Don't split critical edges during the AddUsersIfInteresting phase
[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/ADT/SmallPtrSet.h"
30 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
31 #include "llvm/Support/CFG.h"
32 #include "llvm/Support/Debug.h"
33 #include "llvm/Support/Compiler.h"
34 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
35 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
36 #include <algorithm>
37 using namespace llvm;
38
39 STATISTIC(NumReduced ,    "Number of IV uses strength reduced");
40 STATISTIC(NumInserted,    "Number of PHIs inserted");
41 STATISTIC(NumVariable,    "Number of PHIs with variable strides");
42 STATISTIC(NumEliminated,  "Number of strides eliminated");
43 STATISTIC(NumShadow,      "Number of Shadow IVs optimized");
44 STATISTIC(NumImmSunk,     "Number of common expr immediates sunk into uses");
45
46 static cl::opt<bool> EnableFullLSRMode("enable-full-lsr",
47                                        cl::init(false),
48                                        cl::Hidden);
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
96     IVExpr(const SCEVHandle &stride, const SCEVHandle &base, PHINode *phi)
97       : Stride(stride), Base(base), PHI(phi) {}
98   };
99
100   /// IVsOfOneStride - This structure keeps track of all IV expression inserted
101   /// during StrengthReduceStridedIVUsers for a particular stride of the IV.
102   struct VISIBILITY_HIDDEN IVsOfOneStride {
103     std::vector<IVExpr> IVs;
104
105     void addIV(const SCEVHandle &Stride, const SCEVHandle &Base, PHINode *PHI) {
106       IVs.push_back(IVExpr(Stride, Base, PHI));
107     }
108   };
109
110   class VISIBILITY_HIDDEN LoopStrengthReduce : public LoopPass {
111     LoopInfo *LI;
112     DominatorTree *DT;
113     ScalarEvolution *SE;
114     bool Changed;
115
116     /// IVUsesByStride - Keep track of all uses of induction variables that we
117     /// are interested in.  The key of the map is the stride of the access.
118     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride> IVUsesByStride;
119
120     /// IVsByStride - Keep track of all IVs that have been inserted for a
121     /// particular stride.
122     std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride> IVsByStride;
123
124     /// StrideOrder - An ordering of the keys in IVUsesByStride that is stable:
125     /// We use this to iterate over the IVUsesByStride collection without being
126     /// dependent on random ordering of pointers in the process.
127     SmallVector<SCEVHandle, 16> StrideOrder;
128
129     /// DeadInsts - Keep track of instructions we may have made dead, so that
130     /// we can remove them after we are done working.
131     SmallVector<Instruction*, 16> DeadInsts;
132
133     /// TLI - Keep a pointer of a TargetLowering to consult for determining
134     /// transformation profitability.
135     const TargetLowering *TLI;
136
137   public:
138     static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
139     explicit LoopStrengthReduce(const TargetLowering *tli = NULL) : 
140       LoopPass(&ID), TLI(tli) {
141     }
142
143     bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
144
145     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
146       // We split critical edges, so we change the CFG.  However, we do update
147       // many analyses if they are around.
148       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
149       AU.addPreserved<LoopInfo>();
150       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
151       AU.addPreserved<DominatorTree>();
152
153       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
154       AU.addRequired<LoopInfo>();
155       AU.addRequired<DominatorTree>();
156       AU.addRequired<ScalarEvolution>();
157       AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
158     }
159
160   private:
161     bool AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
162                                SmallPtrSet<Instruction*,16> &Processed);
163     ICmpInst *ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
164                                   IVStrideUse* &CondUse,
165                                   const SCEVHandle* &CondStride);
166     void OptimizeIndvars(Loop *L);
167
168     /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
169     /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
170     void OptimizeShadowIV(Loop *L);
171
172     /// OptimizeSMax - Rewrite the loop's terminating condition
173     /// if it uses an smax computation.
174     ICmpInst *OptimizeSMax(Loop *L, ICmpInst *Cond,
175                            IVStrideUse* &CondUse);
176
177     bool FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
178                            const SCEVHandle *&CondStride);
179     bool RequiresTypeConversion(const Type *Ty, const Type *NewTy);
180     SCEVHandle CheckForIVReuse(bool, bool, bool, const SCEVHandle&,
181                              IVExpr&, const Type*,
182                              const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
183     bool ValidStride(bool, int64_t,
184                      const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
185     SCEVHandle CollectIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
186                               IVUsersOfOneStride &Uses,
187                               Loop *L,
188                               bool &AllUsesAreAddresses,
189                               bool &AllUsesAreOutsideLoop,
190                               std::vector<BasedUser> &UsersToProcess);
191     bool ShouldUseFullStrengthReductionMode(
192                                 const std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
193                                 const Loop *L,
194                                 bool AllUsesAreAddresses,
195                                 SCEVHandle Stride);
196     void PrepareToStrengthReduceFully(
197                              std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
198                              SCEVHandle Stride,
199                              SCEVHandle CommonExprs,
200                              const Loop *L,
201                              SCEVExpander &PreheaderRewriter);
202     void PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(
203                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
204                                          Value *CommonBaseV,
205                                          const IVExpr &ReuseIV,
206                                          Instruction *PreInsertPt);
207     void PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(
208                                   std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
209                                   SCEVHandle Stride,
210                                   SCEVHandle CommonExprs,
211                                   Value *CommonBaseV,
212                                   const Loop *L,
213                                   SCEVExpander &PreheaderRewriter);
214     void StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
215                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
216                                       Loop *L);
217     void DeleteTriviallyDeadInstructions();
218   };
219 }
220
221 char LoopStrengthReduce::ID = 0;
222 static RegisterPass<LoopStrengthReduce>
223 X("loop-reduce", "Loop Strength Reduction");
224
225 Pass *llvm::createLoopStrengthReducePass(const TargetLowering *TLI) {
226   return new LoopStrengthReduce(TLI);
227 }
228
229 /// DeleteTriviallyDeadInstructions - If any of the instructions is the
230 /// specified set are trivially dead, delete them and see if this makes any of
231 /// their operands subsequently dead.
232 void LoopStrengthReduce::DeleteTriviallyDeadInstructions() {
233   if (DeadInsts.empty()) return;
234   
235   // Sort the deadinsts list so that we can trivially eliminate duplicates as we
236   // go.  The code below never adds a non-dead instruction to the worklist, but
237   // callers may not be so careful.
238   array_pod_sort(DeadInsts.begin(), DeadInsts.end());
239
240   // Drop duplicate instructions and those with uses.
241   for (unsigned i = 0, e = DeadInsts.size()-1; i < e; ++i) {
242     Instruction *I = DeadInsts[i];
243     if (!I->use_empty()) DeadInsts[i] = 0;
244     while (i != e && DeadInsts[i+1] == I)
245       DeadInsts[++i] = 0;
246   }
247   
248   while (!DeadInsts.empty()) {
249     Instruction *I = DeadInsts.back();
250     DeadInsts.pop_back();
251     
252     if (I == 0 || !isInstructionTriviallyDead(I))
253       continue;
254
255     SE->deleteValueFromRecords(I);
256
257     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI) {
258       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
259         *OI = 0;
260         if (U->use_empty())
261           DeadInsts.push_back(U);
262       }
263     }
264     
265     I->eraseFromParent();
266     Changed = true;
267   }
268 }
269
270 /// containsAddRecFromDifferentLoop - Determine whether expression S involves a 
271 /// subexpression that is an AddRec from a loop other than L.  An outer loop 
272 /// of L is OK, but not an inner loop nor a disjoint loop.
273 static bool containsAddRecFromDifferentLoop(SCEVHandle S, Loop *L) {
274   // This is very common, put it first.
275   if (isa<SCEVConstant>(S))
276     return false;
277   if (const SCEVCommutativeExpr *AE = dyn_cast<SCEVCommutativeExpr>(S)) {
278     for (unsigned int i=0; i< AE->getNumOperands(); i++)
279       if (containsAddRecFromDifferentLoop(AE->getOperand(i), L))
280         return true;
281     return false;
282   }
283   if (const SCEVAddRecExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
284     if (const Loop *newLoop = AE->getLoop()) {
285       if (newLoop == L)
286         return false;
287       // if newLoop is an outer loop of L, this is OK.
288       if (!LoopInfoBase<BasicBlock>::isNotAlreadyContainedIn(L, newLoop))
289         return false;
290     }
291     return true;
292   }
293   if (const SCEVUDivExpr *DE = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S))
294     return containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getLHS(), L) ||
295            containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getRHS(), L);
296 #if 0
297   // SCEVSDivExpr has been backed out temporarily, but will be back; we'll 
298   // need this when it is.
299   if (const SCEVSDivExpr *DE = dyn_cast<SCEVSDivExpr>(S))
300     return containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getLHS(), L) ||
301            containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getRHS(), L);
302 #endif
303   if (const SCEVCastExpr *CE = dyn_cast<SCEVCastExpr>(S))
304     return containsAddRecFromDifferentLoop(CE->getOperand(), L);
305   return false;
306 }
307
308 /// getSCEVStartAndStride - Compute the start and stride of this expression,
309 /// returning false if the expression is not a start/stride pair, or true if it
310 /// is.  The stride must be a loop invariant expression, but the start may be
311 /// a mix of loop invariant and loop variant expressions.  The start cannot,
312 /// however, contain an AddRec from a different loop, unless that loop is an
313 /// outer loop of the current loop.
314 static bool getSCEVStartAndStride(const SCEVHandle &SH, Loop *L,
315                                   SCEVHandle &Start, SCEVHandle &Stride,
316                                   ScalarEvolution *SE, DominatorTree *DT) {
317   SCEVHandle TheAddRec = Start;   // Initialize to zero.
318
319   // If the outer level is an AddExpr, the operands are all start values except
320   // for a nested AddRecExpr.
321   if (const SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(SH)) {
322     for (unsigned i = 0, e = AE->getNumOperands(); i != e; ++i)
323       if (SCEVAddRecExpr *AddRec =
324              dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(AE->getOperand(i))) {
325         if (AddRec->getLoop() == L)
326           TheAddRec = SE->getAddExpr(AddRec, TheAddRec);
327         else
328           return false;  // Nested IV of some sort?
329       } else {
330         Start = SE->getAddExpr(Start, AE->getOperand(i));
331       }
332         
333   } else if (isa<SCEVAddRecExpr>(SH)) {
334     TheAddRec = SH;
335   } else {
336     return false;  // not analyzable.
337   }
338   
339   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(TheAddRec);
340   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L) return false;
341   
342   // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
343   if (!AddRec->isAffine()) return false;
344
345   // If Start contains an SCEVAddRecExpr from a different loop, other than an
346   // outer loop of the current loop, reject it.  SCEV has no concept of 
347   // operating on more than one loop at a time so don't confuse it with such
348   // expressions.
349   if (containsAddRecFromDifferentLoop(AddRec->getOperand(0), L))
350     return false;
351
352   Start = SE->getAddExpr(Start, AddRec->getOperand(0));
353   
354   if (!isa<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1))) {
355     // If stride is an instruction, make sure it dominates the loop preheader.
356     // Otherwise we could end up with a use before def situation.
357     BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
358     if (!AddRec->getOperand(1)->dominates(Preheader, DT))
359       return false;
360
361     DOUT << "[" << L->getHeader()->getName()
362          << "] Variable stride: " << *AddRec << "\n";
363   }
364
365   Stride = AddRec->getOperand(1);
366   return true;
367 }
368
369 /// IVUseShouldUsePostIncValue - We have discovered a "User" of an IV expression
370 /// and now we need to decide whether the user should use the preinc or post-inc
371 /// value.  If this user should use the post-inc version of the IV, return true.
372 ///
373 /// Choosing wrong here can break dominance properties (if we choose to use the
374 /// post-inc value when we cannot) or it can end up adding extra live-ranges to
375 /// the loop, resulting in reg-reg copies (if we use the pre-inc value when we
376 /// should use the post-inc value).
377 static bool IVUseShouldUsePostIncValue(Instruction *User, Instruction *IV,
378                                        Loop *L, DominatorTree *DT, Pass *P,
379                                       SmallVectorImpl<Instruction*> &DeadInsts){
380   // If the user is in the loop, use the preinc value.
381   if (L->contains(User->getParent())) return false;
382   
383   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
384   
385   // Ok, the user is outside of the loop.  If it is dominated by the latch
386   // block, use the post-inc value.
387   if (DT->dominates(LatchBlock, User->getParent()))
388     return true;
389
390   // There is one case we have to be careful of: PHI nodes.  These little guys
391   // can live in blocks that do not dominate the latch block, but (since their
392   // uses occur in the predecessor block, not the block the PHI lives in) should
393   // still use the post-inc value.  Check for this case now.
394   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User);
395   if (!PN) return false;  // not a phi, not dominated by latch block.
396   
397   // Look at all of the uses of IV by the PHI node.  If any use corresponds to
398   // a block that is not dominated by the latch block, give up and use the
399   // preincremented value.
400   unsigned NumUses = 0;
401   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
402     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
403       ++NumUses;
404       if (!DT->dominates(LatchBlock, PN->getIncomingBlock(i)))
405         return false;
406     }
407
408   // Okay, all uses of IV by PN are in predecessor blocks that really are
409   // dominated by the latch block.  Use the post-incremented value.
410   return true;
411 }
412
413 /// isAddressUse - Returns true if the specified instruction is using the
414 /// specified value as an address.
415 static bool isAddressUse(Instruction *Inst, Value *OperandVal) {
416   bool isAddress = isa<LoadInst>(Inst);
417   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
418     if (SI->getOperand(1) == OperandVal)
419       isAddress = true;
420   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
421     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
422     // of intrinsics.
423     switch (II->getIntrinsicID()) {
424       default: break;
425       case Intrinsic::prefetch:
426       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_dq:
427       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_pd:
428       case Intrinsic::x86_sse_loadu_ps:
429       case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
430       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
431       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
432       case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
433         if (II->getOperand(1) == OperandVal)
434           isAddress = true;
435         break;
436     }
437   }
438   return isAddress;
439 }
440
441 /// getAccessType - Return the type of the memory being accessed.
442 static const Type *getAccessType(const Instruction *Inst) {
443   const Type *UseTy = Inst->getType();
444   if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
445     UseTy = SI->getOperand(0)->getType();
446   else if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
447     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
448     // of intrinsics.
449     switch (II->getIntrinsicID()) {
450     default: break;
451     case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
452     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
453     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
454     case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
455       UseTy = II->getOperand(1)->getType();
456       break;
457     }
458   }
459   return UseTy;
460 }
461
462 /// AddUsersIfInteresting - Inspect the specified instruction.  If it is a
463 /// reducible SCEV, recursively add its users to the IVUsesByStride set and
464 /// return true.  Otherwise, return false.
465 bool LoopStrengthReduce::AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
466                                       SmallPtrSet<Instruction*,16> &Processed) {
467   if (!SE->isSCEVable(I->getType()))
468     return false;   // Void and FP expressions cannot be reduced.
469
470   // LSR is not APInt clean, do not touch integers bigger than 64-bits.
471   if (SE->getTypeSizeInBits(I->getType()) > 64)
472     return false;
473   
474   if (!Processed.insert(I))
475     return true;    // Instruction already handled.
476   
477   // Get the symbolic expression for this instruction.
478   SCEVHandle ISE = SE->getSCEV(I);
479   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(ISE)) return false;
480   
481   // Get the start and stride for this expression.
482   SCEVHandle Start = SE->getIntegerSCEV(0, ISE->getType());
483   SCEVHandle Stride = Start;
484   if (!getSCEVStartAndStride(ISE, L, Start, Stride, SE, DT))
485     return false;  // Non-reducible symbolic expression, bail out.
486
487   std::vector<Instruction *> IUsers;
488   // Collect all I uses now because IVUseShouldUsePostIncValue may 
489   // invalidate use_iterator.
490   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E; ++UI)
491     IUsers.push_back(cast<Instruction>(*UI));
492
493   for (unsigned iused_index = 0, iused_size = IUsers.size(); 
494        iused_index != iused_size; ++iused_index) {
495
496     Instruction *User = IUsers[iused_index];
497
498     // Do not infinitely recurse on PHI nodes.
499     if (isa<PHINode>(User) && Processed.count(User))
500       continue;
501
502     // Descend recursively, but not into PHI nodes outside the current loop.
503     // It's important to see the entire expression outside the loop to get
504     // choices that depend on addressing mode use right, although we won't
505     // consider references ouside the loop in all cases.
506     // If User is already in Processed, we don't want to recurse into it again,
507     // but do want to record a second reference in the same instruction.
508     bool AddUserToIVUsers = false;
509     if (LI->getLoopFor(User->getParent()) != L) {
510       if (isa<PHINode>(User) || Processed.count(User) ||
511           !AddUsersIfInteresting(User, L, Processed)) {
512         DOUT << "FOUND USER in other loop: " << *User
513              << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
514         AddUserToIVUsers = true;
515       }
516     } else if (Processed.count(User) || 
517                !AddUsersIfInteresting(User, L, Processed)) {
518       DOUT << "FOUND USER: " << *User
519            << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
520       AddUserToIVUsers = true;
521     }
522
523     if (AddUserToIVUsers) {
524       IVUsersOfOneStride &StrideUses = IVUsesByStride[Stride];
525       if (StrideUses.Users.empty())     // First occurrence of this stride?
526         StrideOrder.push_back(Stride);
527       
528       // Okay, we found a user that we cannot reduce.  Analyze the instruction
529       // and decide what to do with it.  If we are a use inside of the loop, use
530       // the value before incrementation, otherwise use it after incrementation.
531       if (IVUseShouldUsePostIncValue(User, I, L, DT, this, DeadInsts)) {
532         // The value used will be incremented by the stride more than we are
533         // expecting, so subtract this off.
534         SCEVHandle NewStart = SE->getMinusSCEV(Start, Stride);
535         StrideUses.addUser(NewStart, User, I);
536         StrideUses.Users.back().isUseOfPostIncrementedValue = true;
537         DOUT << "   USING POSTINC SCEV, START=" << *NewStart<< "\n";
538       } else {        
539         StrideUses.addUser(Start, User, I);
540       }
541     }
542   }
543   return true;
544 }
545
546 namespace {
547   /// BasedUser - For a particular base value, keep information about how we've
548   /// partitioned the expression so far.
549   struct BasedUser {
550     /// SE - The current ScalarEvolution object.
551     ScalarEvolution *SE;
552
553     /// Base - The Base value for the PHI node that needs to be inserted for
554     /// this use.  As the use is processed, information gets moved from this
555     /// field to the Imm field (below).  BasedUser values are sorted by this
556     /// field.
557     SCEVHandle Base;
558     
559     /// Inst - The instruction using the induction variable.
560     Instruction *Inst;
561
562     /// OperandValToReplace - The operand value of Inst to replace with the
563     /// EmittedBase.
564     Value *OperandValToReplace;
565
566     /// Imm - The immediate value that should be added to the base immediately
567     /// before Inst, because it will be folded into the imm field of the
568     /// instruction.  This is also sometimes used for loop-variant values that
569     /// must be added inside the loop.
570     SCEVHandle Imm;
571
572     /// Phi - The induction variable that performs the striding that
573     /// should be used for this user.
574     PHINode *Phi;
575
576     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
577     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
578     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
579     // instruction for a loop and uses outside the loop that are dominated by
580     // the loop.
581     bool isUseOfPostIncrementedValue;
582     
583     BasedUser(IVStrideUse &IVSU, ScalarEvolution *se)
584       : SE(se), Base(IVSU.Offset), Inst(IVSU.User), 
585         OperandValToReplace(IVSU.OperandValToReplace), 
586         Imm(SE->getIntegerSCEV(0, Base->getType())), 
587         isUseOfPostIncrementedValue(IVSU.isUseOfPostIncrementedValue) {}
588
589     // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
590     // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
591     // to it.
592     void RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
593                                         Instruction *InsertPt,
594                                        SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
595                                       SmallVectorImpl<Instruction*> &DeadInsts);
596     
597     Value *InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
598                                        const Type *Ty,
599                                        SCEVExpander &Rewriter,
600                                        Instruction *IP, Loop *L);
601     void dump() const;
602   };
603 }
604
605 void BasedUser::dump() const {
606   cerr << " Base=" << *Base;
607   cerr << " Imm=" << *Imm;
608   cerr << "   Inst: " << *Inst;
609 }
610
611 Value *BasedUser::InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
612                                               const Type *Ty,
613                                               SCEVExpander &Rewriter,
614                                               Instruction *IP, Loop *L) {
615   // Figure out where we *really* want to insert this code.  In particular, if
616   // the user is inside of a loop that is nested inside of L, we really don't
617   // want to insert this expression before the user, we'd rather pull it out as
618   // many loops as possible.
619   LoopInfo &LI = Rewriter.getLoopInfo();
620   Instruction *BaseInsertPt = IP;
621   
622   // Figure out the most-nested loop that IP is in.
623   Loop *InsertLoop = LI.getLoopFor(IP->getParent());
624   
625   // If InsertLoop is not L, and InsertLoop is nested inside of L, figure out
626   // the preheader of the outer-most loop where NewBase is not loop invariant.
627   if (L->contains(IP->getParent()))
628     while (InsertLoop && NewBase->isLoopInvariant(InsertLoop)) {
629       BaseInsertPt = InsertLoop->getLoopPreheader()->getTerminator();
630       InsertLoop = InsertLoop->getParentLoop();
631     }
632   
633   Value *Base = Rewriter.expandCodeFor(NewBase, Ty, BaseInsertPt);
634
635   // If there is no immediate value, skip the next part.
636   if (Imm->isZero())
637     return Base;
638
639   // If we are inserting the base and imm values in the same block, make sure to
640   // adjust the IP position if insertion reused a result.
641   if (IP == BaseInsertPt)
642     IP = Rewriter.getInsertionPoint();
643   
644   // Always emit the immediate (if non-zero) into the same block as the user.
645   SCEVHandle NewValSCEV = SE->getAddExpr(SE->getUnknown(Base), Imm);
646   return Rewriter.expandCodeFor(NewValSCEV, Ty, IP);
647 }
648
649
650 // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
651 // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
652 // to it. NewBasePt is the last instruction which contributes to the
653 // value of NewBase in the case that it's a diffferent instruction from
654 // the PHI that NewBase is computed from, or null otherwise.
655 //
656 void BasedUser::RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
657                                                Instruction *NewBasePt,
658                                       SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
659                                       SmallVectorImpl<Instruction*> &DeadInsts){
660   if (!isa<PHINode>(Inst)) {
661     // By default, insert code at the user instruction.
662     BasicBlock::iterator InsertPt = Inst;
663     
664     // However, if the Operand is itself an instruction, the (potentially
665     // complex) inserted code may be shared by many users.  Because of this, we
666     // want to emit code for the computation of the operand right before its old
667     // computation.  This is usually safe, because we obviously used to use the
668     // computation when it was computed in its current block.  However, in some
669     // cases (e.g. use of a post-incremented induction variable) the NewBase
670     // value will be pinned to live somewhere after the original computation.
671     // In this case, we have to back off.
672     //
673     // If this is a use outside the loop (which means after, since it is based
674     // on a loop indvar) we use the post-incremented value, so that we don't
675     // artificially make the preinc value live out the bottom of the loop. 
676     if (!isUseOfPostIncrementedValue && L->contains(Inst->getParent())) {
677       if (NewBasePt && isa<PHINode>(OperandValToReplace)) {
678         InsertPt = NewBasePt;
679         ++InsertPt;
680       } else if (Instruction *OpInst
681                  = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace)) {
682         InsertPt = OpInst;
683         while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
684       }
685     }
686     Value *NewVal = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase,
687                                                 OperandValToReplace->getType(),
688                                                 Rewriter, InsertPt, L);
689     // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
690     Inst->replaceUsesOfWith(OperandValToReplace, NewVal);
691
692     DOUT << "      Replacing with ";
693     DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, NewVal, /*PrintType=*/false));
694     DOUT << ", which has value " << *NewBase << " plus IMM " << *Imm << "\n";
695     return;
696   }
697
698   // PHI nodes are more complex.  We have to insert one copy of the NewBase+Imm
699   // expression into each operand block that uses it.  Note that PHI nodes can
700   // have multiple entries for the same predecessor.  We use a map to make sure
701   // that a PHI node only has a single Value* for each predecessor (which also
702   // prevents us from inserting duplicate code in some blocks).
703   DenseMap<BasicBlock*, Value*> InsertedCode;
704   PHINode *PN = cast<PHINode>(Inst);
705   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
706     if (PN->getIncomingValue(i) == OperandValToReplace) {
707       // If the original expression is outside the loop, put the replacement
708       // code in the same place as the original expression,
709       // which need not be an immediate predecessor of this PHI.  This way we 
710       // need only one copy of it even if it is referenced multiple times in
711       // the PHI.  We don't do this when the original expression is inside the
712       // loop because multiple copies sometimes do useful sinking of code in
713       // that case(?).
714       Instruction *OldLoc = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace);
715       if (L->contains(OldLoc->getParent())) {
716         // If this is a critical edge, split the edge so that we do not insert
717         // the code on all predecessor/successor paths.  We do this unless this
718         // is the canonical backedge for this loop, as this can make some
719         // inserted code be in an illegal position.
720         BasicBlock *PHIPred = PN->getIncomingBlock(i);
721         if (e != 1 && PHIPred->getTerminator()->getNumSuccessors() > 1 &&
722             (PN->getParent() != L->getHeader() || !L->contains(PHIPred))) {
723
724           // First step, split the critical edge.
725           SplitCriticalEdge(PHIPred, PN->getParent(), P, false);
726
727           // Next step: move the basic block.  In particular, if the PHI node
728           // is outside of the loop, and PredTI is in the loop, we want to
729           // move the block to be immediately before the PHI block, not
730           // immediately after PredTI.
731           if (L->contains(PHIPred) && !L->contains(PN->getParent())) {
732             BasicBlock *NewBB = PN->getIncomingBlock(i);
733             NewBB->moveBefore(PN->getParent());
734           }
735
736           // Splitting the edge can reduce the number of PHI entries we have.
737           e = PN->getNumIncomingValues();
738         }
739       }
740       Value *&Code = InsertedCode[PN->getIncomingBlock(i)];
741       if (!Code) {
742         // Insert the code into the end of the predecessor block.
743         Instruction *InsertPt = (L->contains(OldLoc->getParent())) ?
744                                 PN->getIncomingBlock(i)->getTerminator() :
745                                 OldLoc->getParent()->getTerminator();
746         Code = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, PN->getType(),
747                                            Rewriter, InsertPt, L);
748
749         DOUT << "      Changing PHI use to ";
750         DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, Code, /*PrintType=*/false));
751         DOUT << ", which has value " << *NewBase << " plus IMM " << *Imm << "\n";
752       }
753
754       // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
755       PN->setIncomingValue(i, Code);
756       Rewriter.clear();
757     }
758   }
759
760   // PHI node might have become a constant value after SplitCriticalEdge.
761   DeadInsts.push_back(Inst);
762 }
763
764
765 /// fitsInAddressMode - Return true if V can be subsumed within an addressing
766 /// mode, and does not need to be put in a register first.
767 static bool fitsInAddressMode(const SCEVHandle &V, const Type *UseTy,
768                              const TargetLowering *TLI, bool HasBaseReg) {
769   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
770     int64_t VC = SC->getValue()->getSExtValue();
771     if (TLI) {
772       TargetLowering::AddrMode AM;
773       AM.BaseOffs = VC;
774       AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
775       return TLI->isLegalAddressingMode(AM, UseTy);
776     } else {
777       // Defaults to PPC. PPC allows a sign-extended 16-bit immediate field.
778       return (VC > -(1 << 16) && VC < (1 << 16)-1);
779     }
780   }
781
782   if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V))
783     if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(SU->getValue())) {
784       if (TLI) {
785         TargetLowering::AddrMode AM;
786         AM.BaseGV = GV;
787         AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
788         return TLI->isLegalAddressingMode(AM, UseTy);
789       } else {
790         // Default: assume global addresses are not legal.
791       }
792     }
793
794   return false;
795 }
796
797 /// MoveLoopVariantsToImmediateField - Move any subexpressions from Val that are
798 /// loop varying to the Imm operand.
799 static void MoveLoopVariantsToImmediateField(SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
800                                             Loop *L, ScalarEvolution *SE) {
801   if (Val->isLoopInvariant(L)) return;  // Nothing to do.
802   
803   if (const SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
804     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
805     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
806     
807     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i)
808       if (!SAE->getOperand(i)->isLoopInvariant(L)) {
809         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
810         // field of the expression.
811         Imm = SE->getAddExpr(Imm, SAE->getOperand(i));
812       } else {
813         NewOps.push_back(SAE->getOperand(i));
814       }
815
816     if (NewOps.empty())
817       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
818     else
819       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
820   } else if (const SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
821     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
822     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
823     MoveLoopVariantsToImmediateField(Start, Imm, L, SE);
824     
825     std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
826     Ops[0] = Start;
827     Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
828   } else {
829     // Otherwise, all of Val is variant, move the whole thing over.
830     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
831     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
832   }
833 }
834
835
836 /// MoveImmediateValues - Look at Val, and pull out any additions of constants
837 /// that can fit into the immediate field of instructions in the target.
838 /// Accumulate these immediate values into the Imm value.
839 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
840                                 const Type *UseTy,
841                                 SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
842                                 bool isAddress, Loop *L,
843                                 ScalarEvolution *SE) {
844   if (const SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
845     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
846     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
847     
848     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i) {
849       SCEVHandle NewOp = SAE->getOperand(i);
850       MoveImmediateValues(TLI, UseTy, NewOp, Imm, isAddress, L, SE);
851       
852       if (!NewOp->isLoopInvariant(L)) {
853         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
854         // field of the expression.
855         Imm = SE->getAddExpr(Imm, NewOp);
856       } else {
857         NewOps.push_back(NewOp);
858       }
859     }
860
861     if (NewOps.empty())
862       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
863     else
864       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
865     return;
866   } else if (const SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
867     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
868     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
869     MoveImmediateValues(TLI, UseTy, Start, Imm, isAddress, L, SE);
870     
871     if (Start != SARE->getStart()) {
872       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
873       Ops[0] = Start;
874       Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
875     }
876     return;
877   } else if (const SCEVMulExpr *SME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Val)) {
878     // Transform "8 * (4 + v)" -> "32 + 8*V" if "32" fits in the immed field.
879     if (isAddress && fitsInAddressMode(SME->getOperand(0), UseTy, TLI, false) &&
880         SME->getNumOperands() == 2 && SME->isLoopInvariant(L)) {
881
882       SCEVHandle SubImm = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
883       SCEVHandle NewOp = SME->getOperand(1);
884       MoveImmediateValues(TLI, UseTy, NewOp, SubImm, isAddress, L, SE);
885       
886       // If we extracted something out of the subexpressions, see if we can 
887       // simplify this!
888       if (NewOp != SME->getOperand(1)) {
889         // Scale SubImm up by "8".  If the result is a target constant, we are
890         // good.
891         SubImm = SE->getMulExpr(SubImm, SME->getOperand(0));
892         if (fitsInAddressMode(SubImm, UseTy, TLI, false)) {
893           // Accumulate the immediate.
894           Imm = SE->getAddExpr(Imm, SubImm);
895           
896           // Update what is left of 'Val'.
897           Val = SE->getMulExpr(SME->getOperand(0), NewOp);
898           return;
899         }
900       }
901     }
902   }
903
904   // Loop-variant expressions must stay in the immediate field of the
905   // expression.
906   if ((isAddress && fitsInAddressMode(Val, UseTy, TLI, false)) ||
907       !Val->isLoopInvariant(L)) {
908     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
909     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
910     return;
911   }
912
913   // Otherwise, no immediates to move.
914 }
915
916 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
917                                 Instruction *User,
918                                 SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
919                                 bool isAddress, Loop *L,
920                                 ScalarEvolution *SE) {
921   const Type *UseTy = getAccessType(User);
922   MoveImmediateValues(TLI, UseTy, Val, Imm, isAddress, L, SE);
923 }
924
925 /// SeparateSubExprs - Decompose Expr into all of the subexpressions that are
926 /// added together.  This is used to reassociate common addition subexprs
927 /// together for maximal sharing when rewriting bases.
928 static void SeparateSubExprs(std::vector<SCEVHandle> &SubExprs,
929                              SCEVHandle Expr,
930                              ScalarEvolution *SE) {
931   if (const SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Expr)) {
932     for (unsigned j = 0, e = AE->getNumOperands(); j != e; ++j)
933       SeparateSubExprs(SubExprs, AE->getOperand(j), SE);
934   } else if (const SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Expr)) {
935     SCEVHandle Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Expr->getType());
936     if (SARE->getOperand(0) == Zero) {
937       SubExprs.push_back(Expr);
938     } else {
939       // Compute the addrec with zero as its base.
940       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
941       Ops[0] = Zero;   // Start with zero base.
942       SubExprs.push_back(SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop()));
943       
944
945       SeparateSubExprs(SubExprs, SARE->getOperand(0), SE);
946     }
947   } else if (!Expr->isZero()) {
948     // Do not add zero.
949     SubExprs.push_back(Expr);
950   }
951 }
952
953 // This is logically local to the following function, but C++ says we have 
954 // to make it file scope.
955 struct SubExprUseData { unsigned Count; bool notAllUsesAreFree; };
956
957 /// RemoveCommonExpressionsFromUseBases - Look through all of the Bases of all
958 /// the Uses, removing any common subexpressions, except that if all such
959 /// subexpressions can be folded into an addressing mode for all uses inside
960 /// the loop (this case is referred to as "free" in comments herein) we do
961 /// not remove anything.  This looks for things like (a+b+c) and
962 /// (a+c+d) and computes the common (a+c) subexpression.  The common expression
963 /// is *removed* from the Bases and returned.
964 static SCEVHandle 
965 RemoveCommonExpressionsFromUseBases(std::vector<BasedUser> &Uses,
966                                     ScalarEvolution *SE, Loop *L,
967                                     const TargetLowering *TLI) {
968   unsigned NumUses = Uses.size();
969
970   // Only one use?  This is a very common case, so we handle it specially and
971   // cheaply.
972   SCEVHandle Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Uses[0].Base->getType());
973   SCEVHandle Result = Zero;
974   SCEVHandle FreeResult = Zero;
975   if (NumUses == 1) {
976     // If the use is inside the loop, use its base, regardless of what it is:
977     // it is clearly shared across all the IV's.  If the use is outside the loop
978     // (which means after it) we don't want to factor anything *into* the loop,
979     // so just use 0 as the base.
980     if (L->contains(Uses[0].Inst->getParent()))
981       std::swap(Result, Uses[0].Base);
982     return Result;
983   }
984
985   // To find common subexpressions, count how many of Uses use each expression.
986   // If any subexpressions are used Uses.size() times, they are common.
987   // Also track whether all uses of each expression can be moved into an
988   // an addressing mode "for free"; such expressions are left within the loop.
989   // struct SubExprUseData { unsigned Count; bool notAllUsesAreFree; };
990   std::map<SCEVHandle, SubExprUseData> SubExpressionUseData;
991   
992   // UniqueSubExprs - Keep track of all of the subexpressions we see in the
993   // order we see them.
994   std::vector<SCEVHandle> UniqueSubExprs;
995
996   std::vector<SCEVHandle> SubExprs;
997   unsigned NumUsesInsideLoop = 0;
998   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
999     // If the user is outside the loop, just ignore it for base computation.
1000     // Since the user is outside the loop, it must be *after* the loop (if it
1001     // were before, it could not be based on the loop IV).  We don't want users
1002     // after the loop to affect base computation of values *inside* the loop,
1003     // because we can always add their offsets to the result IV after the loop
1004     // is done, ensuring we get good code inside the loop.
1005     if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent()))
1006       continue;
1007     NumUsesInsideLoop++;
1008     
1009     // If the base is zero (which is common), return zero now, there are no
1010     // CSEs we can find.
1011     if (Uses[i].Base == Zero) return Zero;
1012
1013     // If this use is as an address we may be able to put CSEs in the addressing
1014     // mode rather than hoisting them.
1015     bool isAddrUse = isAddressUse(Uses[i].Inst, Uses[i].OperandValToReplace);
1016     // We may need the UseTy below, but only when isAddrUse, so compute it
1017     // only in that case.
1018     const Type *UseTy = 0;
1019     if (isAddrUse)
1020       UseTy = getAccessType(Uses[i].Inst);
1021
1022     // Split the expression into subexprs.
1023     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
1024     // Add one to SubExpressionUseData.Count for each subexpr present, and
1025     // if the subexpr is not a valid immediate within an addressing mode use,
1026     // set SubExpressionUseData.notAllUsesAreFree.  We definitely want to
1027     // hoist these out of the loop (if they are common to all uses).
1028     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j) {
1029       if (++SubExpressionUseData[SubExprs[j]].Count == 1)
1030         UniqueSubExprs.push_back(SubExprs[j]);
1031       if (!isAddrUse || !fitsInAddressMode(SubExprs[j], UseTy, TLI, false))
1032         SubExpressionUseData[SubExprs[j]].notAllUsesAreFree = true;
1033     }
1034     SubExprs.clear();
1035   }
1036
1037   // Now that we know how many times each is used, build Result.  Iterate over
1038   // UniqueSubexprs so that we have a stable ordering.
1039   for (unsigned i = 0, e = UniqueSubExprs.size(); i != e; ++i) {
1040     std::map<SCEVHandle, SubExprUseData>::iterator I = 
1041        SubExpressionUseData.find(UniqueSubExprs[i]);
1042     assert(I != SubExpressionUseData.end() && "Entry not found?");
1043     if (I->second.Count == NumUsesInsideLoop) { // Found CSE! 
1044       if (I->second.notAllUsesAreFree)
1045         Result = SE->getAddExpr(Result, I->first);
1046       else 
1047         FreeResult = SE->getAddExpr(FreeResult, I->first);
1048     } else
1049       // Remove non-cse's from SubExpressionUseData.
1050       SubExpressionUseData.erase(I);
1051   }
1052
1053   if (FreeResult != Zero) {
1054     // We have some subexpressions that can be subsumed into addressing
1055     // modes in every use inside the loop.  However, it's possible that
1056     // there are so many of them that the combined FreeResult cannot
1057     // be subsumed, or that the target cannot handle both a FreeResult
1058     // and a Result in the same instruction (for example because it would
1059     // require too many registers).  Check this.
1060     for (unsigned i=0; i<NumUses; ++i) {
1061       if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent()))
1062         continue;
1063       // We know this is an addressing mode use; if there are any uses that
1064       // are not, FreeResult would be Zero.
1065       const Type *UseTy = getAccessType(Uses[i].Inst);
1066       if (!fitsInAddressMode(FreeResult, UseTy, TLI, Result!=Zero)) {
1067         // FIXME:  could split up FreeResult into pieces here, some hoisted
1068         // and some not.  There is no obvious advantage to this.
1069         Result = SE->getAddExpr(Result, FreeResult);
1070         FreeResult = Zero;
1071         break;
1072       }
1073     }
1074   }
1075
1076   // If we found no CSE's, return now.
1077   if (Result == Zero) return Result;
1078   
1079   // If we still have a FreeResult, remove its subexpressions from
1080   // SubExpressionUseData.  This means they will remain in the use Bases.
1081   if (FreeResult != Zero) {
1082     SeparateSubExprs(SubExprs, FreeResult, SE);
1083     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j) {
1084       std::map<SCEVHandle, SubExprUseData>::iterator I = 
1085          SubExpressionUseData.find(SubExprs[j]);
1086       SubExpressionUseData.erase(I);
1087     }
1088     SubExprs.clear();
1089   }
1090
1091   // Otherwise, remove all of the CSE's we found from each of the base values.
1092   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
1093     // Uses outside the loop don't necessarily include the common base, but
1094     // the final IV value coming into those uses does.  Instead of trying to
1095     // remove the pieces of the common base, which might not be there,
1096     // subtract off the base to compensate for this.
1097     if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent())) {
1098       Uses[i].Base = SE->getMinusSCEV(Uses[i].Base, Result);
1099       continue;
1100     }
1101
1102     // Split the expression into subexprs.
1103     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
1104
1105     // Remove any common subexpressions.
1106     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
1107       if (SubExpressionUseData.count(SubExprs[j])) {
1108         SubExprs.erase(SubExprs.begin()+j);
1109         --j; --e;
1110       }
1111     
1112     // Finally, add the non-shared expressions together.
1113     if (SubExprs.empty())
1114       Uses[i].Base = Zero;
1115     else
1116       Uses[i].Base = SE->getAddExpr(SubExprs);
1117     SubExprs.clear();
1118   }
1119  
1120   return Result;
1121 }
1122
1123 /// ValidStride - Check whether the given Scale is valid for all loads and 
1124 /// stores in UsersToProcess.
1125 ///
1126 bool LoopStrengthReduce::ValidStride(bool HasBaseReg,
1127                                int64_t Scale, 
1128                                const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
1129   if (!TLI)
1130     return true;
1131
1132   for (unsigned i=0, e = UsersToProcess.size(); i!=e; ++i) {
1133     // If this is a load or other access, pass the type of the access in.
1134     const Type *AccessTy = Type::VoidTy;
1135     if (isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
1136                      UsersToProcess[i].OperandValToReplace))
1137       AccessTy = getAccessType(UsersToProcess[i].Inst);
1138     else if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst))
1139       continue;
1140     
1141     TargetLowering::AddrMode AM;
1142     if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(UsersToProcess[i].Imm))
1143       AM.BaseOffs = SC->getValue()->getSExtValue();
1144     AM.HasBaseReg = HasBaseReg || !UsersToProcess[i].Base->isZero();
1145     AM.Scale = Scale;
1146
1147     // If load[imm+r*scale] is illegal, bail out.
1148     if (!TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
1149       return false;
1150   }
1151   return true;
1152 }
1153
1154 /// RequiresTypeConversion - Returns true if converting Ty1 to Ty2 is not
1155 /// a nop.
1156 bool LoopStrengthReduce::RequiresTypeConversion(const Type *Ty1,
1157                                                 const Type *Ty2) {
1158   if (Ty1 == Ty2)
1159     return false;
1160   Ty1 = SE->getEffectiveSCEVType(Ty1);
1161   Ty2 = SE->getEffectiveSCEVType(Ty2);
1162   if (Ty1 == Ty2)
1163     return false;
1164   if (Ty1->canLosslesslyBitCastTo(Ty2))
1165     return false;
1166   if (TLI && TLI->isTruncateFree(Ty1, Ty2))
1167     return false;
1168   return true;
1169 }
1170
1171 /// CheckForIVReuse - Returns the multiple if the stride is the multiple
1172 /// of a previous stride and it is a legal value for the target addressing
1173 /// mode scale component and optional base reg. This allows the users of
1174 /// this stride to be rewritten as prev iv * factor. It returns 0 if no
1175 /// reuse is possible.  Factors can be negative on same targets, e.g. ARM.
1176 ///
1177 /// If all uses are outside the loop, we don't require that all multiplies
1178 /// be folded into the addressing mode, nor even that the factor be constant; 
1179 /// a multiply (executed once) outside the loop is better than another IV 
1180 /// within.  Well, usually.
1181 SCEVHandle LoopStrengthReduce::CheckForIVReuse(bool HasBaseReg,
1182                                 bool AllUsesAreAddresses,
1183                                 bool AllUsesAreOutsideLoop,
1184                                 const SCEVHandle &Stride, 
1185                                 IVExpr &IV, const Type *Ty,
1186                                 const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
1187   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Stride)) {
1188     int64_t SInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1189     for (unsigned NewStride = 0, e = StrideOrder.size(); NewStride != e;
1190          ++NewStride) {
1191       std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1192                 IVsByStride.find(StrideOrder[NewStride]);
1193       if (SI == IVsByStride.end() || !isa<SCEVConstant>(SI->first))
1194         continue;
1195       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1196       if (SI->first != Stride &&
1197           (unsigned(abs(SInt)) < SSInt || (SInt % SSInt) != 0))
1198         continue;
1199       int64_t Scale = SInt / SSInt;
1200       // Check that this stride is valid for all the types used for loads and
1201       // stores; if it can be used for some and not others, we might as well use
1202       // the original stride everywhere, since we have to create the IV for it
1203       // anyway. If the scale is 1, then we don't need to worry about folding
1204       // multiplications.
1205       if (Scale == 1 ||
1206           (AllUsesAreAddresses &&
1207            ValidStride(HasBaseReg, Scale, UsersToProcess)))
1208         for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1209                IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1210           // FIXME: Only handle base == 0 for now.
1211           // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion.
1212           if (II->Base->isZero() &&
1213               !RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1214             IV = *II;
1215             return SE->getIntegerSCEV(Scale, Stride->getType());
1216           }
1217     }
1218   } else if (AllUsesAreOutsideLoop) {
1219     // Accept nonconstant strides here; it is really really right to substitute
1220     // an existing IV if we can.
1221     for (unsigned NewStride = 0, e = StrideOrder.size(); NewStride != e;
1222          ++NewStride) {
1223       std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1224                 IVsByStride.find(StrideOrder[NewStride]);
1225       if (SI == IVsByStride.end() || !isa<SCEVConstant>(SI->first))
1226         continue;
1227       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1228       if (SI->first != Stride && SSInt != 1)
1229         continue;
1230       for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1231              IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1232         // Accept nonzero base here.
1233         // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion.
1234         if (!RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1235           IV = *II;
1236           return Stride;
1237         }
1238     }
1239     // Special case, old IV is -1*x and this one is x.  Can treat this one as
1240     // -1*old.
1241     for (unsigned NewStride = 0, e = StrideOrder.size(); NewStride != e;
1242          ++NewStride) {
1243       std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1244                 IVsByStride.find(StrideOrder[NewStride]);
1245       if (SI == IVsByStride.end()) 
1246         continue;
1247       if (const SCEVMulExpr *ME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(SI->first))
1248         if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(ME->getOperand(0)))
1249           if (Stride == ME->getOperand(1) &&
1250               SC->getValue()->getSExtValue() == -1LL)
1251             for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1252                    IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1253               // Accept nonzero base here.
1254               // Only reuse previous IV if it would not require type conversion.
1255               if (!RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1256                 IV = *II;
1257                 return SE->getIntegerSCEV(-1LL, Stride->getType());
1258               }
1259     }
1260   }
1261   return SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1262 }
1263
1264 /// PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue - Simple boolean predicate that
1265 /// returns true if Val's isUseOfPostIncrementedValue is true.
1266 static bool PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue(const BasedUser &Val) {
1267   return Val.isUseOfPostIncrementedValue;
1268 }
1269
1270 /// isNonConstantNegative - Return true if the specified scev is negated, but
1271 /// not a constant.
1272 static bool isNonConstantNegative(const SCEVHandle &Expr) {
1273   const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Expr);
1274   if (!Mul) return false;
1275   
1276   // If there is a constant factor, it will be first.
1277   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0));
1278   if (!SC) return false;
1279   
1280   // Return true if the value is negative, this matches things like (-42 * V).
1281   return SC->getValue()->getValue().isNegative();
1282 }
1283
1284 // CollectIVUsers - Transform our list of users and offsets to a bit more
1285 // complex table. In this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base', the base
1286 // of the strided accesses, as well as the old information from Uses. We
1287 // progressively move information from the Base field to the Imm field, until
1288 // we eventually have the full access expression to rewrite the use.
1289 SCEVHandle LoopStrengthReduce::CollectIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
1290                                               IVUsersOfOneStride &Uses,
1291                                               Loop *L,
1292                                               bool &AllUsesAreAddresses,
1293                                               bool &AllUsesAreOutsideLoop,
1294                                        std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
1295   UsersToProcess.reserve(Uses.Users.size());
1296   for (unsigned i = 0, e = Uses.Users.size(); i != e; ++i) {
1297     UsersToProcess.push_back(BasedUser(Uses.Users[i], SE));
1298     
1299     // Move any loop variant operands from the offset field to the immediate
1300     // field of the use, so that we don't try to use something before it is
1301     // computed.
1302     MoveLoopVariantsToImmediateField(UsersToProcess.back().Base,
1303                                     UsersToProcess.back().Imm, L, SE);
1304     assert(UsersToProcess.back().Base->isLoopInvariant(L) &&
1305            "Base value is not loop invariant!");
1306   }
1307
1308   // We now have a whole bunch of uses of like-strided induction variables, but
1309   // they might all have different bases.  We want to emit one PHI node for this
1310   // stride which we fold as many common expressions (between the IVs) into as
1311   // possible.  Start by identifying the common expressions in the base values 
1312   // for the strides (e.g. if we have "A+C+B" and "A+B+D" as our bases, find
1313   // "A+B"), emit it to the preheader, then remove the expression from the
1314   // UsersToProcess base values.
1315   SCEVHandle CommonExprs =
1316     RemoveCommonExpressionsFromUseBases(UsersToProcess, SE, L, TLI);
1317
1318   // Next, figure out what we can represent in the immediate fields of
1319   // instructions.  If we can represent anything there, move it to the imm
1320   // fields of the BasedUsers.  We do this so that it increases the commonality
1321   // of the remaining uses.
1322   unsigned NumPHI = 0;
1323   bool HasAddress = false;
1324   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1325     // If the user is not in the current loop, this means it is using the exit
1326     // value of the IV.  Do not put anything in the base, make sure it's all in
1327     // the immediate field to allow as much factoring as possible.
1328     if (!L->contains(UsersToProcess[i].Inst->getParent())) {
1329       UsersToProcess[i].Imm = SE->getAddExpr(UsersToProcess[i].Imm,
1330                                              UsersToProcess[i].Base);
1331       UsersToProcess[i].Base = 
1332         SE->getIntegerSCEV(0, UsersToProcess[i].Base->getType());
1333     } else {
1334       // Not all uses are outside the loop.
1335       AllUsesAreOutsideLoop = false; 
1336
1337       // Addressing modes can be folded into loads and stores.  Be careful that
1338       // the store is through the expression, not of the expression though.
1339       bool isPHI = false;
1340       bool isAddress = isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
1341                                     UsersToProcess[i].OperandValToReplace);
1342       if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst)) {
1343         isPHI = true;
1344         ++NumPHI;
1345       }
1346
1347       if (isAddress)
1348         HasAddress = true;
1349      
1350       // If this use isn't an address, then not all uses are addresses.
1351       if (!isAddress && !isPHI)
1352         AllUsesAreAddresses = false;
1353       
1354       MoveImmediateValues(TLI, UsersToProcess[i].Inst, UsersToProcess[i].Base,
1355                           UsersToProcess[i].Imm, isAddress, L, SE);
1356     }
1357   }
1358
1359   // If one of the use is a PHI node and all other uses are addresses, still
1360   // allow iv reuse. Essentially we are trading one constant multiplication
1361   // for one fewer iv.
1362   if (NumPHI > 1)
1363     AllUsesAreAddresses = false;
1364     
1365   // There are no in-loop address uses.
1366   if (AllUsesAreAddresses && (!HasAddress && !AllUsesAreOutsideLoop))
1367     AllUsesAreAddresses = false;
1368
1369   return CommonExprs;
1370 }
1371
1372 /// ShouldUseFullStrengthReductionMode - Test whether full strength-reduction
1373 /// is valid and profitable for the given set of users of a stride. In
1374 /// full strength-reduction mode, all addresses at the current stride are
1375 /// strength-reduced all the way down to pointer arithmetic.
1376 ///
1377 bool LoopStrengthReduce::ShouldUseFullStrengthReductionMode(
1378                                    const std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1379                                    const Loop *L,
1380                                    bool AllUsesAreAddresses,
1381                                    SCEVHandle Stride) {
1382   if (!EnableFullLSRMode)
1383     return false;
1384
1385   // The heuristics below aim to avoid increasing register pressure, but
1386   // fully strength-reducing all the addresses increases the number of
1387   // add instructions, so don't do this when optimizing for size.
1388   // TODO: If the loop is large, the savings due to simpler addresses
1389   // may oughtweight the costs of the extra increment instructions.
1390   if (L->getHeader()->getParent()->hasFnAttr(Attribute::OptimizeForSize))
1391     return false;
1392
1393   // TODO: For now, don't do full strength reduction if there could
1394   // potentially be greater-stride multiples of the current stride
1395   // which could reuse the current stride IV.
1396   if (StrideOrder.back() != Stride)
1397     return false;
1398
1399   // Iterate through the uses to find conditions that automatically rule out
1400   // full-lsr mode.
1401   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ) {
1402     SCEV *Base = UsersToProcess[i].Base;
1403     SCEV *Imm = UsersToProcess[i].Imm;
1404     // If any users have a loop-variant component, they can't be fully
1405     // strength-reduced.
1406     if (Imm && !Imm->isLoopInvariant(L))
1407       return false;
1408     // If there are to users with the same base and the difference between
1409     // the two Imm values can't be folded into the address, full
1410     // strength reduction would increase register pressure.
1411     do {
1412       SCEV *CurImm = UsersToProcess[i].Imm;
1413       if ((CurImm || Imm) && CurImm != Imm) {
1414         if (!CurImm) CurImm = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1415         if (!Imm)       Imm = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1416         const Instruction *Inst = UsersToProcess[i].Inst;
1417         const Type *UseTy = getAccessType(Inst);
1418         SCEVHandle Diff = SE->getMinusSCEV(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1419         if (!Diff->isZero() &&
1420             (!AllUsesAreAddresses ||
1421              !fitsInAddressMode(Diff, UseTy, TLI, /*HasBaseReg=*/true)))
1422           return false;
1423       }
1424     } while (++i != e && Base == UsersToProcess[i].Base);
1425   }
1426
1427   // If there's exactly one user in this stride, fully strength-reducing it
1428   // won't increase register pressure. If it's starting from a non-zero base,
1429   // it'll be simpler this way.
1430   if (UsersToProcess.size() == 1 && !UsersToProcess[0].Base->isZero())
1431     return true;
1432
1433   // Otherwise, if there are any users in this stride that don't require
1434   // a register for their base, full strength-reduction will increase
1435   // register pressure.
1436   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1437     if (UsersToProcess[i].Base->isZero())
1438       return false;
1439
1440   // Otherwise, go for it.
1441   return true;
1442 }
1443
1444 /// InsertAffinePhi Create and insert a PHI node for an induction variable
1445 /// with the specified start and step values in the specified loop.
1446 ///
1447 /// If NegateStride is true, the stride should be negated by using a
1448 /// subtract instead of an add.
1449 ///
1450 /// Return the created phi node.
1451 ///
1452 static PHINode *InsertAffinePhi(SCEVHandle Start, SCEVHandle Step,
1453                                 const Loop *L,
1454                                 SCEVExpander &Rewriter) {
1455   assert(Start->isLoopInvariant(L) && "New PHI start is not loop invariant!");
1456   assert(Step->isLoopInvariant(L) && "New PHI stride is not loop invariant!");
1457
1458   BasicBlock *Header = L->getHeader();
1459   BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
1460   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1461   const Type *Ty = Start->getType();
1462   Ty = Rewriter.SE.getEffectiveSCEVType(Ty);
1463
1464   PHINode *PN = PHINode::Create(Ty, "lsr.iv", Header->begin());
1465   PN->addIncoming(Rewriter.expandCodeFor(Start, Ty, Preheader->getTerminator()),
1466                   Preheader);
1467
1468   // If the stride is negative, insert a sub instead of an add for the
1469   // increment.
1470   bool isNegative = isNonConstantNegative(Step);
1471   SCEVHandle IncAmount = Step;
1472   if (isNegative)
1473     IncAmount = Rewriter.SE.getNegativeSCEV(Step);
1474
1475   // Insert an add instruction right before the terminator corresponding
1476   // to the back-edge.
1477   Value *StepV = Rewriter.expandCodeFor(IncAmount, Ty,
1478                                         Preheader->getTerminator());
1479   Instruction *IncV;
1480   if (isNegative) {
1481     IncV = BinaryOperator::CreateSub(PN, StepV, "lsr.iv.next",
1482                                      LatchBlock->getTerminator());
1483   } else {
1484     IncV = BinaryOperator::CreateAdd(PN, StepV, "lsr.iv.next",
1485                                      LatchBlock->getTerminator());
1486   }
1487   if (!isa<ConstantInt>(StepV)) ++NumVariable;
1488
1489   PN->addIncoming(IncV, LatchBlock);
1490
1491   ++NumInserted;
1492   return PN;
1493 }
1494
1495 static void SortUsersToProcess(std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
1496   // We want to emit code for users inside the loop first.  To do this, we
1497   // rearrange BasedUser so that the entries at the end have
1498   // isUseOfPostIncrementedValue = false, because we pop off the end of the
1499   // vector (so we handle them first).
1500   std::partition(UsersToProcess.begin(), UsersToProcess.end(),
1501                  PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue);
1502
1503   // Sort this by base, so that things with the same base are handled
1504   // together.  By partitioning first and stable-sorting later, we are
1505   // guaranteed that within each base we will pop off users from within the
1506   // loop before users outside of the loop with a particular base.
1507   //
1508   // We would like to use stable_sort here, but we can't.  The problem is that
1509   // SCEVHandle's don't have a deterministic ordering w.r.t to each other, so
1510   // we don't have anything to do a '<' comparison on.  Because we think the
1511   // number of uses is small, do a horrible bubble sort which just relies on
1512   // ==.
1513   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1514     // Get a base value.
1515     SCEVHandle Base = UsersToProcess[i].Base;
1516
1517     // Compact everything with this base to be consecutive with this one.
1518     for (unsigned j = i+1; j != e; ++j) {
1519       if (UsersToProcess[j].Base == Base) {
1520         std::swap(UsersToProcess[i+1], UsersToProcess[j]);
1521         ++i;
1522       }
1523     }
1524   }
1525 }
1526
1527 /// PrepareToStrengthReduceFully - Prepare to fully strength-reduce
1528 /// UsersToProcess, meaning lowering addresses all the way down to direct
1529 /// pointer arithmetic.
1530 ///
1531 void
1532 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceFully(
1533                                         std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1534                                         SCEVHandle Stride,
1535                                         SCEVHandle CommonExprs,
1536                                         const Loop *L,
1537                                         SCEVExpander &PreheaderRewriter) {
1538   DOUT << "  Fully reducing all users\n";
1539
1540   // Rewrite the UsersToProcess records, creating a separate PHI for each
1541   // unique Base value.
1542   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ) {
1543     // TODO: The uses are grouped by base, but not sorted. We arbitrarily
1544     // pick the first Imm value here to start with, and adjust it for the
1545     // other uses.
1546     SCEVHandle Imm = UsersToProcess[i].Imm;
1547     SCEVHandle Base = UsersToProcess[i].Base;
1548     SCEVHandle Start = SE->getAddExpr(CommonExprs, Base, Imm);
1549     PHINode *Phi = InsertAffinePhi(Start, Stride, L,
1550                                    PreheaderRewriter);
1551     // Loop over all the users with the same base.
1552     do {
1553       UsersToProcess[i].Base = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1554       UsersToProcess[i].Imm = SE->getMinusSCEV(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1555       UsersToProcess[i].Phi = Phi;
1556       assert(UsersToProcess[i].Imm->isLoopInvariant(L) &&
1557              "ShouldUseFullStrengthReductionMode should reject this!");
1558     } while (++i != e && Base == UsersToProcess[i].Base);
1559   }
1560 }
1561
1562 /// PrepareToStrengthReduceWithNewPhi - Insert a new induction variable for the
1563 /// given users to share.
1564 ///
1565 void
1566 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(
1567                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1568                                          SCEVHandle Stride,
1569                                          SCEVHandle CommonExprs,
1570                                          Value *CommonBaseV,
1571                                          const Loop *L,
1572                                          SCEVExpander &PreheaderRewriter) {
1573   DOUT << "  Inserting new PHI:\n";
1574
1575   PHINode *Phi = InsertAffinePhi(SE->getUnknown(CommonBaseV),
1576                                  Stride, L,
1577                                  PreheaderRewriter);
1578
1579   // Remember this in case a later stride is multiple of this.
1580   IVsByStride[Stride].addIV(Stride, CommonExprs, Phi);
1581
1582   // All the users will share this new IV.
1583   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1584     UsersToProcess[i].Phi = Phi;
1585
1586   DOUT << "    IV=";
1587   DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, Phi, /*PrintType=*/false));
1588   DOUT << "\n";
1589 }
1590
1591 /// PrepareToStrengthReduceWithNewPhi - Prepare for the given users to reuse
1592 /// an induction variable with a stride that is a factor of the current
1593 /// induction variable.
1594 ///
1595 void
1596 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(
1597                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1598                                          Value *CommonBaseV,
1599                                          const IVExpr &ReuseIV,
1600                                          Instruction *PreInsertPt) {
1601   DOUT << "  Rewriting in terms of existing IV of STRIDE " << *ReuseIV.Stride
1602        << " and BASE " << *ReuseIV.Base << "\n";
1603
1604   // All the users will share the reused IV.
1605   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1606     UsersToProcess[i].Phi = ReuseIV.PHI;
1607
1608   Constant *C = dyn_cast<Constant>(CommonBaseV);
1609   if (C &&
1610       (!C->isNullValue() &&
1611        !fitsInAddressMode(SE->getUnknown(CommonBaseV), CommonBaseV->getType(),
1612                          TLI, false)))
1613     // We want the common base emitted into the preheader! This is just
1614     // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1615     CommonBaseV = new BitCastInst(CommonBaseV, CommonBaseV->getType(),
1616                                   "commonbase", PreInsertPt);
1617 }
1618
1619 static bool IsImmFoldedIntoAddrMode(GlobalValue *GV, int64_t Offset,
1620                                     const Type *AccessTy,
1621                                    std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1622                                    const TargetLowering *TLI) {
1623   SmallVector<Instruction*, 16> AddrModeInsts;
1624   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1625     if (UsersToProcess[i].isUseOfPostIncrementedValue)
1626       continue;
1627     ExtAddrMode AddrMode =
1628       AddressingModeMatcher::Match(UsersToProcess[i].OperandValToReplace,
1629                                    AccessTy, UsersToProcess[i].Inst,
1630                                    AddrModeInsts, *TLI);
1631     if (GV && GV != AddrMode.BaseGV)
1632       return false;
1633     if (Offset && !AddrMode.BaseOffs)
1634       // FIXME: How to accurate check it's immediate offset is folded.
1635       return false;
1636     AddrModeInsts.clear();
1637   }
1638   return true;
1639 }
1640
1641 /// StrengthReduceStridedIVUsers - Strength reduce all of the users of a single
1642 /// stride of IV.  All of the users may have different starting values, and this
1643 /// may not be the only stride.
1644 void LoopStrengthReduce::StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
1645                                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
1646                                                       Loop *L) {
1647   // If all the users are moved to another stride, then there is nothing to do.
1648   if (Uses.Users.empty())
1649     return;
1650
1651   // Keep track if every use in UsersToProcess is an address. If they all are,
1652   // we may be able to rewrite the entire collection of them in terms of a
1653   // smaller-stride IV.
1654   bool AllUsesAreAddresses = true;
1655
1656   // Keep track if every use of a single stride is outside the loop.  If so,
1657   // we want to be more aggressive about reusing a smaller-stride IV; a
1658   // multiply outside the loop is better than another IV inside.  Well, usually.
1659   bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
1660
1661   // Transform our list of users and offsets to a bit more complex table.  In
1662   // this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base' the base of the
1663   // strided accessas well as the old information from Uses.  We progressively
1664   // move information from the Base field to the Imm field, until we eventually
1665   // have the full access expression to rewrite the use.
1666   std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
1667   SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(Stride, Uses, L, AllUsesAreAddresses,
1668                                           AllUsesAreOutsideLoop,
1669                                           UsersToProcess);
1670
1671   // Sort the UsersToProcess array so that users with common bases are
1672   // next to each other.
1673   SortUsersToProcess(UsersToProcess);
1674
1675   // If we managed to find some expressions in common, we'll need to carry
1676   // their value in a register and add it in for each use. This will take up
1677   // a register operand, which potentially restricts what stride values are
1678   // valid.
1679   bool HaveCommonExprs = !CommonExprs->isZero();
1680   const Type *ReplacedTy = CommonExprs->getType();
1681
1682   // If all uses are addresses, consider sinking the immediate part of the
1683   // common expression back into uses if they can fit in the immediate fields.
1684   if (TLI && HaveCommonExprs && AllUsesAreAddresses) {
1685     SCEVHandle NewCommon = CommonExprs;
1686     SCEVHandle Imm = SE->getIntegerSCEV(0, ReplacedTy);
1687     MoveImmediateValues(TLI, Type::VoidTy, NewCommon, Imm, true, L, SE);
1688     if (!Imm->isZero()) {
1689       bool DoSink = true;
1690
1691       // If the immediate part of the common expression is a GV, check if it's
1692       // possible to fold it into the target addressing mode.
1693       GlobalValue *GV = 0;
1694       if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(Imm))
1695         GV = dyn_cast<GlobalValue>(SU->getValue());
1696       int64_t Offset = 0;
1697       if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Imm))
1698         Offset = SC->getValue()->getSExtValue();
1699       if (GV || Offset)
1700         // Pass VoidTy as the AccessTy to be conservative, because
1701         // there could be multiple access types among all the uses.
1702         DoSink = IsImmFoldedIntoAddrMode(GV, Offset, Type::VoidTy,
1703                                          UsersToProcess, TLI);
1704
1705       if (DoSink) {
1706         DOUT << "  Sinking " << *Imm << " back down into uses\n";
1707         for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1708           UsersToProcess[i].Imm = SE->getAddExpr(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1709         CommonExprs = NewCommon;
1710         HaveCommonExprs = !CommonExprs->isZero();
1711         ++NumImmSunk;
1712       }
1713     }
1714   }
1715
1716   // Now that we know what we need to do, insert the PHI node itself.
1717   //
1718   DOUT << "LSR: Examining IVs of TYPE " << *ReplacedTy << " of STRIDE "
1719        << *Stride << ":\n"
1720        << "  Common base: " << *CommonExprs << "\n";
1721
1722   SCEVExpander Rewriter(*SE, *LI);
1723   SCEVExpander PreheaderRewriter(*SE, *LI);
1724
1725   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
1726   Instruction *PreInsertPt = Preheader->getTerminator();
1727   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1728
1729   Value *CommonBaseV = Constant::getNullValue(ReplacedTy);
1730
1731   SCEVHandle RewriteFactor = SE->getIntegerSCEV(0, ReplacedTy);
1732   IVExpr   ReuseIV(SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1733                    SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1734                    0);
1735
1736   /// Choose a strength-reduction strategy and prepare for it by creating
1737   /// the necessary PHIs and adjusting the bookkeeping.
1738   if (ShouldUseFullStrengthReductionMode(UsersToProcess, L,
1739                                          AllUsesAreAddresses, Stride)) {
1740     PrepareToStrengthReduceFully(UsersToProcess, Stride, CommonExprs, L,
1741                                  PreheaderRewriter);
1742   } else {
1743     // Emit the initial base value into the loop preheader.
1744     CommonBaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(CommonExprs, ReplacedTy,
1745                                                   PreInsertPt);
1746
1747     // If all uses are addresses, check if it is possible to reuse an IV with a
1748     // stride that is a factor of this stride. And that the multiple is a number
1749     // that can be encoded in the scale field of the target addressing mode. And
1750     // that we will have a valid instruction after this substition, including
1751     // the immediate field, if any.
1752     RewriteFactor = CheckForIVReuse(HaveCommonExprs, AllUsesAreAddresses,
1753                                     AllUsesAreOutsideLoop,
1754                                     Stride, ReuseIV, ReplacedTy,
1755                                     UsersToProcess);
1756     if (isa<SCEVConstant>(RewriteFactor) &&
1757         cast<SCEVConstant>(RewriteFactor)->isZero())
1758       PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(UsersToProcess, Stride, CommonExprs,
1759                                         CommonBaseV, L, PreheaderRewriter);
1760     else
1761       PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(UsersToProcess, CommonBaseV,
1762                                                ReuseIV, PreInsertPt);
1763   }
1764
1765   // Process all the users now, replacing their strided uses with
1766   // strength-reduced forms.  This outer loop handles all bases, the inner
1767   // loop handles all users of a particular base.
1768   while (!UsersToProcess.empty()) {
1769     SCEVHandle Base = UsersToProcess.back().Base;
1770     Instruction *Inst = UsersToProcess.back().Inst;
1771
1772     // Emit the code for Base into the preheader.
1773     Value *BaseV = 0;
1774     if (!Base->isZero()) {
1775       BaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(Base, Base->getType(),
1776                                               PreInsertPt);
1777
1778       DOUT << "  INSERTING code for BASE = " << *Base << ":";
1779       if (BaseV->hasName())
1780         DOUT << " Result value name = %" << BaseV->getNameStr();
1781       DOUT << "\n";
1782
1783       // If BaseV is a non-zero constant, make sure that it gets inserted into
1784       // the preheader, instead of being forward substituted into the uses.  We
1785       // do this by forcing a BitCast (noop cast) to be inserted into the
1786       // preheader in this case.
1787       if (!fitsInAddressMode(Base, getAccessType(Inst), TLI, false)) {
1788         // We want this constant emitted into the preheader! This is just
1789         // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1790         BaseV = new BitCastInst(BaseV, BaseV->getType(), "preheaderinsert",
1791                                 PreInsertPt);       
1792       }
1793     }
1794
1795     // Emit the code to add the immediate offset to the Phi value, just before
1796     // the instructions that we identified as using this stride and base.
1797     do {
1798       // FIXME: Use emitted users to emit other users.
1799       BasedUser &User = UsersToProcess.back();
1800
1801       DOUT << "    Examining use ";
1802       DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, UsersToProcess.back().OperandValToReplace,
1803                            /*PrintType=*/false));
1804       DOUT << " in Inst: " << *(User.Inst);
1805
1806       // If this instruction wants to use the post-incremented value, move it
1807       // after the post-inc and use its value instead of the PHI.
1808       Value *RewriteOp = User.Phi;
1809       if (User.isUseOfPostIncrementedValue) {
1810         RewriteOp = User.Phi->getIncomingValueForBlock(LatchBlock);
1811
1812         // If this user is in the loop, make sure it is the last thing in the
1813         // loop to ensure it is dominated by the increment.
1814         if (L->contains(User.Inst->getParent()))
1815           User.Inst->moveBefore(LatchBlock->getTerminator());
1816       }
1817
1818       SCEVHandle RewriteExpr = SE->getUnknown(RewriteOp);
1819
1820       if (SE->getTypeSizeInBits(RewriteOp->getType()) !=
1821           SE->getTypeSizeInBits(ReplacedTy)) {
1822         assert(SE->getTypeSizeInBits(RewriteOp->getType()) >
1823                SE->getTypeSizeInBits(ReplacedTy) &&
1824                "Unexpected widening cast!");
1825         RewriteExpr = SE->getTruncateExpr(RewriteExpr, ReplacedTy);
1826       }
1827
1828       // If we had to insert new instructions for RewriteOp, we have to
1829       // consider that they may not have been able to end up immediately
1830       // next to RewriteOp, because non-PHI instructions may never precede
1831       // PHI instructions in a block. In this case, remember where the last
1832       // instruction was inserted so that if we're replacing a different
1833       // PHI node, we can use the later point to expand the final
1834       // RewriteExpr.
1835       Instruction *NewBasePt = dyn_cast<Instruction>(RewriteOp);
1836       if (RewriteOp == User.Phi) NewBasePt = 0;
1837
1838       // Clear the SCEVExpander's expression map so that we are guaranteed
1839       // to have the code emitted where we expect it.
1840       Rewriter.clear();
1841
1842       // If we are reusing the iv, then it must be multiplied by a constant
1843       // factor to take advantage of the addressing mode scale component.
1844       if (!RewriteFactor->isZero()) {
1845         // If we're reusing an IV with a nonzero base (currently this happens
1846         // only when all reuses are outside the loop) subtract that base here.
1847         // The base has been used to initialize the PHI node but we don't want
1848         // it here.
1849         if (!ReuseIV.Base->isZero()) {
1850           SCEVHandle typedBase = ReuseIV.Base;
1851           if (SE->getTypeSizeInBits(RewriteExpr->getType()) !=
1852               SE->getTypeSizeInBits(ReuseIV.Base->getType())) {
1853             // It's possible the original IV is a larger type than the new IV,
1854             // in which case we have to truncate the Base.  We checked in
1855             // RequiresTypeConversion that this is valid.
1856             assert(SE->getTypeSizeInBits(RewriteExpr->getType()) <
1857                    SE->getTypeSizeInBits(ReuseIV.Base->getType()) &&
1858                    "Unexpected lengthening conversion!");
1859             typedBase = SE->getTruncateExpr(ReuseIV.Base, 
1860                                             RewriteExpr->getType());
1861           }
1862           RewriteExpr = SE->getMinusSCEV(RewriteExpr, typedBase);
1863         }
1864
1865         // Multiply old variable, with base removed, by new scale factor.
1866         RewriteExpr = SE->getMulExpr(RewriteFactor,
1867                                      RewriteExpr);
1868
1869         // The common base is emitted in the loop preheader. But since we
1870         // are reusing an IV, it has not been used to initialize the PHI node.
1871         // Add it to the expression used to rewrite the uses.
1872         // When this use is outside the loop, we earlier subtracted the
1873         // common base, and are adding it back here.  Use the same expression
1874         // as before, rather than CommonBaseV, so DAGCombiner will zap it.
1875         if (!CommonExprs->isZero()) {
1876           if (L->contains(User.Inst->getParent()))
1877             RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr,
1878                                        SE->getUnknown(CommonBaseV));
1879           else
1880             RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, CommonExprs);
1881         }
1882       }
1883
1884       // Now that we know what we need to do, insert code before User for the
1885       // immediate and any loop-variant expressions.
1886       if (BaseV)
1887         // Add BaseV to the PHI value if needed.
1888         RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, SE->getUnknown(BaseV));
1889
1890       User.RewriteInstructionToUseNewBase(RewriteExpr, NewBasePt,
1891                                           Rewriter, L, this,
1892                                           DeadInsts);
1893
1894       // Mark old value we replaced as possibly dead, so that it is eliminated
1895       // if we just replaced the last use of that value.
1896       DeadInsts.push_back(cast<Instruction>(User.OperandValToReplace));
1897
1898       UsersToProcess.pop_back();
1899       ++NumReduced;
1900
1901       // If there are any more users to process with the same base, process them
1902       // now.  We sorted by base above, so we just have to check the last elt.
1903     } while (!UsersToProcess.empty() && UsersToProcess.back().Base == Base);
1904     // TODO: Next, find out which base index is the most common, pull it out.
1905   }
1906
1907   // IMPORTANT TODO: Figure out how to partition the IV's with this stride, but
1908   // different starting values, into different PHIs.
1909 }
1910
1911 /// FindIVUserForCond - If Cond has an operand that is an expression of an IV,
1912 /// set the IV user and stride information and return true, otherwise return
1913 /// false.
1914 bool LoopStrengthReduce::FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
1915                                        const SCEVHandle *&CondStride) {
1916   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e && !CondUse;
1917        ++Stride) {
1918     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1919     IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
1920     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1921     
1922     for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
1923          E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI)
1924       if (UI->User == Cond) {
1925         // NOTE: we could handle setcc instructions with multiple uses here, but
1926         // InstCombine does it as well for simple uses, it's not clear that it
1927         // occurs enough in real life to handle.
1928         CondUse = &*UI;
1929         CondStride = &SI->first;
1930         return true;
1931       }
1932   }
1933   return false;
1934 }    
1935
1936 namespace {
1937   // Constant strides come first which in turns are sorted by their absolute
1938   // values. If absolute values are the same, then positive strides comes first.
1939   // e.g.
1940   // 4, -1, X, 1, 2 ==> 1, -1, 2, 4, X
1941   struct StrideCompare {
1942     const ScalarEvolution *SE;
1943     explicit StrideCompare(const ScalarEvolution *se) : SE(se) {}
1944
1945     bool operator()(const SCEVHandle &LHS, const SCEVHandle &RHS) {
1946       const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS);
1947       const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS);
1948       if (LHSC && RHSC) {
1949         int64_t  LV = LHSC->getValue()->getSExtValue();
1950         int64_t  RV = RHSC->getValue()->getSExtValue();
1951         uint64_t ALV = (LV < 0) ? -LV : LV;
1952         uint64_t ARV = (RV < 0) ? -RV : RV;
1953         if (ALV == ARV) {
1954           if (LV != RV)
1955             return LV > RV;
1956         } else {
1957           return ALV < ARV;
1958         }
1959
1960         // If it's the same value but different type, sort by bit width so
1961         // that we emit larger induction variables before smaller
1962         // ones, letting the smaller be re-written in terms of larger ones.
1963         return SE->getTypeSizeInBits(RHS->getType()) <
1964                SE->getTypeSizeInBits(LHS->getType());
1965       }
1966       return LHSC && !RHSC;
1967     }
1968   };
1969 }
1970
1971 /// ChangeCompareStride - If a loop termination compare instruction is the
1972 /// only use of its stride, and the compaison is against a constant value,
1973 /// try eliminate the stride by moving the compare instruction to another
1974 /// stride and change its constant operand accordingly. e.g.
1975 ///
1976 /// loop:
1977 /// ...
1978 /// v1 = v1 + 3
1979 /// v2 = v2 + 1
1980 /// if (v2 < 10) goto loop
1981 /// =>
1982 /// loop:
1983 /// ...
1984 /// v1 = v1 + 3
1985 /// if (v1 < 30) goto loop
1986 ICmpInst *LoopStrengthReduce::ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
1987                                                 IVStrideUse* &CondUse,
1988                                                 const SCEVHandle* &CondStride) {
1989   if (StrideOrder.size() < 2 ||
1990       IVUsesByStride[*CondStride].Users.size() != 1)
1991     return Cond;
1992   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(*CondStride);
1993   if (!SC) return Cond;
1994
1995   ICmpInst::Predicate Predicate = Cond->getPredicate();
1996   int64_t CmpSSInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1997   unsigned BitWidth = SE->getTypeSizeInBits((*CondStride)->getType());
1998   uint64_t SignBit = 1ULL << (BitWidth-1);
1999   const Type *CmpTy = Cond->getOperand(0)->getType();
2000   const Type *NewCmpTy = NULL;
2001   unsigned TyBits = SE->getTypeSizeInBits(CmpTy);
2002   unsigned NewTyBits = 0;
2003   SCEVHandle *NewStride = NULL;
2004   Value *NewCmpLHS = NULL;
2005   Value *NewCmpRHS = NULL;
2006   int64_t Scale = 1;
2007   SCEVHandle NewOffset = SE->getIntegerSCEV(0, CmpTy);
2008
2009   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Cond->getOperand(1))) {
2010     int64_t CmpVal = C->getValue().getSExtValue();
2011
2012     // Check stride constant and the comparision constant signs to detect
2013     // overflow.
2014     if ((CmpVal & SignBit) != (CmpSSInt & SignBit))
2015       return Cond;
2016
2017     // Look for a suitable stride / iv as replacement.
2018     for (unsigned i = 0, e = StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
2019       std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
2020         IVUsesByStride.find(StrideOrder[i]);
2021       if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
2022         continue;
2023       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
2024       if (SSInt == CmpSSInt ||
2025           abs(SSInt) < abs(CmpSSInt) ||
2026           (SSInt % CmpSSInt) != 0)
2027         continue;
2028
2029       Scale = SSInt / CmpSSInt;
2030       int64_t NewCmpVal = CmpVal * Scale;
2031       APInt Mul = APInt(BitWidth, NewCmpVal);
2032       // Check for overflow.
2033       if (Mul.getSExtValue() != NewCmpVal)
2034         continue;
2035
2036       // Watch out for overflow.
2037       if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate) &&
2038           (CmpVal & SignBit) != (NewCmpVal & SignBit))
2039         continue;
2040
2041       if (NewCmpVal == CmpVal)
2042         continue;
2043       // Pick the best iv to use trying to avoid a cast.
2044       NewCmpLHS = NULL;
2045       for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
2046              E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI) {
2047         NewCmpLHS = UI->OperandValToReplace;
2048         if (NewCmpLHS->getType() == CmpTy)
2049           break;
2050       }
2051       if (!NewCmpLHS)
2052         continue;
2053
2054       NewCmpTy = NewCmpLHS->getType();
2055       NewTyBits = SE->getTypeSizeInBits(NewCmpTy);
2056       const Type *NewCmpIntTy = IntegerType::get(NewTyBits);
2057       if (RequiresTypeConversion(NewCmpTy, CmpTy)) {
2058         // Check if it is possible to rewrite it using
2059         // an iv / stride of a smaller integer type.
2060         unsigned Bits = NewTyBits;
2061         if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate))
2062           --Bits;
2063         uint64_t Mask = (1ULL << Bits) - 1;
2064         if (((uint64_t)NewCmpVal & Mask) != (uint64_t)NewCmpVal)
2065           continue;
2066       }
2067
2068       // Don't rewrite if use offset is non-constant and the new type is
2069       // of a different type.
2070       // FIXME: too conservative?
2071       if (NewTyBits != TyBits && !isa<SCEVConstant>(CondUse->Offset))
2072         continue;
2073
2074       bool AllUsesAreAddresses = true;
2075       bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
2076       std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
2077       SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(SI->first, SI->second, L,
2078                                               AllUsesAreAddresses,
2079                                               AllUsesAreOutsideLoop,
2080                                               UsersToProcess);
2081       // Avoid rewriting the compare instruction with an iv of new stride
2082       // if it's likely the new stride uses will be rewritten using the
2083       // stride of the compare instruction.
2084       if (AllUsesAreAddresses &&
2085           ValidStride(!CommonExprs->isZero(), Scale, UsersToProcess))
2086         continue;
2087
2088       // If scale is negative, use swapped predicate unless it's testing
2089       // for equality.
2090       if (Scale < 0 && !Cond->isEquality())
2091         Predicate = ICmpInst::getSwappedPredicate(Predicate);
2092
2093       NewStride = &StrideOrder[i];
2094       if (!isa<PointerType>(NewCmpTy))
2095         NewCmpRHS = ConstantInt::get(NewCmpTy, NewCmpVal);
2096       else {
2097         ConstantInt *CI = ConstantInt::get(NewCmpIntTy, NewCmpVal);
2098         NewCmpRHS = ConstantExpr::getIntToPtr(CI, NewCmpTy);
2099       }
2100       NewOffset = TyBits == NewTyBits
2101         ? SE->getMulExpr(CondUse->Offset,
2102                          SE->getConstant(ConstantInt::get(CmpTy, Scale)))
2103         : SE->getConstant(ConstantInt::get(NewCmpIntTy,
2104           cast<SCEVConstant>(CondUse->Offset)->getValue()->getSExtValue()*Scale));
2105       break;
2106     }
2107   }
2108
2109   // Forgo this transformation if it the increment happens to be
2110   // unfortunately positioned after the condition, and the condition
2111   // has multiple uses which prevent it from being moved immediately
2112   // before the branch. See
2113   // test/Transforms/LoopStrengthReduce/change-compare-stride-trickiness-*.ll
2114   // for an example of this situation.
2115   if (!Cond->hasOneUse()) {
2116     for (BasicBlock::iterator I = Cond, E = Cond->getParent()->end();
2117          I != E; ++I)
2118       if (I == NewCmpLHS)
2119         return Cond;
2120   }
2121
2122   if (NewCmpRHS) {
2123     // Create a new compare instruction using new stride / iv.
2124     ICmpInst *OldCond = Cond;
2125     // Insert new compare instruction.
2126     Cond = new ICmpInst(Predicate, NewCmpLHS, NewCmpRHS,
2127                         L->getHeader()->getName() + ".termcond",
2128                         OldCond);
2129
2130     // Remove the old compare instruction. The old indvar is probably dead too.
2131     DeadInsts.push_back(cast<Instruction>(CondUse->OperandValToReplace));
2132     SE->deleteValueFromRecords(OldCond);
2133     OldCond->replaceAllUsesWith(Cond);
2134     OldCond->eraseFromParent();
2135
2136     IVUsesByStride[*CondStride].Users.pop_back();
2137     IVUsesByStride[*NewStride].addUser(NewOffset, Cond, NewCmpLHS);
2138     CondUse = &IVUsesByStride[*NewStride].Users.back();
2139     CondStride = NewStride;
2140     ++NumEliminated;
2141   }
2142
2143   return Cond;
2144 }
2145
2146 /// OptimizeSMax - Rewrite the loop's terminating condition if it uses
2147 /// an smax computation.
2148 ///
2149 /// This is a narrow solution to a specific, but acute, problem. For loops
2150 /// like this:
2151 ///
2152 ///   i = 0;
2153 ///   do {
2154 ///     p[i] = 0.0;
2155 ///   } while (++i < n);
2156 ///
2157 /// where the comparison is signed, the trip count isn't just 'n', because
2158 /// 'n' could be negative. And unfortunately this can come up even for loops
2159 /// where the user didn't use a C do-while loop. For example, seemingly
2160 /// well-behaved top-test loops will commonly be lowered like this:
2161 //
2162 ///   if (n > 0) {
2163 ///     i = 0;
2164 ///     do {
2165 ///       p[i] = 0.0;
2166 ///     } while (++i < n);
2167 ///   }
2168 ///
2169 /// and then it's possible for subsequent optimization to obscure the if
2170 /// test in such a way that indvars can't find it.
2171 ///
2172 /// When indvars can't find the if test in loops like this, it creates a
2173 /// signed-max expression, which allows it to give the loop a canonical
2174 /// induction variable:
2175 ///
2176 ///   i = 0;
2177 ///   smax = n < 1 ? 1 : n;
2178 ///   do {
2179 ///     p[i] = 0.0;
2180 ///   } while (++i != smax);
2181 ///
2182 /// Canonical induction variables are necessary because the loop passes
2183 /// are designed around them. The most obvious example of this is the
2184 /// LoopInfo analysis, which doesn't remember trip count values. It
2185 /// expects to be able to rediscover the trip count each time it is
2186 /// needed, and it does this using a simple analyis that only succeeds if
2187 /// the loop has a canonical induction variable.
2188 ///
2189 /// However, when it comes time to generate code, the maximum operation
2190 /// can be quite costly, especially if it's inside of an outer loop.
2191 ///
2192 /// This function solves this problem by detecting this type of loop and
2193 /// rewriting their conditions from ICMP_NE back to ICMP_SLT, and deleting
2194 /// the instructions for the maximum computation.
2195 ///
2196 ICmpInst *LoopStrengthReduce::OptimizeSMax(Loop *L, ICmpInst *Cond,
2197                                            IVStrideUse* &CondUse) {
2198   // Check that the loop matches the pattern we're looking for.
2199   if (Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_EQ &&
2200       Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_NE)
2201     return Cond;
2202
2203   SelectInst *Sel = dyn_cast<SelectInst>(Cond->getOperand(1));
2204   if (!Sel || !Sel->hasOneUse()) return Cond;
2205
2206   SCEVHandle BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
2207   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
2208     return Cond;
2209   SCEVHandle One = SE->getIntegerSCEV(1, BackedgeTakenCount->getType());
2210
2211   // Add one to the backedge-taken count to get the trip count.
2212   SCEVHandle IterationCount = SE->getAddExpr(BackedgeTakenCount, One);
2213
2214   // Check for a max calculation that matches the pattern.
2215   SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(IterationCount);
2216   if (!SMax || SMax != SE->getSCEV(Sel)) return Cond;
2217
2218   SCEVHandle SMaxLHS = SMax->getOperand(0);
2219   SCEVHandle SMaxRHS = SMax->getOperand(1);
2220   if (!SMaxLHS || SMaxLHS != One) return Cond;
2221
2222   // Check the relevant induction variable for conformance to
2223   // the pattern.
2224   SCEVHandle IV = SE->getSCEV(Cond->getOperand(0));
2225   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
2226   if (!AR || !AR->isAffine() ||
2227       AR->getStart() != One ||
2228       AR->getStepRecurrence(*SE) != One)
2229     return Cond;
2230
2231   assert(AR->getLoop() == L &&
2232          "Loop condition operand is an addrec in a different loop!");
2233
2234   // Check the right operand of the select, and remember it, as it will
2235   // be used in the new comparison instruction.
2236   Value *NewRHS = 0;
2237   if (SE->getSCEV(Sel->getOperand(1)) == SMaxRHS)
2238     NewRHS = Sel->getOperand(1);
2239   else if (SE->getSCEV(Sel->getOperand(2)) == SMaxRHS)
2240     NewRHS = Sel->getOperand(2);
2241   if (!NewRHS) return Cond;
2242
2243   // Ok, everything looks ok to change the condition into an SLT or SGE and
2244   // delete the max calculation.
2245   ICmpInst *NewCond =
2246     new ICmpInst(Cond->getPredicate() == CmpInst::ICMP_NE ?
2247                    CmpInst::ICMP_SLT :
2248                    CmpInst::ICMP_SGE,
2249                  Cond->getOperand(0), NewRHS, "scmp", Cond);
2250
2251   // Delete the max calculation instructions.
2252   SE->deleteValueFromRecords(Cond);
2253   Cond->replaceAllUsesWith(NewCond);
2254   Cond->eraseFromParent();
2255   Instruction *Cmp = cast<Instruction>(Sel->getOperand(0));
2256   SE->deleteValueFromRecords(Sel);
2257   Sel->eraseFromParent();
2258   if (Cmp->use_empty()) {
2259     SE->deleteValueFromRecords(Cmp);
2260     Cmp->eraseFromParent();
2261   }
2262   CondUse->User = NewCond;
2263   return NewCond;
2264 }
2265
2266 /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
2267 /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
2268 void LoopStrengthReduce::OptimizeShadowIV(Loop *L) {
2269
2270   SCEVHandle BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
2271   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
2272     return;
2273
2274   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e;
2275        ++Stride) {
2276     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
2277       IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
2278     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2279     if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
2280       continue;
2281
2282     for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
2283            E = SI->second.Users.end(); UI != E; /* empty */) {
2284       std::vector<IVStrideUse>::iterator CandidateUI = UI;
2285       ++UI;
2286       Instruction *ShadowUse = CandidateUI->User;
2287       const Type *DestTy = NULL;
2288
2289       /* If shadow use is a int->float cast then insert a second IV
2290          to eliminate this cast.
2291
2292            for (unsigned i = 0; i < n; ++i) 
2293              foo((double)i);
2294
2295          is transformed into
2296
2297            double d = 0.0;
2298            for (unsigned i = 0; i < n; ++i, ++d) 
2299              foo(d);
2300       */
2301       if (UIToFPInst *UCast = dyn_cast<UIToFPInst>(CandidateUI->User))
2302         DestTy = UCast->getDestTy();
2303       else if (SIToFPInst *SCast = dyn_cast<SIToFPInst>(CandidateUI->User))
2304         DestTy = SCast->getDestTy();
2305       if (!DestTy) continue;
2306
2307       if (TLI) {
2308         /* If target does not support DestTy natively then do not apply
2309            this transformation. */
2310         MVT DVT = TLI->getValueType(DestTy);
2311         if (!TLI->isTypeLegal(DVT)) continue;
2312       }
2313
2314       PHINode *PH = dyn_cast<PHINode>(ShadowUse->getOperand(0));
2315       if (!PH) continue;
2316       if (PH->getNumIncomingValues() != 2) continue;
2317
2318       const Type *SrcTy = PH->getType();
2319       int Mantissa = DestTy->getFPMantissaWidth();
2320       if (Mantissa == -1) continue; 
2321       if ((int)SE->getTypeSizeInBits(SrcTy) > Mantissa)
2322         continue;
2323
2324       unsigned Entry, Latch;
2325       if (PH->getIncomingBlock(0) == L->getLoopPreheader()) {
2326         Entry = 0;
2327         Latch = 1;
2328       } else {
2329         Entry = 1;
2330         Latch = 0;
2331       }
2332         
2333       ConstantInt *Init = dyn_cast<ConstantInt>(PH->getIncomingValue(Entry));
2334       if (!Init) continue;
2335       ConstantFP *NewInit = ConstantFP::get(DestTy, Init->getZExtValue());
2336
2337       BinaryOperator *Incr = 
2338         dyn_cast<BinaryOperator>(PH->getIncomingValue(Latch));
2339       if (!Incr) continue;
2340       if (Incr->getOpcode() != Instruction::Add
2341           && Incr->getOpcode() != Instruction::Sub)
2342         continue;
2343
2344       /* Initialize new IV, double d = 0.0 in above example. */
2345       ConstantInt *C = NULL;
2346       if (Incr->getOperand(0) == PH)
2347         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(1));
2348       else if (Incr->getOperand(1) == PH)
2349         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(0));
2350       else
2351         continue;
2352
2353       if (!C) continue;
2354
2355       /* Add new PHINode. */
2356       PHINode *NewPH = PHINode::Create(DestTy, "IV.S.", PH);
2357
2358       /* create new increment. '++d' in above example. */
2359       ConstantFP *CFP = ConstantFP::get(DestTy, C->getZExtValue());
2360       BinaryOperator *NewIncr = 
2361         BinaryOperator::Create(Incr->getOpcode(),
2362                                NewPH, CFP, "IV.S.next.", Incr);
2363
2364       NewPH->addIncoming(NewInit, PH->getIncomingBlock(Entry));
2365       NewPH->addIncoming(NewIncr, PH->getIncomingBlock(Latch));
2366
2367       /* Remove cast operation */
2368       SE->deleteValueFromRecords(ShadowUse);
2369       ShadowUse->replaceAllUsesWith(NewPH);
2370       ShadowUse->eraseFromParent();
2371       SI->second.Users.erase(CandidateUI);
2372       NumShadow++;
2373       break;
2374     }
2375   }
2376 }
2377
2378 // OptimizeIndvars - Now that IVUsesByStride is set up with all of the indvar
2379 // uses in the loop, look to see if we can eliminate some, in favor of using
2380 // common indvars for the different uses.
2381 void LoopStrengthReduce::OptimizeIndvars(Loop *L) {
2382   // TODO: implement optzns here.
2383
2384   OptimizeShadowIV(L);
2385
2386   // Finally, get the terminating condition for the loop if possible.  If we
2387   // can, we want to change it to use a post-incremented version of its
2388   // induction variable, to allow coalescing the live ranges for the IV into
2389   // one register value.
2390   PHINode *SomePHI = cast<PHINode>(L->getHeader()->begin());
2391   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
2392   BasicBlock *LatchBlock =
2393    SomePHI->getIncomingBlock(SomePHI->getIncomingBlock(0) == Preheader);
2394   BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(LatchBlock->getTerminator());
2395   if (!TermBr || TermBr->isUnconditional() || 
2396       !isa<ICmpInst>(TermBr->getCondition()))
2397     return;
2398   ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(TermBr->getCondition());
2399
2400   // Search IVUsesByStride to find Cond's IVUse if there is one.
2401   IVStrideUse *CondUse = 0;
2402   const SCEVHandle *CondStride = 0;
2403
2404   if (!FindIVUserForCond(Cond, CondUse, CondStride))
2405     return; // setcc doesn't use the IV.
2406
2407   // If the trip count is computed in terms of an smax (due to ScalarEvolution
2408   // being unable to find a sufficient guard, for example), change the loop
2409   // comparison to use SLT instead of NE.
2410   Cond = OptimizeSMax(L, Cond, CondUse);
2411
2412   // If possible, change stride and operands of the compare instruction to
2413   // eliminate one stride.
2414   Cond = ChangeCompareStride(L, Cond, CondUse, CondStride);
2415
2416   // It's possible for the setcc instruction to be anywhere in the loop, and
2417   // possible for it to have multiple users.  If it is not immediately before
2418   // the latch block branch, move it.
2419   if (&*++BasicBlock::iterator(Cond) != (Instruction*)TermBr) {
2420     if (Cond->hasOneUse()) {   // Condition has a single use, just move it.
2421       Cond->moveBefore(TermBr);
2422     } else {
2423       // Otherwise, clone the terminating condition and insert into the loopend.
2424       Cond = cast<ICmpInst>(Cond->clone());
2425       Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
2426       LatchBlock->getInstList().insert(TermBr, Cond);
2427       
2428       // Clone the IVUse, as the old use still exists!
2429       IVUsesByStride[*CondStride].addUser(CondUse->Offset, Cond,
2430                                          CondUse->OperandValToReplace);
2431       CondUse = &IVUsesByStride[*CondStride].Users.back();
2432     }
2433   }
2434
2435   // If we get to here, we know that we can transform the setcc instruction to
2436   // use the post-incremented version of the IV, allowing us to coalesce the
2437   // live ranges for the IV correctly.
2438   CondUse->Offset = SE->getMinusSCEV(CondUse->Offset, *CondStride);
2439   CondUse->isUseOfPostIncrementedValue = true;
2440   Changed = true;
2441 }
2442
2443 bool LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
2444
2445   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
2446   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
2447   SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
2448   Changed = false;
2449
2450   // Find all uses of induction variables in this loop, and categorize
2451   // them by stride.  Start by finding all of the PHI nodes in the header for
2452   // this loop.  If they are induction variables, inspect their uses.
2453   SmallPtrSet<Instruction*,16> Processed;   // Don't reprocess instructions.
2454   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ++I)
2455     AddUsersIfInteresting(I, L, Processed);
2456
2457   if (!IVUsesByStride.empty()) {
2458 #ifndef NDEBUG
2459     DOUT << "\nLSR on \"" << L->getHeader()->getParent()->getNameStart()
2460          << "\" ";
2461     DEBUG(L->dump());
2462 #endif
2463
2464     // Sort the StrideOrder so we process larger strides first.
2465     std::stable_sort(StrideOrder.begin(), StrideOrder.end(), StrideCompare(SE));
2466
2467     // Optimize induction variables.  Some indvar uses can be transformed to use
2468     // strides that will be needed for other purposes.  A common example of this
2469     // is the exit test for the loop, which can often be rewritten to use the
2470     // computation of some other indvar to decide when to terminate the loop.
2471     OptimizeIndvars(L);
2472
2473     // FIXME: We can widen subreg IV's here for RISC targets.  e.g. instead of
2474     // doing computation in byte values, promote to 32-bit values if safe.
2475
2476     // FIXME: Attempt to reuse values across multiple IV's.  In particular, we
2477     // could have something like "for(i) { foo(i*8); bar(i*16) }", which should
2478     // be codegened as "for (j = 0;; j+=8) { foo(j); bar(j+j); }" on X86/PPC.
2479     // Need to be careful that IV's are all the same type.  Only works for
2480     // intptr_t indvars.
2481
2482     // IVsByStride keeps IVs for one particular loop.
2483     assert(IVsByStride.empty() && "Stale entries in IVsByStride?");
2484
2485     // Note: this processes each stride/type pair individually.  All users
2486     // passed into StrengthReduceStridedIVUsers have the same type AND stride.
2487     // Also, note that we iterate over IVUsesByStride indirectly by using
2488     // StrideOrder. This extra layer of indirection makes the ordering of
2489     // strides deterministic - not dependent on map order.
2490     for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e; ++Stride) {
2491       std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
2492         IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
2493       assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2494       StrengthReduceStridedIVUsers(SI->first, SI->second, L);
2495     }
2496   }
2497
2498   // We're done analyzing this loop; release all the state we built up for it.
2499   IVUsesByStride.clear();
2500   IVsByStride.clear();
2501   StrideOrder.clear();
2502
2503   // Clean up after ourselves
2504   if (!DeadInsts.empty()) {
2505     DeleteTriviallyDeadInstructions();
2506
2507     BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
2508     while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
2509       // At this point, we know that we have killed one or more IV users.
2510       // It is worth checking to see if the cannonical indvar is also
2511       // dead, so that we can remove it as well.
2512       //
2513       // We can remove a PHI if it is on a cycle in the def-use graph
2514       // where each node in the cycle has degree one, i.e. only one use,
2515       // and is an instruction with no side effects.
2516       //
2517       // FIXME: this needs to eliminate an induction variable even if it's being
2518       // compared against some value to decide loop termination.
2519       if (!PN->hasOneUse())
2520         continue;
2521       
2522       SmallPtrSet<PHINode *, 4> PHIs;
2523       for (Instruction *J = dyn_cast<Instruction>(*PN->use_begin());
2524            J && J->hasOneUse() && !J->mayWriteToMemory();
2525            J = dyn_cast<Instruction>(*J->use_begin())) {
2526         // If we find the original PHI, we've discovered a cycle.
2527         if (J == PN) {
2528           // Break the cycle and mark the PHI for deletion.
2529           SE->deleteValueFromRecords(PN);
2530           PN->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(PN->getType()));
2531           DeadInsts.push_back(PN);
2532           Changed = true;
2533           break;
2534         }
2535         // If we find a PHI more than once, we're on a cycle that
2536         // won't prove fruitful.
2537         if (isa<PHINode>(J) && !PHIs.insert(cast<PHINode>(J)))
2538           break;
2539       }
2540     }
2541     DeleteTriviallyDeadInstructions();
2542   }
2543   return Changed;
2544 }