Factor out code that optimize loop terminating condition.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / LoopStrengthReduce.cpp
1 //===- LoopStrengthReduce.cpp - Strength Reduce IVs in Loops --------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass performs a strength reduction on array references inside loops that
11 // have as one or more of their components the loop induction variable.
12 //
13 //===----------------------------------------------------------------------===//
14
15 #define DEBUG_TYPE "loop-reduce"
16 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
17 #include "llvm/Constants.h"
18 #include "llvm/Instructions.h"
19 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
20 #include "llvm/Type.h"
21 #include "llvm/DerivedTypes.h"
22 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
23 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
24 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
25 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
26 #include "llvm/Transforms/Utils/AddrModeMatcher.h"
27 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
28 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
29 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
30 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
31 #include "llvm/Support/CFG.h"
32 #include "llvm/Support/Debug.h"
33 #include "llvm/Support/Compiler.h"
34 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
35 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
36 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
37 #include <algorithm>
38 using namespace llvm;
39
40 STATISTIC(NumReduced ,    "Number of IV uses strength reduced");
41 STATISTIC(NumInserted,    "Number of PHIs inserted");
42 STATISTIC(NumVariable,    "Number of PHIs with variable strides");
43 STATISTIC(NumEliminated,  "Number of strides eliminated");
44 STATISTIC(NumShadow,      "Number of Shadow IVs optimized");
45 STATISTIC(NumImmSunk,     "Number of common expr immediates sunk into uses");
46
47 static cl::opt<bool> EnableFullLSRMode("enable-full-lsr",
48                                        cl::init(false),
49                                        cl::Hidden);
50
51 namespace {
52
53   struct BasedUser;
54
55   /// IVStrideUse - Keep track of one use of a strided induction variable, where
56   /// the stride is stored externally.  The Offset member keeps track of the 
57   /// offset from the IV, User is the actual user of the operand, and
58   /// 'OperandValToReplace' is the operand of the User that is the use.
59   struct VISIBILITY_HIDDEN IVStrideUse {
60     SCEVHandle Offset;
61     Instruction *User;
62     Value *OperandValToReplace;
63
64     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
65     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
66     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
67     // instruction for a loop or uses dominated by the loop.
68     bool isUseOfPostIncrementedValue;
69     
70     IVStrideUse(const SCEVHandle &Offs, Instruction *U, Value *O)
71       : Offset(Offs), User(U), OperandValToReplace(O),
72         isUseOfPostIncrementedValue(false) {}
73   };
74   
75   /// IVUsersOfOneStride - This structure keeps track of all instructions that
76   /// have an operand that is based on the trip count multiplied by some stride.
77   /// The stride for all of these users is common and kept external to this
78   /// structure.
79   struct VISIBILITY_HIDDEN IVUsersOfOneStride {
80     /// Users - Keep track of all of the users of this stride as well as the
81     /// initial value and the operand that uses the IV.
82     std::vector<IVStrideUse> Users;
83     
84     void addUser(const SCEVHandle &Offset,Instruction *User, Value *Operand) {
85       Users.push_back(IVStrideUse(Offset, User, Operand));
86     }
87   };
88
89   /// IVInfo - This structure keeps track of one IV expression inserted during
90   /// StrengthReduceStridedIVUsers. It contains the stride, the common base, as
91   /// well as the PHI node and increment value created for rewrite.
92   struct VISIBILITY_HIDDEN IVExpr {
93     SCEVHandle  Stride;
94     SCEVHandle  Base;
95     PHINode    *PHI;
96
97     IVExpr(const SCEVHandle &stride, const SCEVHandle &base, PHINode *phi)
98       : Stride(stride), Base(base), PHI(phi) {}
99   };
100
101   /// IVsOfOneStride - This structure keeps track of all IV expression inserted
102   /// during StrengthReduceStridedIVUsers for a particular stride of the IV.
103   struct VISIBILITY_HIDDEN IVsOfOneStride {
104     std::vector<IVExpr> IVs;
105
106     void addIV(const SCEVHandle &Stride, const SCEVHandle &Base, PHINode *PHI) {
107       IVs.push_back(IVExpr(Stride, Base, PHI));
108     }
109   };
110
111   class VISIBILITY_HIDDEN LoopStrengthReduce : public LoopPass {
112     LoopInfo *LI;
113     DominatorTree *DT;
114     ScalarEvolution *SE;
115     bool Changed;
116
117     /// IVUsesByStride - Keep track of all uses of induction variables that we
118     /// are interested in.  The key of the map is the stride of the access.
119     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride> IVUsesByStride;
120
121     /// IVsByStride - Keep track of all IVs that have been inserted for a
122     /// particular stride.
123     std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride> IVsByStride;
124
125     /// StrideOrder - An ordering of the keys in IVUsesByStride that is stable:
126     /// We use this to iterate over the IVUsesByStride collection without being
127     /// dependent on random ordering of pointers in the process.
128     SmallVector<SCEVHandle, 16> StrideOrder;
129
130     /// DeadInsts - Keep track of instructions we may have made dead, so that
131     /// we can remove them after we are done working.
132     SmallVector<Instruction*, 16> DeadInsts;
133
134     /// TLI - Keep a pointer of a TargetLowering to consult for determining
135     /// transformation profitability.
136     const TargetLowering *TLI;
137
138   public:
139     static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
140     explicit LoopStrengthReduce(const TargetLowering *tli = NULL) : 
141       LoopPass(&ID), TLI(tli) {
142     }
143
144     bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
145
146     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
147       // We split critical edges, so we change the CFG.  However, we do update
148       // many analyses if they are around.
149       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
150       AU.addPreserved<LoopInfo>();
151       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
152       AU.addPreserved<DominatorTree>();
153
154       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
155       AU.addRequired<LoopInfo>();
156       AU.addRequired<DominatorTree>();
157       AU.addRequired<ScalarEvolution>();
158       AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
159     }
160
161   private:
162     bool AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
163                                SmallPtrSet<Instruction*,16> &Processed);
164     ICmpInst *ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
165                                   IVStrideUse* &CondUse,
166                                   const SCEVHandle* &CondStride);
167
168     void OptimizeIndvars(Loop *L);
169
170     void OptimizeLoopTermCond(Loop *L);
171
172     /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
173     /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
174     void OptimizeShadowIV(Loop *L);
175
176     /// OptimizeSMax - Rewrite the loop's terminating condition
177     /// if it uses an smax computation.
178     ICmpInst *OptimizeSMax(Loop *L, ICmpInst *Cond,
179                            IVStrideUse* &CondUse);
180
181     bool FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
182                            const SCEVHandle *&CondStride);
183     bool RequiresTypeConversion(const Type *Ty, const Type *NewTy);
184     SCEVHandle CheckForIVReuse(bool, bool, bool, const SCEVHandle&,
185                              IVExpr&, const Type*,
186                              const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
187     bool ValidStride(bool, int64_t,
188                      const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
189     SCEVHandle CollectIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
190                               IVUsersOfOneStride &Uses,
191                               Loop *L,
192                               bool &AllUsesAreAddresses,
193                               bool &AllUsesAreOutsideLoop,
194                               std::vector<BasedUser> &UsersToProcess);
195     bool ShouldUseFullStrengthReductionMode(
196                                 const std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
197                                 const Loop *L,
198                                 bool AllUsesAreAddresses,
199                                 SCEVHandle Stride);
200     void PrepareToStrengthReduceFully(
201                              std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
202                              SCEVHandle Stride,
203                              SCEVHandle CommonExprs,
204                              const Loop *L,
205                              SCEVExpander &PreheaderRewriter);
206     void PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(
207                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
208                                          Value *CommonBaseV,
209                                          const IVExpr &ReuseIV,
210                                          Instruction *PreInsertPt);
211     void PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(
212                                   std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
213                                   SCEVHandle Stride,
214                                   SCEVHandle CommonExprs,
215                                   Value *CommonBaseV,
216                                   const Loop *L,
217                                   SCEVExpander &PreheaderRewriter);
218     void StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
219                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
220                                       Loop *L);
221     void DeleteTriviallyDeadInstructions();
222   };
223 }
224
225 char LoopStrengthReduce::ID = 0;
226 static RegisterPass<LoopStrengthReduce>
227 X("loop-reduce", "Loop Strength Reduction");
228
229 Pass *llvm::createLoopStrengthReducePass(const TargetLowering *TLI) {
230   return new LoopStrengthReduce(TLI);
231 }
232
233 /// DeleteTriviallyDeadInstructions - If any of the instructions is the
234 /// specified set are trivially dead, delete them and see if this makes any of
235 /// their operands subsequently dead.
236 void LoopStrengthReduce::DeleteTriviallyDeadInstructions() {
237   if (DeadInsts.empty()) return;
238   
239   // Sort the deadinsts list so that we can trivially eliminate duplicates as we
240   // go.  The code below never adds a non-dead instruction to the worklist, but
241   // callers may not be so careful.
242   array_pod_sort(DeadInsts.begin(), DeadInsts.end());
243
244   // Drop duplicate instructions and those with uses.
245   for (unsigned i = 0, e = DeadInsts.size()-1; i < e; ++i) {
246     Instruction *I = DeadInsts[i];
247     if (!I->use_empty()) DeadInsts[i] = 0;
248     while (i != e && DeadInsts[i+1] == I)
249       DeadInsts[++i] = 0;
250   }
251   
252   while (!DeadInsts.empty()) {
253     Instruction *I = DeadInsts.back();
254     DeadInsts.pop_back();
255     
256     if (I == 0 || !isInstructionTriviallyDead(I))
257       continue;
258
259     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI) {
260       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
261         *OI = 0;
262         if (U->use_empty())
263           DeadInsts.push_back(U);
264       }
265     }
266     
267     I->eraseFromParent();
268     Changed = true;
269   }
270 }
271
272 /// containsAddRecFromDifferentLoop - Determine whether expression S involves a 
273 /// subexpression that is an AddRec from a loop other than L.  An outer loop 
274 /// of L is OK, but not an inner loop nor a disjoint loop.
275 static bool containsAddRecFromDifferentLoop(SCEVHandle S, Loop *L) {
276   // This is very common, put it first.
277   if (isa<SCEVConstant>(S))
278     return false;
279   if (const SCEVCommutativeExpr *AE = dyn_cast<SCEVCommutativeExpr>(S)) {
280     for (unsigned int i=0; i< AE->getNumOperands(); i++)
281       if (containsAddRecFromDifferentLoop(AE->getOperand(i), L))
282         return true;
283     return false;
284   }
285   if (const SCEVAddRecExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
286     if (const Loop *newLoop = AE->getLoop()) {
287       if (newLoop == L)
288         return false;
289       // if newLoop is an outer loop of L, this is OK.
290       if (!LoopInfoBase<BasicBlock>::isNotAlreadyContainedIn(L, newLoop))
291         return false;
292     }
293     return true;
294   }
295   if (const SCEVUDivExpr *DE = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S))
296     return containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getLHS(), L) ||
297            containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getRHS(), L);
298 #if 0
299   // SCEVSDivExpr has been backed out temporarily, but will be back; we'll 
300   // need this when it is.
301   if (const SCEVSDivExpr *DE = dyn_cast<SCEVSDivExpr>(S))
302     return containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getLHS(), L) ||
303            containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getRHS(), L);
304 #endif
305   if (const SCEVCastExpr *CE = dyn_cast<SCEVCastExpr>(S))
306     return containsAddRecFromDifferentLoop(CE->getOperand(), L);
307   return false;
308 }
309
310 /// getSCEVStartAndStride - Compute the start and stride of this expression,
311 /// returning false if the expression is not a start/stride pair, or true if it
312 /// is.  The stride must be a loop invariant expression, but the start may be
313 /// a mix of loop invariant and loop variant expressions.  The start cannot,
314 /// however, contain an AddRec from a different loop, unless that loop is an
315 /// outer loop of the current loop.
316 static bool getSCEVStartAndStride(const SCEVHandle &SH, Loop *L,
317                                   SCEVHandle &Start, SCEVHandle &Stride,
318                                   ScalarEvolution *SE, DominatorTree *DT) {
319   SCEVHandle TheAddRec = Start;   // Initialize to zero.
320
321   // If the outer level is an AddExpr, the operands are all start values except
322   // for a nested AddRecExpr.
323   if (const SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(SH)) {
324     for (unsigned i = 0, e = AE->getNumOperands(); i != e; ++i)
325       if (const SCEVAddRecExpr *AddRec =
326              dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(AE->getOperand(i))) {
327         if (AddRec->getLoop() == L)
328           TheAddRec = SE->getAddExpr(AddRec, TheAddRec);
329         else
330           return false;  // Nested IV of some sort?
331       } else {
332         Start = SE->getAddExpr(Start, AE->getOperand(i));
333       }
334         
335   } else if (isa<SCEVAddRecExpr>(SH)) {
336     TheAddRec = SH;
337   } else {
338     return false;  // not analyzable.
339   }
340   
341   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(TheAddRec);
342   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L) return false;
343   
344   // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
345   if (!AddRec->isAffine()) return false;
346
347   // If Start contains an SCEVAddRecExpr from a different loop, other than an
348   // outer loop of the current loop, reject it.  SCEV has no concept of 
349   // operating on more than one loop at a time so don't confuse it with such
350   // expressions.
351   if (containsAddRecFromDifferentLoop(AddRec->getOperand(0), L))
352     return false;
353
354   Start = SE->getAddExpr(Start, AddRec->getOperand(0));
355   
356   if (!isa<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1))) {
357     // If stride is an instruction, make sure it dominates the loop preheader.
358     // Otherwise we could end up with a use before def situation.
359     BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
360     if (!AddRec->getOperand(1)->dominates(Preheader, DT))
361       return false;
362
363     DOUT << "[" << L->getHeader()->getName()
364          << "] Variable stride: " << *AddRec << "\n";
365   }
366
367   Stride = AddRec->getOperand(1);
368   return true;
369 }
370
371 /// IVUseShouldUsePostIncValue - We have discovered a "User" of an IV expression
372 /// and now we need to decide whether the user should use the preinc or post-inc
373 /// value.  If this user should use the post-inc version of the IV, return true.
374 ///
375 /// Choosing wrong here can break dominance properties (if we choose to use the
376 /// post-inc value when we cannot) or it can end up adding extra live-ranges to
377 /// the loop, resulting in reg-reg copies (if we use the pre-inc value when we
378 /// should use the post-inc value).
379 static bool IVUseShouldUsePostIncValue(Instruction *User, Instruction *IV,
380                                        Loop *L, DominatorTree *DT, Pass *P,
381                                       SmallVectorImpl<Instruction*> &DeadInsts){
382   // If the user is in the loop, use the preinc value.
383   if (L->contains(User->getParent())) return false;
384   
385   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
386   
387   // Ok, the user is outside of the loop.  If it is dominated by the latch
388   // block, use the post-inc value.
389   if (DT->dominates(LatchBlock, User->getParent()))
390     return true;
391
392   // There is one case we have to be careful of: PHI nodes.  These little guys
393   // can live in blocks that do not dominate the latch block, but (since their
394   // uses occur in the predecessor block, not the block the PHI lives in) should
395   // still use the post-inc value.  Check for this case now.
396   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User);
397   if (!PN) return false;  // not a phi, not dominated by latch block.
398   
399   // Look at all of the uses of IV by the PHI node.  If any use corresponds to
400   // a block that is not dominated by the latch block, give up and use the
401   // preincremented value.
402   unsigned NumUses = 0;
403   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
404     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
405       ++NumUses;
406       if (!DT->dominates(LatchBlock, PN->getIncomingBlock(i)))
407         return false;
408     }
409
410   // Okay, all uses of IV by PN are in predecessor blocks that really are
411   // dominated by the latch block.  Use the post-incremented value.
412   return true;
413 }
414
415 /// isAddressUse - Returns true if the specified instruction is using the
416 /// specified value as an address.
417 static bool isAddressUse(Instruction *Inst, Value *OperandVal) {
418   bool isAddress = isa<LoadInst>(Inst);
419   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
420     if (SI->getOperand(1) == OperandVal)
421       isAddress = true;
422   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
423     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
424     // of intrinsics.
425     switch (II->getIntrinsicID()) {
426       default: break;
427       case Intrinsic::prefetch:
428       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_dq:
429       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_pd:
430       case Intrinsic::x86_sse_loadu_ps:
431       case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
432       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
433       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
434       case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
435         if (II->getOperand(1) == OperandVal)
436           isAddress = true;
437         break;
438     }
439   }
440   return isAddress;
441 }
442
443 /// getAccessType - Return the type of the memory being accessed.
444 static const Type *getAccessType(const Instruction *Inst) {
445   const Type *UseTy = Inst->getType();
446   if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
447     UseTy = SI->getOperand(0)->getType();
448   else if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
449     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
450     // of intrinsics.
451     switch (II->getIntrinsicID()) {
452     default: break;
453     case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
454     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
455     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
456     case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
457       UseTy = II->getOperand(1)->getType();
458       break;
459     }
460   }
461   return UseTy;
462 }
463
464 /// AddUsersIfInteresting - Inspect the specified instruction.  If it is a
465 /// reducible SCEV, recursively add its users to the IVUsesByStride set and
466 /// return true.  Otherwise, return false.
467 bool LoopStrengthReduce::AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
468                                       SmallPtrSet<Instruction*,16> &Processed) {
469   if (!SE->isSCEVable(I->getType()))
470     return false;   // Void and FP expressions cannot be reduced.
471
472   // LSR is not APInt clean, do not touch integers bigger than 64-bits.
473   if (SE->getTypeSizeInBits(I->getType()) > 64)
474     return false;
475   
476   if (!Processed.insert(I))
477     return true;    // Instruction already handled.
478   
479   // Get the symbolic expression for this instruction.
480   SCEVHandle ISE = SE->getSCEV(I);
481   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(ISE)) return false;
482   
483   // Get the start and stride for this expression.
484   SCEVHandle Start = SE->getIntegerSCEV(0, ISE->getType());
485   SCEVHandle Stride = Start;
486   if (!getSCEVStartAndStride(ISE, L, Start, Stride, SE, DT))
487     return false;  // Non-reducible symbolic expression, bail out.
488
489   std::vector<Instruction *> IUsers;
490   // Collect all I uses now because IVUseShouldUsePostIncValue may 
491   // invalidate use_iterator.
492   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E; ++UI)
493     IUsers.push_back(cast<Instruction>(*UI));
494
495   for (unsigned iused_index = 0, iused_size = IUsers.size(); 
496        iused_index != iused_size; ++iused_index) {
497
498     Instruction *User = IUsers[iused_index];
499
500     // Do not infinitely recurse on PHI nodes.
501     if (isa<PHINode>(User) && Processed.count(User))
502       continue;
503
504     // Descend recursively, but not into PHI nodes outside the current loop.
505     // It's important to see the entire expression outside the loop to get
506     // choices that depend on addressing mode use right, although we won't
507     // consider references ouside the loop in all cases.
508     // If User is already in Processed, we don't want to recurse into it again,
509     // but do want to record a second reference in the same instruction.
510     bool AddUserToIVUsers = false;
511     if (LI->getLoopFor(User->getParent()) != L) {
512       if (isa<PHINode>(User) || Processed.count(User) ||
513           !AddUsersIfInteresting(User, L, Processed)) {
514         DOUT << "FOUND USER in other loop: " << *User
515              << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
516         AddUserToIVUsers = true;
517       }
518     } else if (Processed.count(User) || 
519                !AddUsersIfInteresting(User, L, Processed)) {
520       DOUT << "FOUND USER: " << *User
521            << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
522       AddUserToIVUsers = true;
523     }
524
525     if (AddUserToIVUsers) {
526       IVUsersOfOneStride &StrideUses = IVUsesByStride[Stride];
527       if (StrideUses.Users.empty())     // First occurrence of this stride?
528         StrideOrder.push_back(Stride);
529       
530       // Okay, we found a user that we cannot reduce.  Analyze the instruction
531       // and decide what to do with it.  If we are a use inside of the loop, use
532       // the value before incrementation, otherwise use it after incrementation.
533       if (IVUseShouldUsePostIncValue(User, I, L, DT, this, DeadInsts)) {
534         // The value used will be incremented by the stride more than we are
535         // expecting, so subtract this off.
536         SCEVHandle NewStart = SE->getMinusSCEV(Start, Stride);
537         StrideUses.addUser(NewStart, User, I);
538         StrideUses.Users.back().isUseOfPostIncrementedValue = true;
539         DOUT << "   USING POSTINC SCEV, START=" << *NewStart<< "\n";
540       } else {        
541         StrideUses.addUser(Start, User, I);
542       }
543     }
544   }
545   return true;
546 }
547
548 namespace {
549   /// BasedUser - For a particular base value, keep information about how we've
550   /// partitioned the expression so far.
551   struct BasedUser {
552     /// SE - The current ScalarEvolution object.
553     ScalarEvolution *SE;
554
555     /// Base - The Base value for the PHI node that needs to be inserted for
556     /// this use.  As the use is processed, information gets moved from this
557     /// field to the Imm field (below).  BasedUser values are sorted by this
558     /// field.
559     SCEVHandle Base;
560     
561     /// Inst - The instruction using the induction variable.
562     Instruction *Inst;
563
564     /// OperandValToReplace - The operand value of Inst to replace with the
565     /// EmittedBase.
566     Value *OperandValToReplace;
567
568     /// Imm - The immediate value that should be added to the base immediately
569     /// before Inst, because it will be folded into the imm field of the
570     /// instruction.  This is also sometimes used for loop-variant values that
571     /// must be added inside the loop.
572     SCEVHandle Imm;
573
574     /// Phi - The induction variable that performs the striding that
575     /// should be used for this user.
576     PHINode *Phi;
577
578     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
579     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
580     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
581     // instruction for a loop and uses outside the loop that are dominated by
582     // the loop.
583     bool isUseOfPostIncrementedValue;
584     
585     BasedUser(IVStrideUse &IVSU, ScalarEvolution *se)
586       : SE(se), Base(IVSU.Offset), Inst(IVSU.User), 
587         OperandValToReplace(IVSU.OperandValToReplace), 
588         Imm(SE->getIntegerSCEV(0, Base->getType())), 
589         isUseOfPostIncrementedValue(IVSU.isUseOfPostIncrementedValue) {}
590
591     // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
592     // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
593     // to it.
594     void RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
595                                         Instruction *InsertPt,
596                                        SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
597                                       SmallVectorImpl<Instruction*> &DeadInsts);
598     
599     Value *InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
600                                        const Type *Ty,
601                                        SCEVExpander &Rewriter,
602                                        Instruction *IP, Loop *L);
603     void dump() const;
604   };
605 }
606
607 void BasedUser::dump() const {
608   cerr << " Base=" << *Base;
609   cerr << " Imm=" << *Imm;
610   cerr << "   Inst: " << *Inst;
611 }
612
613 Value *BasedUser::InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
614                                               const Type *Ty,
615                                               SCEVExpander &Rewriter,
616                                               Instruction *IP, Loop *L) {
617   // Figure out where we *really* want to insert this code.  In particular, if
618   // the user is inside of a loop that is nested inside of L, we really don't
619   // want to insert this expression before the user, we'd rather pull it out as
620   // many loops as possible.
621   LoopInfo &LI = Rewriter.getLoopInfo();
622   Instruction *BaseInsertPt = IP;
623   
624   // Figure out the most-nested loop that IP is in.
625   Loop *InsertLoop = LI.getLoopFor(IP->getParent());
626   
627   // If InsertLoop is not L, and InsertLoop is nested inside of L, figure out
628   // the preheader of the outer-most loop where NewBase is not loop invariant.
629   if (L->contains(IP->getParent()))
630     while (InsertLoop && NewBase->isLoopInvariant(InsertLoop)) {
631       BaseInsertPt = InsertLoop->getLoopPreheader()->getTerminator();
632       InsertLoop = InsertLoop->getParentLoop();
633     }
634   
635   Value *Base = Rewriter.expandCodeFor(NewBase, Ty, BaseInsertPt);
636
637   // If there is no immediate value, skip the next part.
638   if (Imm->isZero())
639     return Base;
640
641   // If we are inserting the base and imm values in the same block, make sure to
642   // adjust the IP position if insertion reused a result.
643   if (IP == BaseInsertPt)
644     IP = Rewriter.getInsertionPoint();
645   
646   // Always emit the immediate (if non-zero) into the same block as the user.
647   SCEVHandle NewValSCEV = SE->getAddExpr(SE->getUnknown(Base), Imm);
648   return Rewriter.expandCodeFor(NewValSCEV, Ty, IP);
649 }
650
651
652 // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
653 // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
654 // to it. NewBasePt is the last instruction which contributes to the
655 // value of NewBase in the case that it's a diffferent instruction from
656 // the PHI that NewBase is computed from, or null otherwise.
657 //
658 void BasedUser::RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
659                                                Instruction *NewBasePt,
660                                       SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
661                                       SmallVectorImpl<Instruction*> &DeadInsts){
662   if (!isa<PHINode>(Inst)) {
663     // By default, insert code at the user instruction.
664     BasicBlock::iterator InsertPt = Inst;
665     
666     // However, if the Operand is itself an instruction, the (potentially
667     // complex) inserted code may be shared by many users.  Because of this, we
668     // want to emit code for the computation of the operand right before its old
669     // computation.  This is usually safe, because we obviously used to use the
670     // computation when it was computed in its current block.  However, in some
671     // cases (e.g. use of a post-incremented induction variable) the NewBase
672     // value will be pinned to live somewhere after the original computation.
673     // In this case, we have to back off.
674     //
675     // If this is a use outside the loop (which means after, since it is based
676     // on a loop indvar) we use the post-incremented value, so that we don't
677     // artificially make the preinc value live out the bottom of the loop. 
678     if (!isUseOfPostIncrementedValue && L->contains(Inst->getParent())) {
679       if (NewBasePt && isa<PHINode>(OperandValToReplace)) {
680         InsertPt = NewBasePt;
681         ++InsertPt;
682       } else if (Instruction *OpInst
683                  = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace)) {
684         InsertPt = OpInst;
685         while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
686       }
687     }
688     Value *NewVal = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase,
689                                                 OperandValToReplace->getType(),
690                                                 Rewriter, InsertPt, L);
691     // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
692     Inst->replaceUsesOfWith(OperandValToReplace, NewVal);
693
694     DOUT << "      Replacing with ";
695     DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, NewVal, /*PrintType=*/false));
696     DOUT << ", which has value " << *NewBase << " plus IMM " << *Imm << "\n";
697     return;
698   }
699
700   // PHI nodes are more complex.  We have to insert one copy of the NewBase+Imm
701   // expression into each operand block that uses it.  Note that PHI nodes can
702   // have multiple entries for the same predecessor.  We use a map to make sure
703   // that a PHI node only has a single Value* for each predecessor (which also
704   // prevents us from inserting duplicate code in some blocks).
705   DenseMap<BasicBlock*, Value*> InsertedCode;
706   PHINode *PN = cast<PHINode>(Inst);
707   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
708     if (PN->getIncomingValue(i) == OperandValToReplace) {
709       // If the original expression is outside the loop, put the replacement
710       // code in the same place as the original expression,
711       // which need not be an immediate predecessor of this PHI.  This way we 
712       // need only one copy of it even if it is referenced multiple times in
713       // the PHI.  We don't do this when the original expression is inside the
714       // loop because multiple copies sometimes do useful sinking of code in
715       // that case(?).
716       Instruction *OldLoc = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace);
717       if (L->contains(OldLoc->getParent())) {
718         // If this is a critical edge, split the edge so that we do not insert
719         // the code on all predecessor/successor paths.  We do this unless this
720         // is the canonical backedge for this loop, as this can make some
721         // inserted code be in an illegal position.
722         BasicBlock *PHIPred = PN->getIncomingBlock(i);
723         if (e != 1 && PHIPred->getTerminator()->getNumSuccessors() > 1 &&
724             (PN->getParent() != L->getHeader() || !L->contains(PHIPred))) {
725
726           // First step, split the critical edge.
727           SplitCriticalEdge(PHIPred, PN->getParent(), P, false);
728
729           // Next step: move the basic block.  In particular, if the PHI node
730           // is outside of the loop, and PredTI is in the loop, we want to
731           // move the block to be immediately before the PHI block, not
732           // immediately after PredTI.
733           if (L->contains(PHIPred) && !L->contains(PN->getParent())) {
734             BasicBlock *NewBB = PN->getIncomingBlock(i);
735             NewBB->moveBefore(PN->getParent());
736           }
737
738           // Splitting the edge can reduce the number of PHI entries we have.
739           e = PN->getNumIncomingValues();
740         }
741       }
742       Value *&Code = InsertedCode[PN->getIncomingBlock(i)];
743       if (!Code) {
744         // Insert the code into the end of the predecessor block.
745         Instruction *InsertPt = (L->contains(OldLoc->getParent())) ?
746                                 PN->getIncomingBlock(i)->getTerminator() :
747                                 OldLoc->getParent()->getTerminator();
748         Code = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, PN->getType(),
749                                            Rewriter, InsertPt, L);
750
751         DOUT << "      Changing PHI use to ";
752         DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, Code, /*PrintType=*/false));
753         DOUT << ", which has value " << *NewBase << " plus IMM " << *Imm << "\n";
754       }
755
756       // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
757       PN->setIncomingValue(i, Code);
758       Rewriter.clear();
759     }
760   }
761
762   // PHI node might have become a constant value after SplitCriticalEdge.
763   DeadInsts.push_back(Inst);
764 }
765
766
767 /// fitsInAddressMode - Return true if V can be subsumed within an addressing
768 /// mode, and does not need to be put in a register first.
769 static bool fitsInAddressMode(const SCEVHandle &V, const Type *UseTy,
770                              const TargetLowering *TLI, bool HasBaseReg) {
771   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
772     int64_t VC = SC->getValue()->getSExtValue();
773     if (TLI) {
774       TargetLowering::AddrMode AM;
775       AM.BaseOffs = VC;
776       AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
777       return TLI->isLegalAddressingMode(AM, UseTy);
778     } else {
779       // Defaults to PPC. PPC allows a sign-extended 16-bit immediate field.
780       return (VC > -(1 << 16) && VC < (1 << 16)-1);
781     }
782   }
783
784   if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V))
785     if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(SU->getValue())) {
786       if (TLI) {
787         TargetLowering::AddrMode AM;
788         AM.BaseGV = GV;
789         AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
790         return TLI->isLegalAddressingMode(AM, UseTy);
791       } else {
792         // Default: assume global addresses are not legal.
793       }
794     }
795
796   return false;
797 }
798
799 /// MoveLoopVariantsToImmediateField - Move any subexpressions from Val that are
800 /// loop varying to the Imm operand.
801 static void MoveLoopVariantsToImmediateField(SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
802                                             Loop *L, ScalarEvolution *SE) {
803   if (Val->isLoopInvariant(L)) return;  // Nothing to do.
804   
805   if (const SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
806     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
807     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
808     
809     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i)
810       if (!SAE->getOperand(i)->isLoopInvariant(L)) {
811         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
812         // field of the expression.
813         Imm = SE->getAddExpr(Imm, SAE->getOperand(i));
814       } else {
815         NewOps.push_back(SAE->getOperand(i));
816       }
817
818     if (NewOps.empty())
819       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
820     else
821       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
822   } else if (const SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
823     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
824     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
825     MoveLoopVariantsToImmediateField(Start, Imm, L, SE);
826     
827     std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
828     Ops[0] = Start;
829     Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
830   } else {
831     // Otherwise, all of Val is variant, move the whole thing over.
832     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
833     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
834   }
835 }
836
837
838 /// MoveImmediateValues - Look at Val, and pull out any additions of constants
839 /// that can fit into the immediate field of instructions in the target.
840 /// Accumulate these immediate values into the Imm value.
841 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
842                                 const Type *UseTy,
843                                 SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
844                                 bool isAddress, Loop *L,
845                                 ScalarEvolution *SE) {
846   if (const SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
847     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
848     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
849     
850     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i) {
851       SCEVHandle NewOp = SAE->getOperand(i);
852       MoveImmediateValues(TLI, UseTy, NewOp, Imm, isAddress, L, SE);
853       
854       if (!NewOp->isLoopInvariant(L)) {
855         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
856         // field of the expression.
857         Imm = SE->getAddExpr(Imm, NewOp);
858       } else {
859         NewOps.push_back(NewOp);
860       }
861     }
862
863     if (NewOps.empty())
864       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
865     else
866       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
867     return;
868   } else if (const SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
869     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
870     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
871     MoveImmediateValues(TLI, UseTy, Start, Imm, isAddress, L, SE);
872     
873     if (Start != SARE->getStart()) {
874       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
875       Ops[0] = Start;
876       Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
877     }
878     return;
879   } else if (const SCEVMulExpr *SME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Val)) {
880     // Transform "8 * (4 + v)" -> "32 + 8*V" if "32" fits in the immed field.
881     if (isAddress && fitsInAddressMode(SME->getOperand(0), UseTy, TLI, false) &&
882         SME->getNumOperands() == 2 && SME->isLoopInvariant(L)) {
883
884       SCEVHandle SubImm = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
885       SCEVHandle NewOp = SME->getOperand(1);
886       MoveImmediateValues(TLI, UseTy, NewOp, SubImm, isAddress, L, SE);
887       
888       // If we extracted something out of the subexpressions, see if we can 
889       // simplify this!
890       if (NewOp != SME->getOperand(1)) {
891         // Scale SubImm up by "8".  If the result is a target constant, we are
892         // good.
893         SubImm = SE->getMulExpr(SubImm, SME->getOperand(0));
894         if (fitsInAddressMode(SubImm, UseTy, TLI, false)) {
895           // Accumulate the immediate.
896           Imm = SE->getAddExpr(Imm, SubImm);
897           
898           // Update what is left of 'Val'.
899           Val = SE->getMulExpr(SME->getOperand(0), NewOp);
900           return;
901         }
902       }
903     }
904   }
905
906   // Loop-variant expressions must stay in the immediate field of the
907   // expression.
908   if ((isAddress && fitsInAddressMode(Val, UseTy, TLI, false)) ||
909       !Val->isLoopInvariant(L)) {
910     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
911     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
912     return;
913   }
914
915   // Otherwise, no immediates to move.
916 }
917
918 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
919                                 Instruction *User,
920                                 SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
921                                 bool isAddress, Loop *L,
922                                 ScalarEvolution *SE) {
923   const Type *UseTy = getAccessType(User);
924   MoveImmediateValues(TLI, UseTy, Val, Imm, isAddress, L, SE);
925 }
926
927 /// SeparateSubExprs - Decompose Expr into all of the subexpressions that are
928 /// added together.  This is used to reassociate common addition subexprs
929 /// together for maximal sharing when rewriting bases.
930 static void SeparateSubExprs(std::vector<SCEVHandle> &SubExprs,
931                              SCEVHandle Expr,
932                              ScalarEvolution *SE) {
933   if (const SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Expr)) {
934     for (unsigned j = 0, e = AE->getNumOperands(); j != e; ++j)
935       SeparateSubExprs(SubExprs, AE->getOperand(j), SE);
936   } else if (const SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Expr)) {
937     SCEVHandle Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Expr->getType());
938     if (SARE->getOperand(0) == Zero) {
939       SubExprs.push_back(Expr);
940     } else {
941       // Compute the addrec with zero as its base.
942       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
943       Ops[0] = Zero;   // Start with zero base.
944       SubExprs.push_back(SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop()));
945       
946
947       SeparateSubExprs(SubExprs, SARE->getOperand(0), SE);
948     }
949   } else if (!Expr->isZero()) {
950     // Do not add zero.
951     SubExprs.push_back(Expr);
952   }
953 }
954
955 // This is logically local to the following function, but C++ says we have 
956 // to make it file scope.
957 struct SubExprUseData { unsigned Count; bool notAllUsesAreFree; };
958
959 /// RemoveCommonExpressionsFromUseBases - Look through all of the Bases of all
960 /// the Uses, removing any common subexpressions, except that if all such
961 /// subexpressions can be folded into an addressing mode for all uses inside
962 /// the loop (this case is referred to as "free" in comments herein) we do
963 /// not remove anything.  This looks for things like (a+b+c) and
964 /// (a+c+d) and computes the common (a+c) subexpression.  The common expression
965 /// is *removed* from the Bases and returned.
966 static SCEVHandle 
967 RemoveCommonExpressionsFromUseBases(std::vector<BasedUser> &Uses,
968                                     ScalarEvolution *SE, Loop *L,
969                                     const TargetLowering *TLI) {
970   unsigned NumUses = Uses.size();
971
972   // Only one use?  This is a very common case, so we handle it specially and
973   // cheaply.
974   SCEVHandle Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Uses[0].Base->getType());
975   SCEVHandle Result = Zero;
976   SCEVHandle FreeResult = Zero;
977   if (NumUses == 1) {
978     // If the use is inside the loop, use its base, regardless of what it is:
979     // it is clearly shared across all the IV's.  If the use is outside the loop
980     // (which means after it) we don't want to factor anything *into* the loop,
981     // so just use 0 as the base.
982     if (L->contains(Uses[0].Inst->getParent()))
983       std::swap(Result, Uses[0].Base);
984     return Result;
985   }
986
987   // To find common subexpressions, count how many of Uses use each expression.
988   // If any subexpressions are used Uses.size() times, they are common.
989   // Also track whether all uses of each expression can be moved into an
990   // an addressing mode "for free"; such expressions are left within the loop.
991   // struct SubExprUseData { unsigned Count; bool notAllUsesAreFree; };
992   std::map<SCEVHandle, SubExprUseData> SubExpressionUseData;
993   
994   // UniqueSubExprs - Keep track of all of the subexpressions we see in the
995   // order we see them.
996   std::vector<SCEVHandle> UniqueSubExprs;
997
998   std::vector<SCEVHandle> SubExprs;
999   unsigned NumUsesInsideLoop = 0;
1000   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
1001     // If the user is outside the loop, just ignore it for base computation.
1002     // Since the user is outside the loop, it must be *after* the loop (if it
1003     // were before, it could not be based on the loop IV).  We don't want users
1004     // after the loop to affect base computation of values *inside* the loop,
1005     // because we can always add their offsets to the result IV after the loop
1006     // is done, ensuring we get good code inside the loop.
1007     if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent()))
1008       continue;
1009     NumUsesInsideLoop++;
1010     
1011     // If the base is zero (which is common), return zero now, there are no
1012     // CSEs we can find.
1013     if (Uses[i].Base == Zero) return Zero;
1014
1015     // If this use is as an address we may be able to put CSEs in the addressing
1016     // mode rather than hoisting them.
1017     bool isAddrUse = isAddressUse(Uses[i].Inst, Uses[i].OperandValToReplace);
1018     // We may need the UseTy below, but only when isAddrUse, so compute it
1019     // only in that case.
1020     const Type *UseTy = 0;
1021     if (isAddrUse)
1022       UseTy = getAccessType(Uses[i].Inst);
1023
1024     // Split the expression into subexprs.
1025     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
1026     // Add one to SubExpressionUseData.Count for each subexpr present, and
1027     // if the subexpr is not a valid immediate within an addressing mode use,
1028     // set SubExpressionUseData.notAllUsesAreFree.  We definitely want to
1029     // hoist these out of the loop (if they are common to all uses).
1030     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j) {
1031       if (++SubExpressionUseData[SubExprs[j]].Count == 1)
1032         UniqueSubExprs.push_back(SubExprs[j]);
1033       if (!isAddrUse || !fitsInAddressMode(SubExprs[j], UseTy, TLI, false))
1034         SubExpressionUseData[SubExprs[j]].notAllUsesAreFree = true;
1035     }
1036     SubExprs.clear();
1037   }
1038
1039   // Now that we know how many times each is used, build Result.  Iterate over
1040   // UniqueSubexprs so that we have a stable ordering.
1041   for (unsigned i = 0, e = UniqueSubExprs.size(); i != e; ++i) {
1042     std::map<SCEVHandle, SubExprUseData>::iterator I = 
1043        SubExpressionUseData.find(UniqueSubExprs[i]);
1044     assert(I != SubExpressionUseData.end() && "Entry not found?");
1045     if (I->second.Count == NumUsesInsideLoop) { // Found CSE! 
1046       if (I->second.notAllUsesAreFree)
1047         Result = SE->getAddExpr(Result, I->first);
1048       else 
1049         FreeResult = SE->getAddExpr(FreeResult, I->first);
1050     } else
1051       // Remove non-cse's from SubExpressionUseData.
1052       SubExpressionUseData.erase(I);
1053   }
1054
1055   if (FreeResult != Zero) {
1056     // We have some subexpressions that can be subsumed into addressing
1057     // modes in every use inside the loop.  However, it's possible that
1058     // there are so many of them that the combined FreeResult cannot
1059     // be subsumed, or that the target cannot handle both a FreeResult
1060     // and a Result in the same instruction (for example because it would
1061     // require too many registers).  Check this.
1062     for (unsigned i=0; i<NumUses; ++i) {
1063       if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent()))
1064         continue;
1065       // We know this is an addressing mode use; if there are any uses that
1066       // are not, FreeResult would be Zero.
1067       const Type *UseTy = getAccessType(Uses[i].Inst);
1068       if (!fitsInAddressMode(FreeResult, UseTy, TLI, Result!=Zero)) {
1069         // FIXME:  could split up FreeResult into pieces here, some hoisted
1070         // and some not.  There is no obvious advantage to this.
1071         Result = SE->getAddExpr(Result, FreeResult);
1072         FreeResult = Zero;
1073         break;
1074       }
1075     }
1076   }
1077
1078   // If we found no CSE's, return now.
1079   if (Result == Zero) return Result;
1080   
1081   // If we still have a FreeResult, remove its subexpressions from
1082   // SubExpressionUseData.  This means they will remain in the use Bases.
1083   if (FreeResult != Zero) {
1084     SeparateSubExprs(SubExprs, FreeResult, SE);
1085     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j) {
1086       std::map<SCEVHandle, SubExprUseData>::iterator I = 
1087          SubExpressionUseData.find(SubExprs[j]);
1088       SubExpressionUseData.erase(I);
1089     }
1090     SubExprs.clear();
1091   }
1092
1093   // Otherwise, remove all of the CSE's we found from each of the base values.
1094   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
1095     // Uses outside the loop don't necessarily include the common base, but
1096     // the final IV value coming into those uses does.  Instead of trying to
1097     // remove the pieces of the common base, which might not be there,
1098     // subtract off the base to compensate for this.
1099     if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent())) {
1100       Uses[i].Base = SE->getMinusSCEV(Uses[i].Base, Result);
1101       continue;
1102     }
1103
1104     // Split the expression into subexprs.
1105     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
1106
1107     // Remove any common subexpressions.
1108     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
1109       if (SubExpressionUseData.count(SubExprs[j])) {
1110         SubExprs.erase(SubExprs.begin()+j);
1111         --j; --e;
1112       }
1113     
1114     // Finally, add the non-shared expressions together.
1115     if (SubExprs.empty())
1116       Uses[i].Base = Zero;
1117     else
1118       Uses[i].Base = SE->getAddExpr(SubExprs);
1119     SubExprs.clear();
1120   }
1121  
1122   return Result;
1123 }
1124
1125 /// ValidStride - Check whether the given Scale is valid for all loads and 
1126 /// stores in UsersToProcess.
1127 ///
1128 bool LoopStrengthReduce::ValidStride(bool HasBaseReg,
1129                                int64_t Scale, 
1130                                const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
1131   if (!TLI)
1132     return true;
1133
1134   for (unsigned i=0, e = UsersToProcess.size(); i!=e; ++i) {
1135     // If this is a load or other access, pass the type of the access in.
1136     const Type *AccessTy = Type::VoidTy;
1137     if (isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
1138                      UsersToProcess[i].OperandValToReplace))
1139       AccessTy = getAccessType(UsersToProcess[i].Inst);
1140     else if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst))
1141       continue;
1142     
1143     TargetLowering::AddrMode AM;
1144     if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(UsersToProcess[i].Imm))
1145       AM.BaseOffs = SC->getValue()->getSExtValue();
1146     AM.HasBaseReg = HasBaseReg || !UsersToProcess[i].Base->isZero();
1147     AM.Scale = Scale;
1148
1149     // If load[imm+r*scale] is illegal, bail out.
1150     if (!TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
1151       return false;
1152   }
1153   return true;
1154 }
1155
1156 /// RequiresTypeConversion - Returns true if converting Ty1 to Ty2 is not
1157 /// a nop.
1158 bool LoopStrengthReduce::RequiresTypeConversion(const Type *Ty1,
1159                                                 const Type *Ty2) {
1160   if (Ty1 == Ty2)
1161     return false;
1162   Ty1 = SE->getEffectiveSCEVType(Ty1);
1163   Ty2 = SE->getEffectiveSCEVType(Ty2);
1164   if (Ty1 == Ty2)
1165     return false;
1166   if (Ty1->canLosslesslyBitCastTo(Ty2))
1167     return false;
1168   if (TLI && TLI->isTruncateFree(Ty1, Ty2))
1169     return false;
1170   return true;
1171 }
1172
1173 /// CheckForIVReuse - Returns the multiple if the stride is the multiple
1174 /// of a previous stride and it is a legal value for the target addressing
1175 /// mode scale component and optional base reg. This allows the users of
1176 /// this stride to be rewritten as prev iv * factor. It returns 0 if no
1177 /// reuse is possible.  Factors can be negative on same targets, e.g. ARM.
1178 ///
1179 /// If all uses are outside the loop, we don't require that all multiplies
1180 /// be folded into the addressing mode, nor even that the factor be constant; 
1181 /// a multiply (executed once) outside the loop is better than another IV 
1182 /// within.  Well, usually.
1183 SCEVHandle LoopStrengthReduce::CheckForIVReuse(bool HasBaseReg,
1184                                 bool AllUsesAreAddresses,
1185                                 bool AllUsesAreOutsideLoop,
1186                                 const SCEVHandle &Stride, 
1187                                 IVExpr &IV, const Type *Ty,
1188                                 const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
1189   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Stride)) {
1190     int64_t SInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1191     for (unsigned NewStride = 0, e = StrideOrder.size(); NewStride != e;
1192          ++NewStride) {
1193       std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1194                 IVsByStride.find(StrideOrder[NewStride]);
1195       if (SI == IVsByStride.end() || !isa<SCEVConstant>(SI->first))
1196         continue;
1197       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1198       if (SI->first != Stride &&
1199           (unsigned(abs(SInt)) < SSInt || (SInt % SSInt) != 0))
1200         continue;
1201       int64_t Scale = SInt / SSInt;
1202       // Check that this stride is valid for all the types used for loads and
1203       // stores; if it can be used for some and not others, we might as well use
1204       // the original stride everywhere, since we have to create the IV for it
1205       // anyway. If the scale is 1, then we don't need to worry about folding
1206       // multiplications.
1207       if (Scale == 1 ||
1208           (AllUsesAreAddresses &&
1209            ValidStride(HasBaseReg, Scale, UsersToProcess)))
1210         for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1211                IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1212           // FIXME: Only handle base == 0 for now.
1213           // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion.
1214           if (II->Base->isZero() &&
1215               !RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1216             IV = *II;
1217             return SE->getIntegerSCEV(Scale, Stride->getType());
1218           }
1219     }
1220   } else if (AllUsesAreOutsideLoop) {
1221     // Accept nonconstant strides here; it is really really right to substitute
1222     // an existing IV if we can.
1223     for (unsigned NewStride = 0, e = StrideOrder.size(); NewStride != e;
1224          ++NewStride) {
1225       std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1226                 IVsByStride.find(StrideOrder[NewStride]);
1227       if (SI == IVsByStride.end() || !isa<SCEVConstant>(SI->first))
1228         continue;
1229       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1230       if (SI->first != Stride && SSInt != 1)
1231         continue;
1232       for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1233              IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1234         // Accept nonzero base here.
1235         // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion.
1236         if (!RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1237           IV = *II;
1238           return Stride;
1239         }
1240     }
1241     // Special case, old IV is -1*x and this one is x.  Can treat this one as
1242     // -1*old.
1243     for (unsigned NewStride = 0, e = StrideOrder.size(); NewStride != e;
1244          ++NewStride) {
1245       std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1246                 IVsByStride.find(StrideOrder[NewStride]);
1247       if (SI == IVsByStride.end()) 
1248         continue;
1249       if (const SCEVMulExpr *ME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(SI->first))
1250         if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(ME->getOperand(0)))
1251           if (Stride == ME->getOperand(1) &&
1252               SC->getValue()->getSExtValue() == -1LL)
1253             for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1254                    IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1255               // Accept nonzero base here.
1256               // Only reuse previous IV if it would not require type conversion.
1257               if (!RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1258                 IV = *II;
1259                 return SE->getIntegerSCEV(-1LL, Stride->getType());
1260               }
1261     }
1262   }
1263   return SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1264 }
1265
1266 /// PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue - Simple boolean predicate that
1267 /// returns true if Val's isUseOfPostIncrementedValue is true.
1268 static bool PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue(const BasedUser &Val) {
1269   return Val.isUseOfPostIncrementedValue;
1270 }
1271
1272 /// isNonConstantNegative - Return true if the specified scev is negated, but
1273 /// not a constant.
1274 static bool isNonConstantNegative(const SCEVHandle &Expr) {
1275   const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Expr);
1276   if (!Mul) return false;
1277   
1278   // If there is a constant factor, it will be first.
1279   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0));
1280   if (!SC) return false;
1281   
1282   // Return true if the value is negative, this matches things like (-42 * V).
1283   return SC->getValue()->getValue().isNegative();
1284 }
1285
1286 // CollectIVUsers - Transform our list of users and offsets to a bit more
1287 // complex table. In this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base', the base
1288 // of the strided accesses, as well as the old information from Uses. We
1289 // progressively move information from the Base field to the Imm field, until
1290 // we eventually have the full access expression to rewrite the use.
1291 SCEVHandle LoopStrengthReduce::CollectIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
1292                                               IVUsersOfOneStride &Uses,
1293                                               Loop *L,
1294                                               bool &AllUsesAreAddresses,
1295                                               bool &AllUsesAreOutsideLoop,
1296                                        std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
1297   UsersToProcess.reserve(Uses.Users.size());
1298   for (unsigned i = 0, e = Uses.Users.size(); i != e; ++i) {
1299     UsersToProcess.push_back(BasedUser(Uses.Users[i], SE));
1300     
1301     // Move any loop variant operands from the offset field to the immediate
1302     // field of the use, so that we don't try to use something before it is
1303     // computed.
1304     MoveLoopVariantsToImmediateField(UsersToProcess.back().Base,
1305                                     UsersToProcess.back().Imm, L, SE);
1306     assert(UsersToProcess.back().Base->isLoopInvariant(L) &&
1307            "Base value is not loop invariant!");
1308   }
1309
1310   // We now have a whole bunch of uses of like-strided induction variables, but
1311   // they might all have different bases.  We want to emit one PHI node for this
1312   // stride which we fold as many common expressions (between the IVs) into as
1313   // possible.  Start by identifying the common expressions in the base values 
1314   // for the strides (e.g. if we have "A+C+B" and "A+B+D" as our bases, find
1315   // "A+B"), emit it to the preheader, then remove the expression from the
1316   // UsersToProcess base values.
1317   SCEVHandle CommonExprs =
1318     RemoveCommonExpressionsFromUseBases(UsersToProcess, SE, L, TLI);
1319
1320   // Next, figure out what we can represent in the immediate fields of
1321   // instructions.  If we can represent anything there, move it to the imm
1322   // fields of the BasedUsers.  We do this so that it increases the commonality
1323   // of the remaining uses.
1324   unsigned NumPHI = 0;
1325   bool HasAddress = false;
1326   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1327     // If the user is not in the current loop, this means it is using the exit
1328     // value of the IV.  Do not put anything in the base, make sure it's all in
1329     // the immediate field to allow as much factoring as possible.
1330     if (!L->contains(UsersToProcess[i].Inst->getParent())) {
1331       UsersToProcess[i].Imm = SE->getAddExpr(UsersToProcess[i].Imm,
1332                                              UsersToProcess[i].Base);
1333       UsersToProcess[i].Base = 
1334         SE->getIntegerSCEV(0, UsersToProcess[i].Base->getType());
1335     } else {
1336       // Not all uses are outside the loop.
1337       AllUsesAreOutsideLoop = false; 
1338
1339       // Addressing modes can be folded into loads and stores.  Be careful that
1340       // the store is through the expression, not of the expression though.
1341       bool isPHI = false;
1342       bool isAddress = isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
1343                                     UsersToProcess[i].OperandValToReplace);
1344       if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst)) {
1345         isPHI = true;
1346         ++NumPHI;
1347       }
1348
1349       if (isAddress)
1350         HasAddress = true;
1351      
1352       // If this use isn't an address, then not all uses are addresses.
1353       if (!isAddress && !isPHI)
1354         AllUsesAreAddresses = false;
1355       
1356       MoveImmediateValues(TLI, UsersToProcess[i].Inst, UsersToProcess[i].Base,
1357                           UsersToProcess[i].Imm, isAddress, L, SE);
1358     }
1359   }
1360
1361   // If one of the use is a PHI node and all other uses are addresses, still
1362   // allow iv reuse. Essentially we are trading one constant multiplication
1363   // for one fewer iv.
1364   if (NumPHI > 1)
1365     AllUsesAreAddresses = false;
1366     
1367   // There are no in-loop address uses.
1368   if (AllUsesAreAddresses && (!HasAddress && !AllUsesAreOutsideLoop))
1369     AllUsesAreAddresses = false;
1370
1371   return CommonExprs;
1372 }
1373
1374 /// ShouldUseFullStrengthReductionMode - Test whether full strength-reduction
1375 /// is valid and profitable for the given set of users of a stride. In
1376 /// full strength-reduction mode, all addresses at the current stride are
1377 /// strength-reduced all the way down to pointer arithmetic.
1378 ///
1379 bool LoopStrengthReduce::ShouldUseFullStrengthReductionMode(
1380                                    const std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1381                                    const Loop *L,
1382                                    bool AllUsesAreAddresses,
1383                                    SCEVHandle Stride) {
1384   if (!EnableFullLSRMode)
1385     return false;
1386
1387   // The heuristics below aim to avoid increasing register pressure, but
1388   // fully strength-reducing all the addresses increases the number of
1389   // add instructions, so don't do this when optimizing for size.
1390   // TODO: If the loop is large, the savings due to simpler addresses
1391   // may oughtweight the costs of the extra increment instructions.
1392   if (L->getHeader()->getParent()->hasFnAttr(Attribute::OptimizeForSize))
1393     return false;
1394
1395   // TODO: For now, don't do full strength reduction if there could
1396   // potentially be greater-stride multiples of the current stride
1397   // which could reuse the current stride IV.
1398   if (StrideOrder.back() != Stride)
1399     return false;
1400
1401   // Iterate through the uses to find conditions that automatically rule out
1402   // full-lsr mode.
1403   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ) {
1404     const SCEV *Base = UsersToProcess[i].Base;
1405     const SCEV *Imm = UsersToProcess[i].Imm;
1406     // If any users have a loop-variant component, they can't be fully
1407     // strength-reduced.
1408     if (Imm && !Imm->isLoopInvariant(L))
1409       return false;
1410     // If there are to users with the same base and the difference between
1411     // the two Imm values can't be folded into the address, full
1412     // strength reduction would increase register pressure.
1413     do {
1414       const SCEV *CurImm = UsersToProcess[i].Imm;
1415       if ((CurImm || Imm) && CurImm != Imm) {
1416         if (!CurImm) CurImm = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1417         if (!Imm)       Imm = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1418         const Instruction *Inst = UsersToProcess[i].Inst;
1419         const Type *UseTy = getAccessType(Inst);
1420         SCEVHandle Diff = SE->getMinusSCEV(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1421         if (!Diff->isZero() &&
1422             (!AllUsesAreAddresses ||
1423              !fitsInAddressMode(Diff, UseTy, TLI, /*HasBaseReg=*/true)))
1424           return false;
1425       }
1426     } while (++i != e && Base == UsersToProcess[i].Base);
1427   }
1428
1429   // If there's exactly one user in this stride, fully strength-reducing it
1430   // won't increase register pressure. If it's starting from a non-zero base,
1431   // it'll be simpler this way.
1432   if (UsersToProcess.size() == 1 && !UsersToProcess[0].Base->isZero())
1433     return true;
1434
1435   // Otherwise, if there are any users in this stride that don't require
1436   // a register for their base, full strength-reduction will increase
1437   // register pressure.
1438   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1439     if (UsersToProcess[i].Base->isZero())
1440       return false;
1441
1442   // Otherwise, go for it.
1443   return true;
1444 }
1445
1446 /// InsertAffinePhi Create and insert a PHI node for an induction variable
1447 /// with the specified start and step values in the specified loop.
1448 ///
1449 /// If NegateStride is true, the stride should be negated by using a
1450 /// subtract instead of an add.
1451 ///
1452 /// Return the created phi node.
1453 ///
1454 static PHINode *InsertAffinePhi(SCEVHandle Start, SCEVHandle Step,
1455                                 const Loop *L,
1456                                 SCEVExpander &Rewriter) {
1457   assert(Start->isLoopInvariant(L) && "New PHI start is not loop invariant!");
1458   assert(Step->isLoopInvariant(L) && "New PHI stride is not loop invariant!");
1459
1460   BasicBlock *Header = L->getHeader();
1461   BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
1462   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1463   const Type *Ty = Start->getType();
1464   Ty = Rewriter.SE.getEffectiveSCEVType(Ty);
1465
1466   PHINode *PN = PHINode::Create(Ty, "lsr.iv", Header->begin());
1467   PN->addIncoming(Rewriter.expandCodeFor(Start, Ty, Preheader->getTerminator()),
1468                   Preheader);
1469
1470   // If the stride is negative, insert a sub instead of an add for the
1471   // increment.
1472   bool isNegative = isNonConstantNegative(Step);
1473   SCEVHandle IncAmount = Step;
1474   if (isNegative)
1475     IncAmount = Rewriter.SE.getNegativeSCEV(Step);
1476
1477   // Insert an add instruction right before the terminator corresponding
1478   // to the back-edge.
1479   Value *StepV = Rewriter.expandCodeFor(IncAmount, Ty,
1480                                         Preheader->getTerminator());
1481   Instruction *IncV;
1482   if (isNegative) {
1483     IncV = BinaryOperator::CreateSub(PN, StepV, "lsr.iv.next",
1484                                      LatchBlock->getTerminator());
1485   } else {
1486     IncV = BinaryOperator::CreateAdd(PN, StepV, "lsr.iv.next",
1487                                      LatchBlock->getTerminator());
1488   }
1489   if (!isa<ConstantInt>(StepV)) ++NumVariable;
1490
1491   PN->addIncoming(IncV, LatchBlock);
1492
1493   ++NumInserted;
1494   return PN;
1495 }
1496
1497 static void SortUsersToProcess(std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
1498   // We want to emit code for users inside the loop first.  To do this, we
1499   // rearrange BasedUser so that the entries at the end have
1500   // isUseOfPostIncrementedValue = false, because we pop off the end of the
1501   // vector (so we handle them first).
1502   std::partition(UsersToProcess.begin(), UsersToProcess.end(),
1503                  PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue);
1504
1505   // Sort this by base, so that things with the same base are handled
1506   // together.  By partitioning first and stable-sorting later, we are
1507   // guaranteed that within each base we will pop off users from within the
1508   // loop before users outside of the loop with a particular base.
1509   //
1510   // We would like to use stable_sort here, but we can't.  The problem is that
1511   // SCEVHandle's don't have a deterministic ordering w.r.t to each other, so
1512   // we don't have anything to do a '<' comparison on.  Because we think the
1513   // number of uses is small, do a horrible bubble sort which just relies on
1514   // ==.
1515   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1516     // Get a base value.
1517     SCEVHandle Base = UsersToProcess[i].Base;
1518
1519     // Compact everything with this base to be consecutive with this one.
1520     for (unsigned j = i+1; j != e; ++j) {
1521       if (UsersToProcess[j].Base == Base) {
1522         std::swap(UsersToProcess[i+1], UsersToProcess[j]);
1523         ++i;
1524       }
1525     }
1526   }
1527 }
1528
1529 /// PrepareToStrengthReduceFully - Prepare to fully strength-reduce
1530 /// UsersToProcess, meaning lowering addresses all the way down to direct
1531 /// pointer arithmetic.
1532 ///
1533 void
1534 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceFully(
1535                                         std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1536                                         SCEVHandle Stride,
1537                                         SCEVHandle CommonExprs,
1538                                         const Loop *L,
1539                                         SCEVExpander &PreheaderRewriter) {
1540   DOUT << "  Fully reducing all users\n";
1541
1542   // Rewrite the UsersToProcess records, creating a separate PHI for each
1543   // unique Base value.
1544   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ) {
1545     // TODO: The uses are grouped by base, but not sorted. We arbitrarily
1546     // pick the first Imm value here to start with, and adjust it for the
1547     // other uses.
1548     SCEVHandle Imm = UsersToProcess[i].Imm;
1549     SCEVHandle Base = UsersToProcess[i].Base;
1550     SCEVHandle Start = SE->getAddExpr(CommonExprs, Base, Imm);
1551     PHINode *Phi = InsertAffinePhi(Start, Stride, L,
1552                                    PreheaderRewriter);
1553     // Loop over all the users with the same base.
1554     do {
1555       UsersToProcess[i].Base = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1556       UsersToProcess[i].Imm = SE->getMinusSCEV(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1557       UsersToProcess[i].Phi = Phi;
1558       assert(UsersToProcess[i].Imm->isLoopInvariant(L) &&
1559              "ShouldUseFullStrengthReductionMode should reject this!");
1560     } while (++i != e && Base == UsersToProcess[i].Base);
1561   }
1562 }
1563
1564 /// PrepareToStrengthReduceWithNewPhi - Insert a new induction variable for the
1565 /// given users to share.
1566 ///
1567 void
1568 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(
1569                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1570                                          SCEVHandle Stride,
1571                                          SCEVHandle CommonExprs,
1572                                          Value *CommonBaseV,
1573                                          const Loop *L,
1574                                          SCEVExpander &PreheaderRewriter) {
1575   DOUT << "  Inserting new PHI:\n";
1576
1577   PHINode *Phi = InsertAffinePhi(SE->getUnknown(CommonBaseV),
1578                                  Stride, L,
1579                                  PreheaderRewriter);
1580
1581   // Remember this in case a later stride is multiple of this.
1582   IVsByStride[Stride].addIV(Stride, CommonExprs, Phi);
1583
1584   // All the users will share this new IV.
1585   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1586     UsersToProcess[i].Phi = Phi;
1587
1588   DOUT << "    IV=";
1589   DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, Phi, /*PrintType=*/false));
1590   DOUT << "\n";
1591 }
1592
1593 /// PrepareToStrengthReduceWithNewPhi - Prepare for the given users to reuse
1594 /// an induction variable with a stride that is a factor of the current
1595 /// induction variable.
1596 ///
1597 void
1598 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(
1599                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1600                                          Value *CommonBaseV,
1601                                          const IVExpr &ReuseIV,
1602                                          Instruction *PreInsertPt) {
1603   DOUT << "  Rewriting in terms of existing IV of STRIDE " << *ReuseIV.Stride
1604        << " and BASE " << *ReuseIV.Base << "\n";
1605
1606   // All the users will share the reused IV.
1607   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1608     UsersToProcess[i].Phi = ReuseIV.PHI;
1609
1610   Constant *C = dyn_cast<Constant>(CommonBaseV);
1611   if (C &&
1612       (!C->isNullValue() &&
1613        !fitsInAddressMode(SE->getUnknown(CommonBaseV), CommonBaseV->getType(),
1614                          TLI, false)))
1615     // We want the common base emitted into the preheader! This is just
1616     // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1617     CommonBaseV = new BitCastInst(CommonBaseV, CommonBaseV->getType(),
1618                                   "commonbase", PreInsertPt);
1619 }
1620
1621 static bool IsImmFoldedIntoAddrMode(GlobalValue *GV, int64_t Offset,
1622                                     const Type *AccessTy,
1623                                    std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1624                                    const TargetLowering *TLI) {
1625   SmallVector<Instruction*, 16> AddrModeInsts;
1626   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1627     if (UsersToProcess[i].isUseOfPostIncrementedValue)
1628       continue;
1629     ExtAddrMode AddrMode =
1630       AddressingModeMatcher::Match(UsersToProcess[i].OperandValToReplace,
1631                                    AccessTy, UsersToProcess[i].Inst,
1632                                    AddrModeInsts, *TLI);
1633     if (GV && GV != AddrMode.BaseGV)
1634       return false;
1635     if (Offset && !AddrMode.BaseOffs)
1636       // FIXME: How to accurate check it's immediate offset is folded.
1637       return false;
1638     AddrModeInsts.clear();
1639   }
1640   return true;
1641 }
1642
1643 /// StrengthReduceStridedIVUsers - Strength reduce all of the users of a single
1644 /// stride of IV.  All of the users may have different starting values, and this
1645 /// may not be the only stride.
1646 void LoopStrengthReduce::StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
1647                                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
1648                                                       Loop *L) {
1649   // If all the users are moved to another stride, then there is nothing to do.
1650   if (Uses.Users.empty())
1651     return;
1652
1653   // Keep track if every use in UsersToProcess is an address. If they all are,
1654   // we may be able to rewrite the entire collection of them in terms of a
1655   // smaller-stride IV.
1656   bool AllUsesAreAddresses = true;
1657
1658   // Keep track if every use of a single stride is outside the loop.  If so,
1659   // we want to be more aggressive about reusing a smaller-stride IV; a
1660   // multiply outside the loop is better than another IV inside.  Well, usually.
1661   bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
1662
1663   // Transform our list of users and offsets to a bit more complex table.  In
1664   // this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base' the base of the
1665   // strided accessas well as the old information from Uses.  We progressively
1666   // move information from the Base field to the Imm field, until we eventually
1667   // have the full access expression to rewrite the use.
1668   std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
1669   SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(Stride, Uses, L, AllUsesAreAddresses,
1670                                           AllUsesAreOutsideLoop,
1671                                           UsersToProcess);
1672
1673   // Sort the UsersToProcess array so that users with common bases are
1674   // next to each other.
1675   SortUsersToProcess(UsersToProcess);
1676
1677   // If we managed to find some expressions in common, we'll need to carry
1678   // their value in a register and add it in for each use. This will take up
1679   // a register operand, which potentially restricts what stride values are
1680   // valid.
1681   bool HaveCommonExprs = !CommonExprs->isZero();
1682   const Type *ReplacedTy = CommonExprs->getType();
1683
1684   // If all uses are addresses, consider sinking the immediate part of the
1685   // common expression back into uses if they can fit in the immediate fields.
1686   if (TLI && HaveCommonExprs && AllUsesAreAddresses) {
1687     SCEVHandle NewCommon = CommonExprs;
1688     SCEVHandle Imm = SE->getIntegerSCEV(0, ReplacedTy);
1689     MoveImmediateValues(TLI, Type::VoidTy, NewCommon, Imm, true, L, SE);
1690     if (!Imm->isZero()) {
1691       bool DoSink = true;
1692
1693       // If the immediate part of the common expression is a GV, check if it's
1694       // possible to fold it into the target addressing mode.
1695       GlobalValue *GV = 0;
1696       if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(Imm))
1697         GV = dyn_cast<GlobalValue>(SU->getValue());
1698       int64_t Offset = 0;
1699       if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Imm))
1700         Offset = SC->getValue()->getSExtValue();
1701       if (GV || Offset)
1702         // Pass VoidTy as the AccessTy to be conservative, because
1703         // there could be multiple access types among all the uses.
1704         DoSink = IsImmFoldedIntoAddrMode(GV, Offset, Type::VoidTy,
1705                                          UsersToProcess, TLI);
1706
1707       if (DoSink) {
1708         DOUT << "  Sinking " << *Imm << " back down into uses\n";
1709         for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1710           UsersToProcess[i].Imm = SE->getAddExpr(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1711         CommonExprs = NewCommon;
1712         HaveCommonExprs = !CommonExprs->isZero();
1713         ++NumImmSunk;
1714       }
1715     }
1716   }
1717
1718   // Now that we know what we need to do, insert the PHI node itself.
1719   //
1720   DOUT << "LSR: Examining IVs of TYPE " << *ReplacedTy << " of STRIDE "
1721        << *Stride << ":\n"
1722        << "  Common base: " << *CommonExprs << "\n";
1723
1724   SCEVExpander Rewriter(*SE, *LI);
1725   SCEVExpander PreheaderRewriter(*SE, *LI);
1726
1727   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
1728   Instruction *PreInsertPt = Preheader->getTerminator();
1729   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1730
1731   Value *CommonBaseV = Constant::getNullValue(ReplacedTy);
1732
1733   SCEVHandle RewriteFactor = SE->getIntegerSCEV(0, ReplacedTy);
1734   IVExpr   ReuseIV(SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1735                    SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1736                    0);
1737
1738   /// Choose a strength-reduction strategy and prepare for it by creating
1739   /// the necessary PHIs and adjusting the bookkeeping.
1740   if (ShouldUseFullStrengthReductionMode(UsersToProcess, L,
1741                                          AllUsesAreAddresses, Stride)) {
1742     PrepareToStrengthReduceFully(UsersToProcess, Stride, CommonExprs, L,
1743                                  PreheaderRewriter);
1744   } else {
1745     // Emit the initial base value into the loop preheader.
1746     CommonBaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(CommonExprs, ReplacedTy,
1747                                                   PreInsertPt);
1748
1749     // If all uses are addresses, check if it is possible to reuse an IV with a
1750     // stride that is a factor of this stride. And that the multiple is a number
1751     // that can be encoded in the scale field of the target addressing mode. And
1752     // that we will have a valid instruction after this substition, including
1753     // the immediate field, if any.
1754     RewriteFactor = CheckForIVReuse(HaveCommonExprs, AllUsesAreAddresses,
1755                                     AllUsesAreOutsideLoop,
1756                                     Stride, ReuseIV, ReplacedTy,
1757                                     UsersToProcess);
1758     if (isa<SCEVConstant>(RewriteFactor) &&
1759         cast<SCEVConstant>(RewriteFactor)->isZero())
1760       PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(UsersToProcess, Stride, CommonExprs,
1761                                         CommonBaseV, L, PreheaderRewriter);
1762     else
1763       PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(UsersToProcess, CommonBaseV,
1764                                                ReuseIV, PreInsertPt);
1765   }
1766
1767   // Process all the users now, replacing their strided uses with
1768   // strength-reduced forms.  This outer loop handles all bases, the inner
1769   // loop handles all users of a particular base.
1770   while (!UsersToProcess.empty()) {
1771     SCEVHandle Base = UsersToProcess.back().Base;
1772     Instruction *Inst = UsersToProcess.back().Inst;
1773
1774     // Emit the code for Base into the preheader.
1775     Value *BaseV = 0;
1776     if (!Base->isZero()) {
1777       BaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(Base, Base->getType(),
1778                                               PreInsertPt);
1779
1780       DOUT << "  INSERTING code for BASE = " << *Base << ":";
1781       if (BaseV->hasName())
1782         DOUT << " Result value name = %" << BaseV->getNameStr();
1783       DOUT << "\n";
1784
1785       // If BaseV is a non-zero constant, make sure that it gets inserted into
1786       // the preheader, instead of being forward substituted into the uses.  We
1787       // do this by forcing a BitCast (noop cast) to be inserted into the
1788       // preheader in this case.
1789       if (!fitsInAddressMode(Base, getAccessType(Inst), TLI, false)) {
1790         // We want this constant emitted into the preheader! This is just
1791         // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1792         BaseV = new BitCastInst(BaseV, BaseV->getType(), "preheaderinsert",
1793                                 PreInsertPt);       
1794       }
1795     }
1796
1797     // Emit the code to add the immediate offset to the Phi value, just before
1798     // the instructions that we identified as using this stride and base.
1799     do {
1800       // FIXME: Use emitted users to emit other users.
1801       BasedUser &User = UsersToProcess.back();
1802
1803       DOUT << "    Examining use ";
1804       DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, UsersToProcess.back().OperandValToReplace,
1805                            /*PrintType=*/false));
1806       DOUT << " in Inst: " << *(User.Inst);
1807
1808       // If this instruction wants to use the post-incremented value, move it
1809       // after the post-inc and use its value instead of the PHI.
1810       Value *RewriteOp = User.Phi;
1811       if (User.isUseOfPostIncrementedValue) {
1812         RewriteOp = User.Phi->getIncomingValueForBlock(LatchBlock);
1813
1814         // If this user is in the loop, make sure it is the last thing in the
1815         // loop to ensure it is dominated by the increment.
1816         if (L->contains(User.Inst->getParent()))
1817           User.Inst->moveBefore(LatchBlock->getTerminator());
1818       }
1819
1820       SCEVHandle RewriteExpr = SE->getUnknown(RewriteOp);
1821
1822       if (SE->getTypeSizeInBits(RewriteOp->getType()) !=
1823           SE->getTypeSizeInBits(ReplacedTy)) {
1824         assert(SE->getTypeSizeInBits(RewriteOp->getType()) >
1825                SE->getTypeSizeInBits(ReplacedTy) &&
1826                "Unexpected widening cast!");
1827         RewriteExpr = SE->getTruncateExpr(RewriteExpr, ReplacedTy);
1828       }
1829
1830       // If we had to insert new instructions for RewriteOp, we have to
1831       // consider that they may not have been able to end up immediately
1832       // next to RewriteOp, because non-PHI instructions may never precede
1833       // PHI instructions in a block. In this case, remember where the last
1834       // instruction was inserted so that if we're replacing a different
1835       // PHI node, we can use the later point to expand the final
1836       // RewriteExpr.
1837       Instruction *NewBasePt = dyn_cast<Instruction>(RewriteOp);
1838       if (RewriteOp == User.Phi) NewBasePt = 0;
1839
1840       // Clear the SCEVExpander's expression map so that we are guaranteed
1841       // to have the code emitted where we expect it.
1842       Rewriter.clear();
1843
1844       // If we are reusing the iv, then it must be multiplied by a constant
1845       // factor to take advantage of the addressing mode scale component.
1846       if (!RewriteFactor->isZero()) {
1847         // If we're reusing an IV with a nonzero base (currently this happens
1848         // only when all reuses are outside the loop) subtract that base here.
1849         // The base has been used to initialize the PHI node but we don't want
1850         // it here.
1851         if (!ReuseIV.Base->isZero()) {
1852           SCEVHandle typedBase = ReuseIV.Base;
1853           if (SE->getTypeSizeInBits(RewriteExpr->getType()) !=
1854               SE->getTypeSizeInBits(ReuseIV.Base->getType())) {
1855             // It's possible the original IV is a larger type than the new IV,
1856             // in which case we have to truncate the Base.  We checked in
1857             // RequiresTypeConversion that this is valid.
1858             assert(SE->getTypeSizeInBits(RewriteExpr->getType()) <
1859                    SE->getTypeSizeInBits(ReuseIV.Base->getType()) &&
1860                    "Unexpected lengthening conversion!");
1861             typedBase = SE->getTruncateExpr(ReuseIV.Base, 
1862                                             RewriteExpr->getType());
1863           }
1864           RewriteExpr = SE->getMinusSCEV(RewriteExpr, typedBase);
1865         }
1866
1867         // Multiply old variable, with base removed, by new scale factor.
1868         RewriteExpr = SE->getMulExpr(RewriteFactor,
1869                                      RewriteExpr);
1870
1871         // The common base is emitted in the loop preheader. But since we
1872         // are reusing an IV, it has not been used to initialize the PHI node.
1873         // Add it to the expression used to rewrite the uses.
1874         // When this use is outside the loop, we earlier subtracted the
1875         // common base, and are adding it back here.  Use the same expression
1876         // as before, rather than CommonBaseV, so DAGCombiner will zap it.
1877         if (!CommonExprs->isZero()) {
1878           if (L->contains(User.Inst->getParent()))
1879             RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr,
1880                                        SE->getUnknown(CommonBaseV));
1881           else
1882             RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, CommonExprs);
1883         }
1884       }
1885
1886       // Now that we know what we need to do, insert code before User for the
1887       // immediate and any loop-variant expressions.
1888       if (BaseV)
1889         // Add BaseV to the PHI value if needed.
1890         RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, SE->getUnknown(BaseV));
1891
1892       User.RewriteInstructionToUseNewBase(RewriteExpr, NewBasePt,
1893                                           Rewriter, L, this,
1894                                           DeadInsts);
1895
1896       // Mark old value we replaced as possibly dead, so that it is eliminated
1897       // if we just replaced the last use of that value.
1898       DeadInsts.push_back(cast<Instruction>(User.OperandValToReplace));
1899
1900       UsersToProcess.pop_back();
1901       ++NumReduced;
1902
1903       // If there are any more users to process with the same base, process them
1904       // now.  We sorted by base above, so we just have to check the last elt.
1905     } while (!UsersToProcess.empty() && UsersToProcess.back().Base == Base);
1906     // TODO: Next, find out which base index is the most common, pull it out.
1907   }
1908
1909   // IMPORTANT TODO: Figure out how to partition the IV's with this stride, but
1910   // different starting values, into different PHIs.
1911 }
1912
1913 /// FindIVUserForCond - If Cond has an operand that is an expression of an IV,
1914 /// set the IV user and stride information and return true, otherwise return
1915 /// false.
1916 bool LoopStrengthReduce::FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
1917                                        const SCEVHandle *&CondStride) {
1918   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e && !CondUse;
1919        ++Stride) {
1920     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1921     IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
1922     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1923     
1924     for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
1925          E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI)
1926       if (UI->User == Cond) {
1927         // NOTE: we could handle setcc instructions with multiple uses here, but
1928         // InstCombine does it as well for simple uses, it's not clear that it
1929         // occurs enough in real life to handle.
1930         CondUse = &*UI;
1931         CondStride = &SI->first;
1932         return true;
1933       }
1934   }
1935   return false;
1936 }    
1937
1938 namespace {
1939   // Constant strides come first which in turns are sorted by their absolute
1940   // values. If absolute values are the same, then positive strides comes first.
1941   // e.g.
1942   // 4, -1, X, 1, 2 ==> 1, -1, 2, 4, X
1943   struct StrideCompare {
1944     const ScalarEvolution *SE;
1945     explicit StrideCompare(const ScalarEvolution *se) : SE(se) {}
1946
1947     bool operator()(const SCEVHandle &LHS, const SCEVHandle &RHS) {
1948       const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS);
1949       const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS);
1950       if (LHSC && RHSC) {
1951         int64_t  LV = LHSC->getValue()->getSExtValue();
1952         int64_t  RV = RHSC->getValue()->getSExtValue();
1953         uint64_t ALV = (LV < 0) ? -LV : LV;
1954         uint64_t ARV = (RV < 0) ? -RV : RV;
1955         if (ALV == ARV) {
1956           if (LV != RV)
1957             return LV > RV;
1958         } else {
1959           return ALV < ARV;
1960         }
1961
1962         // If it's the same value but different type, sort by bit width so
1963         // that we emit larger induction variables before smaller
1964         // ones, letting the smaller be re-written in terms of larger ones.
1965         return SE->getTypeSizeInBits(RHS->getType()) <
1966                SE->getTypeSizeInBits(LHS->getType());
1967       }
1968       return LHSC && !RHSC;
1969     }
1970   };
1971 }
1972
1973 /// ChangeCompareStride - If a loop termination compare instruction is the
1974 /// only use of its stride, and the compaison is against a constant value,
1975 /// try eliminate the stride by moving the compare instruction to another
1976 /// stride and change its constant operand accordingly. e.g.
1977 ///
1978 /// loop:
1979 /// ...
1980 /// v1 = v1 + 3
1981 /// v2 = v2 + 1
1982 /// if (v2 < 10) goto loop
1983 /// =>
1984 /// loop:
1985 /// ...
1986 /// v1 = v1 + 3
1987 /// if (v1 < 30) goto loop
1988 ICmpInst *LoopStrengthReduce::ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
1989                                                 IVStrideUse* &CondUse,
1990                                                 const SCEVHandle* &CondStride) {
1991   if (StrideOrder.size() < 2 ||
1992       IVUsesByStride[*CondStride].Users.size() != 1)
1993     return Cond;
1994   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(*CondStride);
1995   if (!SC) return Cond;
1996
1997   ICmpInst::Predicate Predicate = Cond->getPredicate();
1998   int64_t CmpSSInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1999   unsigned BitWidth = SE->getTypeSizeInBits((*CondStride)->getType());
2000   uint64_t SignBit = 1ULL << (BitWidth-1);
2001   const Type *CmpTy = Cond->getOperand(0)->getType();
2002   const Type *NewCmpTy = NULL;
2003   unsigned TyBits = SE->getTypeSizeInBits(CmpTy);
2004   unsigned NewTyBits = 0;
2005   SCEVHandle *NewStride = NULL;
2006   Value *NewCmpLHS = NULL;
2007   Value *NewCmpRHS = NULL;
2008   int64_t Scale = 1;
2009   SCEVHandle NewOffset = SE->getIntegerSCEV(0, CmpTy);
2010
2011   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Cond->getOperand(1))) {
2012     int64_t CmpVal = C->getValue().getSExtValue();
2013
2014     // Check stride constant and the comparision constant signs to detect
2015     // overflow.
2016     if ((CmpVal & SignBit) != (CmpSSInt & SignBit))
2017       return Cond;
2018
2019     // Look for a suitable stride / iv as replacement.
2020     for (unsigned i = 0, e = StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
2021       std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
2022         IVUsesByStride.find(StrideOrder[i]);
2023       if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
2024         continue;
2025       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
2026       if (SSInt == CmpSSInt ||
2027           abs(SSInt) < abs(CmpSSInt) ||
2028           (SSInt % CmpSSInt) != 0)
2029         continue;
2030
2031       Scale = SSInt / CmpSSInt;
2032       int64_t NewCmpVal = CmpVal * Scale;
2033       APInt Mul = APInt(BitWidth*2, CmpVal, true);
2034       Mul = Mul * APInt(BitWidth*2, Scale, true);
2035       // Check for overflow.
2036       if (!Mul.isSignedIntN(BitWidth))
2037         continue;
2038
2039       // Watch out for overflow.
2040       if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate) &&
2041           (CmpVal & SignBit) != (NewCmpVal & SignBit))
2042         continue;
2043
2044       if (NewCmpVal == CmpVal)
2045         continue;
2046       // Pick the best iv to use trying to avoid a cast.
2047       NewCmpLHS = NULL;
2048       for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
2049              E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI) {
2050         NewCmpLHS = UI->OperandValToReplace;
2051         if (NewCmpLHS->getType() == CmpTy)
2052           break;
2053       }
2054       if (!NewCmpLHS)
2055         continue;
2056
2057       NewCmpTy = NewCmpLHS->getType();
2058       NewTyBits = SE->getTypeSizeInBits(NewCmpTy);
2059       const Type *NewCmpIntTy = IntegerType::get(NewTyBits);
2060       if (RequiresTypeConversion(NewCmpTy, CmpTy)) {
2061         // Check if it is possible to rewrite it using
2062         // an iv / stride of a smaller integer type.
2063         unsigned Bits = NewTyBits;
2064         if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate))
2065           --Bits;
2066         uint64_t Mask = (1ULL << Bits) - 1;
2067         if (((uint64_t)NewCmpVal & Mask) != (uint64_t)NewCmpVal)
2068           continue;
2069       }
2070
2071       // Don't rewrite if use offset is non-constant and the new type is
2072       // of a different type.
2073       // FIXME: too conservative?
2074       if (NewTyBits != TyBits && !isa<SCEVConstant>(CondUse->Offset))
2075         continue;
2076
2077       bool AllUsesAreAddresses = true;
2078       bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
2079       std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
2080       SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(SI->first, SI->second, L,
2081                                               AllUsesAreAddresses,
2082                                               AllUsesAreOutsideLoop,
2083                                               UsersToProcess);
2084       // Avoid rewriting the compare instruction with an iv of new stride
2085       // if it's likely the new stride uses will be rewritten using the
2086       // stride of the compare instruction.
2087       if (AllUsesAreAddresses &&
2088           ValidStride(!CommonExprs->isZero(), Scale, UsersToProcess))
2089         continue;
2090
2091       // If scale is negative, use swapped predicate unless it's testing
2092       // for equality.
2093       if (Scale < 0 && !Cond->isEquality())
2094         Predicate = ICmpInst::getSwappedPredicate(Predicate);
2095
2096       NewStride = &StrideOrder[i];
2097       if (!isa<PointerType>(NewCmpTy))
2098         NewCmpRHS = ConstantInt::get(NewCmpTy, NewCmpVal);
2099       else {
2100         ConstantInt *CI = ConstantInt::get(NewCmpIntTy, NewCmpVal);
2101         NewCmpRHS = ConstantExpr::getIntToPtr(CI, NewCmpTy);
2102       }
2103       NewOffset = TyBits == NewTyBits
2104         ? SE->getMulExpr(CondUse->Offset,
2105                          SE->getConstant(ConstantInt::get(CmpTy, Scale)))
2106         : SE->getConstant(ConstantInt::get(NewCmpIntTy,
2107           cast<SCEVConstant>(CondUse->Offset)->getValue()->getSExtValue()*Scale));
2108       break;
2109     }
2110   }
2111
2112   // Forgo this transformation if it the increment happens to be
2113   // unfortunately positioned after the condition, and the condition
2114   // has multiple uses which prevent it from being moved immediately
2115   // before the branch. See
2116   // test/Transforms/LoopStrengthReduce/change-compare-stride-trickiness-*.ll
2117   // for an example of this situation.
2118   if (!Cond->hasOneUse()) {
2119     for (BasicBlock::iterator I = Cond, E = Cond->getParent()->end();
2120          I != E; ++I)
2121       if (I == NewCmpLHS)
2122         return Cond;
2123   }
2124
2125   if (NewCmpRHS) {
2126     // Create a new compare instruction using new stride / iv.
2127     ICmpInst *OldCond = Cond;
2128     // Insert new compare instruction.
2129     Cond = new ICmpInst(Predicate, NewCmpLHS, NewCmpRHS,
2130                         L->getHeader()->getName() + ".termcond",
2131                         OldCond);
2132
2133     // Remove the old compare instruction. The old indvar is probably dead too.
2134     DeadInsts.push_back(cast<Instruction>(CondUse->OperandValToReplace));
2135     OldCond->replaceAllUsesWith(Cond);
2136     OldCond->eraseFromParent();
2137
2138     IVUsesByStride[*CondStride].Users.pop_back();
2139     IVUsesByStride[*NewStride].addUser(NewOffset, Cond, NewCmpLHS);
2140     CondUse = &IVUsesByStride[*NewStride].Users.back();
2141     CondStride = NewStride;
2142     ++NumEliminated;
2143     Changed = true;
2144   }
2145
2146   return Cond;
2147 }
2148
2149 /// OptimizeSMax - Rewrite the loop's terminating condition if it uses
2150 /// an smax computation.
2151 ///
2152 /// This is a narrow solution to a specific, but acute, problem. For loops
2153 /// like this:
2154 ///
2155 ///   i = 0;
2156 ///   do {
2157 ///     p[i] = 0.0;
2158 ///   } while (++i < n);
2159 ///
2160 /// where the comparison is signed, the trip count isn't just 'n', because
2161 /// 'n' could be negative. And unfortunately this can come up even for loops
2162 /// where the user didn't use a C do-while loop. For example, seemingly
2163 /// well-behaved top-test loops will commonly be lowered like this:
2164 //
2165 ///   if (n > 0) {
2166 ///     i = 0;
2167 ///     do {
2168 ///       p[i] = 0.0;
2169 ///     } while (++i < n);
2170 ///   }
2171 ///
2172 /// and then it's possible for subsequent optimization to obscure the if
2173 /// test in such a way that indvars can't find it.
2174 ///
2175 /// When indvars can't find the if test in loops like this, it creates a
2176 /// signed-max expression, which allows it to give the loop a canonical
2177 /// induction variable:
2178 ///
2179 ///   i = 0;
2180 ///   smax = n < 1 ? 1 : n;
2181 ///   do {
2182 ///     p[i] = 0.0;
2183 ///   } while (++i != smax);
2184 ///
2185 /// Canonical induction variables are necessary because the loop passes
2186 /// are designed around them. The most obvious example of this is the
2187 /// LoopInfo analysis, which doesn't remember trip count values. It
2188 /// expects to be able to rediscover the trip count each time it is
2189 /// needed, and it does this using a simple analyis that only succeeds if
2190 /// the loop has a canonical induction variable.
2191 ///
2192 /// However, when it comes time to generate code, the maximum operation
2193 /// can be quite costly, especially if it's inside of an outer loop.
2194 ///
2195 /// This function solves this problem by detecting this type of loop and
2196 /// rewriting their conditions from ICMP_NE back to ICMP_SLT, and deleting
2197 /// the instructions for the maximum computation.
2198 ///
2199 ICmpInst *LoopStrengthReduce::OptimizeSMax(Loop *L, ICmpInst *Cond,
2200                                            IVStrideUse* &CondUse) {
2201   // Check that the loop matches the pattern we're looking for.
2202   if (Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_EQ &&
2203       Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_NE)
2204     return Cond;
2205
2206   SelectInst *Sel = dyn_cast<SelectInst>(Cond->getOperand(1));
2207   if (!Sel || !Sel->hasOneUse()) return Cond;
2208
2209   SCEVHandle BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
2210   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
2211     return Cond;
2212   SCEVHandle One = SE->getIntegerSCEV(1, BackedgeTakenCount->getType());
2213
2214   // Add one to the backedge-taken count to get the trip count.
2215   SCEVHandle IterationCount = SE->getAddExpr(BackedgeTakenCount, One);
2216
2217   // Check for a max calculation that matches the pattern.
2218   const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(IterationCount);
2219   if (!SMax || SMax != SE->getSCEV(Sel)) return Cond;
2220
2221   SCEVHandle SMaxLHS = SMax->getOperand(0);
2222   SCEVHandle SMaxRHS = SMax->getOperand(1);
2223   if (!SMaxLHS || SMaxLHS != One) return Cond;
2224
2225   // Check the relevant induction variable for conformance to
2226   // the pattern.
2227   SCEVHandle IV = SE->getSCEV(Cond->getOperand(0));
2228   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
2229   if (!AR || !AR->isAffine() ||
2230       AR->getStart() != One ||
2231       AR->getStepRecurrence(*SE) != One)
2232     return Cond;
2233
2234   assert(AR->getLoop() == L &&
2235          "Loop condition operand is an addrec in a different loop!");
2236
2237   // Check the right operand of the select, and remember it, as it will
2238   // be used in the new comparison instruction.
2239   Value *NewRHS = 0;
2240   if (SE->getSCEV(Sel->getOperand(1)) == SMaxRHS)
2241     NewRHS = Sel->getOperand(1);
2242   else if (SE->getSCEV(Sel->getOperand(2)) == SMaxRHS)
2243     NewRHS = Sel->getOperand(2);
2244   if (!NewRHS) return Cond;
2245
2246   // Ok, everything looks ok to change the condition into an SLT or SGE and
2247   // delete the max calculation.
2248   ICmpInst *NewCond =
2249     new ICmpInst(Cond->getPredicate() == CmpInst::ICMP_NE ?
2250                    CmpInst::ICMP_SLT :
2251                    CmpInst::ICMP_SGE,
2252                  Cond->getOperand(0), NewRHS, "scmp", Cond);
2253
2254   // Delete the max calculation instructions.
2255   Cond->replaceAllUsesWith(NewCond);
2256   Cond->eraseFromParent();
2257   Instruction *Cmp = cast<Instruction>(Sel->getOperand(0));
2258   Sel->eraseFromParent();
2259   if (Cmp->use_empty())
2260     Cmp->eraseFromParent();
2261   CondUse->User = NewCond;
2262   return NewCond;
2263 }
2264
2265 /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
2266 /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
2267 void LoopStrengthReduce::OptimizeShadowIV(Loop *L) {
2268
2269   SCEVHandle BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
2270   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
2271     return;
2272
2273   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e;
2274        ++Stride) {
2275     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
2276       IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
2277     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2278     if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
2279       continue;
2280
2281     for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
2282            E = SI->second.Users.end(); UI != E; /* empty */) {
2283       std::vector<IVStrideUse>::iterator CandidateUI = UI;
2284       ++UI;
2285       Instruction *ShadowUse = CandidateUI->User;
2286       const Type *DestTy = NULL;
2287
2288       /* If shadow use is a int->float cast then insert a second IV
2289          to eliminate this cast.
2290
2291            for (unsigned i = 0; i < n; ++i) 
2292              foo((double)i);
2293
2294          is transformed into
2295
2296            double d = 0.0;
2297            for (unsigned i = 0; i < n; ++i, ++d) 
2298              foo(d);
2299       */
2300       if (UIToFPInst *UCast = dyn_cast<UIToFPInst>(CandidateUI->User))
2301         DestTy = UCast->getDestTy();
2302       else if (SIToFPInst *SCast = dyn_cast<SIToFPInst>(CandidateUI->User))
2303         DestTy = SCast->getDestTy();
2304       if (!DestTy) continue;
2305
2306       if (TLI) {
2307         /* If target does not support DestTy natively then do not apply
2308            this transformation. */
2309         MVT DVT = TLI->getValueType(DestTy);
2310         if (!TLI->isTypeLegal(DVT)) continue;
2311       }
2312
2313       PHINode *PH = dyn_cast<PHINode>(ShadowUse->getOperand(0));
2314       if (!PH) continue;
2315       if (PH->getNumIncomingValues() != 2) continue;
2316
2317       const Type *SrcTy = PH->getType();
2318       int Mantissa = DestTy->getFPMantissaWidth();
2319       if (Mantissa == -1) continue; 
2320       if ((int)SE->getTypeSizeInBits(SrcTy) > Mantissa)
2321         continue;
2322
2323       unsigned Entry, Latch;
2324       if (PH->getIncomingBlock(0) == L->getLoopPreheader()) {
2325         Entry = 0;
2326         Latch = 1;
2327       } else {
2328         Entry = 1;
2329         Latch = 0;
2330       }
2331         
2332       ConstantInt *Init = dyn_cast<ConstantInt>(PH->getIncomingValue(Entry));
2333       if (!Init) continue;
2334       ConstantFP *NewInit = ConstantFP::get(DestTy, Init->getZExtValue());
2335
2336       BinaryOperator *Incr = 
2337         dyn_cast<BinaryOperator>(PH->getIncomingValue(Latch));
2338       if (!Incr) continue;
2339       if (Incr->getOpcode() != Instruction::Add
2340           && Incr->getOpcode() != Instruction::Sub)
2341         continue;
2342
2343       /* Initialize new IV, double d = 0.0 in above example. */
2344       ConstantInt *C = NULL;
2345       if (Incr->getOperand(0) == PH)
2346         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(1));
2347       else if (Incr->getOperand(1) == PH)
2348         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(0));
2349       else
2350         continue;
2351
2352       if (!C) continue;
2353
2354       /* Add new PHINode. */
2355       PHINode *NewPH = PHINode::Create(DestTy, "IV.S.", PH);
2356
2357       /* create new increment. '++d' in above example. */
2358       ConstantFP *CFP = ConstantFP::get(DestTy, C->getZExtValue());
2359       BinaryOperator *NewIncr = 
2360         BinaryOperator::Create(Incr->getOpcode(),
2361                                NewPH, CFP, "IV.S.next.", Incr);
2362
2363       NewPH->addIncoming(NewInit, PH->getIncomingBlock(Entry));
2364       NewPH->addIncoming(NewIncr, PH->getIncomingBlock(Latch));
2365
2366       /* Remove cast operation */
2367       ShadowUse->replaceAllUsesWith(NewPH);
2368       ShadowUse->eraseFromParent();
2369       SI->second.Users.erase(CandidateUI);
2370       NumShadow++;
2371       break;
2372     }
2373   }
2374 }
2375
2376 // OptimizeIndvars - Now that IVUsesByStride is set up with all of the indvar
2377 // uses in the loop, look to see if we can eliminate some, in favor of using
2378 // common indvars for the different uses.
2379 void LoopStrengthReduce::OptimizeIndvars(Loop *L) {
2380   // TODO: implement optzns here.
2381
2382   OptimizeShadowIV(L);
2383
2384   OptimizeLoopTermCond(L);
2385 }
2386
2387 /// OptimizeLoopTermCond - Change loop terminating condition to use the 
2388 /// postinc iv when possible.
2389 void LoopStrengthReduce::OptimizeLoopTermCond(Loop *L) {
2390   // Finally, get the terminating condition for the loop if possible.  If we
2391   // can, we want to change it to use a post-incremented version of its
2392   // induction variable, to allow coalescing the live ranges for the IV into
2393   // one register value.
2394   PHINode *SomePHI = cast<PHINode>(L->getHeader()->begin());
2395   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
2396   BasicBlock *LatchBlock =
2397    SomePHI->getIncomingBlock(SomePHI->getIncomingBlock(0) == Preheader);
2398   BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(LatchBlock->getTerminator());
2399   if (!TermBr || TermBr->isUnconditional() || 
2400       !isa<ICmpInst>(TermBr->getCondition()))
2401     return;
2402   ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(TermBr->getCondition());
2403
2404   // Search IVUsesByStride to find Cond's IVUse if there is one.
2405   IVStrideUse *CondUse = 0;
2406   const SCEVHandle *CondStride = 0;
2407
2408   if (!FindIVUserForCond(Cond, CondUse, CondStride))
2409     return; // setcc doesn't use the IV.
2410
2411   // If the trip count is computed in terms of an smax (due to ScalarEvolution
2412   // being unable to find a sufficient guard, for example), change the loop
2413   // comparison to use SLT instead of NE.
2414   Cond = OptimizeSMax(L, Cond, CondUse);
2415
2416   // If possible, change stride and operands of the compare instruction to
2417   // eliminate one stride.
2418   Cond = ChangeCompareStride(L, Cond, CondUse, CondStride);
2419
2420   // It's possible for the setcc instruction to be anywhere in the loop, and
2421   // possible for it to have multiple users.  If it is not immediately before
2422   // the latch block branch, move it.
2423   if (&*++BasicBlock::iterator(Cond) != (Instruction*)TermBr) {
2424     if (Cond->hasOneUse()) {   // Condition has a single use, just move it.
2425       Cond->moveBefore(TermBr);
2426     } else {
2427       // Otherwise, clone the terminating condition and insert into the loopend.
2428       Cond = cast<ICmpInst>(Cond->clone());
2429       Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
2430       LatchBlock->getInstList().insert(TermBr, Cond);
2431       
2432       // Clone the IVUse, as the old use still exists!
2433       IVUsesByStride[*CondStride].addUser(CondUse->Offset, Cond,
2434                                          CondUse->OperandValToReplace);
2435       CondUse = &IVUsesByStride[*CondStride].Users.back();
2436     }
2437   }
2438
2439   // If we get to here, we know that we can transform the setcc instruction to
2440   // use the post-incremented version of the IV, allowing us to coalesce the
2441   // live ranges for the IV correctly.
2442   CondUse->Offset = SE->getMinusSCEV(CondUse->Offset, *CondStride);
2443   CondUse->isUseOfPostIncrementedValue = true;
2444   Changed = true;
2445 }
2446
2447 bool LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
2448
2449   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
2450   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
2451   SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
2452   Changed = false;
2453
2454   // Find all uses of induction variables in this loop, and categorize
2455   // them by stride.  Start by finding all of the PHI nodes in the header for
2456   // this loop.  If they are induction variables, inspect their uses.
2457   SmallPtrSet<Instruction*,16> Processed;   // Don't reprocess instructions.
2458   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ++I)
2459     AddUsersIfInteresting(I, L, Processed);
2460
2461   if (!IVUsesByStride.empty()) {
2462 #ifndef NDEBUG
2463     DOUT << "\nLSR on \"" << L->getHeader()->getParent()->getNameStart()
2464          << "\" ";
2465     DEBUG(L->dump());
2466 #endif
2467
2468     // Sort the StrideOrder so we process larger strides first.
2469     std::stable_sort(StrideOrder.begin(), StrideOrder.end(), StrideCompare(SE));
2470
2471     // Optimize induction variables.  Some indvar uses can be transformed to use
2472     // strides that will be needed for other purposes.  A common example of this
2473     // is the exit test for the loop, which can often be rewritten to use the
2474     // computation of some other indvar to decide when to terminate the loop.
2475     OptimizeIndvars(L);
2476
2477     // FIXME: We can shrink overlarge IV's here.  e.g. if the code has
2478     // computation in i64 values and the target doesn't support i64, demote
2479     // the computation to 32-bit if safe.
2480
2481     // FIXME: Attempt to reuse values across multiple IV's.  In particular, we
2482     // could have something like "for(i) { foo(i*8); bar(i*16) }", which should
2483     // be codegened as "for (j = 0;; j+=8) { foo(j); bar(j+j); }" on X86/PPC.
2484     // Need to be careful that IV's are all the same type.  Only works for
2485     // intptr_t indvars.
2486
2487     // IVsByStride keeps IVs for one particular loop.
2488     assert(IVsByStride.empty() && "Stale entries in IVsByStride?");
2489
2490     // Note: this processes each stride/type pair individually.  All users
2491     // passed into StrengthReduceStridedIVUsers have the same type AND stride.
2492     // Also, note that we iterate over IVUsesByStride indirectly by using
2493     // StrideOrder. This extra layer of indirection makes the ordering of
2494     // strides deterministic - not dependent on map order.
2495     for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e; ++Stride) {
2496       std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
2497         IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
2498       assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2499       StrengthReduceStridedIVUsers(SI->first, SI->second, L);
2500     }
2501   }
2502
2503   // We're done analyzing this loop; release all the state we built up for it.
2504   IVUsesByStride.clear();
2505   IVsByStride.clear();
2506   StrideOrder.clear();
2507
2508   // Clean up after ourselves
2509   if (!DeadInsts.empty())
2510     DeleteTriviallyDeadInstructions();
2511
2512   // At this point, it is worth checking to see if any recurrence PHIs are also
2513   // dead, so that we can remove them as well.
2514   DeleteDeadPHIs(L->getHeader());
2515
2516   return Changed;
2517 }