have.
692         e = PN->getNumIncomingValues();
693       }
694
695       Value *&Code = InsertedCode[PN->getIncomingBlock(i)];
696       if (!Code) {
697         // Insert the code into the end of the predecessor block.
698         Instruction *InsertPt = PN->getIncomingBlock(i)->getTerminator();
699         Code = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, Rewriter, InsertPt, L);
700
701         // Adjust the type back to match the PHI. Note that we can't use
702         // InsertPt here because the SCEVExpander may have inserted its
703         // instructions after that point, in its efforts to avoid inserting
704         // redundant expressions.
705         if (isa<PointerType>(PN->getType())) {
706           Code = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr,
707                                               Code,
708                                               PN->getType());
709         }
710       }
711       
712       // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
713       PN->setIncomingValue(i, Code);
714       Rewriter.clear();
715     }
716   }
717
718   // PHI node might have become a constant value after SplitCriticalEdge.
719   DeadInsts.insert(Inst);
720
721   DOUT << "    CHANGED: IMM =" << *Imm << "  Inst = " << *Inst;
722 }
723
724
725 /// isTargetConstant - Return true if the following can be referenced by the
726 /// immediate field of a target instruction.
727 static bool isTargetConstant(const SCEVHandle &V, const Type *UseTy,
728                              const TargetLowering *TLI) {
729   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
730     int64_t VC = SC->getValue()->getSExtValue();
731     if (TLI) {
732       TargetLowering::AddrMode AM;
733       AM.BaseOffs = VC;
734       return TLI->isLegalAddressingMode(AM, UseTy);
735     } else {
736       // Defaults to PPC. PPC allows a sign-extended 16-bit immediate field.
737       return (VC > -(1 << 16) && VC < (1 << 16)-1);
738     }
739   }
740
741   if (SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V))
742     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(SU->getValue()))
743       if (TLI && CE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt) {
744         Constant *Op0 = CE->getOperand(0);
745         if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(Op0)) {
746           TargetLowering::AddrMode AM;
747           AM.BaseGV = GV;
748           return TLI->isLegalAddressingMode(AM, UseTy);
749         }
750       }
751   return false;
752 }
753
754 /// MoveLoopVariantsToImediateField - Move any subexpressions from Val that are
755 /// loop varying to the Imm operand.
756 static void MoveLoopVariantsToImediateField(SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
757                                             Loop *L, ScalarEvolution *SE) {
758   if (Val->isLoopInvariant(L)) return;  // Nothing to do.
759   
760   if (SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
761     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
762     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
763     
764     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i)
765       if (!SAE->getOperand(i)->isLoopInvariant(L)) {
766         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
767         // field of the expression.
768         Imm = SE->getAddExpr(Imm, SAE->getOperand(i));
769       } else {
770         NewOps.push_back(SAE->getOperand(i));
771       }
772
773     if (NewOps.empty())
774       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
775     else
776       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
777   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
778     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
779     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
780     MoveLoopVariantsToImediateField(Start, Imm, L, SE);
781     
782     std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
783     Ops[0] = Start;
784     Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
785   } else {
786     // Otherwise, all of Val is variant, move the whole thing over.
787     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
788     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
789   }
790 }
791
792
793 /// MoveImmediateValues - Look at Val, and pull out any additions of constants
794 /// that can fit into the immediate field of instructions in the target.
795 /// Accumulate these immediate values into the Imm value.
796 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
797                                 Instruction *User,
798                                 SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
799                                 bool isAddress, Loop *L,
800                                 ScalarEvolution *SE) {
801   const Type *UseTy = User->getType();
802   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User))
803     UseTy = SI->getOperand(0)->getType();
804
805   if (SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
806     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
807     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
808     
809     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i) {
810       SCEVHandle NewOp = SAE->getOperand(i);
811       MoveImmediateValues(TLI, User, NewOp, Imm, isAddress, L, SE);
812       
813       if (!NewOp->isLoopInvariant(L)) {
814         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
815         // field of the expression.
816         Imm = SE->getAddExpr(Imm, NewOp);
817       } else {
818         NewOps.push_back(NewOp);
819       }
820     }
821
822     if (NewOps.empty())
823       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
824     else
825       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
826     return;
827   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
828     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
829     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
830     MoveImmediateValues(TLI, User, Start, Imm, isAddress, L, SE);
831     
832     if (Start != SARE->getStart()) {
833       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
834       Ops[0] = Start;
835       Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
836     }
837     return;
838   } else if (SCEVMulExpr *SME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Val)) {
839     // Transform "8 * (4 + v)" -> "32 + 8*V" if "32" fits in the immed field.
840     if (isAddress && isTargetConstant(SME->getOperand(0), UseTy, TLI) &&
841         SME->getNumOperands() == 2 && SME->isLoopInvariant(L)) {
842
843       SCEVHandle SubImm = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
844       SCEVHandle NewOp = SME->getOperand(1);
845       MoveImmediateValues(TLI, User, NewOp, SubImm, isAddress, L, SE);
846       
847       // If we extracted something out of the subexpressions, see if we can 
848       // simplify this!
849       if (NewOp != SME->getOperand(1)) {
850         // Scale SubImm up by "8".  If the result is a target constant, we are
851         // good.
852         SubImm = SE->getMulExpr(SubImm, SME->getOperand(0));
853         if (isTargetConstant(SubImm, UseTy, TLI)) {
854           // Accumulate the immediate.
855           Imm = SE->getAddExpr(Imm, SubImm);
856           
857           // Update what is left of 'Val'.
858           Val = SE->getMulExpr(SME->getOperand(0), NewOp);
859           return;
860         }
861       }
862     }
863   }
864
865   // Loop-variant expressions must stay in the immediate field of the
866   // expression.
867   if ((isAddress && isTargetConstant(Val, UseTy, TLI)) ||
868       !Val->isLoopInvariant(L)) {
869     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
870     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
871     return;
872   }
873
874   // Otherwise, no immediates to move.
875 }
876
877
878 /// SeparateSubExprs - Decompose Expr into all of the subexpressions that are
879 /// added together.  This is used to reassociate common addition subexprs
880 /// together for maximal sharing when rewriting bases.
881 static void SeparateSubExprs(std::vector<SCEVHandle> &SubExprs,
882                              SCEVHandle Expr,
883                              ScalarEvolution *SE) {
884   if (SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Expr)) {
885     for (unsigned j = 0, e = AE->getNumOperands(); j != e; ++j)
886       SeparateSubExprs(SubExprs, AE->getOperand(j), SE);
887   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Expr)) {
888     SCEVHandle Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Expr->getType());
889     if (SARE->getOperand(0) == Zero) {
890       SubExprs.push_back(Expr);
891     } else {
892       // Compute the addrec with zero as its base.
893       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
894       Ops[0] = Zero;   // Start with zero base.
895       SubExprs.push_back(SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop()));
896       
897
898       SeparateSubExprs(SubExprs, SARE->getOperand(0), SE);
899     }
900   } else if (!Expr->isZero()) {
901     // Do not add zero.
902     SubExprs.push_back(Expr);
903   }
904 }
905
906
907 /// RemoveCommonExpressionsFromUseBases - Look through all of the uses in Bases,
908 /// removing any common subexpressions from it.  Anything truly common is
909 /// removed, accumulated, and returned.  This looks for things like (a+b+c) and
910 /// (a+c+d) -> (a+c).  The common expression is *removed* from the Bases.
911 static SCEVHandle 
912 RemoveCommonExpressionsFromUseBases(std::vector<BasedUser> &Uses,
913                                     ScalarEvolution *SE) {
914   unsigned NumUses = Uses.size();
915
916   // Only one use?  Use its base, regardless of what it is!
917   SCEVHandle Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Uses[0].Base->getType());
918   SCEVHandle Result = Zero;
919   if (NumUses == 1) {
920     std::swap(Result, Uses[0].Base);
921     return Result;
922   }
923
924   // To find common subexpressions, count how many of Uses use each expression.
925   // If any subexpressions are used Uses.size() times, they are common.
926   std::map<SCEVHandle, unsigned> SubExpressionUseCounts;
927   
928   // UniqueSubExprs - Keep track of all of the subexpressions we see in the
929   // order we see them.
930   std::vector<SCEVHandle> UniqueSubExprs;
931
932   std::vector<SCEVHandle> SubExprs;
933   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
934     // If the base is zero (which is common), return zero now, there are no
935     // CSEs we can find.
936     if (Uses[i].Base == Zero) return Zero;
937
938     // Split the expression into subexprs.
939     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
940     // Add one to SubExpressionUseCounts for each subexpr present.
941     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
942       if (++SubExpressionUseCounts[SubExprs[j]] == 1)
943         UniqueSubExprs.push_back(SubExprs[j]);
944     SubExprs.clear();
945   }
946
947   // Now that we know how many times each is used, build Result.  Iterate over
948   // UniqueSubexprs so that we have a stable ordering.
949   for (unsigned i = 0, e = UniqueSubExprs.size(); i != e; ++i) {
950     std::map<SCEVHandle, unsigned>::iterator I = 
951        SubExpressionUseCounts.find(UniqueSubExprs[i]);
952     assert(I != SubExpressionUseCounts.end() && "Entry not found?");
953     if (I->second == NumUses) {  // Found CSE!
954       Result = SE->getAddExpr(Result, I->first);
955     } else {
956       // Remove non-cse's from SubExpressionUseCounts.
957       SubExpressionUseCounts.erase(I);
958     }
959   }
960   
961   // If we found no CSE's, return now.
962   if (Result == Zero) return Result;
963   
964   // Otherwise, remove all of the CSE's we found from each of the base values.
965   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
966     // Split the expression into subexprs.
967     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
968
969     // Remove any common subexpressions.
970     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
971       if (SubExpressionUseCounts.count(SubExprs[j])) {
972         SubExprs.erase(SubExprs.begin()+j);
973         --j; --e;
974       }
975     
976     // Finally, the non-shared expressions together.
977     if (SubExprs.empty())
978       Uses[i].Base = Zero;
979     else
980       Uses[i].Base = SE->getAddExpr(SubExprs);
981     SubExprs.clear();
982   }
983  
984   return Result;
985 }
986
987 /// ValidStride - Check whether the given Scale is valid for all loads and 
988 /// stores in UsersToProcess.
989 ///
990 bool LoopStrengthReduce::ValidStride(bool HasBaseReg,
991                                int64_t Scale, 
992                                const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
993   if (!TLI)
994     return true;
995
996   for (unsigned i=0, e = UsersToProcess.size(); i!=e; ++i) {
997     // If this is a load or other access, pass the type of the access in.
998     const Type *AccessTy = Type::VoidTy;
999     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UsersToProcess[i].Inst))
1000       AccessTy = SI->getOperand(0)->getType();
1001     else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(UsersToProcess[i].Inst))
1002       AccessTy = LI->getType();
1003     else if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst))
1004       continue;
1005     
1006     TargetLowering::AddrMode AM;
1007     if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(UsersToProcess[i].Imm))
1008       AM.BaseOffs = SC->getValue()->getSExtValue();
1009     AM.HasBaseReg = HasBaseReg || !UsersToProcess[i].Base->isZero();
1010     AM.Scale = Scale;
1011
1012     // If load[imm+r*scale] is illegal, bail out.
1013     if (!TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
1014       return false;
1015   }
1016   return true;
1017 }
1018
1019 /// RequiresTypeConversion - Returns true if converting Ty to NewTy is not
1020 /// a nop.
1021 bool LoopStrengthReduce::RequiresTypeConversion(const Type *Ty1,
1022                                                 const Type *Ty2) {
1023   if (Ty1 == Ty2)
1024     return false;
1025   if (TLI && TLI->isTruncateFree(Ty1, Ty2))
1026     return false;
1027   return (!Ty1->canLosslesslyBitCastTo(Ty2) &&
1028           !(isa<PointerType>(Ty2) &&
1029             Ty1->canLosslesslyBitCastTo(UIntPtrTy)) &&
1030           !(isa<PointerType>(Ty1) &&
1031             Ty2->canLosslesslyBitCastTo(UIntPtrTy)));
1032 }
1033
1034 /// CheckForIVReuse - Returns the multiple if the stride is the multiple
1035 /// of a previous stride and it is a legal value for the target addressing
1036 /// mode scale component and optional base reg. This allows the users of
1037 /// this stride to be rewritten as prev iv * factor. It returns 0 if no
1038 /// reuse is possible.
1039 unsigned LoopStrengthReduce::CheckForIVReuse(bool HasBaseReg,
1040                                 bool AllUsesAreAddresses,
1041                                 const SCEVHandle &Stride, 
1042                                 IVExpr &IV, const Type *Ty,
1043                                 const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
1044   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Stride)) {
1045     int64_t SInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1046     for (unsigned NewStride = 0, e = StrideOrder.size(); NewStride != e;
1047          ++NewStride) {
1048       std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1049                 IVsByStride.find(StrideOrder[NewStride]);
1050       if (SI == IVsByStride.end()) 
1051         continue;
1052       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1053       if (SI->first != Stride &&
1054           (unsigned(abs(SInt)) < SSInt || (SInt % SSInt) != 0))
1055         continue;
1056       int64_t Scale = SInt / SSInt;
1057       // Check that this stride is valid for all the types used for loads and
1058       // stores; if it can be used for some and not others, we might as well use
1059       // the original stride everywhere, since we have to create the IV for it
1060       // anyway. If the scale is 1, then we don't need to worry about folding
1061       // multiplications.
1062       if (Scale == 1 ||
1063           (AllUsesAreAddresses &&
1064            ValidStride(HasBaseReg, Scale, UsersToProcess)))
1065         for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1066                IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1067           // FIXME: Only handle base == 0 for now.
1068           // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion.
1069           if (II->Base->isZero() &&
1070               !RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1071             IV = *II;
1072             return Scale;
1073           }
1074     }
1075   }
1076   return 0;
1077 }
1078
1079 /// PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue - Simple boolean predicate that
1080 /// returns true if Val's isUseOfPostIncrementedValue is true.
1081 static bool PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue(const BasedUser &Val) {
1082   return Val.isUseOfPostIncrementedValue;
1083 }
1084
1085 /// isNonConstantNegative - Return true if the specified scev is negated, but
1086 /// not a constant.
1087 static bool isNonConstantNegative(const SCEVHandle &Expr) {
1088   SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Expr);
1089   if (!Mul) return false;
1090   
1091   // If there is a constant factor, it will be first.
1092   SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0));
1093   if (!SC) return false;
1094   
1095   // Return true if the value is negative, this matches things like (-42 * V).
1096   return SC->getValue()->getValue().isNegative();
1097 }
1098
1099 /// isAddress - Returns true if the specified instruction is using the
1100 /// specified value as an address.
1101 static bool isAddressUse(Instruction *Inst, Value *OperandVal) {
1102   bool isAddress = isa<LoadInst>(Inst);
1103   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
1104     if (SI->getOperand(1) == OperandVal)
1105       isAddress = true;
1106   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
1107     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
1108     // of intrinsics.
1109     switch (II->getIntrinsicID()) {
1110       default: break;
1111       case Intrinsic::prefetch:
1112       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_dq:
1113       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_pd:
1114       case Intrinsic::x86_sse_loadu_ps:
1115       case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
1116       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
1117       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
1118       case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
1119         if (II->getOperand(1) == OperandVal)
1120           isAddress = true;
1121         break;
1122     }
1123   }
1124   return isAddress;
1125 }
1126
1127 // CollectIVUsers - Transform our list of users and offsets to a bit more
1128 // complex table. In this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base', the base
1129 // of the strided accesses, as well as the old information from Uses. We
1130 // progressively move information from the Base field to the Imm field, until
1131 // we eventually have the full access expression to rewrite the use.
1132 SCEVHandle LoopStrengthReduce::CollectIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
1133                                               IVUsersOfOneStride &Uses,
1134                                               Loop *L,
1135                                               bool &AllUsesAreAddresses,
1136                                        std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
1137   UsersToProcess.reserve(Uses.Users.size());
1138   for (unsigned i = 0, e = Uses.Users.size(); i != e; ++i) {
1139     UsersToProcess.push_back(BasedUser(Uses.Users[i], SE));
1140     
1141     // Move any loop invariant operands from the offset field to the immediate
1142     // field of the use, so that we don't try to use something before it is
1143     // computed.
1144     MoveLoopVariantsToImediateField(UsersToProcess.back().Base,
1145                                     UsersToProcess.back().Imm, L, SE);
1146     assert(UsersToProcess.back().Base->isLoopInvariant(L) &&
1147            "Base value is not loop invariant!");
1148   }
1149
1150   // We now have a whole bunch of uses of like-strided induction variables, but
1151   // they might all have different bases.  We want to emit one PHI node for this
1152   // stride which we fold as many common expressions (between the IVs) into as
1153   // possible.  Start by identifying the common expressions in the base values 
1154   // for the strides (e.g. if we have "A+C+B" and "A+B+D" as our bases, find
1155   // "A+B"), emit it to the preheader, then remove the expression from the
1156   // UsersToProcess base values.
1157   SCEVHandle CommonExprs =
1158     RemoveCommonExpressionsFromUseBases(UsersToProcess, SE);
1159
1160   // Next, figure out what we can represent in the immediate fields of
1161   // instructions.  If we can represent anything there, move it to the imm
1162   // fields of the BasedUsers.  We do this so that it increases the commonality
1163   // of the remaining uses.
1164   unsigned NumPHI = 0;
1165   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1166     // If the user is not in the current loop, this means it is using the exit
1167     // value of the IV.  Do not put anything in the base, make sure it's all in
1168     // the immediate field to allow as much factoring as possible.
1169     if (!L->contains(UsersToProcess[i].Inst->getParent())) {
1170       UsersToProcess[i].Imm = SE->getAddExpr(UsersToProcess[i].Imm,
1171                                              UsersToProcess[i].Base);
1172       UsersToProcess[i].Base = 
1173         SE->getIntegerSCEV(0, UsersToProcess[i].Base->getType());
1174     } else {
1175       
1176       // Addressing modes can be folded into loads and stores.  Be careful that
1177       // the store is through the expression, not of the expression though.
1178       bool isPHI = false;
1179       bool isAddress = isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
1180                                     UsersToProcess[i].OperandValToReplace);
1181       if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst)) {
1182         isPHI = true;
1183         ++NumPHI;
1184       }
1185
1186       // If this use isn't an address, then not all uses are addresses.
1187       if (!isAddress && !isPHI)
1188         AllUsesAreAddresses = false;
1189       
1190       MoveImmediateValues(TLI, UsersToProcess[i].Inst, UsersToProcess[i].Base,
1191                           UsersToProcess[i].Imm, isAddress, L, SE);
1192     }
1193   }
1194
1195   // If one of the use if a PHI node and all other uses are addresses, still
1196   // allow iv reuse. Essentially we are trading one constant multiplication
1197   // for one fewer iv.
1198   if (NumPHI > 1)
1199     AllUsesAreAddresses = false;
1200
1201   return CommonExprs;
1202 }
1203
1204 /// StrengthReduceStridedIVUsers - Strength reduce all of the users of a single
1205 /// stride of IV.  All of the users may have different starting values, and this
1206 /// may not be the only stride (we know it is if isOnlyStride is true).
1207 void LoopStrengthReduce::StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
1208                                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
1209                                                       Loop *L,
1210                                                       bool isOnlyStride) {
1211   // If all the users are moved to another stride, then there is nothing to do.
1212   if (Uses.Users.empty())
1213     return;
1214
1215   // Keep track if every use in UsersToProcess is an address. If they all are,
1216   // we may be able to rewrite the entire collection of them in terms of a
1217   // smaller-stride IV.
1218   bool AllUsesAreAddresses = true;
1219
1220   // Transform our list of users and offsets to a bit more complex table.  In
1221   // this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base' the base of the
1222   // strided accessas well as the old information from Uses.  We progressively
1223   // move information from the Base field to the Imm field, until we eventually
1224   // have the full access expression to rewrite the use.
1225   std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
1226   SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(Stride, Uses, L, AllUsesAreAddresses,
1227                                           UsersToProcess);
1228
1229   // If we managed to find some expressions in common, we'll need to carry
1230   // their value in a register and add it in for each use. This will take up
1231   // a register operand, which potentially restricts what stride values are
1232   // valid.
1233   bool HaveCommonExprs = !CommonExprs->isZero();
1234   
1235   // If all uses are addresses, check if it is possible to reuse an IV with a
1236   // stride that is a factor of this stride. And that the multiple is a number
1237   // that can be encoded in the scale field of the target addressing mode. And
1238   // that we will have a valid instruction after this substition, including the
1239   // immediate field, if any.
1240   PHINode *NewPHI = NULL;
1241   Value   *IncV   = NULL;
1242   IVExpr   ReuseIV(SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1243                    SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1244                    0, 0);
1245   unsigned RewriteFactor = 0;
1246   RewriteFactor = CheckForIVReuse(HaveCommonExprs, AllUsesAreAddresses,
1247                                   Stride, ReuseIV, CommonExprs->getType(),
1248                                   UsersToProcess);
1249   if (RewriteFactor != 0) {
1250     DOUT << "BASED ON IV of STRIDE " << *ReuseIV.Stride
1251          << " and BASE " << *ReuseIV.Base << " :\n";
1252     NewPHI = ReuseIV.PHI;
1253     IncV   = ReuseIV.IncV;
1254   }
1255
1256   const Type *ReplacedTy = CommonExprs->getType();
1257   
1258   // Now that we know what we need to do, insert the PHI node itself.
1259   //
1260   DOUT << "INSERTING IV of TYPE " << *ReplacedTy << " of STRIDE "
1261        << *Stride << " and BASE " << *CommonExprs << ": ";
1262
1263   SCEVExpander Rewriter(*SE, *LI);
1264   SCEVExpander PreheaderRewriter(*SE, *LI);
1265   
1266   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
1267   Instruction *PreInsertPt = Preheader->getTerminator();
1268   Instruction *PhiInsertBefore = L->getHeader()->begin();
1269   
1270   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1271
1272
1273   // Emit the initial base value into the loop preheader.
1274   Value *CommonBaseV
1275     = PreheaderRewriter.expandCodeFor(CommonExprs, PreInsertPt);
1276
1277   if (RewriteFactor == 0) {
1278     // Create a new Phi for this base, and stick it in the loop header.
1279     NewPHI = PHINode::Create(ReplacedTy, "iv.", PhiInsertBefore);
1280     ++NumInserted;
1281   
1282     // Add common base to the new Phi node.
1283     NewPHI->addIncoming(CommonBaseV, Preheader);
1284
1285     // If the stride is negative, insert a sub instead of an add for the
1286     // increment.
1287     bool isNegative = isNonConstantNegative(Stride);
1288     SCEVHandle IncAmount = Stride;
1289     if (isNegative)
1290       IncAmount = SE->getNegativeSCEV(Stride);
1291     
1292     // Insert the stride into the preheader.
1293     Value *StrideV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(IncAmount, PreInsertPt);
1294     if (!isa<ConstantInt>(StrideV)) ++NumVariable;
1295
1296     // Emit the increment of the base value before the terminator of the loop
1297     // latch block, and add it to the Phi node.
1298     SCEVHandle IncExp = SE->getUnknown(StrideV);
1299     if (isNegative)
1300       IncExp = SE->getNegativeSCEV(IncExp);
1301     IncExp = SE->getAddExpr(SE->getUnknown(NewPHI), IncExp);
1302   
1303     IncV = Rewriter.expandCodeFor(IncExp, LatchBlock->getTerminator());
1304     IncV->setName(NewPHI->getName()+".inc");
1305     NewPHI->addIncoming(IncV, LatchBlock);
1306
1307     // Remember this in case a later stride is multiple of this.
1308     IVsByStride[Stride].addIV(Stride, CommonExprs, NewPHI, IncV);
1309     
1310     DOUT << " IV=%" << NewPHI->getNameStr() << " INC=%" << IncV->getNameStr();
1311   } else {
1312     Constant *C = dyn_cast<Constant>(CommonBaseV);
1313     if (!C ||
1314         (!C->isNullValue() &&
1315          !isTargetConstant(SE->getUnknown(CommonBaseV), ReplacedTy, TLI)))
1316       // We want the common base emitted into the preheader! This is just
1317       // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1318       CommonBaseV = new BitCastInst(CommonBaseV, CommonBaseV->getType(), 
1319                                     "commonbase", PreInsertPt);
1320   }
1321   DOUT << "\n";
1322
1323   // We want to emit code for users inside the loop first.  To do this, we
1324   // rearrange BasedUser so that the entries at the end have
1325   // isUseOfPostIncrementedValue = false, because we pop off the end of the
1326   // vector (so we handle them first).
1327   std::partition(UsersToProcess.begin(), UsersToProcess.end(),
1328                  PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue);
1329   
1330   // Sort this by base, so that things with the same base are handled
1331   // together.  By partitioning first and stable-sorting later, we are
1332   // guaranteed that within each base we will pop off users from within the
1333   // loop before users outside of the loop with a particular base.
1334   //
1335   // We would like to use stable_sort here, but we can't.  The problem is that
1336   // SCEVHandle's don't have a deterministic ordering w.r.t to each other, so
1337   // we don't have anything to do a '<' comparison on.  Because we think the
1338   // number of uses is small, do a horrible bubble sort which just relies on
1339   // ==.
1340   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1341     // Get a base value.
1342     SCEVHandle Base = UsersToProcess[i].Base;
1343     
1344     // Compact everything with this base to be consequtive with this one.
1345     for (unsigned j = i+1; j != e; ++j) {
1346       if (UsersToProcess[j].Base == Base) {
1347         std::swap(UsersToProcess[i+1], UsersToProcess[j]);
1348         ++i;
1349       }
1350     }
1351   }
1352
1353   // Process all the users now.  This outer loop handles all bases, the inner
1354   // loop handles all users of a particular base.
1355   while (!UsersToProcess.empty()) {
1356     SCEVHandle Base = UsersToProcess.back().Base;
1357
1358     // Emit the code for Base into the preheader.
1359     Value *BaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(Base, PreInsertPt);
1360
1361     DOUT << "  INSERTING code for BASE = " << *Base << ":";
1362     if (BaseV->hasName())
1363       DOUT << " Result value name = %" << BaseV->getNameStr();
1364     DOUT << "\n";
1365
1366     // If BaseV is a constant other than 0, make sure that it gets inserted into
1367     // the preheader, instead of being forward substituted into the uses.  We do
1368     // this by forcing a BitCast (noop cast) to be inserted into the preheader 
1369     // in this case.
1370     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(BaseV)) {
1371       if (!C->isNullValue() && !isTargetConstant(Base, ReplacedTy, TLI)) {
1372         // We want this constant emitted into the preheader! This is just
1373         // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1374         BaseV = new BitCastInst(BaseV, BaseV->getType(), "preheaderinsert",
1375                                 PreInsertPt);       
1376       }
1377     }
1378
1379     // Emit the code to add the immediate offset to the Phi value, just before
1380     // the instructions that we identified as using this stride and base.
1381     do {
1382       // FIXME: Use emitted users to emit other users.
1383       BasedUser &User = UsersToProcess.back();
1384
1385       // If this instruction wants to use the post-incremented value, move it
1386       // after the post-inc and use its value instead of the PHI.
1387       Value *RewriteOp = NewPHI;
1388       if (User.isUseOfPostIncrementedValue) {
1389         RewriteOp = IncV;
1390
1391         // If this user is in the loop, make sure it is the last thing in the
1392         // loop to ensure it is dominated by the increment.
1393         if (L->contains(User.Inst->getParent()))
1394           User.Inst->moveBefore(LatchBlock->getTerminator());
1395       }
1396       if (RewriteOp->getType() != ReplacedTy) {
1397         Instruction::CastOps opcode = Instruction::Trunc;
1398         if (ReplacedTy->getPrimitiveSizeInBits() ==
1399             RewriteOp->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1400           opcode = Instruction::BitCast;
1401         RewriteOp = SCEVExpander::InsertCastOfTo(opcode, RewriteOp, ReplacedTy);
1402       }
1403
1404       SCEVHandle RewriteExpr = SE->getUnknown(RewriteOp);
1405
1406       // If we had to insert new instrutions for RewriteOp, we have to
1407       // consider that they may not have been able to end up immediately
1408       // next to RewriteOp, because non-PHI instructions may never precede
1409       // PHI instructions in a block. In this case, remember where the last
1410       // instruction was inserted so that if we're replacing a different
1411       // PHI node, we can use the later point to expand the final
1412       // RewriteExpr.
1413       Instruction *NewBasePt = dyn_cast<Instruction>(RewriteOp);
1414       if (RewriteOp == NewPHI) NewBasePt = 0;
1415
1416       // Clear the SCEVExpander's expression map so that we are guaranteed
1417       // to have the code emitted where we expect it.
1418       Rewriter.clear();
1419
1420       // If we are reusing the iv, then it must be multiplied by a constant
1421       // factor take advantage of addressing mode scale component.
1422       if (RewriteFactor != 0) {
1423         RewriteExpr = SE->getMulExpr(SE->getIntegerSCEV(RewriteFactor,
1424                                                         RewriteExpr->getType()),
1425                                      RewriteExpr);
1426
1427         // The common base is emitted in the loop preheader. But since we
1428         // are reusing an IV, it has not been used to initialize the PHI node.
1429         // Add it to the expression used to rewrite the uses.
1430         if (!isa<ConstantInt>(CommonBaseV) ||
1431             !cast<ConstantInt>(CommonBaseV)->isZero())
1432           RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr,
1433                                       SE->getUnknown(CommonBaseV));
1434       }
1435
1436       // Now that we know what we need to do, insert code before User for the
1437       // immediate and any loop-variant expressions.
1438       if (!isa<ConstantInt>(BaseV) || !cast<ConstantInt>(BaseV)->isZero())
1439         // Add BaseV to the PHI value if needed.
1440         RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, SE->getUnknown(BaseV));
1441
1442       User.RewriteInstructionToUseNewBase(RewriteExpr, NewBasePt,
1443                                           Rewriter, L, this,
1444                                           DeadInsts);
1445
1446       // Mark old value we replaced as possibly dead, so that it is elminated
1447       // if we just replaced the last use of that value.
1448       DeadInsts.insert(cast<Instruction>(User.OperandValToReplace));
1449
1450       UsersToProcess.pop_back();
1451       ++NumReduced;
1452
1453       // If there are any more users to process with the same base, process them
1454       // now.  We sorted by base above, so we just have to check the last elt.
1455     } while (!UsersToProcess.empty() && UsersToProcess.back().Base == Base);
1456     // TODO: Next, find out which base index is the most common, pull it out.
1457   }
1458
1459   // IMPORTANT TODO: Figure out how to partition the IV's with this stride, but
1460   // different starting values, into different PHIs.
1461 }
1462
1463 /// FindIVUserForCond - If Cond has an operand that is an expression of an IV,
1464 /// set the IV user and stride information and return true, otherwise return
1465 /// false.
1466 bool LoopStrengthReduce::FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
1467                                        const SCEVHandle *&CondStride) {
1468   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e && !CondUse;
1469        ++Stride) {
1470     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1471     IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
1472     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1473     
1474     for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
1475          E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI)
1476       if (UI->User == Cond) {
1477         // NOTE: we could handle setcc instructions with multiple uses here, but
1478         // InstCombine does it as well for simple uses, it's not clear that it
1479         // occurs enough in real life to handle.
1480         CondUse = &*UI;
1481         CondStride = &SI->first;
1482         return true;
1483       }
1484   }
1485   return false;
1486 }    
1487
1488 namespace {
1489   // Constant strides come first which in turns are sorted by their absolute
1490   // values. If absolute values are the same, then positive strides comes first.
1491   // e.g.
1492   // 4, -1, X, 1, 2 ==> 1, -1, 2, 4, X
1493   struct StrideCompare {
1494     bool operator()(const SCEVHandle &LHS, const SCEVHandle &RHS) {
1495       SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS);
1496       SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS);
1497       if (LHSC && RHSC) {
1498         int64_t  LV = LHSC->getValue()->getSExtValue();
1499         int64_t  RV = RHSC->getValue()->getSExtValue();
1500         uint64_t ALV = (LV < 0) ? -LV : LV;
1501         uint64_t ARV = (RV < 0) ? -RV : RV;
1502         if (ALV == ARV)
1503           return LV > RV;
1504         else
1505           return ALV < ARV;
1506       }
1507       return (LHSC && !RHSC);
1508     }
1509   };
1510 }
1511
1512 /// ChangeCompareStride - If a loop termination compare instruction is the
1513 /// only use of its stride, and the compaison is against a constant value,
1514 /// try eliminate the stride by moving the compare instruction to another
1515 /// stride and change its constant operand accordingly. e.g.
1516 ///
1517 /// loop:
1518 /// ...
1519 /// v1 = v1 + 3
1520 /// v2 = v2 + 1
1521 /// if (v2 < 10) goto loop
1522 /// =>
1523 /// loop:
1524 /// ...
1525 /// v1 = v1 + 3
1526 /// if (v1 < 30) goto loop
1527 ICmpInst *LoopStrengthReduce::ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
1528                                                 IVStrideUse* &CondUse,
1529                                                 const SCEVHandle* &CondStride) {
1530   if (StrideOrder.size() < 2 ||
1531       IVUsesByStride[*CondStride].Users.size() != 1)
1532     return Cond;
1533   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(*CondStride);
1534   if (!SC) return Cond;
1535   ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Cond->getOperand(1));
1536   if (!C) return Cond;
1537
1538   ICmpInst::Predicate Predicate = Cond->getPredicate();
1539   int64_t CmpSSInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1540   int64_t CmpVal = C->getValue().getSExtValue();
1541   unsigned BitWidth = C->getValue().getBitWidth();
1542   uint64_t SignBit = 1ULL << (BitWidth-1);
1543   const Type *CmpTy = C->getType();
1544   const Type *NewCmpTy = NULL;
1545   unsigned TyBits = CmpTy->getPrimitiveSizeInBits();
1546   unsigned NewTyBits = 0;
1547   int64_t NewCmpVal = CmpVal;
1548   SCEVHandle *NewStride = NULL;
1549   Value *NewIncV = NULL;
1550   int64_t Scale = 1;
1551
1552   // Check stride constant and the comparision constant signs to detect
1553   // overflow.
1554   if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate) &&
1555       (CmpVal & SignBit) != (CmpSSInt & SignBit))
1556     return Cond;
1557
1558   // Look for a suitable stride / iv as replacement.
1559   std::stable_sort(StrideOrder.begin(), StrideOrder.end(), StrideCompare());
1560   for (unsigned i = 0, e = StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
1561     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1562       IVUsesByStride.find(StrideOrder[i]);
1563     if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
1564       continue;
1565     int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1566     if (abs(SSInt) <= abs(CmpSSInt) || (SSInt % CmpSSInt) != 0)
1567       continue;
1568
1569     Scale = SSInt / CmpSSInt;
1570     NewCmpVal = CmpVal * Scale;
1571     APInt Mul = APInt(BitWidth, NewCmpVal);
1572     // Check for overflow.
1573     if (Mul.getSExtValue() != NewCmpVal) {
1574       NewCmpVal = CmpVal;
1575       continue;
1576     }
1577
1578     // Watch out for overflow.
1579     if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate) &&
1580         (CmpVal & SignBit) != (NewCmpVal & SignBit))
1581       NewCmpVal = CmpVal;
1582
1583     if (NewCmpVal != CmpVal) {
1584       // Pick the best iv to use trying to avoid a cast.
1585       NewIncV = NULL;
1586       for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
1587              E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI) {
1588         NewIncV = UI->OperandValToReplace;
1589         if (NewIncV->getType() == CmpTy)
1590           break;
1591       }
1592       if (!NewIncV) {
1593         NewCmpVal = CmpVal;
1594         continue;
1595       }
1596
1597       NewCmpTy = NewIncV->getType();
1598       NewTyBits = isa<PointerType>(NewCmpTy)
1599         ? UIntPtrTy->getPrimitiveSizeInBits()
1600         : NewCmpTy->getPrimitiveSizeInBits();
1601       if (RequiresTypeConversion(NewCmpTy, CmpTy)) {
1602         // Check if it is possible to rewrite it using
1603         // an iv / stride of a smaller integer type.
1604         bool TruncOk = false;
1605         if (NewCmpTy->isInteger()) {
1606           unsigned Bits = NewTyBits;
1607           if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate))
1608             --Bits;
1609           uint64_t Mask = (1ULL << Bits) - 1;
1610           if (((uint64_t)NewCmpVal & Mask) == (uint64_t)NewCmpVal)
1611             TruncOk = true;
1612         }
1613         if (!TruncOk) {
1614           NewCmpVal = CmpVal;
1615           continue;
1616         }
1617       }
1618
1619       // Don't rewrite if use offset is non-constant and the new type is
1620       // of a different type.
1621       // FIXME: too conservative?
1622       if (NewTyBits != TyBits && !isa<SCEVConstant>(CondUse->Offset)) {
1623         NewCmpVal = CmpVal;
1624         continue;
1625       }
1626
1627       bool AllUsesAreAddresses = true;
1628       std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
1629       SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(SI->first, SI->second, L,
1630                                               AllUsesAreAddresses,
1631                                               UsersToProcess);
1632       // Avoid rewriting the compare instruction with an iv of new stride
1633       // if it's likely the new stride uses will be rewritten using the
1634       if (AllUsesAreAddresses &&
1635           ValidStride(!CommonExprs->isZero(), Scale, UsersToProcess)) {
1636         NewCmpVal = CmpVal;
1637         continue;
1638       }
1639
1640       // If scale is negative, use swapped predicate unless it's testing
1641       // for equality.
1642       if (Scale < 0 && !Cond->isEquality())
1643         Predicate = ICmpInst::getSwappedPredicate(Predicate);
1644
1645       NewStride = &StrideOrder[i];
1646       break;
1647     }
1648   }
1649
1650   // Forgo this transformation if it the increment happens to be
1651   // unfortunately positioned after the condition, and the condition
1652   // has multiple uses which prevent it from being moved immediately
1653   // before the branch. See
1654   // test/Transforms/LoopStrengthReduce/change-compare-stride-trickiness-*.ll
1655   // for an example of this situation.
1656   if (!Cond->hasOneUse()) {
1657     for (BasicBlock::iterator I = Cond, E = Cond->getParent()->end();
1658          I != E; ++I)
1659       if (I == NewIncV)
1660         return Cond;
1661   }
1662
1663   if (NewCmpVal != CmpVal) {
1664     // Create a new compare instruction using new stride / iv.
1665     ICmpInst *OldCond = Cond;
1666     Value *RHS;
1667     if (!isa<PointerType>(NewCmpTy))
1668       RHS = ConstantInt::get(NewCmpTy, NewCmpVal);
1669     else {
1670       RHS = ConstantInt::get(UIntPtrTy, NewCmpVal);
1671       RHS = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr, RHS, NewCmpTy);
1672     }
1673     // Insert new compare instruction.
1674     Cond = new ICmpInst(Predicate, NewIncV, RHS,
1675                         L->getHeader()->getName() + ".termcond",
1676                         OldCond);
1677
1678     // Remove the old compare instruction. The old indvar is probably dead too.
1679     DeadInsts.insert(cast<Instruction>(CondUse->OperandValToReplace));
1680     SE->deleteValueFromRecords(OldCond);
1681     OldCond->replaceAllUsesWith(Cond);
1682     OldCond->eraseFromParent();
1683
1684     IVUsesByStride[*CondStride].Users.pop_back();
1685     SCEVHandle NewOffset = TyBits == NewTyBits
1686       ? SE->getMulExpr(CondUse->Offset,
1687                        SE->getConstant(ConstantInt::get(CmpTy, Scale)))
1688       : SE->getConstant(ConstantInt::get(NewCmpTy,
1689         cast<SCEVConstant>(CondUse->Offset)->getValue()->getSExtValue()*Scale));
1690     IVUsesByStride[*NewStride].addUser(NewOffset, Cond, NewIncV);
1691     CondUse = &IVUsesByStride[*NewStride].Users.back();
1692     CondStride = NewStride;
1693     ++NumEliminated;
1694   }
1695
1696   return Cond;
1697 }
1698
1699 /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
1700 /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
1701 void LoopStrengthReduce::OptimizeShadowIV(Loop *L) {
1702
1703   SCEVHandle IterationCount = SE->getIterationCount(L);
1704   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(IterationCount))
1705     return;
1706
1707   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e;
1708        ++Stride) {
1709     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1710       IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
1711     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1712     if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
1713       continue;
1714
1715     for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
1716            E = SI->second.Users.end(); UI != E; /* empty */) {
1717       std::vector<IVStrideUse>::iterator CandidateUI = UI;
1718       ++UI;
1719       Instruction *ShadowUse = CandidateUI->User;
1720       const Type *DestTy = NULL;
1721
1722       /* If shadow use is a int->float cast then insert a second IV
1723          to eliminate this cast.
1724
1725            for (unsigned i = 0; i < n; ++i) 
1726              foo((double)i);
1727
1728          is transformed into
1729
1730            double d = 0.0;
1731            for (unsigned i = 0; i < n; ++i, ++d) 
1732              foo(d);
1733       */
1734       if (UIToFPInst *UCast = dyn_cast<UIToFPInst>(CandidateUI->User))
1735         DestTy = UCast->getDestTy();
1736       else if (SIToFPInst *SCast = dyn_cast<SIToFPInst>(CandidateUI->User))
1737         DestTy = SCast->getDestTy();
1738       if (!DestTy) continue;
1739
1740       if (TLI) {
1741         /* If target does not support DestTy natively then do not apply
1742            this transformation. */
1743         MVT DVT = TLI->getValueType(DestTy);
1744         if (!TLI->isTypeLegal(DVT)) continue;
1745       }
1746
1747       PHINode *PH = dyn_cast<PHINode>(ShadowUse->getOperand(0));
1748       if (!PH) continue;
1749       if (PH->getNumIncomingValues() != 2) continue;
1750
1751       const Type *SrcTy = PH->getType();
1752       int Mantissa = DestTy->getFPMantissaWidth();
1753       if (Mantissa == -1) continue; 
1754       if ((int)TD->getTypeSizeInBits(SrcTy) > Mantissa)
1755         continue;
1756
1757       unsigned Entry, Latch;
1758       if (PH->getIncomingBlock(0) == L->getLoopPreheader()) {
1759         Entry = 0;
1760         Latch = 1;
1761       } else {
1762         Entry = 1;
1763         Latch = 0;
1764       }
1765         
1766       ConstantInt *Init = dyn_cast<ConstantInt>(PH->getIncomingValue(Entry));
1767       if (!Init) continue;
1768       ConstantFP *NewInit = ConstantFP::get(DestTy, Init->getZExtValue());
1769
1770       BinaryOperator *Incr = 
1771         dyn_cast<BinaryOperator>(PH->getIncomingValue(Latch));
1772       if (!Incr) continue;
1773       if (Incr->getOpcode() != Instruction::Add
1774           && Incr->getOpcode() != Instruction::Sub)
1775         continue;
1776
1777       /* Initialize new IV, double d = 0.0 in above example. */
1778       ConstantInt *C = NULL;
1779       if (Incr->getOperand(0) == PH)
1780         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(1));
1781       else if (Incr->getOperand(1) == PH)
1782         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(0));
1783       else
1784         continue;
1785
1786       if (!C) continue;
1787
1788       /* Add new PHINode. */
1789       PHINode *NewPH = PHINode::Create(DestTy, "IV.S.", PH);
1790
1791       /* create new increment. '++d' in above example. */
1792       ConstantFP *CFP = ConstantFP::get(DestTy, C->getZExtValue());
1793       BinaryOperator *NewIncr = 
1794         BinaryOperator::Create(Incr->getOpcode(),
1795                                NewPH, CFP, "IV.S.next.", Incr);
1796
1797       NewPH->addIncoming(NewInit, PH->getIncomingBlock(Entry));
1798       NewPH->addIncoming(NewIncr, PH->getIncomingBlock(Latch));
1799
1800       /* Remove cast operation */
1801       SE->deleteValueFromRecords(ShadowUse);
1802       ShadowUse->replaceAllUsesWith(NewPH);
1803       ShadowUse->eraseFromParent();
1804       SI->second.Users.erase(CandidateUI);
1805       NumShadow++;
1806       break;
1807     }
1808   }
1809 }
1810
1811 // OptimizeIndvars - Now that IVUsesByStride is set up with all of the indvar
1812 // uses in the loop, look to see if we can eliminate some, in favor of using
1813 // common indvars for the different uses.
1814 void LoopStrengthReduce::OptimizeIndvars(Loop *L) {
1815   // TODO: implement optzns here.
1816
1817   OptimizeShadowIV(L);
1818
1819   // Finally, get the terminating condition for the loop if possible.  If we
1820   // can, we want to change it to use a post-incremented version of its
1821   // induction variable, to allow coalescing the live ranges for the IV into
1822   // one register value.
1823   PHINode *SomePHI = cast<PHINode>(L->getHeader()->begin());
1824   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
1825   BasicBlock *LatchBlock =
1826    SomePHI->getIncomingBlock(SomePHI->getIncomingBlock(0) == Preheader);
1827   BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(LatchBlock->getTerminator());
1828   if (!TermBr || TermBr->isUnconditional() || 
1829       !isa<ICmpInst>(TermBr->getCondition()))
1830     return;
1831   ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(TermBr->getCondition());
1832
1833   // Search IVUsesByStride to find Cond's IVUse if there is one.
1834   IVStrideUse *CondUse = 0;
1835   const SCEVHandle *CondStride = 0;
1836
1837   if (!FindIVUserForCond(Cond, CondUse, CondStride))
1838     return; // setcc doesn't use the IV.
1839
1840   // If possible, change stride and operands of the compare instruction to
1841   // eliminate one stride.
1842   Cond = ChangeCompareStride(L, Cond, CondUse, CondStride);
1843
1844   // It's possible for the setcc instruction to be anywhere in the loop, and
1845   // possible for it to have multiple users.  If it is not immediately before
1846   // the latch block branch, move it.
1847   if (&*++BasicBlock::iterator(Cond) != (Instruction*)TermBr) {
1848     if (Cond->hasOneUse()) {   // Condition has a single use, just move it.
1849       Cond->moveBefore(TermBr);
1850     } else {
1851       // Otherwise, clone the terminating condition and insert into the loopend.
1852       Cond = cast<ICmpInst>(Cond->clone());
1853       Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
1854       LatchBlock->getInstList().insert(TermBr, Cond);
1855       
1856       // Clone the IVUse, as the old use still exists!
1857       IVUsesByStride[*CondStride].addUser(CondUse->Offset, Cond,
1858                                          CondUse->OperandValToReplace);
1859       CondUse = &IVUsesByStride[*CondStride].Users.back();
1860     }
1861   }
1862
1863   // If we get to here, we know that we can transform the setcc instruction to
1864   // use the post-incremented version of the IV, allowing us to coalesce the
1865   // live ranges for the IV correctly.
1866   CondUse->Offset = SE->getMinusSCEV(CondUse->Offset, *CondStride);
1867   CondUse->isUseOfPostIncrementedValue = true;
1868   Changed = true;
1869 }
1870
1871 bool LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
1872
1873   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
1874   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
1875   SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
1876   TD = &getAnalysis<TargetData>();
1877   UIntPtrTy = TD->getIntPtrType();
1878   Changed = false;
1879
1880   // Find all uses of induction variables in this loop, and catagorize
1881   // them by stride.  Start by finding all of the PHI nodes in the header for
1882   // this loop.  If they are induction variables, inspect their uses.
1883   SmallPtrSet<Instruction*,16> Processed;   // Don't reprocess instructions.
1884   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ++I)
1885     AddUsersIfInteresting(I, L, Processed);
1886
1887   if (!IVUsesByStride.empty()) {
1888     // Optimize induction variables.  Some indvar uses can be transformed to use
1889     // strides that will be needed for other purposes.  A common example of this
1890     // is the exit test for the loop, which can often be rewritten to use the
1891     // computation of some other indvar to decide when to terminate the loop.
1892     OptimizeIndvars(L);
1893
1894     // FIXME: We can widen subreg IV's here for RISC targets.  e.g. instead of
1895     // doing computation in byte values, promote to 32-bit values if safe.
1896
1897     // FIXME: Attempt to reuse values across multiple IV's.  In particular, we
1898     // could have something like "for(i) { foo(i*8); bar(i*16) }", which should
1899     // be codegened as "for (j = 0;; j+=8) { foo(j); bar(j+j); }" on X86/PPC.
1900     // Need to be careful that IV's are all the same type.  Only works for
1901     // intptr_t indvars.
1902
1903     // If we only have one stride, we can more aggressively eliminate some
1904     // things.
1905     bool HasOneStride = IVUsesByStride.size() == 1;
1906
1907 #ifndef NDEBUG
1908     DOUT << "\nLSR on ";
1909     DEBUG(L->dump());
1910 #endif
1911
1912     // IVsByStride keeps IVs for one particular loop.
1913     assert(IVsByStride.empty() && "Stale entries in IVsByStride?");
1914
1915     // Sort the StrideOrder so we process larger strides first.
1916     std::stable_sort(StrideOrder.begin(), StrideOrder.end(), StrideCompare());
1917
1918     // Note: this processes each stride/type pair individually.  All users
1919     // passed into StrengthReduceStridedIVUsers have the same type AND stride.
1920     // Also, note that we iterate over IVUsesByStride indirectly by using
1921     // StrideOrder. This extra layer of indirection makes the ordering of
1922     // strides deterministic - not dependent on map order.
1923     for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e; ++Stride) {
1924       std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1925         IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
1926       assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1927       StrengthReduceStridedIVUsers(SI->first, SI->second, L, HasOneStride);
1928     }
1929   }
1930
1931   // We're done analyzing this loop; release all the state we built up for it.
1932   CastedPointers.clear();
1933   IVUsesByStride.clear();
1934   IVsByStride.clear();
1935   StrideOrder.clear();
1936
1937   // Clean up after ourselves
1938   if (!DeadInsts.empty()) {
1939     DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
1940
1941     BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
1942     while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
1943       // At this point, we know that we have killed one or more IV users.
1944       // It is worth checking to see if the cann indvar is also
1945       // dead, so that we can remove it as well.
1946       //
1947       // We can remove a PHI if it is on a cycle in the def-use graph
1948       // where each node in the cycle has degree one, i.e. only one use,
1949       // and is an instruction with no side effects.
1950       //
1951       // FIXME: this needs to eliminate an induction variable even if it's being
1952       // compared against some value to decide loop termination.
1953       if (PN->hasOneUse()) {
1954         SmallPtrSet<PHINode *, 2> PHIs;
1955         for (Instruction *J = dyn_cast<Instruction>(*PN->use_begin());
1956              J && J->hasOneUse() && !J->mayWriteToMemory();
1957              J = dyn_cast<Instruction>(*J->use_begin())) {
1958           // If we find the original PHI, we've discovered a cycle.
1959           if (J == PN) {
1960             // Break the cycle and mark the PHI for deletion.
1961             SE->deleteValueFromRecords(PN);
1962             PN->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(PN->getType()));
1963             DeadInsts.insert(PN);
1964             Changed = true;
1965             break;
1966           }
1967           // If we find a PHI more than once, we're on a cycle that
1968           // won't prove fruitful.
1969           if (isa<PHINode>(J) && !PHIs.insert(cast<PHINode>(J)))
1970             break;
1971         }
1972       }
1973     }
1974     DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
1975   }
1976   return Changed;
1977 }