Factor out the code that determines the memory access type
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / LoopStrengthReduce.cpp
1 //===- LoopStrengthReduce.cpp - Strength Reduce GEPs in Loops -------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass performs a strength reduction on array references inside loops that
11 // have as one or more of their components the loop induction variable.  This is
12 // accomplished by creating a new Value to hold the initial value of the array
13 // access for the first iteration, and then creating a new GEP instruction in
14 // the loop to increment the value by the appropriate amount.
15 //
16 //===----------------------------------------------------------------------===//
17
18 #define DEBUG_TYPE "loop-reduce"
19 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
20 #include "llvm/Constants.h"
21 #include "llvm/Instructions.h"
22 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
23 #include "llvm/Type.h"
24 #include "llvm/DerivedTypes.h"
25 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
26 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
27 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
28 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
29 #include "llvm/Transforms/Utils/AddrModeMatcher.h"
30 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
31 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
32 #include "llvm/Target/TargetData.h"
33 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
34 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
35 #include "llvm/Support/CFG.h"
36 #include "llvm/Support/Debug.h"
37 #include "llvm/Support/Compiler.h"
38 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
39 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
40 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
41 #include <algorithm>
42 using namespace llvm;
43
44 STATISTIC(NumReduced ,    "Number of GEPs strength reduced");
45 STATISTIC(NumInserted,    "Number of PHIs inserted");
46 STATISTIC(NumVariable,    "Number of PHIs with variable strides");
47 STATISTIC(NumEliminated,  "Number of strides eliminated");
48 STATISTIC(NumShadow,      "Number of Shadow IVs optimized");
49 STATISTIC(NumImmSunk,     "Number of common expr immediates sunk into uses");
50
51 static cl::opt<bool> EnableFullLSRMode("enable-full-lsr",
52                                        cl::init(false),
53                                        cl::Hidden);
54
55 namespace {
56
57   struct BasedUser;
58
59   /// IVStrideUse - Keep track of one use of a strided induction variable, where
60   /// the stride is stored externally.  The Offset member keeps track of the 
61   /// offset from the IV, User is the actual user of the operand, and
62   /// 'OperandValToReplace' is the operand of the User that is the use.
63   struct VISIBILITY_HIDDEN IVStrideUse {
64     SCEVHandle Offset;
65     Instruction *User;
66     Value *OperandValToReplace;
67
68     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
69     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
70     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
71     // instruction for a loop or uses dominated by the loop.
72     bool isUseOfPostIncrementedValue;
73     
74     IVStrideUse(const SCEVHandle &Offs, Instruction *U, Value *O)
75       : Offset(Offs), User(U), OperandValToReplace(O),
76         isUseOfPostIncrementedValue(false) {}
77   };
78   
79   /// IVUsersOfOneStride - This structure keeps track of all instructions that
80   /// have an operand that is based on the trip count multiplied by some stride.
81   /// The stride for all of these users is common and kept external to this
82   /// structure.
83   struct VISIBILITY_HIDDEN IVUsersOfOneStride {
84     /// Users - Keep track of all of the users of this stride as well as the
85     /// initial value and the operand that uses the IV.
86     std::vector<IVStrideUse> Users;
87     
88     void addUser(const SCEVHandle &Offset,Instruction *User, Value *Operand) {
89       Users.push_back(IVStrideUse(Offset, User, Operand));
90     }
91   };
92
93   /// IVInfo - This structure keeps track of one IV expression inserted during
94   /// StrengthReduceStridedIVUsers. It contains the stride, the common base, as
95   /// well as the PHI node and increment value created for rewrite.
96   struct VISIBILITY_HIDDEN IVExpr {
97     SCEVHandle  Stride;
98     SCEVHandle  Base;
99     PHINode    *PHI;
100     Value      *IncV;
101
102     IVExpr(const SCEVHandle &stride, const SCEVHandle &base, PHINode *phi,
103            Value *incv)
104       : Stride(stride), Base(base), PHI(phi), IncV(incv) {}
105   };
106
107   /// IVsOfOneStride - This structure keeps track of all IV expression inserted
108   /// during StrengthReduceStridedIVUsers for a particular stride of the IV.
109   struct VISIBILITY_HIDDEN IVsOfOneStride {
110     std::vector<IVExpr> IVs;
111
112     void addIV(const SCEVHandle &Stride, const SCEVHandle &Base, PHINode *PHI,
113                Value *IncV) {
114       IVs.push_back(IVExpr(Stride, Base, PHI, IncV));
115     }
116   };
117
118   class VISIBILITY_HIDDEN LoopStrengthReduce : public LoopPass {
119     LoopInfo *LI;
120     DominatorTree *DT;
121     ScalarEvolution *SE;
122     const TargetData *TD;
123     const Type *UIntPtrTy;
124     bool Changed;
125
126     /// IVUsesByStride - Keep track of all uses of induction variables that we
127     /// are interested in.  The key of the map is the stride of the access.
128     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride> IVUsesByStride;
129
130     /// IVsByStride - Keep track of all IVs that have been inserted for a
131     /// particular stride.
132     std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride> IVsByStride;
133
134     /// StrideOrder - An ordering of the keys in IVUsesByStride that is stable:
135     /// We use this to iterate over the IVUsesByStride collection without being
136     /// dependent on random ordering of pointers in the process.
137     SmallVector<SCEVHandle, 16> StrideOrder;
138
139     /// GEPlist - A list of the GEP's that have been remembered in the SCEV
140     /// data structures.  SCEV does not know to update these when the operands
141     /// of the GEP are changed, which means we cannot leave them live across
142     /// loops.
143     SmallVector<GetElementPtrInst *, 16> GEPlist;
144
145     /// CastedValues - As we need to cast values to uintptr_t, this keeps track
146     /// of the casted version of each value.  This is accessed by
147     /// getCastedVersionOf.
148     DenseMap<Value*, Value*> CastedPointers;
149
150     /// DeadInsts - Keep track of instructions we may have made dead, so that
151     /// we can remove them after we are done working.
152     SmallVector<Instruction*, 16> DeadInsts;
153
154     /// TLI - Keep a pointer of a TargetLowering to consult for determining
155     /// transformation profitability.
156     const TargetLowering *TLI;
157
158   public:
159     static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
160     explicit LoopStrengthReduce(const TargetLowering *tli = NULL) : 
161       LoopPass(&ID), TLI(tli) {
162     }
163
164     bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
165
166     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
167       // We split critical edges, so we change the CFG.  However, we do update
168       // many analyses if they are around.
169       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
170       AU.addPreserved<LoopInfo>();
171       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
172       AU.addPreserved<DominatorTree>();
173
174       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
175       AU.addRequired<LoopInfo>();
176       AU.addRequired<DominatorTree>();
177       AU.addRequired<TargetData>();
178       AU.addRequired<ScalarEvolution>();
179       AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
180     }
181     
182     /// getCastedVersionOf - Return the specified value casted to uintptr_t.
183     ///
184     Value *getCastedVersionOf(Instruction::CastOps opcode, Value *V);
185 private:
186     bool AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
187                                SmallPtrSet<Instruction*,16> &Processed);
188     SCEVHandle GetExpressionSCEV(Instruction *E);
189     ICmpInst *ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
190                                   IVStrideUse* &CondUse,
191                                   const SCEVHandle* &CondStride);
192     void OptimizeIndvars(Loop *L);
193
194     /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
195     /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
196     void OptimizeShadowIV(Loop *L);
197
198     /// OptimizeSMax - Rewrite the loop's terminating condition
199     /// if it uses an smax computation.
200     ICmpInst *OptimizeSMax(Loop *L, ICmpInst *Cond,
201                            IVStrideUse* &CondUse);
202
203     bool FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
204                            const SCEVHandle *&CondStride);
205     bool RequiresTypeConversion(const Type *Ty, const Type *NewTy);
206     SCEVHandle CheckForIVReuse(bool, bool, bool, const SCEVHandle&,
207                              IVExpr&, const Type*,
208                              const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
209     bool ValidStride(bool, int64_t,
210                      const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
211     SCEVHandle CollectIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
212                               IVUsersOfOneStride &Uses,
213                               Loop *L,
214                               bool &AllUsesAreAddresses,
215                               bool &AllUsesAreOutsideLoop,
216                               std::vector<BasedUser> &UsersToProcess);
217     bool ShouldUseFullStrengthReductionMode(
218                                 const std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
219                                 const Loop *L,
220                                 bool AllUsesAreAddresses,
221                                 SCEVHandle Stride);
222     void PrepareToStrengthReduceFully(
223                              std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
224                              SCEVHandle Stride,
225                              SCEVHandle CommonExprs,
226                              const Loop *L,
227                              SCEVExpander &PreheaderRewriter);
228     void PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(
229                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
230                                          Value *CommonBaseV,
231                                          const IVExpr &ReuseIV,
232                                          Instruction *PreInsertPt);
233     void PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(
234                                   std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
235                                   SCEVHandle Stride,
236                                   SCEVHandle CommonExprs,
237                                   Value *CommonBaseV,
238                                   const Loop *L,
239                                   SCEVExpander &PreheaderRewriter);
240     void StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
241                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
242                                       Loop *L);
243     void DeleteTriviallyDeadInstructions();
244   };
245 }
246
247 char LoopStrengthReduce::ID = 0;
248 static RegisterPass<LoopStrengthReduce>
249 X("loop-reduce", "Loop Strength Reduction");
250
251 Pass *llvm::createLoopStrengthReducePass(const TargetLowering *TLI) {
252   return new LoopStrengthReduce(TLI);
253 }
254
255 /// getCastedVersionOf - Return the specified value casted to uintptr_t. This
256 /// assumes that the Value* V is of integer or pointer type only.
257 ///
258 Value *LoopStrengthReduce::getCastedVersionOf(Instruction::CastOps opcode, 
259                                               Value *V) {
260   if (V->getType() == UIntPtrTy) return V;
261   if (Constant *CB = dyn_cast<Constant>(V))
262     return ConstantExpr::getCast(opcode, CB, UIntPtrTy);
263
264   Value *&New = CastedPointers[V];
265   if (New) return New;
266   
267   New = SCEVExpander::InsertCastOfTo(opcode, V, UIntPtrTy);
268   DeadInsts.push_back(cast<Instruction>(New));
269   return New;
270 }
271
272
273 /// DeleteTriviallyDeadInstructions - If any of the instructions is the
274 /// specified set are trivially dead, delete them and see if this makes any of
275 /// their operands subsequently dead.
276 void LoopStrengthReduce::DeleteTriviallyDeadInstructions() {
277   if (DeadInsts.empty()) return;
278   
279   // Sort the deadinsts list so that we can trivially eliminate duplicates as we
280   // go.  The code below never adds a non-dead instruction to the worklist, but
281   // callers may not be so careful.
282   array_pod_sort(DeadInsts.begin(), DeadInsts.end());
283
284   // Drop duplicate instructions and those with uses.
285   for (unsigned i = 0, e = DeadInsts.size()-1; i < e; ++i) {
286     Instruction *I = DeadInsts[i];
287     if (!I->use_empty()) DeadInsts[i] = 0;
288     while (i != e && DeadInsts[i+1] == I)
289       DeadInsts[++i] = 0;
290   }
291   
292   while (!DeadInsts.empty()) {
293     Instruction *I = DeadInsts.back();
294     DeadInsts.pop_back();
295     
296     if (I == 0 || !isInstructionTriviallyDead(I))
297       continue;
298
299     SE->deleteValueFromRecords(I);
300
301     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI) {
302       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
303         *OI = 0;
304         if (U->use_empty())
305           DeadInsts.push_back(U);
306       }
307     }
308     
309     I->eraseFromParent();
310     Changed = true;
311   }
312 }
313
314
315 /// GetExpressionSCEV - Compute and return the SCEV for the specified
316 /// instruction.
317 SCEVHandle LoopStrengthReduce::GetExpressionSCEV(Instruction *Exp) {
318   // Pointer to pointer bitcast instructions return the same value as their
319   // operand.
320   if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(Exp)) {
321     if (SE->hasSCEV(BCI) || !isa<Instruction>(BCI->getOperand(0)))
322       return SE->getSCEV(BCI);
323     SCEVHandle R = GetExpressionSCEV(cast<Instruction>(BCI->getOperand(0)));
324     SE->setSCEV(BCI, R);
325     return R;
326   }
327
328   // Scalar Evolutions doesn't know how to compute SCEV's for GEP instructions.
329   // If this is a GEP that SE doesn't know about, compute it now and insert it.
330   // If this is not a GEP, or if we have already done this computation, just let
331   // SE figure it out.
332   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Exp);
333   if (!GEP || SE->hasSCEV(GEP))
334     return SE->getSCEV(Exp);
335     
336   // Analyze all of the subscripts of this getelementptr instruction, looking
337   // for uses that are determined by the trip count of the loop.  First, skip
338   // all operands the are not dependent on the IV.
339
340   // Build up the base expression.  Insert an LLVM cast of the pointer to
341   // uintptr_t first.
342   SCEVHandle GEPVal = SE->getUnknown(
343       getCastedVersionOf(Instruction::PtrToInt, GEP->getOperand(0)));
344
345   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
346   
347   for (User::op_iterator i = GEP->op_begin() + 1, e = GEP->op_end();
348        i != e; ++i, ++GTI) {
349     // If this is a use of a recurrence that we can analyze, and it comes before
350     // Op does in the GEP operand list, we will handle this when we process this
351     // operand.
352     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
353       const StructLayout *SL = TD->getStructLayout(STy);
354       unsigned Idx = cast<ConstantInt>(*i)->getZExtValue();
355       uint64_t Offset = SL->getElementOffset(Idx);
356       GEPVal = SE->getAddExpr(GEPVal,
357                              SE->getIntegerSCEV(Offset, UIntPtrTy));
358     } else {
359       unsigned GEPOpiBits = 
360         (*i)->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
361       unsigned IntPtrBits = UIntPtrTy->getPrimitiveSizeInBits();
362       Instruction::CastOps opcode = (GEPOpiBits < IntPtrBits ? 
363           Instruction::SExt : (GEPOpiBits > IntPtrBits ? Instruction::Trunc :
364             Instruction::BitCast));
365       Value *OpVal = getCastedVersionOf(opcode, *i);
366       SCEVHandle Idx = SE->getSCEV(OpVal);
367
368       uint64_t TypeSize = TD->getTypePaddedSize(GTI.getIndexedType());
369       if (TypeSize != 1)
370         Idx = SE->getMulExpr(Idx,
371                             SE->getConstant(ConstantInt::get(UIntPtrTy,
372                                                              TypeSize)));
373       GEPVal = SE->getAddExpr(GEPVal, Idx);
374     }
375   }
376
377   SE->setSCEV(GEP, GEPVal);
378   GEPlist.push_back(GEP);
379   return GEPVal;
380 }
381
382 /// containsAddRecFromDifferentLoop - Determine whether expression S involves a 
383 /// subexpression that is an AddRec from a loop other than L.  An outer loop 
384 /// of L is OK, but not an inner loop nor a disjoint loop.
385 static bool containsAddRecFromDifferentLoop(SCEVHandle S, Loop *L) {
386   // This is very common, put it first.
387   if (isa<SCEVConstant>(S))
388     return false;
389   if (SCEVCommutativeExpr *AE = dyn_cast<SCEVCommutativeExpr>(S)) {
390     for (unsigned int i=0; i< AE->getNumOperands(); i++)
391       if (containsAddRecFromDifferentLoop(AE->getOperand(i), L))
392         return true;
393     return false;
394   }
395   if (SCEVAddRecExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
396     if (const Loop *newLoop = AE->getLoop()) {
397       if (newLoop == L)
398         return false;
399       // if newLoop is an outer loop of L, this is OK.
400       if (!LoopInfoBase<BasicBlock>::isNotAlreadyContainedIn(L, newLoop))
401         return false;
402     }
403     return true;
404   }
405   if (SCEVUDivExpr *DE = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S))
406     return containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getLHS(), L) ||
407            containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getRHS(), L);
408 #if 0
409   // SCEVSDivExpr has been backed out temporarily, but will be back; we'll 
410   // need this when it is.
411   if (SCEVSDivExpr *DE = dyn_cast<SCEVSDivExpr>(S))
412     return containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getLHS(), L) ||
413            containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getRHS(), L);
414 #endif
415   if (SCEVTruncateExpr *TE = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S))
416     return containsAddRecFromDifferentLoop(TE->getOperand(), L);
417   if (SCEVZeroExtendExpr *ZE = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S))
418     return containsAddRecFromDifferentLoop(ZE->getOperand(), L);
419   if (SCEVSignExtendExpr *SE = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S))
420     return containsAddRecFromDifferentLoop(SE->getOperand(), L);
421   return false;
422 }
423
424 /// getSCEVStartAndStride - Compute the start and stride of this expression,
425 /// returning false if the expression is not a start/stride pair, or true if it
426 /// is.  The stride must be a loop invariant expression, but the start may be
427 /// a mix of loop invariant and loop variant expressions.  The start cannot,
428 /// however, contain an AddRec from a different loop, unless that loop is an
429 /// outer loop of the current loop.
430 static bool getSCEVStartAndStride(const SCEVHandle &SH, Loop *L,
431                                   SCEVHandle &Start, SCEVHandle &Stride,
432                                   ScalarEvolution *SE, DominatorTree *DT) {
433   SCEVHandle TheAddRec = Start;   // Initialize to zero.
434
435   // If the outer level is an AddExpr, the operands are all start values except
436   // for a nested AddRecExpr.
437   if (SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(SH)) {
438     for (unsigned i = 0, e = AE->getNumOperands(); i != e; ++i)
439       if (SCEVAddRecExpr *AddRec =
440              dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(AE->getOperand(i))) {
441         if (AddRec->getLoop() == L)
442           TheAddRec = SE->getAddExpr(AddRec, TheAddRec);
443         else
444           return false;  // Nested IV of some sort?
445       } else {
446         Start = SE->getAddExpr(Start, AE->getOperand(i));
447       }
448         
449   } else if (isa<SCEVAddRecExpr>(SH)) {
450     TheAddRec = SH;
451   } else {
452     return false;  // not analyzable.
453   }
454   
455   SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(TheAddRec);
456   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L) return false;
457   
458   // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
459   if (!AddRec->isAffine()) return false;
460
461   // If Start contains an SCEVAddRecExpr from a different loop, other than an
462   // outer loop of the current loop, reject it.  SCEV has no concept of 
463   // operating on more than one loop at a time so don't confuse it with such
464   // expressions.
465   if (containsAddRecFromDifferentLoop(AddRec->getOperand(0), L))
466     return false;
467
468   Start = SE->getAddExpr(Start, AddRec->getOperand(0));
469   
470   if (!isa<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1))) {
471     // If stride is an instruction, make sure it dominates the loop preheader.
472     // Otherwise we could end up with a use before def situation.
473     BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
474     if (!AddRec->getOperand(1)->dominates(Preheader, DT))
475       return false;
476
477     DOUT << "[" << L->getHeader()->getName()
478          << "] Variable stride: " << *AddRec << "\n";
479   }
480
481   Stride = AddRec->getOperand(1);
482   return true;
483 }
484
485 /// IVUseShouldUsePostIncValue - We have discovered a "User" of an IV expression
486 /// and now we need to decide whether the user should use the preinc or post-inc
487 /// value.  If this user should use the post-inc version of the IV, return true.
488 ///
489 /// Choosing wrong here can break dominance properties (if we choose to use the
490 /// post-inc value when we cannot) or it can end up adding extra live-ranges to
491 /// the loop, resulting in reg-reg copies (if we use the pre-inc value when we
492 /// should use the post-inc value).
493 static bool IVUseShouldUsePostIncValue(Instruction *User, Instruction *IV,
494                                        Loop *L, DominatorTree *DT, Pass *P,
495                                       SmallVectorImpl<Instruction*> &DeadInsts){
496   // If the user is in the loop, use the preinc value.
497   if (L->contains(User->getParent())) return false;
498   
499   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
500   
501   // Ok, the user is outside of the loop.  If it is dominated by the latch
502   // block, use the post-inc value.
503   if (DT->dominates(LatchBlock, User->getParent()))
504     return true;
505
506   // There is one case we have to be careful of: PHI nodes.  These little guys
507   // can live in blocks that do not dominate the latch block, but (since their
508   // uses occur in the predecessor block, not the block the PHI lives in) should
509   // still use the post-inc value.  Check for this case now.
510   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User);
511   if (!PN) return false;  // not a phi, not dominated by latch block.
512   
513   // Look at all of the uses of IV by the PHI node.  If any use corresponds to
514   // a block that is not dominated by the latch block, give up and use the
515   // preincremented value.
516   unsigned NumUses = 0;
517   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
518     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
519       ++NumUses;
520       if (!DT->dominates(LatchBlock, PN->getIncomingBlock(i)))
521         return false;
522     }
523
524   // Okay, all uses of IV by PN are in predecessor blocks that really are
525   // dominated by the latch block.  Split the critical edges and use the
526   // post-incremented value.
527   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
528     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
529       SplitCriticalEdge(PN->getIncomingBlock(i), PN->getParent(), P, false);
530       // Splitting the critical edge can reduce the number of entries in this
531       // PHI.
532       e = PN->getNumIncomingValues();
533       if (--NumUses == 0) break;
534     }
535
536   // PHI node might have become a constant value after SplitCriticalEdge.
537   DeadInsts.push_back(User);
538   
539   return true;
540 }
541
542 /// isAddressUse - Returns true if the specified instruction is using the
543 /// specified value as an address.
544 static bool isAddressUse(Instruction *Inst, Value *OperandVal) {
545   bool isAddress = isa<LoadInst>(Inst);
546   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
547     if (SI->getOperand(1) == OperandVal)
548       isAddress = true;
549   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
550     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
551     // of intrinsics.
552     switch (II->getIntrinsicID()) {
553       default: break;
554       case Intrinsic::prefetch:
555       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_dq:
556       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_pd:
557       case Intrinsic::x86_sse_loadu_ps:
558       case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
559       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
560       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
561       case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
562         if (II->getOperand(1) == OperandVal)
563           isAddress = true;
564         break;
565     }
566   }
567   return isAddress;
568 }
569
570 /// getAccessType - Return the type of the memory being accessed.
571 static const Type *getAccessType(const Instruction *Inst) {
572   const Type *UseTy = Inst->getType();
573   if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
574     UseTy = SI->getOperand(0)->getType();
575   else if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
576     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
577     // of intrinsics.
578     switch (II->getIntrinsicID()) {
579     default: break;
580     case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
581     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
582     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
583     case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
584       UseTy = II->getOperand(1)->getType();
585       break;
586     }
587   }
588   return UseTy;
589 }
590
591 /// AddUsersIfInteresting - Inspect the specified instruction.  If it is a
592 /// reducible SCEV, recursively add its users to the IVUsesByStride set and
593 /// return true.  Otherwise, return false.
594 bool LoopStrengthReduce::AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
595                                       SmallPtrSet<Instruction*,16> &Processed) {
596   if (!I->getType()->isInteger() && !isa<PointerType>(I->getType()))
597     return false;   // Void and FP expressions cannot be reduced.
598   if (!Processed.insert(I))
599     return true;    // Instruction already handled.
600   
601   // Get the symbolic expression for this instruction.
602   SCEVHandle ISE = GetExpressionSCEV(I);
603   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(ISE)) return false;
604   
605   // Get the start and stride for this expression.
606   SCEVHandle Start = SE->getIntegerSCEV(0, ISE->getType());
607   SCEVHandle Stride = Start;
608   if (!getSCEVStartAndStride(ISE, L, Start, Stride, SE, DT))
609     return false;  // Non-reducible symbolic expression, bail out.
610
611   std::vector<Instruction *> IUsers;
612   // Collect all I uses now because IVUseShouldUsePostIncValue may 
613   // invalidate use_iterator.
614   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E; ++UI)
615     IUsers.push_back(cast<Instruction>(*UI));
616
617   for (unsigned iused_index = 0, iused_size = IUsers.size(); 
618        iused_index != iused_size; ++iused_index) {
619
620     Instruction *User = IUsers[iused_index];
621
622     // Do not infinitely recurse on PHI nodes.
623     if (isa<PHINode>(User) && Processed.count(User))
624       continue;
625
626     // Descend recursively, but not into PHI nodes outside the current loop.
627     // It's important to see the entire expression outside the loop to get
628     // choices that depend on addressing mode use right, although we won't
629     // consider references ouside the loop in all cases.
630     // If User is already in Processed, we don't want to recurse into it again,
631     // but do want to record a second reference in the same instruction.
632     bool AddUserToIVUsers = false;
633     if (LI->getLoopFor(User->getParent()) != L) {
634       if (isa<PHINode>(User) || Processed.count(User) ||
635           !AddUsersIfInteresting(User, L, Processed)) {
636         DOUT << "FOUND USER in other loop: " << *User
637              << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
638         AddUserToIVUsers = true;
639       }
640     } else if (Processed.count(User) || 
641                !AddUsersIfInteresting(User, L, Processed)) {
642       DOUT << "FOUND USER: " << *User
643            << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
644       AddUserToIVUsers = true;
645     }
646
647     if (AddUserToIVUsers) {
648       IVUsersOfOneStride &StrideUses = IVUsesByStride[Stride];
649       if (StrideUses.Users.empty())     // First occurrence of this stride?
650         StrideOrder.push_back(Stride);
651       
652       // Okay, we found a user that we cannot reduce.  Analyze the instruction
653       // and decide what to do with it.  If we are a use inside of the loop, use
654       // the value before incrementation, otherwise use it after incrementation.
655       if (IVUseShouldUsePostIncValue(User, I, L, DT, this, DeadInsts)) {
656         // The value used will be incremented by the stride more than we are
657         // expecting, so subtract this off.
658         SCEVHandle NewStart = SE->getMinusSCEV(Start, Stride);
659         StrideUses.addUser(NewStart, User, I);
660         StrideUses.Users.back().isUseOfPostIncrementedValue = true;
661         DOUT << "   USING POSTINC SCEV, START=" << *NewStart<< "\n";
662       } else {        
663         StrideUses.addUser(Start, User, I);
664       }
665     }
666   }
667   return true;
668 }
669
670 namespace {
671   /// BasedUser - For a particular base value, keep information about how we've
672   /// partitioned the expression so far.
673   struct BasedUser {
674     /// SE - The current ScalarEvolution object.
675     ScalarEvolution *SE;
676
677     /// Base - The Base value for the PHI node that needs to be inserted for
678     /// this use.  As the use is processed, information gets moved from this
679     /// field to the Imm field (below).  BasedUser values are sorted by this
680     /// field.
681     SCEVHandle Base;
682     
683     /// Inst - The instruction using the induction variable.
684     Instruction *Inst;
685
686     /// OperandValToReplace - The operand value of Inst to replace with the
687     /// EmittedBase.
688     Value *OperandValToReplace;
689
690     /// Imm - The immediate value that should be added to the base immediately
691     /// before Inst, because it will be folded into the imm field of the
692     /// instruction.  This is also sometimes used for loop-variant values that
693     /// must be added inside the loop.
694     SCEVHandle Imm;
695
696     /// Phi - The induction variable that performs the striding that
697     /// should be used for this user.
698     Value *Phi;
699
700     /// IncV - The post-incremented value of Phi.
701     Value *IncV;
702
703     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
704     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
705     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
706     // instruction for a loop and uses outside the loop that are dominated by
707     // the loop.
708     bool isUseOfPostIncrementedValue;
709     
710     BasedUser(IVStrideUse &IVSU, ScalarEvolution *se)
711       : SE(se), Base(IVSU.Offset), Inst(IVSU.User), 
712         OperandValToReplace(IVSU.OperandValToReplace), 
713         Imm(SE->getIntegerSCEV(0, Base->getType())), 
714         isUseOfPostIncrementedValue(IVSU.isUseOfPostIncrementedValue) {}
715
716     // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
717     // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
718     // to it.
719     void RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
720                                         Instruction *InsertPt,
721                                        SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
722                                       SmallVectorImpl<Instruction*> &DeadInsts);
723     
724     Value *InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
725                                        SCEVExpander &Rewriter,
726                                        Instruction *IP, Loop *L);
727     void dump() const;
728   };
729 }
730
731 void BasedUser::dump() const {
732   cerr << " Base=" << *Base;
733   cerr << " Imm=" << *Imm;
734   cerr << "   Inst: " << *Inst;
735 }
736
737 Value *BasedUser::InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
738                                               SCEVExpander &Rewriter,
739                                               Instruction *IP, Loop *L) {
740   // Figure out where we *really* want to insert this code.  In particular, if
741   // the user is inside of a loop that is nested inside of L, we really don't
742   // want to insert this expression before the user, we'd rather pull it out as
743   // many loops as possible.
744   LoopInfo &LI = Rewriter.getLoopInfo();
745   Instruction *BaseInsertPt = IP;
746   
747   // Figure out the most-nested loop that IP is in.
748   Loop *InsertLoop = LI.getLoopFor(IP->getParent());
749   
750   // If InsertLoop is not L, and InsertLoop is nested inside of L, figure out
751   // the preheader of the outer-most loop where NewBase is not loop invariant.
752   if (L->contains(IP->getParent()))
753     while (InsertLoop && NewBase->isLoopInvariant(InsertLoop)) {
754       BaseInsertPt = InsertLoop->getLoopPreheader()->getTerminator();
755       InsertLoop = InsertLoop->getParentLoop();
756     }
757   
758   Value *Base = Rewriter.expandCodeFor(NewBase, BaseInsertPt);
759
760   // If there is no immediate value, skip the next part.
761   if (Imm->isZero())
762     return Base;
763
764   // If we are inserting the base and imm values in the same block, make sure to
765   // adjust the IP position if insertion reused a result.
766   if (IP == BaseInsertPt)
767     IP = Rewriter.getInsertionPoint();
768   
769   // Always emit the immediate (if non-zero) into the same block as the user.
770   SCEVHandle NewValSCEV = SE->getAddExpr(SE->getUnknown(Base), Imm);
771   return Rewriter.expandCodeFor(NewValSCEV, IP);
772   
773 }
774
775
776 // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
777 // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
778 // to it. NewBasePt is the last instruction which contributes to the
779 // value of NewBase in the case that it's a diffferent instruction from
780 // the PHI that NewBase is computed from, or null otherwise.
781 //
782 void BasedUser::RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
783                                                Instruction *NewBasePt,
784                                       SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
785                                       SmallVectorImpl<Instruction*> &DeadInsts){
786   if (!isa<PHINode>(Inst)) {
787     // By default, insert code at the user instruction.
788     BasicBlock::iterator InsertPt = Inst;
789     
790     // However, if the Operand is itself an instruction, the (potentially
791     // complex) inserted code may be shared by many users.  Because of this, we
792     // want to emit code for the computation of the operand right before its old
793     // computation.  This is usually safe, because we obviously used to use the
794     // computation when it was computed in its current block.  However, in some
795     // cases (e.g. use of a post-incremented induction variable) the NewBase
796     // value will be pinned to live somewhere after the original computation.
797     // In this case, we have to back off.
798     //
799     // If this is a use outside the loop (which means after, since it is based
800     // on a loop indvar) we use the post-incremented value, so that we don't
801     // artificially make the preinc value live out the bottom of the loop. 
802     if (!isUseOfPostIncrementedValue && L->contains(Inst->getParent())) {
803       if (NewBasePt && isa<PHINode>(OperandValToReplace)) {
804         InsertPt = NewBasePt;
805         ++InsertPt;
806       } else if (Instruction *OpInst
807                  = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace)) {
808         InsertPt = OpInst;
809         while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
810       }
811     }
812     Value *NewVal = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, Rewriter, InsertPt, L);
813     // Adjust the type back to match the Inst. Note that we can't use InsertPt
814     // here because the SCEVExpander may have inserted the instructions after
815     // that point, in its efforts to avoid inserting redundant expressions.
816     if (isa<PointerType>(OperandValToReplace->getType())) {
817       NewVal = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr,
818                                             NewVal,
819                                             OperandValToReplace->getType());
820     }
821     // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
822     Inst->replaceUsesOfWith(OperandValToReplace, NewVal);
823
824     DOUT << "      Replacing with ";
825     DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, NewVal, /*PrintType=*/false));
826     DOUT << ", which has value " << *NewBase << " plus IMM " << *Imm << "\n";
827     return;
828   }
829
830   // PHI nodes are more complex.  We have to insert one copy of the NewBase+Imm
831   // expression into each operand block that uses it.  Note that PHI nodes can
832   // have multiple entries for the same predecessor.  We use a map to make sure
833   // that a PHI node only has a single Value* for each predecessor (which also
834   // prevents us from inserting duplicate code in some blocks).
835   DenseMap<BasicBlock*, Value*> InsertedCode;
836   PHINode *PN = cast<PHINode>(Inst);
837   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
838     if (PN->getIncomingValue(i) == OperandValToReplace) {
839       // If the original expression is outside the loop, put the replacement
840       // code in the same place as the original expression,
841       // which need not be an immediate predecessor of this PHI.  This way we 
842       // need only one copy of it even if it is referenced multiple times in
843       // the PHI.  We don't do this when the original expression is inside the
844       // loop because multiple copies sometimes do useful sinking of code in
845       // that case(?).
846       Instruction *OldLoc = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace);
847       if (L->contains(OldLoc->getParent())) {
848         // If this is a critical edge, split the edge so that we do not insert
849         // the code on all predecessor/successor paths.  We do this unless this
850         // is the canonical backedge for this loop, as this can make some
851         // inserted code be in an illegal position.
852         BasicBlock *PHIPred = PN->getIncomingBlock(i);
853         if (e != 1 && PHIPred->getTerminator()->getNumSuccessors() > 1 &&
854             (PN->getParent() != L->getHeader() || !L->contains(PHIPred))) {
855
856           // First step, split the critical edge.
857           SplitCriticalEdge(PHIPred, PN->getParent(), P, false);
858
859           // Next step: move the basic block.  In particular, if the PHI node
860           // is outside of the loop, and PredTI is in the loop, we want to
861           // move the block to be immediately before the PHI block, not
862           // immediately after PredTI.
863           if (L->contains(PHIPred) && !L->contains(PN->getParent())) {
864             BasicBlock *NewBB = PN->getIncomingBlock(i);
865             NewBB->moveBefore(PN->getParent());
866           }
867
868           // Splitting the edge can reduce the number of PHI entries we have.
869           e = PN->getNumIncomingValues();
870         }
871       }
872       Value *&Code = InsertedCode[PN->getIncomingBlock(i)];
873       if (!Code) {
874         // Insert the code into the end of the predecessor block.
875         Instruction *InsertPt = (L->contains(OldLoc->getParent())) ?
876                                 PN->getIncomingBlock(i)->getTerminator() :
877                                 OldLoc->getParent()->getTerminator();
878         Code = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, Rewriter, InsertPt, L);
879
880         // Adjust the type back to match the PHI. Note that we can't use
881         // InsertPt here because the SCEVExpander may have inserted its
882         // instructions after that point, in its efforts to avoid inserting
883         // redundant expressions.
884         if (isa<PointerType>(PN->getType())) {
885           Code = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr,
886                                               Code,
887                                               PN->getType());
888         }
889
890         DOUT << "      Changing PHI use to ";
891         DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, Code, /*PrintType=*/false));
892         DOUT << ", which has value " << *NewBase << " plus IMM " << *Imm << "\n";
893       }
894
895       // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
896       PN->setIncomingValue(i, Code);
897       Rewriter.clear();
898     }
899   }
900
901   // PHI node might have become a constant value after SplitCriticalEdge.
902   DeadInsts.push_back(Inst);
903 }
904
905
906 /// fitsInAddressMode - Return true if V can be subsumed within an addressing
907 /// mode, and does not need to be put in a register first.
908 static bool fitsInAddressMode(const SCEVHandle &V, const Type *UseTy,
909                              const TargetLowering *TLI, bool HasBaseReg) {
910   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
911     int64_t VC = SC->getValue()->getSExtValue();
912     if (TLI) {
913       TargetLowering::AddrMode AM;
914       AM.BaseOffs = VC;
915       AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
916       return TLI->isLegalAddressingMode(AM, UseTy);
917     } else {
918       // Defaults to PPC. PPC allows a sign-extended 16-bit immediate field.
919       return (VC > -(1 << 16) && VC < (1 << 16)-1);
920     }
921   }
922
923   if (SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V))
924     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(SU->getValue()))
925       if (TLI && CE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt) {
926         Constant *Op0 = CE->getOperand(0);
927         if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(Op0)) {
928           TargetLowering::AddrMode AM;
929           AM.BaseGV = GV;
930           AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
931           return TLI->isLegalAddressingMode(AM, UseTy);
932         }
933       }
934   return false;
935 }
936
937 /// MoveLoopVariantsToImmediateField - Move any subexpressions from Val that are
938 /// loop varying to the Imm operand.
939 static void MoveLoopVariantsToImmediateField(SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
940                                             Loop *L, ScalarEvolution *SE) {
941   if (Val->isLoopInvariant(L)) return;  // Nothing to do.
942   
943   if (SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
944     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
945     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
946     
947     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i)
948       if (!SAE->getOperand(i)->isLoopInvariant(L)) {
949         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
950         // field of the expression.
951         Imm = SE->getAddExpr(Imm, SAE->getOperand(i));
952       } else {
953         NewOps.push_back(SAE->getOperand(i));
954       }
955
956     if (NewOps.empty())
957       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
958     else
959       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
960   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
961     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
962     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
963     MoveLoopVariantsToImmediateField(Start, Imm, L, SE);
964     
965     std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
966     Ops[0] = Start;
967     Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
968   } else {
969     // Otherwise, all of Val is variant, move the whole thing over.
970     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
971     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
972   }
973 }
974
975
976 /// MoveImmediateValues - Look at Val, and pull out any additions of constants
977 /// that can fit into the immediate field of instructions in the target.
978 /// Accumulate these immediate values into the Imm value.
979 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
980                                 const Type *UseTy,
981                                 SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
982                                 bool isAddress, Loop *L,
983                                 ScalarEvolution *SE) {
984   if (SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
985     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
986     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
987     
988     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i) {
989       SCEVHandle NewOp = SAE->getOperand(i);
990       MoveImmediateValues(TLI, UseTy, NewOp, Imm, isAddress, L, SE);
991       
992       if (!NewOp->isLoopInvariant(L)) {
993         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
994         // field of the expression.
995         Imm = SE->getAddExpr(Imm, NewOp);
996       } else {
997         NewOps.push_back(NewOp);
998       }
999     }
1000
1001     if (NewOps.empty())
1002       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
1003     else
1004       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
1005     return;
1006   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
1007     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
1008     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
1009     MoveImmediateValues(TLI, UseTy, Start, Imm, isAddress, L, SE);
1010     
1011     if (Start != SARE->getStart()) {
1012       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
1013       Ops[0] = Start;
1014       Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
1015     }
1016     return;
1017   } else if (SCEVMulExpr *SME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Val)) {
1018     // Transform "8 * (4 + v)" -> "32 + 8*V" if "32" fits in the immed field.
1019     if (isAddress && fitsInAddressMode(SME->getOperand(0), UseTy, TLI, false) &&
1020         SME->getNumOperands() == 2 && SME->isLoopInvariant(L)) {
1021
1022       SCEVHandle SubImm = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
1023       SCEVHandle NewOp = SME->getOperand(1);
1024       MoveImmediateValues(TLI, UseTy, NewOp, SubImm, isAddress, L, SE);
1025       
1026       // If we extracted something out of the subexpressions, see if we can 
1027       // simplify this!
1028       if (NewOp != SME->getOperand(1)) {
1029         // Scale SubImm up by "8".  If the result is a target constant, we are
1030         // good.
1031         SubImm = SE->getMulExpr(SubImm, SME->getOperand(0));
1032         if (fitsInAddressMode(SubImm, UseTy, TLI, false)) {
1033           // Accumulate the immediate.
1034           Imm = SE->getAddExpr(Imm, SubImm);
1035           
1036           // Update what is left of 'Val'.
1037           Val = SE->getMulExpr(SME->getOperand(0), NewOp);
1038           return;
1039         }
1040       }
1041     }
1042   }
1043
1044   // Loop-variant expressions must stay in the immediate field of the
1045   // expression.
1046   if ((isAddress && fitsInAddressMode(Val, UseTy, TLI, false)) ||
1047       !Val->isLoopInvariant(L)) {
1048     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
1049     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
1050     return;
1051   }
1052
1053   // Otherwise, no immediates to move.
1054 }
1055
1056 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
1057                                 Instruction *User,
1058                                 SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
1059                                 bool isAddress, Loop *L,
1060                                 ScalarEvolution *SE) {
1061   const Type *UseTy = getAccessType(User);
1062   MoveImmediateValues(TLI, UseTy, Val, Imm, isAddress, L, SE);
1063 }
1064
1065 /// SeparateSubExprs - Decompose Expr into all of the subexpressions that are
1066 /// added together.  This is used to reassociate common addition subexprs
1067 /// together for maximal sharing when rewriting bases.
1068 static void SeparateSubExprs(std::vector<SCEVHandle> &SubExprs,
1069                              SCEVHandle Expr,
1070                              ScalarEvolution *SE) {
1071   if (SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Expr)) {
1072     for (unsigned j = 0, e = AE->getNumOperands(); j != e; ++j)
1073       SeparateSubExprs(SubExprs, AE->getOperand(j), SE);
1074   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Expr)) {
1075     SCEVHandle Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Expr->getType());
1076     if (SARE->getOperand(0) == Zero) {
1077       SubExprs.push_back(Expr);
1078     } else {
1079       // Compute the addrec with zero as its base.
1080       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
1081       Ops[0] = Zero;   // Start with zero base.
1082       SubExprs.push_back(SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop()));
1083       
1084
1085       SeparateSubExprs(SubExprs, SARE->getOperand(0), SE);
1086     }
1087   } else if (!Expr->isZero()) {
1088     // Do not add zero.
1089     SubExprs.push_back(Expr);
1090   }
1091 }
1092
1093 // This is logically local to the following function, but C++ says we have 
1094 // to make it file scope.
1095 struct SubExprUseData { unsigned Count; bool notAllUsesAreFree; };
1096
1097 /// RemoveCommonExpressionsFromUseBases - Look through all of the Bases of all
1098 /// the Uses, removing any common subexpressions, except that if all such
1099 /// subexpressions can be folded into an addressing mode for all uses inside
1100 /// the loop (this case is referred to as "free" in comments herein) we do
1101 /// not remove anything.  This looks for things like (a+b+c) and
1102 /// (a+c+d) and computes the common (a+c) subexpression.  The common expression
1103 /// is *removed* from the Bases and returned.
1104 static SCEVHandle 
1105 RemoveCommonExpressionsFromUseBases(std::vector<BasedUser> &Uses,
1106                                     ScalarEvolution *SE, Loop *L,
1107                                     const TargetLowering *TLI) {
1108   unsigned NumUses = Uses.size();
1109
1110   // Only one use?  This is a very common case, so we handle it specially and
1111   // cheaply.
1112   SCEVHandle Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Uses[0].Base->getType());
1113   SCEVHandle Result = Zero;
1114   SCEVHandle FreeResult = Zero;
1115   if (NumUses == 1) {
1116     // If the use is inside the loop, use its base, regardless of what it is:
1117     // it is clearly shared across all the IV's.  If the use is outside the loop
1118     // (which means after it) we don't want to factor anything *into* the loop,
1119     // so just use 0 as the base.
1120     if (L->contains(Uses[0].Inst->getParent()))
1121       std::swap(Result, Uses[0].Base);
1122     return Result;
1123   }
1124
1125   // To find common subexpressions, count how many of Uses use each expression.
1126   // If any subexpressions are used Uses.size() times, they are common.
1127   // Also track whether all uses of each expression can be moved into an
1128   // an addressing mode "for free"; such expressions are left within the loop.
1129   // struct SubExprUseData { unsigned Count; bool notAllUsesAreFree; };
1130   std::map<SCEVHandle, SubExprUseData> SubExpressionUseData;
1131   
1132   // UniqueSubExprs - Keep track of all of the subexpressions we see in the
1133   // order we see them.
1134   std::vector<SCEVHandle> UniqueSubExprs;
1135
1136   std::vector<SCEVHandle> SubExprs;
1137   unsigned NumUsesInsideLoop = 0;
1138   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
1139     // If the user is outside the loop, just ignore it for base computation.
1140     // Since the user is outside the loop, it must be *after* the loop (if it
1141     // were before, it could not be based on the loop IV).  We don't want users
1142     // after the loop to affect base computation of values *inside* the loop,
1143     // because we can always add their offsets to the result IV after the loop
1144     // is done, ensuring we get good code inside the loop.
1145     if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent()))
1146       continue;
1147     NumUsesInsideLoop++;
1148     
1149     // If the base is zero (which is common), return zero now, there are no
1150     // CSEs we can find.
1151     if (Uses[i].Base == Zero) return Zero;
1152
1153     // If this use is as an address we may be able to put CSEs in the addressing
1154     // mode rather than hoisting them.
1155     bool isAddrUse = isAddressUse(Uses[i].Inst, Uses[i].OperandValToReplace);
1156     // We may need the UseTy below, but only when isAddrUse, so compute it
1157     // only in that case.
1158     const Type *UseTy = 0;
1159     if (isAddrUse)
1160       UseTy = getAccessType(Uses[i].Inst);
1161
1162     // Split the expression into subexprs.
1163     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
1164     // Add one to SubExpressionUseData.Count for each subexpr present, and
1165     // if the subexpr is not a valid immediate within an addressing mode use,
1166     // set SubExpressionUseData.notAllUsesAreFree.  We definitely want to
1167     // hoist these out of the loop (if they are common to all uses).
1168     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j) {
1169       if (++SubExpressionUseData[SubExprs[j]].Count == 1)
1170         UniqueSubExprs.push_back(SubExprs[j]);
1171       if (!isAddrUse || !fitsInAddressMode(SubExprs[j], UseTy, TLI, false))
1172         SubExpressionUseData[SubExprs[j]].notAllUsesAreFree = true;
1173     }
1174     SubExprs.clear();
1175   }
1176
1177   // Now that we know how many times each is used, build Result.  Iterate over
1178   // UniqueSubexprs so that we have a stable ordering.
1179   for (unsigned i = 0, e = UniqueSubExprs.size(); i != e; ++i) {
1180     std::map<SCEVHandle, SubExprUseData>::iterator I = 
1181        SubExpressionUseData.find(UniqueSubExprs[i]);
1182     assert(I != SubExpressionUseData.end() && "Entry not found?");
1183     if (I->second.Count == NumUsesInsideLoop) { // Found CSE! 
1184       if (I->second.notAllUsesAreFree)
1185         Result = SE->getAddExpr(Result, I->first);
1186       else 
1187         FreeResult = SE->getAddExpr(FreeResult, I->first);
1188     } else
1189       // Remove non-cse's from SubExpressionUseData.
1190       SubExpressionUseData.erase(I);
1191   }
1192
1193   if (FreeResult != Zero) {
1194     // We have some subexpressions that can be subsumed into addressing
1195     // modes in every use inside the loop.  However, it's possible that
1196     // there are so many of them that the combined FreeResult cannot
1197     // be subsumed, or that the target cannot handle both a FreeResult
1198     // and a Result in the same instruction (for example because it would
1199     // require too many registers).  Check this.
1200     for (unsigned i=0; i<NumUses; ++i) {
1201       if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent()))
1202         continue;
1203       // We know this is an addressing mode use; if there are any uses that
1204       // are not, FreeResult would be Zero.
1205       const Type *UseTy = getAccessType(Uses[i].Inst);
1206       if (!fitsInAddressMode(FreeResult, UseTy, TLI, Result!=Zero)) {
1207         // FIXME:  could split up FreeResult into pieces here, some hoisted
1208         // and some not.  There is no obvious advantage to this.
1209         Result = SE->getAddExpr(Result, FreeResult);
1210         FreeResult = Zero;
1211         break;
1212       }
1213     }
1214   }
1215
1216   // If we found no CSE's, return now.
1217   if (Result == Zero) return Result;
1218   
1219   // If we still have a FreeResult, remove its subexpressions from
1220   // SubExpressionUseData.  This means they will remain in the use Bases.
1221   if (FreeResult != Zero) {
1222     SeparateSubExprs(SubExprs, FreeResult, SE);
1223     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j) {
1224       std::map<SCEVHandle, SubExprUseData>::iterator I = 
1225          SubExpressionUseData.find(SubExprs[j]);
1226       SubExpressionUseData.erase(I);
1227     }
1228     SubExprs.clear();
1229   }
1230
1231   // Otherwise, remove all of the CSE's we found from each of the base values.
1232   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
1233     // Uses outside the loop don't necessarily include the common base, but
1234     // the final IV value coming into those uses does.  Instead of trying to
1235     // remove the pieces of the common base, which might not be there,
1236     // subtract off the base to compensate for this.
1237     if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent())) {
1238       Uses[i].Base = SE->getMinusSCEV(Uses[i].Base, Result);
1239       continue;
1240     }
1241
1242     // Split the expression into subexprs.
1243     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
1244
1245     // Remove any common subexpressions.
1246     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
1247       if (SubExpressionUseData.count(SubExprs[j])) {
1248         SubExprs.erase(SubExprs.begin()+j);
1249         --j; --e;
1250       }
1251     
1252     // Finally, add the non-shared expressions together.
1253     if (SubExprs.empty())
1254       Uses[i].Base = Zero;
1255     else
1256       Uses[i].Base = SE->getAddExpr(SubExprs);
1257     SubExprs.clear();
1258   }
1259  
1260   return Result;
1261 }
1262
1263 /// ValidStride - Check whether the given Scale is valid for all loads and 
1264 /// stores in UsersToProcess.
1265 ///
1266 bool LoopStrengthReduce::ValidStride(bool HasBaseReg,
1267                                int64_t Scale, 
1268                                const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
1269   if (!TLI)
1270     return true;
1271
1272   for (unsigned i=0, e = UsersToProcess.size(); i!=e; ++i) {
1273     // If this is a load or other access, pass the type of the access in.
1274     const Type *AccessTy = Type::VoidTy;
1275     if (isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
1276                      UsersToProcess[i].OperandValToReplace))
1277       AccessTy = getAccessType(UsersToProcess[i].Inst);
1278     else if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst))
1279       continue;
1280     
1281     TargetLowering::AddrMode AM;
1282     if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(UsersToProcess[i].Imm))
1283       AM.BaseOffs = SC->getValue()->getSExtValue();
1284     AM.HasBaseReg = HasBaseReg || !UsersToProcess[i].Base->isZero();
1285     AM.Scale = Scale;
1286
1287     // If load[imm+r*scale] is illegal, bail out.
1288     if (!TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
1289       return false;
1290   }
1291   return true;
1292 }
1293
1294 /// RequiresTypeConversion - Returns true if converting Ty1 to Ty2 is not
1295 /// a nop.
1296 bool LoopStrengthReduce::RequiresTypeConversion(const Type *Ty1,
1297                                                 const Type *Ty2) {
1298   if (Ty1 == Ty2)
1299     return false;
1300   if (Ty1->canLosslesslyBitCastTo(Ty2))
1301     return false;
1302   if (TLI && TLI->isTruncateFree(Ty1, Ty2))
1303     return false;
1304   if (isa<PointerType>(Ty2) && Ty1->canLosslesslyBitCastTo(UIntPtrTy))
1305     return false;
1306   if (isa<PointerType>(Ty1) && Ty2->canLosslesslyBitCastTo(UIntPtrTy))
1307     return false;
1308   return true;
1309 }
1310
1311 /// CheckForIVReuse - Returns the multiple if the stride is the multiple
1312 /// of a previous stride and it is a legal value for the target addressing
1313 /// mode scale component and optional base reg. This allows the users of
1314 /// this stride to be rewritten as prev iv * factor. It returns 0 if no
1315 /// reuse is possible.  Factors can be negative on same targets, e.g. ARM.
1316 ///
1317 /// If all uses are outside the loop, we don't require that all multiplies
1318 /// be folded into the addressing mode, nor even that the factor be constant; 
1319 /// a multiply (executed once) outside the loop is better than another IV 
1320 /// within.  Well, usually.
1321 SCEVHandle LoopStrengthReduce::CheckForIVReuse(bool HasBaseReg,
1322                                 bool AllUsesAreAddresses,
1323                                 bool AllUsesAreOutsideLoop,
1324                                 const SCEVHandle &Stride, 
1325                                 IVExpr &IV, const Type *Ty,
1326                                 const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
1327   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Stride)) {
1328     int64_t SInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1329     for (unsigned NewStride = 0, e = StrideOrder.size(); NewStride != e;
1330          ++NewStride) {
1331       std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1332                 IVsByStride.find(StrideOrder[NewStride]);
1333       if (SI == IVsByStride.end() || !isa<SCEVConstant>(SI->first))
1334         continue;
1335       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1336       if (SI->first != Stride &&
1337           (unsigned(abs(SInt)) < SSInt || (SInt % SSInt) != 0))
1338         continue;
1339       int64_t Scale = SInt / SSInt;
1340       // Check that this stride is valid for all the types used for loads and
1341       // stores; if it can be used for some and not others, we might as well use
1342       // the original stride everywhere, since we have to create the IV for it
1343       // anyway. If the scale is 1, then we don't need to worry about folding
1344       // multiplications.
1345       if (Scale == 1 ||
1346           (AllUsesAreAddresses &&
1347            ValidStride(HasBaseReg, Scale, UsersToProcess)))
1348         for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1349                IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1350           // FIXME: Only handle base == 0 for now.
1351           // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion.
1352           if (II->Base->isZero() &&
1353               !RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1354             IV = *II;
1355             return SE->getIntegerSCEV(Scale, Stride->getType());
1356           }
1357     }
1358   } else if (AllUsesAreOutsideLoop) {
1359     // Accept nonconstant strides here; it is really really right to substitute
1360     // an existing IV if we can.
1361     for (unsigned NewStride = 0, e = StrideOrder.size(); NewStride != e;
1362          ++NewStride) {
1363       std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1364                 IVsByStride.find(StrideOrder[NewStride]);
1365       if (SI == IVsByStride.end() || !isa<SCEVConstant>(SI->first))
1366         continue;
1367       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1368       if (SI->first != Stride && SSInt != 1)
1369         continue;
1370       for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1371              IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1372         // Accept nonzero base here.
1373         // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion.
1374         if (!RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1375           IV = *II;
1376           return Stride;
1377         }
1378     }
1379     // Special case, old IV is -1*x and this one is x.  Can treat this one as
1380     // -1*old.
1381     for (unsigned NewStride = 0, e = StrideOrder.size(); NewStride != e;
1382          ++NewStride) {
1383       std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1384                 IVsByStride.find(StrideOrder[NewStride]);
1385       if (SI == IVsByStride.end()) 
1386         continue;
1387       if (SCEVMulExpr *ME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(SI->first))
1388         if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(ME->getOperand(0)))
1389           if (Stride == ME->getOperand(1) &&
1390               SC->getValue()->getSExtValue() == -1LL)
1391             for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1392                    IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1393               // Accept nonzero base here.
1394               // Only reuse previous IV if it would not require type conversion.
1395               if (!RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1396                 IV = *II;
1397                 return SE->getIntegerSCEV(-1LL, Stride->getType());
1398               }
1399     }
1400   }
1401   return SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1402 }
1403
1404 /// PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue - Simple boolean predicate that
1405 /// returns true if Val's isUseOfPostIncrementedValue is true.
1406 static bool PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue(const BasedUser &Val) {
1407   return Val.isUseOfPostIncrementedValue;
1408 }
1409
1410 /// isNonConstantNegative - Return true if the specified scev is negated, but
1411 /// not a constant.
1412 static bool isNonConstantNegative(const SCEVHandle &Expr) {
1413   SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Expr);
1414   if (!Mul) return false;
1415   
1416   // If there is a constant factor, it will be first.
1417   SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0));
1418   if (!SC) return false;
1419   
1420   // Return true if the value is negative, this matches things like (-42 * V).
1421   return SC->getValue()->getValue().isNegative();
1422 }
1423
1424 // CollectIVUsers - Transform our list of users and offsets to a bit more
1425 // complex table. In this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base', the base
1426 // of the strided accesses, as well as the old information from Uses. We
1427 // progressively move information from the Base field to the Imm field, until
1428 // we eventually have the full access expression to rewrite the use.
1429 SCEVHandle LoopStrengthReduce::CollectIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
1430                                               IVUsersOfOneStride &Uses,
1431                                               Loop *L,
1432                                               bool &AllUsesAreAddresses,
1433                                               bool &AllUsesAreOutsideLoop,
1434                                        std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
1435   UsersToProcess.reserve(Uses.Users.size());
1436   for (unsigned i = 0, e = Uses.Users.size(); i != e; ++i) {
1437     UsersToProcess.push_back(BasedUser(Uses.Users[i], SE));
1438     
1439     // Move any loop variant operands from the offset field to the immediate
1440     // field of the use, so that we don't try to use something before it is
1441     // computed.
1442     MoveLoopVariantsToImmediateField(UsersToProcess.back().Base,
1443                                     UsersToProcess.back().Imm, L, SE);
1444     assert(UsersToProcess.back().Base->isLoopInvariant(L) &&
1445            "Base value is not loop invariant!");
1446   }
1447
1448   // We now have a whole bunch of uses of like-strided induction variables, but
1449   // they might all have different bases.  We want to emit one PHI node for this
1450   // stride which we fold as many common expressions (between the IVs) into as
1451   // possible.  Start by identifying the common expressions in the base values 
1452   // for the strides (e.g. if we have "A+C+B" and "A+B+D" as our bases, find
1453   // "A+B"), emit it to the preheader, then remove the expression from the
1454   // UsersToProcess base values.
1455   SCEVHandle CommonExprs =
1456     RemoveCommonExpressionsFromUseBases(UsersToProcess, SE, L, TLI);
1457
1458   // Next, figure out what we can represent in the immediate fields of
1459   // instructions.  If we can represent anything there, move it to the imm
1460   // fields of the BasedUsers.  We do this so that it increases the commonality
1461   // of the remaining uses.
1462   unsigned NumPHI = 0;
1463   bool HasAddress = false;
1464   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1465     // If the user is not in the current loop, this means it is using the exit
1466     // value of the IV.  Do not put anything in the base, make sure it's all in
1467     // the immediate field to allow as much factoring as possible.
1468     if (!L->contains(UsersToProcess[i].Inst->getParent())) {
1469       UsersToProcess[i].Imm = SE->getAddExpr(UsersToProcess[i].Imm,
1470                                              UsersToProcess[i].Base);
1471       UsersToProcess[i].Base = 
1472         SE->getIntegerSCEV(0, UsersToProcess[i].Base->getType());
1473     } else {
1474       // Not all uses are outside the loop.
1475       AllUsesAreOutsideLoop = false; 
1476
1477       // Addressing modes can be folded into loads and stores.  Be careful that
1478       // the store is through the expression, not of the expression though.
1479       bool isPHI = false;
1480       bool isAddress = isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
1481                                     UsersToProcess[i].OperandValToReplace);
1482       if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst)) {
1483         isPHI = true;
1484         ++NumPHI;
1485       }
1486
1487       if (isAddress)
1488         HasAddress = true;
1489      
1490       // If this use isn't an address, then not all uses are addresses.
1491       if (!isAddress && !isPHI)
1492         AllUsesAreAddresses = false;
1493       
1494       MoveImmediateValues(TLI, UsersToProcess[i].Inst, UsersToProcess[i].Base,
1495                           UsersToProcess[i].Imm, isAddress, L, SE);
1496     }
1497   }
1498
1499   // If one of the use is a PHI node and all other uses are addresses, still
1500   // allow iv reuse. Essentially we are trading one constant multiplication
1501   // for one fewer iv.
1502   if (NumPHI > 1)
1503     AllUsesAreAddresses = false;
1504     
1505   // There are no in-loop address uses.
1506   if (AllUsesAreAddresses && (!HasAddress && !AllUsesAreOutsideLoop))
1507     AllUsesAreAddresses = false;
1508
1509   return CommonExprs;
1510 }
1511
1512 /// ShouldUseFullStrengthReductionMode - Test whether full strength-reduction
1513 /// is valid and profitable for the given set of users of a stride. In
1514 /// full strength-reduction mode, all addresses at the current stride are
1515 /// strength-reduced all the way down to pointer arithmetic.
1516 ///
1517 bool LoopStrengthReduce::ShouldUseFullStrengthReductionMode(
1518                                    const std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1519                                    const Loop *L,
1520                                    bool AllUsesAreAddresses,
1521                                    SCEVHandle Stride) {
1522   if (!EnableFullLSRMode)
1523     return false;
1524
1525   // The heuristics below aim to avoid increasing register pressure, but
1526   // fully strength-reducing all the addresses increases the number of
1527   // add instructions, so don't do this when optimizing for size.
1528   // TODO: If the loop is large, the savings due to simpler addresses
1529   // may oughtweight the costs of the extra increment instructions.
1530   if (L->getHeader()->getParent()->hasFnAttr(Attribute::OptimizeForSize))
1531     return false;
1532
1533   // TODO: For now, don't do full strength reduction if there could
1534   // potentially be greater-stride multiples of the current stride
1535   // which could reuse the current stride IV.
1536   if (StrideOrder.back() != Stride)
1537     return false;
1538
1539   // Iterate through the uses to find conditions that automatically rule out
1540   // full-lsr mode.
1541   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ) {
1542     SCEV *Base = UsersToProcess[i].Base;
1543     SCEV *Imm = UsersToProcess[i].Imm;
1544     // If any users have a loop-variant component, they can't be fully
1545     // strength-reduced.
1546     if (Imm && !Imm->isLoopInvariant(L))
1547       return false;
1548     // If there are to users with the same base and the difference between
1549     // the two Imm values can't be folded into the address, full
1550     // strength reduction would increase register pressure.
1551     do {
1552       SCEV *CurImm = UsersToProcess[i].Imm;
1553       if ((CurImm || Imm) && CurImm != Imm) {
1554         if (!CurImm) CurImm = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1555         if (!Imm)       Imm = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1556         const Instruction *Inst = UsersToProcess[i].Inst;
1557         const Type *UseTy = getAccessType(Inst);
1558         SCEVHandle Diff = SE->getMinusSCEV(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1559         if (!Diff->isZero() &&
1560             (!AllUsesAreAddresses ||
1561              !fitsInAddressMode(Diff, UseTy, TLI, /*HasBaseReg=*/true)))
1562           return false;
1563       }
1564     } while (++i != e && Base == UsersToProcess[i].Base);
1565   }
1566
1567   // If there's exactly one user in this stride, fully strength-reducing it
1568   // won't increase register pressure. If it's starting from a non-zero base,
1569   // it'll be simpler this way.
1570   if (UsersToProcess.size() == 1 && !UsersToProcess[0].Base->isZero())
1571     return true;
1572
1573   // Otherwise, if there are any users in this stride that don't require
1574   // a register for their base, full strength-reduction will increase
1575   // register pressure.
1576   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1577     if (UsersToProcess[i].Base->isZero())
1578       return false;
1579
1580   // Otherwise, go for it.
1581   return true;
1582 }
1583
1584 /// InsertAffinePhi Create and insert a PHI node for an induction variable
1585 /// with the specified start and step values in the specified loop.
1586 ///
1587 /// If NegateStride is true, the stride should be negated by using a
1588 /// subtract instead of an add.
1589 ///
1590 /// Return the created phi node, and return the step instruction by
1591 /// reference in IncV.
1592 ///
1593 static PHINode *InsertAffinePhi(SCEVHandle Start, SCEVHandle Step,
1594                                 const Loop *L,
1595                                 SCEVExpander &Rewriter,
1596                                 Value *&IncV) {
1597   assert(Start->isLoopInvariant(L) && "New PHI start is not loop invariant!");
1598   assert(Step->isLoopInvariant(L) && "New PHI stride is not loop invariant!");
1599
1600   BasicBlock *Header = L->getHeader();
1601   BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
1602
1603   PHINode *PN = PHINode::Create(Start->getType(), "lsr.iv", Header->begin());
1604   PN->addIncoming(Rewriter.expandCodeFor(Start, Preheader->getTerminator()),
1605                   Preheader);
1606
1607   pred_iterator HPI = pred_begin(Header);
1608   assert(HPI != pred_end(Header) && "Loop with zero preds???");
1609   if (!L->contains(*HPI)) ++HPI;
1610   assert(HPI != pred_end(Header) && L->contains(*HPI) &&
1611          "No backedge in loop?");
1612
1613   // If the stride is negative, insert a sub instead of an add for the
1614   // increment.
1615   bool isNegative = isNonConstantNegative(Step);
1616   SCEVHandle IncAmount = Step;
1617   if (isNegative)
1618     IncAmount = Rewriter.SE.getNegativeSCEV(Step);
1619
1620   // Insert an add instruction right before the terminator corresponding
1621   // to the back-edge.
1622   Value *StepV = Rewriter.expandCodeFor(IncAmount, Preheader->getTerminator());
1623   if (isNegative) {
1624     IncV = BinaryOperator::CreateSub(PN, StepV, "lsr.iv.next",
1625                                      (*HPI)->getTerminator());
1626   } else {
1627     IncV = BinaryOperator::CreateAdd(PN, StepV, "lsr.iv.next",
1628                                      (*HPI)->getTerminator());
1629   }
1630   if (!isa<ConstantInt>(StepV)) ++NumVariable;
1631
1632   pred_iterator PI = pred_begin(Header);
1633   if (*PI == L->getLoopPreheader())
1634     ++PI;
1635   PN->addIncoming(IncV, *PI);
1636
1637   ++NumInserted;
1638   return PN;
1639 }
1640
1641 static void SortUsersToProcess(std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
1642   // We want to emit code for users inside the loop first.  To do this, we
1643   // rearrange BasedUser so that the entries at the end have
1644   // isUseOfPostIncrementedValue = false, because we pop off the end of the
1645   // vector (so we handle them first).
1646   std::partition(UsersToProcess.begin(), UsersToProcess.end(),
1647                  PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue);
1648
1649   // Sort this by base, so that things with the same base are handled
1650   // together.  By partitioning first and stable-sorting later, we are
1651   // guaranteed that within each base we will pop off users from within the
1652   // loop before users outside of the loop with a particular base.
1653   //
1654   // We would like to use stable_sort here, but we can't.  The problem is that
1655   // SCEVHandle's don't have a deterministic ordering w.r.t to each other, so
1656   // we don't have anything to do a '<' comparison on.  Because we think the
1657   // number of uses is small, do a horrible bubble sort which just relies on
1658   // ==.
1659   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1660     // Get a base value.
1661     SCEVHandle Base = UsersToProcess[i].Base;
1662
1663     // Compact everything with this base to be consecutive with this one.
1664     for (unsigned j = i+1; j != e; ++j) {
1665       if (UsersToProcess[j].Base == Base) {
1666         std::swap(UsersToProcess[i+1], UsersToProcess[j]);
1667         ++i;
1668       }
1669     }
1670   }
1671 }
1672
1673 /// PrepareToStrengthReduceFully - Prepare to fully strength-reduce
1674 /// UsersToProcess, meaning lowering addresses all the way down to direct
1675 /// pointer arithmetic.
1676 ///
1677 void
1678 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceFully(
1679                                         std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1680                                         SCEVHandle Stride,
1681                                         SCEVHandle CommonExprs,
1682                                         const Loop *L,
1683                                         SCEVExpander &PreheaderRewriter) {
1684   DOUT << "  Fully reducing all users\n";
1685
1686   // Rewrite the UsersToProcess records, creating a separate PHI for each
1687   // unique Base value.
1688   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ) {
1689     // TODO: The uses are grouped by base, but not sorted. We arbitrarily
1690     // pick the first Imm value here to start with, and adjust it for the
1691     // other uses.
1692     SCEVHandle Imm = UsersToProcess[i].Imm;
1693     SCEVHandle Base = UsersToProcess[i].Base;
1694     SCEVHandle Start = SE->getAddExpr(CommonExprs, Base, Imm);
1695     Value *IncV;
1696     PHINode *Phi = InsertAffinePhi(Start, Stride, L,
1697                                    PreheaderRewriter,
1698                                    IncV);
1699     // Loop over all the users with the same base.
1700     do {
1701       UsersToProcess[i].Base = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1702       UsersToProcess[i].Imm = SE->getMinusSCEV(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1703       UsersToProcess[i].Phi = Phi;
1704       UsersToProcess[i].IncV = IncV;
1705       assert(UsersToProcess[i].Imm->isLoopInvariant(L) &&
1706              "ShouldUseFullStrengthReductionMode should reject this!");
1707     } while (++i != e && Base == UsersToProcess[i].Base);
1708   }
1709 }
1710
1711 /// PrepareToStrengthReduceWithNewPhi - Insert a new induction variable for the
1712 /// given users to share.
1713 ///
1714 void
1715 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(
1716                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1717                                          SCEVHandle Stride,
1718                                          SCEVHandle CommonExprs,
1719                                          Value *CommonBaseV,
1720                                          const Loop *L,
1721                                          SCEVExpander &PreheaderRewriter) {
1722   DOUT << "  Inserting new PHI:\n";
1723
1724   Value *IncV;
1725   PHINode *Phi = InsertAffinePhi(SE->getUnknown(CommonBaseV),
1726                                  Stride, L,
1727                                  PreheaderRewriter,
1728                                  IncV);
1729
1730   // Remember this in case a later stride is multiple of this.
1731   IVsByStride[Stride].addIV(Stride, CommonExprs, Phi, IncV);
1732
1733   // All the users will share this new IV.
1734   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1735     UsersToProcess[i].Phi = Phi;
1736     UsersToProcess[i].IncV = IncV;
1737   }
1738
1739   DOUT << "    IV=";
1740   DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, Phi, /*PrintType=*/false));
1741   DOUT << ", INC=";
1742   DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, IncV, /*PrintType=*/false));
1743   DOUT << "\n";
1744 }
1745
1746 /// PrepareToStrengthReduceWithNewPhi - Prepare for the given users to reuse
1747 /// an induction variable with a stride that is a factor of the current
1748 /// induction variable.
1749 ///
1750 void
1751 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(
1752                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1753                                          Value *CommonBaseV,
1754                                          const IVExpr &ReuseIV,
1755                                          Instruction *PreInsertPt) {
1756   DOUT << "  Rewriting in terms of existing IV of STRIDE " << *ReuseIV.Stride
1757        << " and BASE " << *ReuseIV.Base << "\n";
1758
1759   // All the users will share the reused IV.
1760   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1761     UsersToProcess[i].Phi = ReuseIV.PHI;
1762     UsersToProcess[i].IncV = ReuseIV.IncV;
1763   }
1764
1765   Constant *C = dyn_cast<Constant>(CommonBaseV);
1766   if (C &&
1767       (!C->isNullValue() &&
1768        !fitsInAddressMode(SE->getUnknown(CommonBaseV), CommonBaseV->getType(),
1769                          TLI, false)))
1770     // We want the common base emitted into the preheader! This is just
1771     // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1772     CommonBaseV = new BitCastInst(CommonBaseV, CommonBaseV->getType(),
1773                                   "commonbase", PreInsertPt);
1774 }
1775
1776 static bool IsImmFoldedIntoAddrMode(GlobalValue *GV, int64_t Offset,
1777                                     const Type *ReplacedTy,
1778                                    std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1779                                    const TargetLowering *TLI) {
1780   SmallVector<Instruction*, 16> AddrModeInsts;
1781   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1782     if (UsersToProcess[i].isUseOfPostIncrementedValue)
1783       continue;
1784     ExtAddrMode AddrMode =
1785       AddressingModeMatcher::Match(UsersToProcess[i].OperandValToReplace,
1786                                    ReplacedTy, UsersToProcess[i].Inst,
1787                                    AddrModeInsts, *TLI);
1788     if (GV && GV != AddrMode.BaseGV)
1789       return false;
1790     if (Offset && !AddrMode.BaseOffs)
1791       // FIXME: How to accurate check it's immediate offset is folded.
1792       return false;
1793     AddrModeInsts.clear();
1794   }
1795   return true;
1796 }
1797
1798 /// StrengthReduceStridedIVUsers - Strength reduce all of the users of a single
1799 /// stride of IV.  All of the users may have different starting values, and this
1800 /// may not be the only stride.
1801 void LoopStrengthReduce::StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
1802                                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
1803                                                       Loop *L) {
1804   // If all the users are moved to another stride, then there is nothing to do.
1805   if (Uses.Users.empty())
1806     return;
1807
1808   // Keep track if every use in UsersToProcess is an address. If they all are,
1809   // we may be able to rewrite the entire collection of them in terms of a
1810   // smaller-stride IV.
1811   bool AllUsesAreAddresses = true;
1812
1813   // Keep track if every use of a single stride is outside the loop.  If so,
1814   // we want to be more aggressive about reusing a smaller-stride IV; a
1815   // multiply outside the loop is better than another IV inside.  Well, usually.
1816   bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
1817
1818   // Transform our list of users and offsets to a bit more complex table.  In
1819   // this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base' the base of the
1820   // strided accessas well as the old information from Uses.  We progressively
1821   // move information from the Base field to the Imm field, until we eventually
1822   // have the full access expression to rewrite the use.
1823   std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
1824   SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(Stride, Uses, L, AllUsesAreAddresses,
1825                                           AllUsesAreOutsideLoop,
1826                                           UsersToProcess);
1827
1828   // Sort the UsersToProcess array so that users with common bases are
1829   // next to each other.
1830   SortUsersToProcess(UsersToProcess);
1831
1832   // If we managed to find some expressions in common, we'll need to carry
1833   // their value in a register and add it in for each use. This will take up
1834   // a register operand, which potentially restricts what stride values are
1835   // valid.
1836   bool HaveCommonExprs = !CommonExprs->isZero();
1837
1838   const Type *ReplacedTy = CommonExprs->getType();
1839
1840   // If all uses are addresses, consider sinking the immediate part of the
1841   // common expression back into uses if they can fit in the immediate fields.
1842   if (TLI && HaveCommonExprs && AllUsesAreAddresses) {
1843     SCEVHandle NewCommon = CommonExprs;
1844     SCEVHandle Imm = SE->getIntegerSCEV(0, ReplacedTy);
1845     MoveImmediateValues(TLI, ReplacedTy, NewCommon, Imm, true, L, SE);
1846     if (!Imm->isZero()) {
1847       bool DoSink = true;
1848
1849       // If the immediate part of the common expression is a GV, check if it's
1850       // possible to fold it into the target addressing mode.
1851       GlobalValue *GV = 0;
1852       if (SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(Imm)) {
1853         if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(SU->getValue()))
1854           if (CE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
1855             GV = dyn_cast<GlobalValue>(CE->getOperand(0));
1856       }
1857       int64_t Offset = 0;
1858       if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Imm))
1859         Offset = SC->getValue()->getSExtValue();
1860       if (GV || Offset)
1861         DoSink = IsImmFoldedIntoAddrMode(GV, Offset, ReplacedTy,
1862                                          UsersToProcess, TLI);
1863
1864       if (DoSink) {
1865         DOUT << "  Sinking " << *Imm << " back down into uses\n";
1866         for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1867           UsersToProcess[i].Imm = SE->getAddExpr(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1868         CommonExprs = NewCommon;
1869         HaveCommonExprs = !CommonExprs->isZero();
1870         ++NumImmSunk;
1871       }
1872     }
1873   }
1874
1875   // Now that we know what we need to do, insert the PHI node itself.
1876   //
1877   DOUT << "LSR: Examining IVs of TYPE " << *ReplacedTy << " of STRIDE "
1878        << *Stride << ":\n"
1879        << "  Common base: " << *CommonExprs << "\n";
1880
1881   SCEVExpander Rewriter(*SE, *LI);
1882   SCEVExpander PreheaderRewriter(*SE, *LI);
1883
1884   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
1885   Instruction *PreInsertPt = Preheader->getTerminator();
1886   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1887
1888   Value *CommonBaseV = ConstantInt::get(ReplacedTy, 0);
1889
1890   SCEVHandle RewriteFactor = SE->getIntegerSCEV(0, ReplacedTy);
1891   IVExpr   ReuseIV(SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1892                    SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1893                    0, 0);
1894
1895   /// Choose a strength-reduction strategy and prepare for it by creating
1896   /// the necessary PHIs and adjusting the bookkeeping.
1897   if (ShouldUseFullStrengthReductionMode(UsersToProcess, L,
1898                                          AllUsesAreAddresses, Stride)) {
1899     PrepareToStrengthReduceFully(UsersToProcess, Stride, CommonExprs, L,
1900                                  PreheaderRewriter);
1901   } else {
1902     // Emit the initial base value into the loop preheader.
1903     CommonBaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(CommonExprs, PreInsertPt);
1904
1905     // If all uses are addresses, check if it is possible to reuse an IV with a
1906     // stride that is a factor of this stride. And that the multiple is a number
1907     // that can be encoded in the scale field of the target addressing mode. And
1908     // that we will have a valid instruction after this substition, including
1909     // the immediate field, if any.
1910     RewriteFactor = CheckForIVReuse(HaveCommonExprs, AllUsesAreAddresses,
1911                                     AllUsesAreOutsideLoop,
1912                                     Stride, ReuseIV, CommonExprs->getType(),
1913                                     UsersToProcess);
1914     if (isa<SCEVConstant>(RewriteFactor) &&
1915         cast<SCEVConstant>(RewriteFactor)->isZero())
1916       PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(UsersToProcess, Stride, CommonExprs,
1917                                         CommonBaseV, L, PreheaderRewriter);
1918     else
1919       PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(UsersToProcess, CommonBaseV,
1920                                                ReuseIV, PreInsertPt);
1921   }
1922
1923   // Process all the users now, replacing their strided uses with
1924   // strength-reduced forms.  This outer loop handles all bases, the inner
1925   // loop handles all users of a particular base.
1926   while (!UsersToProcess.empty()) {
1927     SCEVHandle Base = UsersToProcess.back().Base;
1928     Instruction *Inst = UsersToProcess.back().Inst;
1929
1930     // Emit the code for Base into the preheader.
1931     Value *BaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(Base, PreInsertPt);
1932
1933     DOUT << "  Examining uses with BASE ";
1934     DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, BaseV, /*PrintType=*/false));
1935     DOUT << ":\n";
1936
1937     // If BaseV is a constant other than 0, make sure that it gets inserted into
1938     // the preheader, instead of being forward substituted into the uses.  We do
1939     // this by forcing a BitCast (noop cast) to be inserted into the preheader 
1940     // in this case.
1941     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(BaseV)) {
1942       if (!C->isNullValue() && !fitsInAddressMode(Base, ReplacedTy, 
1943                                                  TLI, false)) {
1944         // We want this constant emitted into the preheader! This is just
1945         // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1946         BaseV = new BitCastInst(BaseV, BaseV->getType(), "preheaderinsert",
1947                                 PreInsertPt);       
1948       }
1949     }
1950
1951     // Emit the code to add the immediate offset to the Phi value, just before
1952     // the instructions that we identified as using this stride and base.
1953     do {
1954       // FIXME: Use emitted users to emit other users.
1955       BasedUser &User = UsersToProcess.back();
1956
1957       DOUT << "    Examining use ";
1958       DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, UsersToProcess.back().OperandValToReplace,
1959                            /*PrintType=*/false));
1960       DOUT << " in Inst: " << *Inst;
1961
1962       // If this instruction wants to use the post-incremented value, move it
1963       // after the post-inc and use its value instead of the PHI.
1964       Value *RewriteOp = User.Phi;
1965       if (User.isUseOfPostIncrementedValue) {
1966         RewriteOp = User.IncV;
1967
1968         // If this user is in the loop, make sure it is the last thing in the
1969         // loop to ensure it is dominated by the increment.
1970         if (L->contains(User.Inst->getParent()))
1971           User.Inst->moveBefore(LatchBlock->getTerminator());
1972       }
1973       if (RewriteOp->getType() != ReplacedTy) {
1974         Instruction::CastOps opcode = Instruction::Trunc;
1975         if (ReplacedTy->getPrimitiveSizeInBits() ==
1976             RewriteOp->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1977           opcode = Instruction::BitCast;
1978         RewriteOp = SCEVExpander::InsertCastOfTo(opcode, RewriteOp, ReplacedTy);
1979       }
1980
1981       SCEVHandle RewriteExpr = SE->getUnknown(RewriteOp);
1982
1983       // If we had to insert new instructions for RewriteOp, we have to
1984       // consider that they may not have been able to end up immediately
1985       // next to RewriteOp, because non-PHI instructions may never precede
1986       // PHI instructions in a block. In this case, remember where the last
1987       // instruction was inserted so that if we're replacing a different
1988       // PHI node, we can use the later point to expand the final
1989       // RewriteExpr.
1990       Instruction *NewBasePt = dyn_cast<Instruction>(RewriteOp);
1991       if (RewriteOp == User.Phi) NewBasePt = 0;
1992
1993       // Clear the SCEVExpander's expression map so that we are guaranteed
1994       // to have the code emitted where we expect it.
1995       Rewriter.clear();
1996
1997       // If we are reusing the iv, then it must be multiplied by a constant
1998       // factor to take advantage of the addressing mode scale component.
1999       if (!isa<SCEVConstant>(RewriteFactor) ||
2000           !cast<SCEVConstant>(RewriteFactor)->isZero()) {
2001         // If we're reusing an IV with a nonzero base (currently this happens
2002         // only when all reuses are outside the loop) subtract that base here.
2003         // The base has been used to initialize the PHI node but we don't want
2004         // it here.
2005         if (!ReuseIV.Base->isZero()) {
2006           SCEVHandle typedBase = ReuseIV.Base;
2007           if (RewriteExpr->getType()->getPrimitiveSizeInBits() !=
2008               ReuseIV.Base->getType()->getPrimitiveSizeInBits()) {
2009             // It's possible the original IV is a larger type than the new IV,
2010             // in which case we have to truncate the Base.  We checked in
2011             // RequiresTypeConversion that this is valid.
2012             assert (RewriteExpr->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
2013                     ReuseIV.Base->getType()->getPrimitiveSizeInBits() &&
2014                     "Unexpected lengthening conversion!");
2015             typedBase = SE->getTruncateExpr(ReuseIV.Base, 
2016                                             RewriteExpr->getType());
2017           }
2018           RewriteExpr = SE->getMinusSCEV(RewriteExpr, typedBase);
2019         }
2020
2021         // Multiply old variable, with base removed, by new scale factor.
2022         RewriteExpr = SE->getMulExpr(RewriteFactor,
2023                                      RewriteExpr);
2024
2025         // The common base is emitted in the loop preheader. But since we
2026         // are reusing an IV, it has not been used to initialize the PHI node.
2027         // Add it to the expression used to rewrite the uses.
2028         // When this use is outside the loop, we earlier subtracted the
2029         // common base, and are adding it back here.  Use the same expression
2030         // as before, rather than CommonBaseV, so DAGCombiner will zap it.
2031         if (!isa<ConstantInt>(CommonBaseV) ||
2032             !cast<ConstantInt>(CommonBaseV)->isZero()) {
2033           if (L->contains(User.Inst->getParent()))
2034             RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr,
2035                                        SE->getUnknown(CommonBaseV));
2036           else
2037             RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, CommonExprs);
2038         }
2039       }
2040
2041       // Now that we know what we need to do, insert code before User for the
2042       // immediate and any loop-variant expressions.
2043       if (!isa<ConstantInt>(BaseV) || !cast<ConstantInt>(BaseV)->isZero())
2044         // Add BaseV to the PHI value if needed.
2045         RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, SE->getUnknown(BaseV));
2046
2047       User.RewriteInstructionToUseNewBase(RewriteExpr, NewBasePt,
2048                                           Rewriter, L, this,
2049                                           DeadInsts);
2050
2051       // Mark old value we replaced as possibly dead, so that it is eliminated
2052       // if we just replaced the last use of that value.
2053       DeadInsts.push_back(cast<Instruction>(User.OperandValToReplace));
2054
2055       UsersToProcess.pop_back();
2056       ++NumReduced;
2057
2058       // If there are any more users to process with the same base, process them
2059       // now.  We sorted by base above, so we just have to check the last elt.
2060     } while (!UsersToProcess.empty() && UsersToProcess.back().Base == Base);
2061     // TODO: Next, find out which base index is the most common, pull it out.
2062   }
2063
2064   // IMPORTANT TODO: Figure out how to partition the IV's with this stride, but
2065   // different starting values, into different PHIs.
2066 }
2067
2068 /// FindIVUserForCond - If Cond has an operand that is an expression of an IV,
2069 /// set the IV user and stride information and return true, otherwise return
2070 /// false.
2071 bool LoopStrengthReduce::FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
2072                                        const SCEVHandle *&CondStride) {
2073   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e && !CondUse;
2074        ++Stride) {
2075     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
2076     IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
2077     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2078     
2079     for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
2080          E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI)
2081       if (UI->User == Cond) {
2082         // NOTE: we could handle setcc instructions with multiple uses here, but
2083         // InstCombine does it as well for simple uses, it's not clear that it
2084         // occurs enough in real life to handle.
2085         CondUse = &*UI;
2086         CondStride = &SI->first;
2087         return true;
2088       }
2089   }
2090   return false;
2091 }    
2092
2093 namespace {
2094   // Constant strides come first which in turns are sorted by their absolute
2095   // values. If absolute values are the same, then positive strides comes first.
2096   // e.g.
2097   // 4, -1, X, 1, 2 ==> 1, -1, 2, 4, X
2098   struct StrideCompare {
2099     bool operator()(const SCEVHandle &LHS, const SCEVHandle &RHS) {
2100       SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS);
2101       SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS);
2102       if (LHSC && RHSC) {
2103         int64_t  LV = LHSC->getValue()->getSExtValue();
2104         int64_t  RV = RHSC->getValue()->getSExtValue();
2105         uint64_t ALV = (LV < 0) ? -LV : LV;
2106         uint64_t ARV = (RV < 0) ? -RV : RV;
2107         if (ALV == ARV) {
2108           if (LV != RV)
2109             return LV > RV;
2110         } else {
2111           return ALV < ARV;
2112         }
2113
2114         // If it's the same value but different type, sort by bit width so
2115         // that we emit larger induction variables before smaller
2116         // ones, letting the smaller be re-written in terms of larger ones.
2117         return RHS->getBitWidth() < LHS->getBitWidth();
2118       }
2119       return LHSC && !RHSC;
2120     }
2121   };
2122 }
2123
2124 /// ChangeCompareStride - If a loop termination compare instruction is the
2125 /// only use of its stride, and the compaison is against a constant value,
2126 /// try eliminate the stride by moving the compare instruction to another
2127 /// stride and change its constant operand accordingly. e.g.
2128 ///
2129 /// loop:
2130 /// ...
2131 /// v1 = v1 + 3
2132 /// v2 = v2 + 1
2133 /// if (v2 < 10) goto loop
2134 /// =>
2135 /// loop:
2136 /// ...
2137 /// v1 = v1 + 3
2138 /// if (v1 < 30) goto loop
2139 ICmpInst *LoopStrengthReduce::ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
2140                                                 IVStrideUse* &CondUse,
2141                                                 const SCEVHandle* &CondStride) {
2142   if (StrideOrder.size() < 2 ||
2143       IVUsesByStride[*CondStride].Users.size() != 1)
2144     return Cond;
2145   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(*CondStride);
2146   if (!SC) return Cond;
2147
2148   ICmpInst::Predicate Predicate = Cond->getPredicate();
2149   int64_t CmpSSInt = SC->getValue()->getSExtValue();
2150   unsigned BitWidth = (*CondStride)->getBitWidth();
2151   uint64_t SignBit = 1ULL << (BitWidth-1);
2152   const Type *CmpTy = Cond->getOperand(0)->getType();
2153   const Type *NewCmpTy = NULL;
2154   unsigned TyBits = CmpTy->getPrimitiveSizeInBits();
2155   unsigned NewTyBits = 0;
2156   SCEVHandle *NewStride = NULL;
2157   Value *NewCmpLHS = NULL;
2158   Value *NewCmpRHS = NULL;
2159   int64_t Scale = 1;
2160   SCEVHandle NewOffset = SE->getIntegerSCEV(0, UIntPtrTy);
2161
2162   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Cond->getOperand(1))) {
2163     int64_t CmpVal = C->getValue().getSExtValue();
2164
2165     // Check stride constant and the comparision constant signs to detect
2166     // overflow.
2167     if ((CmpVal & SignBit) != (CmpSSInt & SignBit))
2168       return Cond;
2169
2170     // Look for a suitable stride / iv as replacement.
2171     for (unsigned i = 0, e = StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
2172       std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
2173         IVUsesByStride.find(StrideOrder[i]);
2174       if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
2175         continue;
2176       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
2177       if (abs(SSInt) <= abs(CmpSSInt) || (SSInt % CmpSSInt) != 0)
2178         continue;
2179
2180       Scale = SSInt / CmpSSInt;
2181       int64_t NewCmpVal = CmpVal * Scale;
2182       APInt Mul = APInt(BitWidth, NewCmpVal);
2183       // Check for overflow.
2184       if (Mul.getSExtValue() != NewCmpVal)
2185         continue;
2186
2187       // Watch out for overflow.
2188       if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate) &&
2189           (CmpVal & SignBit) != (NewCmpVal & SignBit))
2190         continue;
2191
2192       if (NewCmpVal == CmpVal)
2193         continue;
2194       // Pick the best iv to use trying to avoid a cast.
2195       NewCmpLHS = NULL;
2196       for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
2197              E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI) {
2198         NewCmpLHS = UI->OperandValToReplace;
2199         if (NewCmpLHS->getType() == CmpTy)
2200           break;
2201       }
2202       if (!NewCmpLHS)
2203         continue;
2204
2205       NewCmpTy = NewCmpLHS->getType();
2206       NewTyBits = isa<PointerType>(NewCmpTy)
2207         ? UIntPtrTy->getPrimitiveSizeInBits()
2208         : NewCmpTy->getPrimitiveSizeInBits();
2209       if (RequiresTypeConversion(NewCmpTy, CmpTy)) {
2210         // Check if it is possible to rewrite it using
2211         // an iv / stride of a smaller integer type.
2212         bool TruncOk = false;
2213         if (NewCmpTy->isInteger()) {
2214           unsigned Bits = NewTyBits;
2215           if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate))
2216             --Bits;
2217           uint64_t Mask = (1ULL << Bits) - 1;
2218           if (((uint64_t)NewCmpVal & Mask) == (uint64_t)NewCmpVal)
2219             TruncOk = true;
2220         }
2221         if (!TruncOk)
2222           continue;
2223       }
2224
2225       // Don't rewrite if use offset is non-constant and the new type is
2226       // of a different type.
2227       // FIXME: too conservative?
2228       if (NewTyBits != TyBits && !isa<SCEVConstant>(CondUse->Offset))
2229         continue;
2230
2231       bool AllUsesAreAddresses = true;
2232       bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
2233       std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
2234       SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(SI->first, SI->second, L,
2235                                               AllUsesAreAddresses,
2236                                               AllUsesAreOutsideLoop,
2237                                               UsersToProcess);
2238       // Avoid rewriting the compare instruction with an iv of new stride
2239       // if it's likely the new stride uses will be rewritten using the
2240       // stride of the compare instruction.
2241       if (AllUsesAreAddresses &&
2242           ValidStride(!CommonExprs->isZero(), Scale, UsersToProcess))
2243         continue;
2244
2245       // If scale is negative, use swapped predicate unless it's testing
2246       // for equality.
2247       if (Scale < 0 && !Cond->isEquality())
2248         Predicate = ICmpInst::getSwappedPredicate(Predicate);
2249
2250       NewStride = &StrideOrder[i];
2251       if (!isa<PointerType>(NewCmpTy))
2252         NewCmpRHS = ConstantInt::get(NewCmpTy, NewCmpVal);
2253       else {
2254         NewCmpRHS = ConstantInt::get(UIntPtrTy, NewCmpVal);
2255         NewCmpRHS = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr,
2256                                                  NewCmpRHS, NewCmpTy);
2257       }
2258       NewOffset = TyBits == NewTyBits
2259         ? SE->getMulExpr(CondUse->Offset,
2260                          SE->getConstant(ConstantInt::get(CmpTy, Scale)))
2261         : SE->getConstant(ConstantInt::get(NewCmpTy,
2262           cast<SCEVConstant>(CondUse->Offset)->getValue()->getSExtValue()*Scale));
2263       break;
2264     }
2265   }
2266
2267   // Forgo this transformation if it the increment happens to be
2268   // unfortunately positioned after the condition, and the condition
2269   // has multiple uses which prevent it from being moved immediately
2270   // before the branch. See
2271   // test/Transforms/LoopStrengthReduce/change-compare-stride-trickiness-*.ll
2272   // for an example of this situation.
2273   if (!Cond->hasOneUse()) {
2274     for (BasicBlock::iterator I = Cond, E = Cond->getParent()->end();
2275          I != E; ++I)
2276       if (I == NewCmpLHS)
2277         return Cond;
2278   }
2279
2280   if (NewCmpRHS) {
2281     // Create a new compare instruction using new stride / iv.
2282     ICmpInst *OldCond = Cond;
2283     // Insert new compare instruction.
2284     Cond = new ICmpInst(Predicate, NewCmpLHS, NewCmpRHS,
2285                         L->getHeader()->getName() + ".termcond",
2286                         OldCond);
2287
2288     // Remove the old compare instruction. The old indvar is probably dead too.
2289     DeadInsts.push_back(cast<Instruction>(CondUse->OperandValToReplace));
2290     SE->deleteValueFromRecords(OldCond);
2291     OldCond->replaceAllUsesWith(Cond);
2292     OldCond->eraseFromParent();
2293
2294     IVUsesByStride[*CondStride].Users.pop_back();
2295     IVUsesByStride[*NewStride].addUser(NewOffset, Cond, NewCmpLHS);
2296     CondUse = &IVUsesByStride[*NewStride].Users.back();
2297     CondStride = NewStride;
2298     ++NumEliminated;
2299   }
2300
2301   return Cond;
2302 }
2303
2304 /// OptimizeSMax - Rewrite the loop's terminating condition if it uses
2305 /// an smax computation.
2306 ///
2307 /// This is a narrow solution to a specific, but acute, problem. For loops
2308 /// like this:
2309 ///
2310 ///   i = 0;
2311 ///   do {
2312 ///     p[i] = 0.0;
2313 ///   } while (++i < n);
2314 ///
2315 /// where the comparison is signed, the trip count isn't just 'n', because
2316 /// 'n' could be negative. And unfortunately this can come up even for loops
2317 /// where the user didn't use a C do-while loop. For example, seemingly
2318 /// well-behaved top-test loops will commonly be lowered like this:
2319 //
2320 ///   if (n > 0) {
2321 ///     i = 0;
2322 ///     do {
2323 ///       p[i] = 0.0;
2324 ///     } while (++i < n);
2325 ///   }
2326 ///
2327 /// and then it's possible for subsequent optimization to obscure the if
2328 /// test in such a way that indvars can't find it.
2329 ///
2330 /// When indvars can't find the if test in loops like this, it creates a
2331 /// signed-max expression, which allows it to give the loop a canonical
2332 /// induction variable:
2333 ///
2334 ///   i = 0;
2335 ///   smax = n < 1 ? 1 : n;
2336 ///   do {
2337 ///     p[i] = 0.0;
2338 ///   } while (++i != smax);
2339 ///
2340 /// Canonical induction variables are necessary because the loop passes
2341 /// are designed around them. The most obvious example of this is the
2342 /// LoopInfo analysis, which doesn't remember trip count values. It
2343 /// expects to be able to rediscover the trip count each time it is
2344 /// needed, and it does this using a simple analyis that only succeeds if
2345 /// the loop has a canonical induction variable.
2346 ///
2347 /// However, when it comes time to generate code, the maximum operation
2348 /// can be quite costly, especially if it's inside of an outer loop.
2349 ///
2350 /// This function solves this problem by detecting this type of loop and
2351 /// rewriting their conditions from ICMP_NE back to ICMP_SLT, and deleting
2352 /// the instructions for the maximum computation.
2353 ///
2354 ICmpInst *LoopStrengthReduce::OptimizeSMax(Loop *L, ICmpInst *Cond,
2355                                            IVStrideUse* &CondUse) {
2356   // Check that the loop matches the pattern we're looking for.
2357   if (Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_EQ &&
2358       Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_NE)
2359     return Cond;
2360
2361   SelectInst *Sel = dyn_cast<SelectInst>(Cond->getOperand(1));
2362   if (!Sel || !Sel->hasOneUse()) return Cond;
2363
2364   SCEVHandle BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
2365   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
2366     return Cond;
2367   SCEVHandle One = SE->getIntegerSCEV(1, BackedgeTakenCount->getType());
2368
2369   // Add one to the backedge-taken count to get the trip count.
2370   SCEVHandle IterationCount = SE->getAddExpr(BackedgeTakenCount, One);
2371
2372   // Check for a max calculation that matches the pattern.
2373   SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(IterationCount);
2374   if (!SMax || SMax != SE->getSCEV(Sel)) return Cond;
2375
2376   SCEVHandle SMaxLHS = SMax->getOperand(0);
2377   SCEVHandle SMaxRHS = SMax->getOperand(1);
2378   if (!SMaxLHS || SMaxLHS != One) return Cond;
2379
2380   // Check the relevant induction variable for conformance to
2381   // the pattern.
2382   SCEVHandle IV = SE->getSCEV(Cond->getOperand(0));
2383   SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
2384   if (!AR || !AR->isAffine() ||
2385       AR->getStart() != One ||
2386       AR->getStepRecurrence(*SE) != One)
2387     return Cond;
2388
2389   assert(AR->getLoop() == L &&
2390          "Loop condition operand is an addrec in a different loop!");
2391
2392   // Check the right operand of the select, and remember it, as it will
2393   // be used in the new comparison instruction.
2394   Value *NewRHS = 0;
2395   if (SE->getSCEV(Sel->getOperand(1)) == SMaxRHS)
2396     NewRHS = Sel->getOperand(1);
2397   else if (SE->getSCEV(Sel->getOperand(2)) == SMaxRHS)
2398     NewRHS = Sel->getOperand(2);
2399   if (!NewRHS) return Cond;
2400
2401   // Ok, everything looks ok to change the condition into an SLT or SGE and
2402   // delete the max calculation.
2403   ICmpInst *NewCond =
2404     new ICmpInst(Cond->getPredicate() == CmpInst::ICMP_NE ?
2405                    CmpInst::ICMP_SLT :
2406                    CmpInst::ICMP_SGE,
2407                  Cond->getOperand(0), NewRHS, "scmp", Cond);
2408
2409   // Delete the max calculation instructions.
2410   SE->deleteValueFromRecords(Cond);
2411   Cond->replaceAllUsesWith(NewCond);
2412   Cond->eraseFromParent();
2413   Instruction *Cmp = cast<Instruction>(Sel->getOperand(0));
2414   SE->deleteValueFromRecords(Sel);
2415   Sel->eraseFromParent();
2416   if (Cmp->use_empty()) {
2417     SE->deleteValueFromRecords(Cmp);
2418     Cmp->eraseFromParent();
2419   }
2420   CondUse->User = NewCond;
2421   return NewCond;
2422 }
2423
2424 /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
2425 /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
2426 void LoopStrengthReduce::OptimizeShadowIV(Loop *L) {
2427
2428   SCEVHandle BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
2429   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
2430     return;
2431
2432   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e;
2433        ++Stride) {
2434     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
2435       IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
2436     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2437     if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
2438       continue;
2439
2440     for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
2441            E = SI->second.Users.end(); UI != E; /* empty */) {
2442       std::vector<IVStrideUse>::iterator CandidateUI = UI;
2443       ++UI;
2444       Instruction *ShadowUse = CandidateUI->User;
2445       const Type *DestTy = NULL;
2446
2447       /* If shadow use is a int->float cast then insert a second IV
2448          to eliminate this cast.
2449
2450            for (unsigned i = 0; i < n; ++i) 
2451              foo((double)i);
2452
2453          is transformed into
2454
2455            double d = 0.0;
2456            for (unsigned i = 0; i < n; ++i, ++d) 
2457              foo(d);
2458       */
2459       if (UIToFPInst *UCast = dyn_cast<UIToFPInst>(CandidateUI->User))
2460         DestTy = UCast->getDestTy();
2461       else if (SIToFPInst *SCast = dyn_cast<SIToFPInst>(CandidateUI->User))
2462         DestTy = SCast->getDestTy();
2463       if (!DestTy) continue;
2464
2465       if (TLI) {
2466         /* If target does not support DestTy natively then do not apply
2467            this transformation. */
2468         MVT DVT = TLI->getValueType(DestTy);
2469         if (!TLI->isTypeLegal(DVT)) continue;
2470       }
2471
2472       PHINode *PH = dyn_cast<PHINode>(ShadowUse->getOperand(0));
2473       if (!PH) continue;
2474       if (PH->getNumIncomingValues() != 2) continue;
2475
2476       const Type *SrcTy = PH->getType();
2477       int Mantissa = DestTy->getFPMantissaWidth();
2478       if (Mantissa == -1) continue; 
2479       if ((int)TD->getTypeSizeInBits(SrcTy) > Mantissa)
2480         continue;
2481
2482       unsigned Entry, Latch;
2483       if (PH->getIncomingBlock(0) == L->getLoopPreheader()) {
2484         Entry = 0;
2485         Latch = 1;
2486       } else {
2487         Entry = 1;
2488         Latch = 0;
2489       }
2490         
2491       ConstantInt *Init = dyn_cast<ConstantInt>(PH->getIncomingValue(Entry));
2492       if (!Init) continue;
2493       ConstantFP *NewInit = ConstantFP::get(DestTy, Init->getZExtValue());
2494
2495       BinaryOperator *Incr = 
2496         dyn_cast<BinaryOperator>(PH->getIncomingValue(Latch));
2497       if (!Incr) continue;
2498       if (Incr->getOpcode() != Instruction::Add
2499           && Incr->getOpcode() != Instruction::Sub)
2500         continue;
2501
2502       /* Initialize new IV, double d = 0.0 in above example. */
2503       ConstantInt *C = NULL;
2504       if (Incr->getOperand(0) == PH)
2505         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(1));
2506       else if (Incr->getOperand(1) == PH)
2507         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(0));
2508       else
2509         continue;
2510
2511       if (!C) continue;
2512
2513       /* Add new PHINode. */
2514       PHINode *NewPH = PHINode::Create(DestTy, "IV.S.", PH);
2515
2516       /* create new increment. '++d' in above example. */
2517       ConstantFP *CFP = ConstantFP::get(DestTy, C->getZExtValue());
2518       BinaryOperator *NewIncr = 
2519         BinaryOperator::Create(Incr->getOpcode(),
2520                                NewPH, CFP, "IV.S.next.", Incr);
2521
2522       NewPH->addIncoming(NewInit, PH->getIncomingBlock(Entry));
2523       NewPH->addIncoming(NewIncr, PH->getIncomingBlock(Latch));
2524
2525       /* Remove cast operation */
2526       SE->deleteValueFromRecords(ShadowUse);
2527       ShadowUse->replaceAllUsesWith(NewPH);
2528       ShadowUse->eraseFromParent();
2529       SI->second.Users.erase(CandidateUI);
2530       NumShadow++;
2531       break;
2532     }
2533   }
2534 }
2535
2536 // OptimizeIndvars - Now that IVUsesByStride is set up with all of the indvar
2537 // uses in the loop, look to see if we can eliminate some, in favor of using
2538 // common indvars for the different uses.
2539 void LoopStrengthReduce::OptimizeIndvars(Loop *L) {
2540   // TODO: implement optzns here.
2541
2542   OptimizeShadowIV(L);
2543
2544   // Finally, get the terminating condition for the loop if possible.  If we
2545   // can, we want to change it to use a post-incremented version of its
2546   // induction variable, to allow coalescing the live ranges for the IV into
2547   // one register value.
2548   PHINode *SomePHI = cast<PHINode>(L->getHeader()->begin());
2549   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
2550   BasicBlock *LatchBlock =
2551    SomePHI->getIncomingBlock(SomePHI->getIncomingBlock(0) == Preheader);
2552   BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(LatchBlock->getTerminator());
2553   if (!TermBr || TermBr->isUnconditional() || 
2554       !isa<ICmpInst>(TermBr->getCondition()))
2555     return;
2556   ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(TermBr->getCondition());
2557
2558   // Search IVUsesByStride to find Cond's IVUse if there is one.
2559   IVStrideUse *CondUse = 0;
2560   const SCEVHandle *CondStride = 0;
2561
2562   if (!FindIVUserForCond(Cond, CondUse, CondStride))
2563     return; // setcc doesn't use the IV.
2564
2565   // If the trip count is computed in terms of an smax (due to ScalarEvolution
2566   // being unable to find a sufficient guard, for example), change the loop
2567   // comparison to use SLT instead of NE.
2568   Cond = OptimizeSMax(L, Cond, CondUse);
2569
2570   // If possible, change stride and operands of the compare instruction to
2571   // eliminate one stride.
2572   Cond = ChangeCompareStride(L, Cond, CondUse, CondStride);
2573
2574   // It's possible for the setcc instruction to be anywhere in the loop, and
2575   // possible for it to have multiple users.  If it is not immediately before
2576   // the latch block branch, move it.
2577   if (&*++BasicBlock::iterator(Cond) != (Instruction*)TermBr) {
2578     if (Cond->hasOneUse()) {   // Condition has a single use, just move it.
2579       Cond->moveBefore(TermBr);
2580     } else {
2581       // Otherwise, clone the terminating condition and insert into the loopend.
2582       Cond = cast<ICmpInst>(Cond->clone());
2583       Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
2584       LatchBlock->getInstList().insert(TermBr, Cond);
2585       
2586       // Clone the IVUse, as the old use still exists!
2587       IVUsesByStride[*CondStride].addUser(CondUse->Offset, Cond,
2588                                          CondUse->OperandValToReplace);
2589       CondUse = &IVUsesByStride[*CondStride].Users.back();
2590     }
2591   }
2592
2593   // If we get to here, we know that we can transform the setcc instruction to
2594   // use the post-incremented version of the IV, allowing us to coalesce the
2595   // live ranges for the IV correctly.
2596   CondUse->Offset = SE->getMinusSCEV(CondUse->Offset, *CondStride);
2597   CondUse->isUseOfPostIncrementedValue = true;
2598   Changed = true;
2599 }
2600
2601 bool LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
2602
2603   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
2604   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
2605   SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
2606   TD = &getAnalysis<TargetData>();
2607   UIntPtrTy = TD->getIntPtrType();
2608   Changed = false;
2609
2610   // Find all uses of induction variables in this loop, and categorize
2611   // them by stride.  Start by finding all of the PHI nodes in the header for
2612   // this loop.  If they are induction variables, inspect their uses.
2613   SmallPtrSet<Instruction*,16> Processed;   // Don't reprocess instructions.
2614   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ++I)
2615     AddUsersIfInteresting(I, L, Processed);
2616
2617   if (!IVUsesByStride.empty()) {
2618 #ifndef NDEBUG
2619     DOUT << "\nLSR on \"" << L->getHeader()->getParent()->getNameStart()
2620          << "\" ";
2621     DEBUG(L->dump());
2622 #endif
2623
2624     // Sort the StrideOrder so we process larger strides first.
2625     std::stable_sort(StrideOrder.begin(), StrideOrder.end(), StrideCompare());
2626
2627     // Optimize induction variables.  Some indvar uses can be transformed to use
2628     // strides that will be needed for other purposes.  A common example of this
2629     // is the exit test for the loop, which can often be rewritten to use the
2630     // computation of some other indvar to decide when to terminate the loop.
2631     OptimizeIndvars(L);
2632
2633     // FIXME: We can widen subreg IV's here for RISC targets.  e.g. instead of
2634     // doing computation in byte values, promote to 32-bit values if safe.
2635
2636     // FIXME: Attempt to reuse values across multiple IV's.  In particular, we
2637     // could have something like "for(i) { foo(i*8); bar(i*16) }", which should
2638     // be codegened as "for (j = 0;; j+=8) { foo(j); bar(j+j); }" on X86/PPC.
2639     // Need to be careful that IV's are all the same type.  Only works for
2640     // intptr_t indvars.
2641
2642     // IVsByStride keeps IVs for one particular loop.
2643     assert(IVsByStride.empty() && "Stale entries in IVsByStride?");
2644
2645     // Note: this processes each stride/type pair individually.  All users
2646     // passed into StrengthReduceStridedIVUsers have the same type AND stride.
2647     // Also, note that we iterate over IVUsesByStride indirectly by using
2648     // StrideOrder. This extra layer of indirection makes the ordering of
2649     // strides deterministic - not dependent on map order.
2650     for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e; ++Stride) {
2651       std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
2652         IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
2653       assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2654       StrengthReduceStridedIVUsers(SI->first, SI->second, L);
2655     }
2656   }
2657
2658   // We're done analyzing this loop; release all the state we built up for it.
2659   CastedPointers.clear();
2660   IVUsesByStride.clear();
2661   IVsByStride.clear();
2662   StrideOrder.clear();
2663   for (unsigned i=0; i<GEPlist.size(); i++)
2664     SE->deleteValueFromRecords(GEPlist[i]);
2665   GEPlist.clear();  
2666
2667   // Clean up after ourselves
2668   if (!DeadInsts.empty()) {
2669     DeleteTriviallyDeadInstructions();
2670
2671     BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
2672     while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
2673       // At this point, we know that we have killed one or more IV users.
2674       // It is worth checking to see if the cannonical indvar is also
2675       // dead, so that we can remove it as well.
2676       //
2677       // We can remove a PHI if it is on a cycle in the def-use graph
2678       // where each node in the cycle has degree one, i.e. only one use,
2679       // and is an instruction with no side effects.
2680       //
2681       // FIXME: this needs to eliminate an induction variable even if it's being
2682       // compared against some value to decide loop termination.
2683       if (!PN->hasOneUse())
2684         continue;
2685       
2686       SmallPtrSet<PHINode *, 4> PHIs;
2687       for (Instruction *J = dyn_cast<Instruction>(*PN->use_begin());
2688            J && J->hasOneUse() && !J->mayWriteToMemory();
2689            J = dyn_cast<Instruction>(*J->use_begin())) {
2690         // If we find the original PHI, we've discovered a cycle.
2691         if (J == PN) {
2692           // Break the cycle and mark the PHI for deletion.
2693           SE->deleteValueFromRecords(PN);
2694           PN->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(PN->getType()));
2695           DeadInsts.push_back(PN);
2696           Changed = true;
2697           break;
2698         }
2699         // If we find a PHI more than once, we're on a cycle that
2700         // won't prove fruitful.
2701         if (isa<PHINode>(J) && !PHIs.insert(cast<PHINode>(J)))
2702           break;
2703       }
2704     }
2705     DeleteTriviallyDeadInstructions();
2706   }
2707   return Changed;
2708 }