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